Fieldbus Foundation

8/8/2019 Fieldbus Foundation

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Seminario De Automatización

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE QUILMES

INGENIERÍA EN AUTOMATIZACIÓN YCONTROL INDUSTRIAL

FIELDBUSFOUNDATION

Profesora:

FERREIRA, Fabiana.

Alumnos:

GLUSGOLD, Daniel.CALONGE, Jorge.LIO, Guillermo.




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FIELDBUS FOUNDATION

Es una organización sin fines de lucro que representa el proceso de los principales proveedores de laindustria de automatización y los usuarios finales en todo el mundo, ha tomado un papel de liderazgo en eldesarrollo de las comunicaciones digitales y la arquitectura del sistema integrado basado en las normasregionales e internacionales.

Orígenes de la Tecnología

La tecnología de bus de campo se inició en la década de 1970 con los primeros intentos de distribuir lafuncionalidad de control sobre el terreno. Con la introducción del sistema de control distribuido (DCS), lasplantas de transformación fueron capaces de distribuir procesos de control inteligente en las instalaciones.En ese momento, la mayoría de los dispositivos se comunicaban a los controladores utilizando sistemasneumáticos, 4-20 mA ó señales analógicas. En la década de 1980, fue desarrollando un estándar decomunicación digital para dispositivos de campo. En el ínterÍn, los principales proveedores de control deprocesos comenzaron a trabajar en sus propios estándares de comunicaciones digitales. Estos múltiplesesfuerzos dieron como resultado un puñado de protocolos que compiten, ninguno de los cuales podríantrabajar juntos.

Consenso en la industriaA finales de 1994 dos consorcios paralelos proveedores, Sistemas Interoperables de Proyectos (ISP) yWorldFIP se fusionaron para formar la Fieldbus Foundation. La fundación organizó programas de desarrollo,llevando a cabo pruebas de campo y estableció en la industria el más riguroso programa de pruebas y elregistro de dispositivos de campo. Fabricantes, usuarios finales, instituciones académicas y otras partesinteresadas pasaron a ser miembros de la FF. FF fue creado para sustituir las incompatibilidades en lasredes y los sistemas con un proceso abierto, plenamente integrado para la arquitectura y la integración de lainformación distribuida, control en tiempo real en toda la empresa. En poco más de una década, la FF haalcanzado la condición de estándar de la industria entre los usuarios finales. El éxito de la tecnología FF seencuentra en industrias como la petroquímica, refinación, productos químicos, petróleo y gas, metales yminería, agua y residuos, pulpa y papel, servicios públicos, comida y bebida.

Comparación entre las tradicionales señales de campo 4-20 mA y los Buses de Campos

Interoperabilidad

Con la tecnología FF, la interoperabilidad permite que instrumentos provistos por diferentes fabricantespuedan convivir sobre una misma red y comunicarse unos con otros exponiendo toda su funcionalidad.

Todos los dispositivos testeados por la Foundation Fieldbus Organization tienen la garantía decompatibilidad. La interoperabilidad se garantiza por una combinación de descriptores de dspositivos(Device Descriptor, DD) y módulos de función, que cada proveedor de instrumentos suministra y el cual esverificado por la FF Organization.




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Información Integrada

La tecnología FF incrementa la cantidad y tipo de información disponible desde los dispositivos de campo.Además de las variables medidas, los instrumentos poseen funciones específicas para diagnóstico yalarmas, así como indicadores de la calidad de la medición. Los instrumentos se transforman en servidoresde datos, que permiten realizar tareas de mantenimiento preventivo, llevar registros de calibraciones, etc.Facilidad de utilización : Las redes FF poseen autosensado de los elementos de cada segmento. Cuando untransmisor nuevo se incorpora a un segmento FieldBus, aparece como “decomisionado” (o sea presente enla red, pero no formando parte de ella) e identificado a través de su MAC Address (un identificador único decada transmisor). Por medio de una operación sencilla, el instrumento se “comisiona” y puede formar partede cualquier estrategia de control.

