Evolución de los Buses de Campo

La introducción de las redes sobre el terreno para la automatización está estrechamente vinculada con los intentos de hacer que los datos estén

disponibles en todos los niveles funcionales de la empresa. Un resultado de estas ideas fue la llamada pirámide de automatización, que se muestra en la figura 3.4, como modelo jerárquico de la red multinivel. Esto definió por primera vez el alcance de la fabricación integrada por ordenador (CIM) para hacer frente a la previsible complejidad de los datos en un sentido horizontal e integrarla

verticalmente al entorno de comunicación. El destino original de esta aplicación en la década de 1980, era la fábrica y la automatización de procesos.

Los números varían, pero por lo general, este modelo se compone de hasta cinco niveles. Mientras que las redes en los niveles superiores ya existían en el

momento que se definió la pirámide, el nivel de campo se desarrollaba en gran medida, por las conexiones punto a punto, y aún hoy permanece de esta manera en muchos casos. La integración real de las redes sobre el terreno con el resto de la jerarquía se consideró en la temprana normalización, para la mayoría de los desarrollos de propiedad, sin embargo, nunca se logro ésta intención primaria. Los sistemas de buses de campo, por lo tanto también se desarrollaron con el objetivo final de cerrar esta brecha

Figura 3.4 Jerarquías de procesos en la automatización de fábricas, y su comparativa con la automatización de edificios.

En la automatización de edificios, la situación fue ligeramente diferente la necesidad de soluciones de automatización sucedió mucho más tarde. Por lo tanto, el desarrollo de sistemas de comunicación a nivel de campo comenzó más tarde, por lo que nunca hubo tal abrumadora variedad de sistemas. Como

segunda consecuencia, la jerarquía de la automatización en la construcción de ésta automatización, siempre fue compuesta de sólo tres niveles, lo que llevó años de evolución en el proceso y la automatización de las fábricas, han estado en este caso, disponible desde el principio [18].

Desde un punto de vista tecnológico, la evolución real del sistema de bus de campo, en el tiempo se muestra en la siguiente figura. Fue en gran medida

influenciado por el desarrollo de las redes de ordenadores, pero sin duda quienes más contribuyeron fueron: La Organización Internacional para la Estandarización (ISO); y el modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI). Este modelo de referencia era, y sigue siendo, el punto de partida para el desarrollo de muchos protocolos de comunicaciones complejos [19].

La primera aplicación del modelo OSI para el dominio de automatización fue la definición del Protocolo de Automatización para la Fabricación (MAP), a raíz de la idea de la CIM.

MAP pretendió ser como resultado de su definición, un marco para el control integral de procesos industriales, no sólo un protocolo flexible y de gran alcance. Sin embargo resulto ser también un protocolo muy complejo que no tuvo el éxito previsto, consecuentemente, la pila de protocolos que lo componían, se redujo drásticamente en tamaño y complejidad, dando como resultado un estándar "mini- MAP" que posteriormente fue punto de partida de muchas definiciones de bus de campo [20]. Del mismo modo fue exitosa la Especificación de Mensaje del

Figura 3. 5 Selección de los importantes sistemas de bus de campo y tecnologías de apoyo.

Independiente de este desarrollo en ciencias de la computación, los avances en la microelectrónica permitió crear diversos controladores integrados, ya que eran necesarias nuevas interfaces para la interconexión, y estos circuitos integrados lo hacían de una manera eficiente y barata. En consecuencia, los ingenieros

electricistas, sin el conocimiento del modelo ISO / OSI o arquitecturas similares, definieron buses simples como el I2C. Estos fueron interfaces que cumplieron la función de buses que cuentan con protocolos muy simples y que son, aún hoy, ampliamente utilizados en sistemas electrónicos.

Incluso antes de la "invención" de los buses a nivel de borde (o periféricos), la demanda de una reducción del peso del cableado en la fabricación de aviones y la tecnología espacial, dio lugar al desarrollo de la Norma Militar 1.553 de buses, que puede considerarse como la primera en definir el bus de campo ―real‖.

La fecha de lanzamiento en 1970, mostró muchas propiedades características de los modernos sistemas de bus de campo: la transmisión en serie para el control de los datos de información sobre la misma línea, la estructura maestro-esclavo, la posibilidad de cubrir mayores distancias, y los controladores integrados. Más tarde, pensamientos similares (reducción de peso y de gastos en cableado) no

Una propiedad característica de estos buses de campo, es que se definen en el espíritu de las interfaces clásicas, con especial atención en las capas inferiores del protocolo, y con la ausencia de definiciones para la aplicación, en casi todos los niveles. Es el Controller Area Network (CAN) es un clásico ejemplo de este tipo de bus de campo, en el cual las definiciones de capas superiores, fueron añadidas más tarde para que el sistema también sea aplicable a otras áreas. Desde mediados de la década de 1980 cuando la automatización dio un gran salto hacia adelante impulsado por las compañías de energía encargadas de las líneas de transporte, también surgieron sensores y actuadores cada vez más inteligentes, y así se marcó el rumbo de la automatización de sistemas de control. Desde aquellos días hasta hoy, han nacido muchos sistemas de bus de campo, que se adaptan a los diferentes campos de aplicación, y casi todas las empresas en el negocio de la automatización han creado su propio bus.

La pregunta entonces es: ¿Cómo estos diversos enfoques pueden ser vistos por una sola mirada, dado la gran variedad de diferentes mecanismos de accesos al medio, para sistemas de bus de campo, y que todavía tiene una cuota de

mercado significativa? En la siguiente figura se muestra una comparación de los diferentes mecanismos de acceso al medio, de los diferentes buses de campo.

Figura 3.6 Diversidad de los mecanismos de acceso a medio que demuestra la gran variedad de sistemas de buses de campo existentes.

Para hacer frente a los requisitos de tiempo real, los ingenieros fueron

particularmente inventivos con respecto a cómo solucionar el problema de acceso simultáneo al medio, y a compartir recursos, como por ejemplo, los canales de comunicación. Sin embargo los mecanismos de Control de Acceso al Medio

gestión) está organizando.

Todos estos aspectos dejaron bastantes grados de libertad para el desarrollo de soluciones innovadoras, que se han optimizado para escenarios particulares de aplicación.