Field Bus en el Mercado

A continuación se presenta una breve descripción de los buses de campo más representativos, ya sea por su volumen de implementación o bien por sus características y usos particulares.

A) PROFIBUS: Profibus (PROcess FIeld BUS) fue un proyecto conjunto financiado por el Ministerio Federal de Investigación y Tecnología de Alemania en el que participaron 18 empresas alemanas para especificar, desarrollar y probar un nuevo bus de campo digital para instrumentos y dispositivos de control en el nivel más bajo de la jerarquía de automatización y control. Sin embargo, hoy en día Profibus es un modelo de comunicación industrial de carácter internacional, estando presente en multitud de plantas distribuidas por todo el mundo. Por ello se hace necesario una gestión eficaz y rigurosa de todo lo referente a este bus de campo. Sin duda alguna, la entidad que más peso tiene para el desarrollo de éste estándar de comunicación es

Profibus Internacional, que reúne a todas las asociaciones de usuarios de Profibus y

ha establecido una certificación cualificada de los sistemas y equipos mediante un test de interoperatividad. (interconectividad + interoperabilidad + intercambiabilidad).

Todo producto certificado aparece en la guía de productos Profibus con su número de certificado.

En los datos técnicos podemos observar la versatilidad de Profibus y el abanico de posibilidades que cubre para adaptarse a las necesidades de la comunicación

industrial.

Fig. 2.4 Anillo de control, para profibus ¾ Datos técnicos de Profibus Estándar: PROFIBUS según EN 50 170 Método de acceso:

Velocidad de Transmisión: 9.6 Kbits/s-12 Mbits/s

Medio de transmisión Eléctrico: Cable de 2 hilos (Coaxial). Óptico: Cables de fibra óptica (Cristal y plástico).

Sin hilos: Infrarojo.

Máximo No. De Nodos: 127

Tamaño de la Red: Eléctrica: Máx 9.6 Km (depende de la velocidad). Óptica: 150 Km (depende de la velocidad)

Topologías: Bus, árbol, estrella, anillo, anillo redundante Aplicaciones: Comunicación de proceso, campo o datos

Distancia ampliable entre repetidores hasta 10km (para el cable).

En el método de acceso podemos distinguir entre dos casos: en el primero, mediante derivaciones especiales (testigos) en el bus, las estaciones tipo master se van

pasando el turno de ocupación de éste, por lo que entre ellas se forma un anillo lógico, ya que físicamente la topología es siempre en bus. El segundo caso es cuando una

estación principal o master se hace con el bus. Durante este tiempo, se encargará de

consultar a sus estaciones esclavas a la máxima velocidad posible.

¾ Perfiles de Profibus

Profibus nos ofrece tres perfiles, cada uno de ellos adaptado a unas necesidades concretas de comunicación en la planta. Así, tenemos:

Para tareas universales de comunicación: Profibus-FMS: - Comunicaciones Multimaster

- Amplia gama de comunicaciones

Para intercambio de datos rápido y cíclico: Profibus-DP - Plug & Play

- Eficiente y rentable

Para automatización de procesos en áreas con riesgo de explosión: Profibus- PA

- Alimentación vía bus - Seguridad intrínseca

B) HART: El protocolo o bus de campo Hart (Highway addressable Remote Transducer) nace con la idea de hacer compatibles modelos tradicionales en la comunicación de campo (4@20mA) con modelos mas actualizados que permitan llevar a cabo control distribuido de los procesos, es decir buses de campo. Así, aun sabiendo que estos ofrecen las máximas perspectivas en el futuro, los usuarios de numerosas plantas que todavía utilizan señales análogas de 4@ 20mA contemplan la posibilidad de grandes cambios estructurales.

Ante esta situación y sin perder de vista los avances en el control distribuido a nivel de campo, los usuarios se preguntan cómo podrían aprovechar las ventajas de la comunicación digital (en bus de campo) sin renunciar al modelo analógico. La respuesta la dio en su momento una empresa francesa Rosemount (1986) con el protocolo Hart. Este es un protocolo que permite la utilización simultánea e independiente de la comunicación digital con la analógica convencional, sustituyendo los instrumentos de medida y control convencionales por los inteligentes tipo Hart.

De este modo se obtienen importantes beneficios:

- Se mantienen las estrategias de control actuales y los lazos de control convencionales (generalmente 4-20mA). Esto último permite mantener el cableado existente.

- La información digital adicional transmitida a través de este protocolo: variables, medidas, rango del instrumento, información del producto, etc., se pueden utilizar durante las fases de instalación, calibración, mantenimiento y operación.