Foundation H1

Foundation H1 es un protocolo bi direccional de comunicaciones, utilizado para la comunicación entredispositivos de campo y para sistemas de control. Este fue diseñado específicamente para laautomatización de procesos.

Desde un punto de vista empresarial, ofrece una tecnología de ahorro total en costos de instalación, puesesta reduce el cableado. También reduce los requisitos de hardware permitiendo reducir los gastos decapital. F H1 reduce principalmente gastos de operación a través de la mejora en la eficiencia de lasplantas, una mejor gestión de activos, y la reducción de requisitos de mantenimiento.

Los principales beneficios son los siguientes :

•

Reducción de cableado.• Múltiples variables en un único canal• Una sencilla integración y un mantenimiento más sencillo• Descarga de firmware, que da la posibilidad de evitar la obsolescencia, dando plantas de campo de

vida más larga que otras plantas.• Es el único protocolo de bus de campo digital desarrollado para satisfacer la original IEC 61158.

A diferencia de otros protocolos, F H1 dispone de la sincronización de control y la comunicación paraperíodos sincrónicos. La comunicación y la ejecución de las funciones de control con tiempo muerto se hanreducido al mínimo, como así también el ruido.Además, dispone del establecimiento automático de las direcciones, eliminando la necesidad de ajustarmanualmente las mismas fuera de línea mediante una herramienta o interruptores DIP, permitiendo de estamanera evitar errores posteriores.

F H1 incluye eventos de presentación de informes de diagnóstico y un eficiente proceso de alarmas. Lalínea de descarga firmware permite actualizar los dispositivos con el fin de permanecer por delante de la curva de lo obsoleto. Por último, un riguroso programa de pruebas de interoperabilidad asegura la calidadde conexión.




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FOUNDATION fieldbus H1 specification for type A. It isavailable in 18 AWG with foil or braided shield, and with

or without ground wire. PVC jacket is resistant to oil,sunlight, and water, and is offered in standard and

custom colors and versions.

Fieldbus utiliza un cable del tipo par apantallado, permite utilizar cables existentes.

Type Description Size Maximumlength

A Individual shielded,twisted pair

#18 AWG(0.8 mm2)

1900 m

B Multiple-twisted-pair withoverall shield

#22 AWG(0.32 mm2)

1200 m

C Multiple-twisted-pairwithout shield

#26 AWG(0.13 mm2)

400 m

D Two wires with no shieldand not twisted

#16 AWG(1.25 mm2)

200 m

El bus se llama segmento o “trunk”, y los dispositivos se conectan al trunk mediante “spurs”.

El largo máximo de cada spur depende del número de instrumentos en el segmento y del número dedispositivos en el spur.

Devices perspur Total

devicesonsegment 1 2 3

1-12 120 m 90 m 60 m

13-14 90 m 60 m 30 m

15-18 60 m 30 m 1 m




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Ambos H1 y el HSE fueron diseñados específicamente para el control del proceso. Porque H1 y HSE concaracterísticas complementarias, abarca diversas necesidades de redes. Estos incluyen: circuito cerrado decontrol continuo, lotes de secuenciación, remoto -I / O, y la integración de sistemas heredados.Además posee el sistema de seguridad (SIS) cuya especificación incluye una capa de seguridad adicionalbasado en las normas IEC 61508 requisitos por lo que es idóneo para su uso en sistemas de seguridad delas instalaciones.

Foundation HSE

Ethernet de alta velocidad (HSE - High Speed Ethernet) es ideal para su uso como columna vertebral decontrol. Corre a 100 Mbit / s, esta tecnología está diseñada para los dispositivos, subsistema de integracióny de empresa. Soporta todas las capacidades del bus del campo, incluidos los bloques de función estándary descripciones de dispositivos (DDS), así como la aplicación específica de módulos de función flexible(FFBs) para el proceso de avanzada y discretos / híbridos / lote aplicaciones.

