Redes de Comunicación Industriales

Las comunicaciones industriales se dividen en dos áreas importantes, la primera es la comunicación a nivel de la planta y, la segunda es una comunicación SCADA. En los dos casos la comunicación de datos se efectúa en tiempo real, o con un mínimo retardo que no es considerable con relación a los tiempos del proceso, siendo indispensable para el nivel de planta. Conforme el área donde va a ser situado, en un ambiente industrial se encuentran diversos tipos de redes:

2.2.5.1. Buses Orientados a Dispositivos.

Estos tipos de redes no proporcionan una alta fidelidad de transmisión de datos, las transferencias de datos se realizan por bloques pequeños. Estas transmisiones se consideran buses de nivel inferior, sin embargo, el caso de protocolo CAN bus, no está diseñado para el área industrial, ya que sus beneficios como, robustez y costos mínimos se encuentra en abundancia y muy comerciales en el sector industrial.

El estándar LANworks apareció para las aplicaciones en domótica y automatizaciones de edificios. Asimismo, estos buses de dispositivo, pueden encontrarse en otros equipos con un mínimo de inserción, o con aplicaciones no vinculados directamente con las industriales de manera que tenemos el bus EIB para las instalaciones.

CAN Bus Eléctricas.

El protocolo CAN bus proviene del estándar ISO 11898, anteriormente desarrollado por la empresa alemán BOSCH para facilitar el cableado de los vehículos. De esta manera se empleó considerablemente en la automatización, donde se encuentra una gran cantidad de electrónica vinculado a los componentes instalados en el motor, así como en las partes del automóvil, bolsa de aire, correas de seguridad, iluminación, ambiente climatizado, etc., y es indispensable el acceso a la distribución, por lo cual CAN bus suministra una buena instalación para la conexión entre los elementos.

El protocolo mencionado está centrado en el origen productor consumidor. Cada ordenador está constantemente alerta a la recepción y las transmisiones de datos, se ejecutan mediante el control de equipos apropiados (el árbitro de bus). Los requerimientos de información se elaboran conforme a las tablas de instrucciones que contiene registros de variables. Al descifrar el nombre de la variable vinculados a los datos que crea, un dispositivo emite los registros actuales. Estos datos actuales son transmitidos para todos los receptores que tengan registrado el nombre de la variable. De esta manera garantizamos el funcionamiento de todos los dispositivos que están incorporados en la planta y de forma simultánea se actualizan sus datos.

Figura 12.

Formato de trama CAN (DLC = Data Length Code).

Todas las uniones, implicado el transmisor están operativos en tanto se efectué la actividad en el CAN bus, examinan si se encuentran errores

(hasta 5 inspecciones de error) e impulsan la retransmisión si acontece un error; todas las uniones deben admitir el mensaje, de lo contrario se comprende que existe un error. Mientras tanto los receptores, remiten el mensaje de (mensaje recibido) en el momento que llega el mensaje correctamente.

La peculiaridad principal del CAN bus radica en la necesidad del uso de un protocolo para las capas superiores capaces de realizar la conexión de la aplicación. El protocolo CAN bus es un detalle de bajo nivel. Las posibilidades de que el CAN bus son establecidos en gran medida por el protocolo de las capas superiores; este protocolo se escoge mayormente del mercado al que es orientado la aplicación, las pretensiones de tiempo real, etc.

Buses de Campo: PROFIBUS, COMPOBUS.

Esta clase de buses es la que ha variado de manera amplía su oferta, debido a que han figurado diversos estándares para la implantación a nivel industrial. Por más se trate de estándares de código libre, cada protocolo suele ser promocionado por diferentes fabricantes, por lo cual se manifiesta una pequeña competencia enmascarada por querer obtener la primacía del mercado a través de la filosofía de protocolos de código abierto. Entre los diversos protocolos que tenemos en el mercado existen varias divergencias, y por lo que usualmente se hace posible diseñar e implementar el mismo tipo de protocolos sobre cualquiera de ellos. No nos centraremos de manera profunda en los protocolos, para mayor detalle realizaremos una ampliación de conceptos que ya se tienen de los mismos.

En la Figura 13, se hace un análisis de FODA a los conceptos que se tiene de la amplia gama de buses de campo, el cual es analizado tomando en cuenta las diversas características inherentes, como la complejidad, taza de transferencia de datos que es enviada y recibida, el costo económico de implementación y sobre todo la funcionalidad.

HART.

El protocolo HART brinda esencialmente la comunicación digital bidireccional con elementos o dispositivos de campo, los cuales son elementos inteligentes mientras conserva su compatibilidad y similitud con los tradicionales sistemas que usan los 4-20 mA. En este protocolo empleada la norma Bell 200, lo que ocasiona la superposición instantánea que se usa en los niveles inferiores de una señal de comunicaciones digital (el nivel alto es mostrado por 1.200 Hz, mientras que el nivel bajo es mostrado con 2.200 Hz. El protocolo HART fue empleado para mejorar las comunicaciones con los instrumentos de medición y control que se enlazaban usando señales de 4-20 mA, y que es aplicado actualmente a todo proceso industrial.

Al ser una superposición de una señal a un sistema ya establecido, HART brinda una solución sin riesgos que puede ser usado sin amenaza y que brindan una comunicación más variada y consistente con los dispositivos inteligentes.

FIP y WORLDFIP.

La comunicación FIP es un protocolo de campo desarrollada inicialmente en Francia. FIP se plantea ser un protocolo de gestión de datos de plantas industriales, distribuidos en tiempo real, y que se basa en la estructura PDC. De esta manera la estructura, los sistemas que se ejecutan en las plantas desempeñan tres funciones importantes:

El software es encargado de la producción de una base de dato o variable. Por ejemplo, el encargado de elaborar una base de datos es el transmisor ya que está representa las variables de monitoreo, en tanto un controlador es el encargado de la producción de una base de dato que manifiesta el porcentaje de abertura de una válvula.

