BUSES DE CAMPO
Los buses de campo fueron un desarrollo tecnológico que surgió entre las
décadas de los 80 y los 90. Revolucionaron el mundo de las
comunicaciones industriales. Estos han logrado una gran simplificación
respecto a los sistemas anteriores en cuanto a la instalación y operación
de la estructura industrial.
Esta mejora se basa en el cambio que supuso el uso de un bus de campo
que cumple la misma función que un gran numero de bucles de corriente
estándar. La cantidad de elementos que puede soportar el mismo bus o
los tiempos de respuesta considerablemente mayores que obtenemos con
el uso de estos sistemas de comunicación son sus principales ventajas.
Con el desarrollo de esta tecnología surgieron estándares y tipos
concretos de buses de campo. A continuación veremos los mas
importantes, las definiciones, características y estructura. También
encontrarás los más usados y las diferencias entre ambos.
AS-i (Actuator Sensor Inferface). Este bus se encarga de la conexión
entre los sensores y actuadores. Funciona como un camino común para
las transmisiones de datos. Esta interfaz de conexión conecta los módulos
que se encuentran en los niveles mas bajos del proceso de
automatización. El bus se compone de dos cables internos, uno para el
intercambio de datos y otro para la alimentación. Es un bus con unos
tiempos de respuesta muy rápidos, entre 5 y 10 milisegundos por ciclo. La
comunicación se realiza entre solo 1 maestro y hasta 62 esclavos por cada
uno. Cada uno de estos esclavos puede tener entre 4 entradas y 4 salidas.
Aunque pueden ampliarte hasta 8. Permite hasta una instalación de 100
metros de cable o hasta 300 si se usan repetidores.
BITBUS. Es uno de los buses de campo mas antiguos que existen. Se usa
en un nivel superior al AS-i. Es usado para la comunicación entre PLC’s y
autómatas. Está basado en el RS-485 como sistema de transmisión y en
SLDC (un protocolo desarrollado por IBM) que controla el proceso de
desarrollo del software. Se pueden tener hasta 250 nodos por cada
segmento de bus, siendo 1 de ellos el maestro y el resto esclavos. Pueden
sincronizarse de dos modos, de forma síncrona donde los datos usan un
reloj adicional o como auto-reloj, donde cada nodo tienen un reloj interno
que se sincroniza con los datos. Se puede distribuir en estructuras básicas,
de árbol o de árbol multinivel. Puede instalarse hasta un total de 13,2
kilómetros.
Profibus-DP (Descentralized Periphery), para el control distribuido.
Diseñado para la comunicación entre sistemas de control automático y
entradas y salidas distribuidas o remotas en campo. Ofrece la
funcionalidad de intercambiar datos de forma rápida y cíclica. Su principal
ventaja es que es plug&play ya que sus dispositivos se auto identifican.
PROFIBUS DP. Es la estructura mas rápida, se utiliza para la
comunicación entre sistemas de automatización y equipos
desvinculados del núcleo del proceso como elementos de
entrada/salida. Es capaz de transmitir 1 megabyte en
aproximadamente 2 milisegundos por lo que su uso en aplicaciones
con tiempos estrictos esta muy extendida. Su protocolo se establece
como maestro-esclavo, el cual puede ser mono o multi. En
aplicaciones mono maestro, solo un elemento es maestro, el resto son
esclavos, sus ciclos de lectura son mas cortos. El uso de multi maestro
se usa para aplicaciones en las que el sistema global se puede dividir
en subsistemas. Cada maestro tendrá sus propios esclavos
independientes del resto.
Profibus-PA (Processs Automation), automatización de procesos
químicos, indicado para actividades petroleras y químicas debido a su
funcionamiento de bajo voltaje. Permite que tanto sensores como
actuadores sean conectados en una línea de bus.
PROFIBUS PA. Se utiliza para la comunicación de los elementos del
proceso encargados de trabajar con señales analógicas como
humedad, temperatura, intensidad lumínica u otros. El uso de este bus
se debe principalmente a su confiabilidad a la hora de la transmisión,
su sistema de seguridad, la posibilidad de integrarse en sistemas de
control a alta velocidad y a su coste relativamente bajo. Mediante dos
hilos simples realiza la comunicación, además para el mantenimiento
permite la conexión/desconexión de los equipos durante la operación.
Profibus-FMS (Field Message Specification, especificación de los
mensajes en el bus de campo), se trata de una serie de tares de
comunicación, de propósito general, en el nivel de comunicaciones de
célula. Es el más alto nivel de comunicaciones que aborda este bus, y
permite la coordinación de gran cantidad de aplicaciones de comunicación:
buses de ordenadores industriales, robots, etc. En FMS se realiza la
comunicación entre los dispositivos principales.
PROFIBUS FMS. Es un bus de carácter genérico usado para una
comunicación versátil en sistemas de automatización para su control.
Por su funcionalidad se aplica normalmente en la comunicación
maestro – maestro. Cada vez más, se está viendo en desuso debido a
la Ethernet
Conexión entre PROFIBUS DP y PROFIBUS
PA.
