Buses de Campo

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Buses de CampoBuses de Campo


IndiceIndice

-- Evolución de los sistemas de control-- Evolución de los sistemas de control

-- Clasificación general de los buses-- Clasificación general de los buses

-- Conceptos generales-- Conceptos generales

-- Buses de campo-- Buses de campo

-- Buses en el sistema de control-- Buses en el sistema de control

-- FieldBus Foundation H1-- FieldBus Foundation H1

-- Terminología-- Terminología

-- Consultas-- Consultas

-- Definición de bus/red-- Definición de bus/red


Evolución de los sistemas de controlEvolución de los sistemas de control

1975 1985 1995

Ret

orn

o d

e la

In

vers

ion

Panelesde Control

Panelesde Control

Plantas Analogicas

Plantas Analogicas

Plantas Digitales

Plantas Digitales


Definición de Bus/RedDefinición de Bus/Red

Son todos los dispositivos, canales, accesorios, protocolos, programas y procedimientos requeridos para permitir la interconexión y transferencia congruente de información entre todos los dispositivos de una red o un bus determinado.


Clasificación general de los busesClasificación general de los buses

Redes de alto nivelRedes de alto nivel

Redes de medio nivelRedes de medio nivel

Redes de bajo nivelRedes de bajo nivel


Clasificación general de los busesClasificación general de los buses

Ethernet TCP/IP, Fast-Ethernet (HSE), ARCNetEthernet TCP/IP, Fast-Ethernet (HSE), ARCNet

DeviceNet, Profibus DP/FMS, ControlNet, DeviceNet, Profibus DP/FMS, ControlNet, Modbus, Data Hiway, etc…Modbus, Data Hiway, etc…

ASI-Net, HART, Fieldbus H1, ASI-Net, HART, Fieldbus H1, Profibus PAProfibus PA


Conceptos generalesConceptos generales

-- Protocolos-- Protocolos

-- Normas de comunicación-- Normas de comunicación

-- Topologías-- Topologías

-- Metodos de comunicación-- Metodos de comunicación

-- Medios de comunicación-- Medios de comunicación

-- Tipos de redes-- Tipos de redes

-- Modelo OSI-- Modelo OSI


Protocolos de comunicaciónProtocolos de comunicación

Es un conjunto de reglas necesarias para hacer cooperar entidades generalmente distantes, en particular para establecer y mantener intercambios de información entre dichas entidades.

Por ejemplo; se pueden distinguir entre algunos:

Para Ethernet, el TCP/IP...

Para muchos tipos de redes, el protocolo utiliza el mismo nombre…


Normas de comunicaciónNormas de comunicación

Es un conjunto de normativas, básicamente reglamentadas por organizaciones a fin de unificar el desarrollo de nuevas tecnologías.

Se puede distinguir por ejemplo la norma para Ethernet TCP/IP, IEEE802.3, para Ethernet Inalambrico, IEEE802.11b, etc...

Otras normas: OSI, ISO, UL & CE, CSA, EMC, ISA

Otras normas: RS232, RS485, RS422, RS429, RS423, TTY


TopologíasTopologías

Es la estructura en que los diferentes dispositivos de una red son interconectados al bus de datos.

Se pueden distinguir entre las diferentes topologías:

-- Bus-- Anillo-- Estrella-- Jerarquica-- Mixta


TopologíasTopologías

Bus

Anillo

Estrella

Jerarquica


Metodos de comunicaciónMetodos de comunicación

Es la manera o forma en como las diferentes entidades participantes en una red se comunican. El metodo de comunicación esta muy asociado al protocolo de cada red.

Se pueden distinguir, diferenciandose desde el punto de vista de la red:- Redes de alto nivel: Metodo de comunicación Cliente/Servidor, Punto a Punto.- Redes de medio nivel: Punto a Punto, Maestro/Esclavo, MultiMaestro.- Redes de bajo nivel: Director de trafico, Maestro/Esclavo, MultiMaestro, Publicador/Subscriptor


Medios de comunicaciónMedios de comunicación

Es el medio fisico, necesario para la implementación de un bus. El medio de comunicación corresponde a todos los canales físicos de comunicación, accesorios y servicios para la instalación e interconexión de los dispositivos a una red. Esto se refiere basicamente al medio de transporte de la información, de los cuales pueden ser:

- Cable (Par Trenzado UTP/STP), 10 BaseT- Cable Coaxial (ThickNet , ThinNet), 10Base5, 10Base2- Cable Multifilar (serial DB9, paralelo DB25, USB), Norma IEEE996- Fibra Optica (Multimodo o Monomodo), 10 BaseFL- Ondas electromagnéticas. El canal corresponde a una banda de frecuencia dada (Khz, Mhz).