Consumidor de Datos:

La programación necesita un dato o una variable. Como en el caso del actuador necesita conocer la proporción de la abertura para que precise la válvula, en tanto un controlador multi-lazo es el adquiriente de cuantiosas variables necesarias para ejecutar sus funciones.

Distribuidor:

El distribuidor es el encargado de la validación y entrega de datos, para así realizar los lapsos de tiempo requeridos en el proceso.

Un elaborador puede crear una base de datos que sean de vital importancia para muchos consumidores, un consumidor necesita más datos de un elaborador. Particularmente las plantas son autónomas, con una la condición de elaborar las variables de las que es creador cuando el distribuidor lo requiere. De esta manera, el distribuidor es el mediador de la red, determinado cuando se crea las variables, de acuerdo a las solicitudes de los consumidores.

WorldFIP Europea son protocolos que ejecutan procesos por lotes y, de elaboración discreta. Los programas importantes se incluyen en las fábricas de automóvil, medicina, petroquímicas, alimentación y en las industrias de papel. La simplicidad añadida el protocolo le brinda al usuario entregas y aseguradas las respectivas variables de tiempo crítico y ofrece la posibilidad de entregar una base de datos completo en el mismo protocolo de trabajo sin necesidad de una programación especifica.

Foundation Fieldbus.

La fundación fieldbus está formado por un subconjunto normado IEC/ISA (IEC61158_e_ISA_s50.02). Esta organización congrega 2 sociedades, World_ FIP (World Factory Instrumentation Protocol) e ISP (Interoperable Systems Project) desde los años 1994. Su más primordial propósito es remplazar el cableado que esta junto a los elementos recluidos como aquellos módulos que funcionan de 4-20 mA. La gran mayoría de sensores neumáticos trabajan con este tipo de señales. Ya que estos protocolos son capases de proporcionar una compatibilidad de manera que su inserción de dispositivos con los módulos más pequeños de interfaz. Es esencialmente seguro, cabe decir, establece su cualidad como un asistente en medios agresivos como pueden ser de riesgo de explosión, mediadores químicos, etc.

Este protocolo utiliza las capas 1, 2 y 7 del modelo OSI. Los datos de este Bus se comunican mediante el cable par trenzado la modulación está determinado sobre un voltaje continuo entre 9 y 32 V, suministrando energía a los dispositivos en la misma red, a una velocidad de transmisión de 31,25 kbit/s con una impedancia de 50 Ohms, es de vital importancia instalar los conectores de red. Nos Permite gestionar la transmisión mediante un dispositivo que establece el control del bus, de esa manera se realiza las transmisiones asíncronas para las notificaciones con prioridad. Ya que los módulos integran alguna inteligencia, su trabajo es probable que sea autónomo a pesar de las interrupciones en la comunicación de datos. Acepta un máximo de 32 elementos en el Bus de datos y una longitud máxima de 1900 metros sin repetidores.

Modbus.

Los protocolos modbus son los más experimentados, sus inicios fuero en el año 1979 con el propósito de transmisión y recepción de datos de control entre los módulos y sensores mediante el puerto de comunicación RS-232, una transmisión de datos punto a punto, con una longitud máxima de 350

metros. Este protocolo no fue estandarizado por ninguna compañía, sin embargo, sus especificaciones están a disponibles.

Generalmente operan por medio de sistema Esclavo_Maestro, y dispone 2 modos principales de funcionamiento, modo ASCII, remití dos caracteres es decir 2 bytes para cada remisión, existiendo hasta 1 segundo de diferencia en el tiempo entre ellos, en tanto el modo RTU (Unidad Terminal Remota), remiten 4 caracteres hexadecimales es decir 4 bits en cada remisión de caracteres. Este modo último es más usado para la comunicación inalámbrica. La versión MODBUS plus utiliza el puerto de comunicación RS485, se puede transmitir hasta un máximo de 32 nodos y alcanzar una distancia de 1500 metros con el método de transmisión paso de testigo.

Los dos métodos utilizan para su instalación cables par trenzado apantallado y los voltajes de alimentación son independiente para cada módulo.

Estos protocolos poseen limitaciones debido a compatibilidad en el cual se recomienda utilizar donde exista este tipo de instalaciones para así proveer la compatibilidad, hoy en día es factible emplear estos protocolos de transmisión con las más altas prestaciones y precios accesibles en el mercado. En la Actualidad se está impulsando el protocolo MODBUS sobre TCP/IP, para tener un beneficio, los equipos ya cuentan con la implantación para el Internet, y de esta manera utilizar los protocolos industriales usando la misma red de transmisión y agrupando mensajes MODBUS dentro de las transmisiones TCP/IP, de manera que son indispensable los módulos de encapsulado y des-encapsulado para unir con módulos habituales MODBUS.

Interbus.

Esta red se identifica por la interconexión de los sensores y accionadores, su estructura está diseñado para control de procesos permanentes y programas de fabricación. Este programa tiene una metodología de transmisión Esclavo_Maestro, accesible a altas prestaciones, conexión tipo anillo. El protocolo Interbus no tiene respaldo por los gigantes fabricantes de autómatas. Sin embargo, aproximadamente más de 700 fabricantes de dispositivos de planta soportan un programa desarrollado en Interbus dicha red está compuesto por un módulo de control, instalada en un ordenador industrial o en un Control Lógico Programable (PLC) que se conecta con diversos dispositivos de entrada y salida.