F HSE soporta complejas funciones lógicas, como las realizadas por controladores lógicos programables(PLC), o datos de proceso, tales como analizadores e intercambio a otras redes. SMS facilita el acceso a latecnología de bus de campo H1 a través de dispositivos de enlace, proporcionando al mismo tiempo ampliarlas capacidades para la alta velocidad y dispositivos de automatización híbrida / lote aplicaciones.F SMS es una tecnología de control de red diseñados específicamente para la automatización de procesospara conectar a más alto nivel, como los dispositivos y controladores remotos-I / O de alta densidad dedatos y para la integración de subsistemas.Permite que la información de dispositivos inteligentes pasen a través de sistemas de control sin pérdida,degradación, o la demora que conlleva la propiedad de las redes de control de software de administración

de dispositivos. También permite la posibilidad de integración electrónica con alto nivel MIS y aplicacionesERP.SMS permite la integración y el libre intercambio de información necesaria para la planta de la empresa. Esuna Ethernet que proporciona a los usuarios finales interoperablilidad con dispositivos de múltiplesproveedores. Y, al igual que H1, HSE es una norma internacional (IEC 51158).SMS proporciona las mismas prestaciones que los H1, pero integra el subsistema, en vez de hacerlo sobreel terreno de los dispositivos. Soporta la interoperabilidad entre diferentes controladores y de la mismamanera que H1 apoya la interoperabilidad entre los transmisores y actuadores de diferentes proveedores.FFBs en los dispositivos de SMS pueden ser creados utilizando lenguajes de programación como los que seencuentran en la norma internacional IEC 61131-3.SMS fue diseñado para vigilancia y control de aplicaciones. La totalidad o parte de la HSE y dispositivos dered pueden ser despedidos a alcanzar el nivel de tolerancia a fallos necesarios para una aplicaciónparticular. Lo mejor de todo, la redundancia con el apoyo estándar Ethernet utilizando el equipo, eliminando

así el costo de equipo especial a la red.HSE también soporta el cableado estándar Ethernet, incluyendo una fibra óptica de los medios decomunicación opción para proporcionar un eficaz aislamiento eléctrico entre las plantas o zonas deinmunidad frente a la distorsión a través de entornos ruidosos.

Máx. 90 mt Máx. 60 mt

Máx. 120 mt




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F HSE se basa en no modificar Ethernet IEEE 802,3 y, por tanto, es compatible con el estándar Ethernet. Adiferencia de la "topología de anillo," F SMS proporciona un completo " estilo DCS" redundancia conconmutadores de red, dispositivos redundantes. También se basa en el estándar IP, que le permitancoexistir con otros dispositivos y garantizar la compatibilidad con herramientas estándar. Al más alto nivelincluye una capa de aplicación que proporciona interoperabilidad entre los dispositivos más allá de la meracoexistencia proporcionada por Ethernet y TCP / IP. Reduce al mínimo tiempo muerto y con el apoyo de jitter de peer-to-peer comunicación directa entre los dispositivos. Una vez más, un riguroso programa depruebas de interoperabilidad asegura la calidad de conexión.

El hub-and-Tolken Tree de topología de Ethernet hace que sea muy fácil de añadir y quitar dispositivos sinperturbar el funcionamiento de red. Puede utilizar las herramientas estandar de Ethernet para la instalación,para las pruebas y la resolución de problemas. Estas herramientas acelera la resolución de problemas decomunicación. Cuenta con el apoyo de herramientas de solución de problemas no disponible para RS485 ycoaxial. Se basa en TCP y UDP, red estándar que emplean herramientas de gestión SNMP, RMON, etc.Del mismo modo, se conocen las direcciones IP que se utilizan incluyendo soporte para DHCP.