Tipos de RedesTipos de Redes

Las redes responden a necesidades que pueden ser

muy diferentes y pueden diferenciarse por ejemplo, de

acuardo a su extensión geografica:

- WAN («Wide Area Network» o red a gran distancia): cubre

necesidades internacionales o nacionales.

- MAN («Metropolitan Area Network» o red ciudadana): cubre

necesidades a escala de una ciudad.

- LAN («Local Area Network» o red local): cubre necesidades

limitadas a uno o varios edificios próximos entre sí, que pueden

ser de uso industrial, terciario o doméstico.


Tipos de RedesTipos de Redes

O pueden distinguirse de acuerdo a su forma de

transportar la información:

- En forma analógica: emplea la tensión o la corriente en una

gama continua de valores: por ejemplo, el uso de 0 a 10 V o de 4

a 20 mA es frecuente en la industria, en mediciones y regulación.

La forma analógica de transmisión tiene un gran inconveniente:

es sensible al ruido y a los parásitos.

- Forma numérica (digital): en todo momento se transmite una de

las dos informaciones «on» u «off» (o mejor, «1» ó «0»). Esta

información, la más simple que transmite, se llama «bit». Un

conjunto de bits representa una información más rica,

transformandose en 4 bit (1 nibble) o en 8 bit (1 byte).


Modelo OSI (Open System Interconecction)Modelo OSI (Open System Interconecction)

La comunicación entre varios sistemas exige algunas reglas

comunes y un comportamiento bien definido.

Dentro del más utilizado esta el modelo OSI

Un organismo internacional, el ISO, (International Standard

Organization), ha definido este modelo OSI. El cual define cómo

se efectúa la transferencia del mensaje entre un emisor y un

receptor. Se basa en un desglose en 7 etapas o niveles

funcionales superpuestos



Este desglose en niveles permite separar las tareas y describir de

una manera sencilla las sucesivas operaciones necesarias para

la transferencia de mensajes:

- El nivel 1, FÍSICO, transmite una sucesión de bits en el medio.

- El nivel 2, ENLACE, controla los accesos al BUS y detecta los

errores de transmisión.

- El nivel 3, RED, maneja las posibles rutas de la información en la

red, a través de eventuales subsistemas.

- El nivel 4, TRANSPORTE, controla la correcta transferencia de

todas las informaciones.



- El nivel 5, SESIÓN, organiza y sincroniza de principio a fin el diálogo

entre los usuarios.

- El nivel 6, PRESENTACIÓN, determina la presentación de datos y

permite, eventualmente, la codificación y decodificación de los

mensajes.

- El nivel 7, APLICACIÓN, determina el mecanismo de utilización de

los servicios de la red, por parte de los usuarios.



- Tres niveles esenciales: 1, 2 y 7

Las diferentes redes utilizan en parte o en su totalidad las

funciones descritas anteriormente. Los niveles esenciales son: 1,

2 y 7, que son los dos extremos de la cadena, desde el soporte

físico y hasta el usuario.



Nivel 1 (Físico):

Define las topologías aceptadas, el modo de emisión y el soporte

de transmisión.

- La topología de la red indica las formas que puede adoptar:

- Una topología en BUS caracteriza una red lineal sobre la que se

conectan todos los puntos. A resaltar que una estructura

arborescente es corrientemente considerada como si fuese de

tipo BUS,

- Una topología en estrella consiste en n enlaces punto a punto

conectados al mismo punto central,

- Una topología en anillo conecta todos los puntos sucesivamente y

se vuelve a cerrar sobre el primero conectado.



Nivel 2 (Enlace de datos):

- Controla el acceso a la red. Define el método de acceso al BUS y

detecta los errores de transmisión.

- El acceso al BUS puede ser controlado por un equipo único, que

concede el tiempo de palabra a los demás (por ejemplo en forma

de pregunta). Este tipo de mecanismo, empleado por FIP o JBUS,

se considera entonces como Maestro/ Esclavo o centralizado,

condicionado por un derecho. La condición de acceso se llama

«testigo»: su poseedor puede emitir un mensaje y a continuación

transmitir el testigo al equipo siguiente.




