Redes industriales
Sistemas de instrumentación y control
modernos
Toman mediciones que son
recogidas por instrumentos de medida y que son
entregadas a un controlador (un computador) y luego este las reenvía a otros computadores a través de una red de datos.
El uso de redes reduce
costos y mejora la eficiencia del sistema de control
Objetivos de un sistema de
control: productividad y eficiencia
Funciones de un sistema de control
Control de los procesos y alarmas (ahora soportado por
sistemas de control distribuidos)
Control de las secuencias, alarmas (ahora lo hacen los PLCs) Interfaces de usuario centralizadas (ahora sistemas scada) Gestión de la información
Pirámide de automatización
Es la forma de organizar
las diferentes funciones de la automatización de una empresa de producción
Contiene diferentes capas
con diferentes funciones
La organización por capas
depende de la entidad de estandarización.
Modelo CIM (Computer
Integrated Manufacturing), propuesto por NIST
(National Institute of
Standards and Technology)
Modelo Teórico
CIM
Enterprise Resource Planning
Manufacturing Execution System
Supervisory Control and Data Acquisition
ERP: ENTERPRISE RESOURCE PLANNING
Gestiona la información
Automatiza e integra las tareas de negocio, operación y producción de una
empresa.
Busca realizar un manejo eficiente de la información, facilitar el intercambio
de datos entre todos los departamentos de la organización
Busca pronosticar la oferta y demanda de los productos y/o servicios
Busca brindar soluciones prácticas y rápidas a los usuarios, reducir tiempo y
TICs para ERP
En el mercado mundial existen diferentes empresas
proveedoras de soluciones ERP:
Oracle, SAP, SSA, IBM, QAD, PeopleSoft, FouthShift
Tipo de Red que utiliza:
Redes de Área Local
MES:
Manufacturing Execution System
Conecta el nivel deplaneación de recursos empresariales (ERP) con los productivos, a través de sistemas informáticos. Su principal objetivo es la planeación y el control de la producción en tiempo real, a través de la optimización de los recursos de la organización.
TICs para MES
Programación en base de datos como Oracle, SQL server
u otras.
La estructura de base de datos debe soportar el sistema,
las interfaces, los cálculos, los reportes, las
comunicaciones con otros sistemas, miles de líneas de código y mucho más.
Usan lenguajes de programación estándar como Visual
Basic, Delphi, Java, etc.
Tipos de Redes a Utilizar:
Redes de Área Local
SCADA: Supervisory Control and Data
Adquisition
Establece una Interfaz Humano
Máquina (HMI) que le permite al usuario comunicarse con los
dispositivos de campo a distancia, para la supervisión y control de las variables de proceso de forma automática.
Recibe los programas de
producción, calidad,
mantenimiento, etc., del nivel sistema MES y realimenta dicho nivel con las incidencias (estado de órdenes de trabajo, situación de máquinas, estado de la obra en curso, etc.) ocurridas en planta.
Relación ERP, MES, SCADA
En el modelo CIM, SCADA relaciona el nivel MES y de CONTROL Emite órdenes de ejecución al nivel sistema de control y recibe situaciones de estado de dicho nivel.Componentes Tecnológicos de SCADA
Interfaz Humano-Maquina o HMI (Human MachineInterface): paneles compuestos por indicadores y comandos del
sinóptico de control del sistema.
Ordenador central o MTU (Master Terminal Unit): se
encargan de centralizar el control de la información realizando tareas de recopilación, almacenamiento, envío y análisis de datos al igual que de gestionar la comunicación con los operadores.
Ordenadores remotos o RTU’s (Remote Terminal Unit):
recolectan y envían los datos locales a la unidad central, de la cual también pueden recibir información.