La unión de las partes de la instalación de proceso y de muestreo se realiza
con un acoplador DP/DA. Para poder continuar la comunicación y que
ambas partes estén unidas y el proceso se desarrolle de forma dinámica.
La finalidad de esta unión es realizar una instalación más fácil unificando
los elementos usados y reduciendo costes en hardware. Podemos
diferenciar entre dos situaciones posibles a la hora de realizar la unión de
ambas redes.
Si la velocidad de PROFIBUS DP y PROFIBUS PA es similar. En este
caso solo se usa un conversor de medios, el resto de la conexión es
directa. La red DP accede con las mismas direcciones a los esclavos
de la red PA. La cantidad de nodos que se pueden unir en una red
simple sería de 126.
Si la velocidad de PROFIBUS DP supera a PROFIBUS PA. La
comunicación se realiza mediante una interfaz especial. La red PA se
convierte en el maestro de la comunicación y la DP sería el esclavo
de la comunicación. La finalidad de este proceso es que la alta
velocidad de la red DP se reparta con la red PA.
En conclusión, dentro de las estandarizaciónes existentes cada bus es
apropiado para unas aplicaciones o procesos concretos.Deberemos
tener en cuenta que no solo las prestaciones son las responsables de
nuestra elección, el precio o la disponibilidad harán que nos decidamos
finalmente por un tipo concreto. Esperamos que haya solucionado tus
dudas y te haya servido de ayuda. Si tienes cualquier duda acerca de
este tema, no dudes en poner un comentario y se te responderá cuanto
antes, brindándote la ayuda necesaria.
Fue a principios de los 70 que el Dr. Joseph Harrington público el libro “Computer
Integrated Manufacturing” (CIM) con el cual postulaba la idea de crear una
industria manufacturera controlada por la novedad de aquellos tiempos, los
ordenadores. La idea era sencilla potenciar todo las capacidades que tenían las
computadoras para mejorar los procesos de producción; sin embargo, no fue
hasta los años 80 cuando se empezaron a implementar a raíz de que
la Asociacion de Sistemas Automaticos y Computadoras (CASA) comenzó a
promover la idea [1].
¿En qué consiste CIM?
Para fines prácticos CIM se representa como una pirámide pero en realidad la
podemos relacionar mucho con el modelo OSI; ya que, CIM se puede separar por
segmentos los cuales realizan distintas operaciones y necesitan requerimientos
distintos para operar.
Nivel de gestión de fabrica
La parte superior de la pirámide podemos encontrar Enterprise Resource
Planning (ERP)
Función: Gestionar información, tareas de negocios, operaciones, producción,
pronosticar oferta/demanda.
Beneficios: Brindar soluciones prácticas, reduce los tiempos y costos de
manufactura.
Proveedores de software: Oracle, SAP, SSA, IBM
Tipo de red: LAN Ethernet
Nivel de planta
Inmediatamente abajo nos encontramos Manufacturing Execution System (MES)
Función: Conectar por medio de sistemas informáticos (base de datos) con ERP,
utilizando lenguajes de programación de BD como Oracle o SQL server.
Beneficios: Mediante programación (Visual Basic, Java) se pueden crear interface
de usuarios, generar cálculos, reportes.
Tipo de red: LAN Ethernet
En el mismo nivel que MES se encuentra los famosos sistemas SCADA
(Supervisory Control and Data Adquisition)
Función: Permitir al usuario comunicarse con los dispositivos de supervisión y con
los de control por medio de interfaces como Human Machine Interface (HMI).
Beneficios: Emitir ordenes de ejecución a la parte de control de manera sencilla y
recibir datos de la producción, calidad y mantenimiento del MES
Tipo de red: intercambio bidireccional entre la computadora maestra (MTU) y la
remota (RTU), Ethernet
Nivel de célula y de campo
Finalmente en la parte más baja de la pirámide tenemos Sistema de Control
Distribuido (DCS)
Función: Sistema de control que adquiere el estado de sensores, cálculos y de los
mismo.
Beneficios: Reduce el cableado entre PLC, CNC u otro controlador con los
sensores y actuadores [2].
Tipo de red: Buses de campos
Con toda esta información, ahora podemos visualizar de mejor manera el modelo
que las industrias automatizadas utilizan para mejorar sus producciones; no
obstante, se debe mencionar que si bien las partes superiores de la pirámide se
basan en Ethernet, el cual ya está bastante estandarizado; las partes de la zona
media e inferior de CIM utiliza diversas redes de varios fabricantes como pueden
ser Profibus, Fieldbus, DeviceNet, ControlNet etc. Con el paso del tiempo veremos
si algún estándar gana la “batalla por las redes” o surge alguna nueva acepta por
todo el mundo.
Referencia
[1]Wu, C. (5 de septiembre de 2017). COMPUTER INTEGRATED
MANUFACTURING. Obtenido de http://www.simflow.net/publications/books/cimiepart1.pdf
[2]automatizacion2008.blogspot.mx. (05 de Septiembre de 2017). Piramide
CIM. Obtenido de PRINCIPIOS DE AUTOMATIZACION:
http://automatizacion2008.blogspot.mx/2008/03/piramide-cim.html
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