Es un mecanismo de tipo semicentralizado. El equipo que quiere

emitir verifica que la línea está libre. Si dos equipos toman la

palabra a la vez, habrá colisión. El nivel ENLACE define la

conducta a seguir: prioridad a uno de los dos emisores o

retransmisión tras un retardo aleatorio. Estos mecanismos de

acceso corresponden a los protocolos CSMA (Carrier Sense

Multiple Access). Se emplean especialmente en Ethernet y en

ARCNet.

El nivel 2 controla también si el mensaje que llega de la red está

bien direccionado (ignora los demás).




Define los mecanismos de direccionamiento; éste puede ser

directo (dirección personal) o para grupo físico o lógico (por cable

o por ciudad) o en modo difusión (para todos los buzones), el

nivel 2 controla, en suma, la correcta transmisión del mensaje:

define los mecanismos del intercambio garantizando al emisor de

un mensaje que el receptor lo ha recibido bien.



Nivel 7 (Aplicación):

Según las posibles aplicaciones de una red, se proponen

diferentes servicios a los usuarios (mensajería y transferencia de

ficheros). El nivel 7 determina los mecanismos de empleo de

estos servicios.


Buses de campoBuses de campo

Básicamente los buses o redes de campo están referenciadas a su

utilización cada vez más frecuente en la industria. Están orientados

al reemplazo de comunicación de sistema tradicionales analógicos

(4-20mA) y discretos (24 Vdc, 120 Vac), para llevarlos a

comunicación digital bidireccional.

Entre los buses más comunes se pueden distinguir:

- Profibus DP, PA, FMS (www.profibus.com)

- DeviceNet (www.odva.org)

- Fieldbus Foundation H1 (www.fieldbus.org)

- ASI-Net (www.as-interface.com)

- Modbus (ASCII-RTU), ModbusPLUS, Modbus TPC/IP (www.modbus.org)

- Ethernet (www.ots.utexas.edu/ethernet/ethernet.html)


Buses de campoBuses de campo

Dispositivos simples Dispositivos complejos

F

TM

TM

Fieldbus

Bit Byte Bloques

Var

iab

les

de

Pro

ceso

Co

ntr

ol

Ló

gic

oC

on

tro

l d

e P

roc

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s &

Dia

gn

os

tic

os

Devicebus

AS-iSeriplexFIP I/O

Sensorbus

CANDeviceNet

SDSLonWorksInterbus S

P-NetWorldFIP

Profibus DP & FMS

H1 & HSE

Profibus PA


Profibus DP, PA, FMSProfibus DP, PA, FMS

Profibus DP (Process FieldBus – Descentralized Peripherical)

Basado en la norma existente RS 485, utiliza un simple cable de par

trenzado, de bajo costo y de facil adquisición, que puede ser del tipo

shielded o no, según el entorno de operación.

La norma fue extendida a cables de fibra óptica, usando fibra de

vidrio o plastico, para permitir mayores distancias de transmisión, del

orden de kilometros.

Profibus DP soporta hasta 64 dispositivos conectados a su red



MaestroMaestro Maestro

Esclavo Esclavo



Profibus PA (Process Actuator)

Está diseñado especialmente para aplicaciones en la

automatización de procesos

Los perfiles normalizados determinan el comportamiento de

los transmisores en el bus de campo y conforman con ello la

base que permite la intercambiabilidad de transmisores de

diferentes fabricantes

Posee perfiles definidos para PT, TT, FT, LT, asi como

actuadores y Entradas/Salidas binarias

Actualmente estan en preparación perfiles de sala de

control, controladores individuales y equipos de analisis


DeviceNetDeviceNet

- DeviceNet es un enlace de comunicación de bajo costo para conectar aparatos industriales (tales como limit switches,photoelectric sensors, valve manifolds, motorstarters, process sensors, bar code readers,variable frequency drives, panel displays andoperator interfaces) a una red y eliminar alambrados extensos y costoso.


DeviceNetDeviceNet

- DeviceNet es una red abierta.

- Open DeviceNet Vendor Association (ODVA) es propietaria de las especificaciones y la tecnología y esta basado sobre broadcast-oriented,communications protocol de CAN (Control Area Network). - Este protocolo fue originalmente desarrollado por BOSH para reducir costos en la industria de automóviles y luego dio pie al uso en la industria.