Red de comunicación: permiten el intercambio de datos
bidireccional entre el ordenador central y los remotos. Estándar
DCS: Sistema de Control Distribuido
El sistema de controladquiere el estado de las variables de proceso por medio de los sensores, realiza los cálculos de actuaciones y finalmente lleva a cabo la acción de control
Estructura DCS de Siemens del
laboratorio de automatización de la UPB
Gabinete de control central Gabinete de control distribuido
Componentes Tecnológicos del DCS
Para ejecutar el control de un proceso existen diferentes
dispositivos electrónicos como:
Controlador lógico programable (Programmable Logic
Controller, PLC)
Unidad terminal remota (Remote Terminal Unit, RTU)
Control numérico por computadora (Computer Numerical
Control, CNC)
Controladores industriales
Al unirlos se pueden formar redes donde hay maestros y
esclavos.
Proceso de Instrumentación
Es la base de la pirámide delmodelo CIM
En el nivel de instrumentación se
encuentra la maquinaria de la planta que hace posible el proceso de producción
Aquí se ejecutan las acciones
básicas en tiempo real de
medición y control, con sensores y actuadores respectivamente
Es importante tener en cuenta la
adecuación de las señales para que sean compatibles al sistema
Redes Industriales y de redes de datos
Las redes industriales son un tipo especial de redes dedatos
Los principios básicos de redes de datos se cumplen
igualmente tanto en las redes industriales como en las redes de oficina.
Las redes industriales:
Transportan datos que pueden ser mediciones de una variable,
ordenes de control de un actuador o información complementaria para la gestión de la red
Deben operar bajo condiciones extremas para las que las
Conceptos básicos de redes de
datos
Modelo de Comunicaciones de datos
simplificado
Tipos de Redes según el medio de transmisión
Alambradas (Fijas) Inalámbricas: (Fijas y
Móviles)
Fibra Optica
Cable Coaxial
Par trenzado
infrarrojo
Enlaces Radio
Tipos de redes según su cobertura
Fijas
x.25, Frame Relay, ATM, MPLS
Metro Ethernet, FDDI
Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet
Redes de Area Local (LAN/MAN)
Cobertura pequeña (empresa)/mediana(ciudad) Pertenece a una empresa
Altas Velocidades de transmisión internas. Usan difusión en lugar de conmutación
Redes de Area amplia (WAN)
Redes públicas
Cubren grandes zonas geográficas
Compuestas por dispositivos de conmutación
Tipos:
Conmutación de circuitos Conmutación de paquetes:
Retransmisión de tramas (Frame Relay) Retransmisión de celdas (ATM)
Internet
Compuesta por muchas redes LAN y WAN Cubre todo el planeta
Tipos de redes según su cobertura en el
modelo CIM
Topología de redes Fijas
Topología en Malla Topología en Estrella jerárquicaTopologías en redes inalámbricas móviles BTS MSC Interface A BSCInterface Abis Air Interface MS HLR,VLR,MSC
Redes con infraestructura Redes sin infraestructura (ad-hoc)
WLAN
Red Celular
Red de sensores
Protocolos y arquitectura de protocolos
Programas de comunicaciones complejos (monolítico vs.Por capas)
Protocolo: Conjunto de reglas que gobiernan el
intercambio de datos entre dos capas.
Componentes de un protocolo: sintaxis, semántica,
temporización.
Protocolo de Comunicaciones
Hola
Hola
Solicitud cx
Confirmación cx
Qué hora tiene?
Las 10 am Descargar archivo archivo gracias De nada Recibido bien o.k Adiós Adiós Terminar cx Terminar cx
Establecimiento
conexión
Transferencia
De Información
Desconexión
Normalizaciones
Características de un estándar:
Asegura un gran mercado, reduce costos
Comunicación entre productos de diferentes fabricantes Congelan la tecnología
Organizaciones de normalización en
comunicaciones
UIT-T (reemplazo del CCITT)
ISO (International standards Organization) ANSI (American National Standards Institute)
IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) IETF (Internet Engineering Task Force) Genera los RFCs
IAB (Internet Architecture Board) Diseño, Ingeniería y gestión de Internet.