Fig. 2.5 Permite trabajar con señales analógicas y digitales al mismo tiempo

C) Fieldbus. La organización Fieldbus Foundation está formada por 120 de los

principales fabricantes y usuarios finales de la automatización y control de procesos industriales. Trabajando juntas, estas empresas han definido de forma única una normalización del bus. Pertenecer a Fieldbus Foundation permite acceder a formación,

herramientas de test, software, noticias sobre nuevas tecnologías y asistencia técnica, etc.

El protocolo definido por la organización Fieldbus Foundation se denomina FoundationFieldbus, y supone la evolución tecnológica hacia la comunicación digital

en la instrumentación y en el control de procesos. Se diferencia de cualquier otro protocolo en que está diseñado para aplicaciones de control de procesos y no solo para transmitir datos en modo digital. Este protocolo es abierto, esto significa que los fabricantes con certificado Foundation Fieldbus nos proporcionan dispositivos que

podrán funcionar junto con dispositivos de otros fabricantes también certificados. Esta flexibilidad en la elección del proveedor, en un mismo sistema, sin la perdida de la más mínima funcionalidad es una ventaja para todos los usuarios.

¾ Implementación de la tecnología fielbus

Foundation Fieldbus (FF) es un sistema de comunicación totalmente digital, serie,

bidireccional, que interconecta los equipos de planta como sensores, actuadores y controladores.

Fieldbus es una Red de área local (LAN) para elementos usados en automatización de la producción con la capacidad incorporada de distribuir el control a través de la red Los dispositivos FF se conectan a la red mediante segmentos H1 que presentan las siguientes características:

- Interconexión de hasta 32 dispositivos utilizando un único par de hilos. - Alimentación de los dispositivos a través del propio segmento.

- Utilización de cableado ya existente en planta.

- Disponer de la aplicación de control en los dispositivos de campo.

Los segmentos H1 se han optimizado para cumplir con los requerimientos anteriores, por ello trabajan a una velocidad moderada. Los dispositivos también pueden conectarse a través de Fibra Óptica a los segmentos H1 y se puede convertir cable a FO en cualquier punto del segmento H1. La única consideración es que la FO no permite alimentación en el propio bus del segmento.

Por tanto una red Fieldbus estará compuesta de múltiples segmentos H1 unidos por puentes y uno o varios segmentos H2 redundantes tal y como se puede observar en la figura 2.6

Los segmentos H2 se han optimizado para concentrar comunicaciones de una gran cantidad de dispositivos y para la conexión de gran cantidad de señales de I/O sencillas a través de módulos múltiples de E/S.

Los segmentos H2 utilizan el estándar ampliamente difundido Ethernet de alta velocidad o HSE (High Speed Ethernet) en configuración redundante. Estos

segmentos trabajan a 100 Mbit/s con un conexionado de pares de cables trenzados y apantallados (STP) o mediante Fibra óptica.

Fig. 2.6 Arquitectura de red de Fundation FieldBus

Los protocolos de comunicación son utilizados en los diseños de control de procesos así como en los gabinetes de control, pues es en los planos de los gabinetes en donde se mostrará que dispositivos trabajan bajo que protocolo, y por tanto se sabrá el tipo de conexión a usar.

3 PLANTEAMIENTO

OBJETIVO: Diseñar un gabinete de control para un proceso de control distribuido. Hasta el momento se ha hecho una explicación generalizada de los distintos tipos de sistemas de control que son utilizados en los procesos industriales, así como los protocolos de comunicación más utilizados en el ámbito industrial.

La existencia de los diferentes tipos de control se debe a que los procesos industriales son tan variados dependiendo de su objetivo, tamaño, y variables a controlar durante el proceso.

Y la existencia de los protocolos se debe a que es la forma de estandarizar algunos aspectos del proceso, de forma tal, que aunque sean diferentes fabricantes los encargados de realizar el proceso de control, existan normas que establezcan las pautas que se deben de seguir para llevar a cabo los procesos, ya sean de comunicación o de alguna otra índole.

Económicamente hablando, algunos protocolos solo son compatibles, entre los productos de un solo fabricante, lo que obliga al cliente a que todo el equipo necesario para su proceso sea adquirido con una solo empresa.

Así pues en este trabajo se pretende realizar el diseño del gabinete de control en un proceso de control distribuido para una unidad generadora de energía.

Para ello utilizando el programa de Autocad y Autocad Electrical se hará el diseño del arreglo del gabinete en el que se plasmaran los protocolos usados así como el equipo o hardware que interviene en el proceso de control.