DeviceNetDeviceNet


EthernetEthernet

En el año 1969 el Dpto. de Defensa de EEUU inicio un proyecto

para implementar un sistema de comunicaciones no centralizado,

de propósito general, entre computadores diferentes.

El proyecto dio origen a la red ARPANET.

Inicialmente se contó con cuatro nodos y se empleó como

protocolo de transporte el NCP (Network Communications

Protocol).

En 1983 NCP fue reemplazado por el protocolo TCP

(Transmission Control Protocol). Ese mismo año ARPANET se

divide en NFSNET, SURANET, MILNET, etc.


Ethernet – Suite o Stack TCP/IPEthernet – Suite o Stack TCP/IP

Es un conjunto de protocolos generados para comunicar hosts

conectados a redes heterogéneas

Se “transporta” sobre varias tecnologías: LAN, WAN, MAN,

Frame Relay, ATM, ISDN, X.25

El protocolo Ethernet TCP/IP nace de la fusión de los

protocolos de red TCP (Transfer Control Protocol) e IP

(Internet Protocol)


EthernetEthernet

APLICACIONES

PRESENTACION

SESION

TRANSPORTE

RED

ENLACE

FISICO

MODELO OSI SUITE DE PROTOCOLOS TCP/IP Función Protocolo

Telnet FTP TFTP SMTP RIP DNS

Other

TCP UDP

IPICMP

Ethernet Token Otros

Ring Medios


Ethernet – Direcciones IPEthernet – Direcciones IP

IP = 223.255.254.0 (255.255.255.224)

223.255.254.1 223.255.254.2

RR RR

RR

So So

IP= 223.255.254.64

So

Eo

Eo IP= 223.255.254.129

IP= 223.255.254.97

IP= 223.255.254.33

Dirección red = 223.255.255.96

Máscara = 255.255.255.224

IP Eo = 223.255.254.97


TerminologíaTerminología

Bit (Binary digit): unidad elemental de información que sólo puede adoptar dos valores: 0 ó 1.

Bus paralelo: sistema de transmisión de información que permite transmitir varias señales digitales a la

vez, sobre hilos diferentes (por ejemplo, 16 ó 32 bits a la vez en el caso de los BUS de

ordenadores). Estos BUS disponen en general de hilos suplementarios que permiten el control de

la transmisión.

Bus serie: sistema de transmisión de información en el que estas informaciones, incluidas las de

control, se transmiten sucesivamente una tras otra.

Canal: camino por el que circulan informaciones; vía que permite transferir datos.

Checksum: (suma de control): es un código detector de errores; consiste en una información

redundante, transmitida generalmente al final de la trama, y que permite detectar errores simples.

CRC: (Cyclic Redundancy Code): código de repetición cíclica. Es un código detector de errores;

consiste en una información redundante, calculada según un algoritmo particular, transmitido al

final de la trama, y que permite detectar errores sobre varios bits a la vez.


TerminologíaTerminología

Determinista: se dice de una red en la que la transmisión de mensajes está asegurada en un tiempo

dado.

Dirección: información que permite dirigirse a un destinatario dado

Emisor: equipo que es el que inicia la emisión de un mensaje.

Medio: soporte físico de un canal de transmisión de información (por ejemplo, un par trenzado);

normalmente conocido como «BUS».

Protocolo: conjunto de reglas necesarias para hacer cooperar entidades generalmente distantes, en

particular para establecer y mantener intercambios de información entre dichas entidades.

Asíncrona: se dice de una transmisión en la que el receptor se resincroniza, es decir, regula su reloj

sobre el emisor a cada inicio de carácter.

Síncrona: se dice de aquella transmisión en la que el emisor y el receptor están exactamente

sincronizados, es decir, que tienen un reloj idéntico al menos durante todo el tiempo de duración

de un mensaje.

Trama: conjunto de bits o de octetos consecutivos, que constituyen un elemento de información

transmitido como un todo por los niveles 2 «enlace». El equivalente de una trama en una

conversación es la frase; la frase puede ser muy corta («OK») o ser un elemento de discusión

más largo.


ConectividadConectividadLa conectividad de sistemas, a nivel de campo se resume en la siguiente figura:

BaileyNET/INFI 90

®

®

?Consultas

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