ORGANIZACIONES DE ESTANDARIZACION REDES INDUSTRIALES:
ISA (International Society of Automation)
NIST (National Institute of Standards and Technology) (U.S.A). Depende del Departamento de Comercio de USA.
Modelo OSI
OSI: Open Systems Interconnection
Desarrollado por la ISO (International Standards
Organization)
Tiene 7 Capas:
Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace de datos FísicaCapas del modelo OSI
Aplicación Acceso al entorno OSI y proporciona servicios distribuidos
Presentación Proporciona independencia en la representación de los datos
Sesión Establece, gestiona y cierra las conexiones entre las aplicaciones Transporte Seguridad, transferencia entre los
extremos, recuperación de errores y control de flujo
Red Transmisión de los datos a través de las redes, crea, mantiene y cierra
conexiones
Enlace de datos Comunicación punto a punto entre el Host y el dispositivo de acceso a la red. Sincronización, control de errores y de flujo
Física Transmisión sobre el medio físico. Características físicas de las señales.
Arquitectura TCP/IP
Desarrollada por DARPA (Defense Advanced
Research Projects Agency) para su red de
conmutación de paquetes
Usada en Internet
Tiene 5 capas independientes:
Aplicación Transporte Internet
Acceso a la red Capa física
Capas de TCP/IP
Física: Define la interfaz física entre el Host y
la red (tipo de medio de tx, modulaciones,
velocidades, etc)
Acceso a la red: Intercambio de datos entre
la red y el Host. Depende del tipo de red de
acceso (LAN y WAN en sus diferentes tipos)
Internet: Encaminamiento a través de las
diferentes redes. Se implementa tanto en los
Host como en los routers (interconecta dos
redes)
Capas de TCP/IP
Transporte: Se encarga de la entrega de los paquetes
entre origen y destino y asegura su entrega confiable y en orden
Aplicación: Se encarga de implementar las diferentes
aplicaciones del usuario. Cada aplicación necesita un software diferente.
Modelo de la arquitectura de
protocolos TCP/IP
Arquitectura de protocolos TCP/IP
Capa Nombre Problema solucionado
1 Física Modulación, Transmisión por el medio,
Corrección de errores en bits
2. Enlace Control de errores en los paquetes. Secuencia de paquetes. Enlace entre dos computadores
Acceso al medio Compartición del medio de transmisión (Ethernet, WLAN, celulares)
3 Red Interconexión entre redes de acceso de
diferentes tecnologías (WLAN, GPRS, Ethernet, Wimax)
4 Transporte Control de la secuencia de mensajes, Control de errores en la Internet, control de congestión (Protocolos TCP, UDP, RTCP)
5 Aplicación Aplicaciones de usuario (correo
electrónico, transferencia de archivos, web, voz/IP, etc)
Transición IPv4 a IPv6
La versión actual del protocolo IP es la IPv4 Características de IPv4:
Direcciones de 32 bits Los usuarios son fijos
Un solo tipo de servicio (Best Effort)
Problema principal de IPv4: Agotamiento de las direcciones Estamos en una transición hacia una nueva versión de IP: IPv6
IPv6 tiene 128 bits de direcciones, soporta varios tipos de servicios,
Estándares en redes industriales
Modbus es un estándar de facto posicionado en los últimos 15
años.
Ha habido controversia por la necesidad de buses de campo
que interconecten instrumentos de medición, plc,
computadores de escritorio. Han aparecido estándares como profibus, ASi, Device net y Foundation Field bus.
También se utilizan rs-232c y rs-485
Ahora se esta utilizando ethernet. Antes no se hacia por su
aleatoriedad en el acceso y la posible perdida de datos (por csma/cd)
Ahora,con el uso de switches,es mas confiable este sistema El uso de ethernet implica el uso de la arquitectura tcp/ip