Comunicación

Comparación de ISO/OSI y Fieldbus Fundation

Fundamentalmente consta de: a) un nivel físico, b), una pila de comunicaciones (Stack) y c) nivel deusuario. No se implementan los niveles 3, 4, 5 y 6 del modelo OSI a causa que estos no se requerierenen aplicaciones de control de proceso, pero si se tiene en cuenta un importante Nivel de Usuario.• El nivel físico (características mecánicas, eléctricas y funcionales para establecer y liberar

conexiones física) responde a normas ISA/IEC (ISA 550.02-1992/IEC 1158.2). Poseen velocidadesde 31,25 Kbs (baja), 1 Mbps (media) y 2,5 Mbps (alta). En baja se puede alcanzar una distancia de1900 m, la que disminuye con la cantidad de dispositivos en el bus, oporta especificaciones deseguridad intrinsica y es la velocidad prioritaria del FF.

• El stack de comunicaciones provee los servicios de interfaces entre el nivel físico y el nivel deusuario y comprende fundamentalmente:El Nivel Enlace de Datos (Data Link) es del tipo token-ring y establece la vinculación con el NivelFísico. Su función es la de controlar la transmisión de mensajes hacia y desde el Nivel Físico. El

acceso al bus se realiza mediante el programa LAS (Link Active Scheduler) que actúa como uncentralizador y arbitrador de uso del bus, permitiendo una comunicación determinista realizando unadistribución del tiempo para que todo dispositivo conectado sea sensado. Además permite que




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todos los datos publicados en el bus están disponibles para todos los dispositivos conectados quelos reciben simultáneamente.El Nivel de Aplicación comprende la transferencia de datos desde en Nivel 2 al Nivel 7 y eltratamiento de los comandos del Nivel de Usuario para direccionar y acceder por su nombre losdispositivos remotos.

• Nivel Usuario define una interface que permite que el usuario interactue con los dispositivos decampo Hay dos recursos importantes: los bloques y la descripción de dispositivos

Modelo de bloque de función

Una característica singular de la arquitectura FF es garantizar la interoperabilidad de dispositivos a pleno, lacapa de usuario estándar basadas en "bloques" y descripciones de dispositivos (DDS). La capa de usuariodefine un Bloque de Funtión Application Process (FBAP), utilizando Bloques de recursos, módulos defunción, Transductor Bloques, Sistema de Gestión, Gestión de la Red y la tecnología de DD.

Módulos de función para mejorar el control en el campo

En los Bloques de Recursos se definen los parámetros que se refieren a todo el proceso de solicitud (porejemplo: identificación, tipo de dispositivo, etc.) Los Bloques de función encapsulan las funciones de control(por ejemplo, el controlador PID, entrada analógica, etc) y los bloques transductores ofrecen una interfazcon sensores, como temperatura, presión y caudal, y actuadores de válvulas.

Foundation Fieldbus define un set de bloques funcionales básicos y avanzados, el fabricante decide cuantosincluir.InterOperabilidad: Garantiza que un Function Block es interoperable y opera junto a otros bloques, nogarantiza la funcionalidad de (distintos equipos), ya que los algoritmos pueden ser distintos.Otros Bloques desarrollados por el fabricante (Avanzados), tambien son interoperables ya que Foundationespecifica como hacerlo.No todos los dispositivos traen el mismo número de bloques, sino que traen una base mínima.Si uno desea y el fabricante lo permite se puede copiar (instance) un bloque al dispositivo para agregarleuna funcionalidad, esto se llama instantation.

Por ej: Agregar un segundo P&ID a una válvula de control

Relaciona el dispositivo

completo (N° serie,

Fabricante, Modelo, etc)

Relaciona (Sensor,

material estatus

Relacionan las

capacidades de control

(AI, AO, PID, PI)




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Mensajes de las capas en Fielbus Fundation

Alimentación y señal digital en el mismo cable

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