Control de acceso

Control de Acceso al Medio (4)
Redes Locales
z
IEEE 802.X
IEEE 802.2
Control Lógico
Control de
Acceso al Medio
Capa Física
802.3
802.4
802.5
IEEE 802.5 Token Ring
z
IBM + Texas Instruments 1985
z Conjunto de enlaces punto a punto
que forman un círculo
– Longitud física del bit
– Retardos
– Mantenimiento
IEEE 802.4 – Token Bus
z
Manufacturing Automation Protocol
z MAP: Principio de los ‘80
–
–
–
–
z
z
z
z
General Motors
Allen Bradley
Boeing
IBM
Compatibilidad de dispositivos
Reducción del costo de las interfaces
Compatibilidad de software
Supervisión centralizada
OSI
Aplicación
MAP
Aplicación
Presentación
Sesión
Sesión
Transporte
Transporte
Red
Red
HDLC
HDLC
Física
Física
Control de Acceso al medio
z
Token Passing
z Determinístico
MINIMAP
Aplicación
Manufacturing Message
Specification
LLC Mapping
HDLC
IEEE 802.2
IEEE 802.4
Física
Carrierband, Coax
5 y 10 Mb, Fibra
BUSES de CAMPO
z
Historia cronológica
z
Fines de los ’70 Modbus de Modicom
1982- Se inicia Grupo de trabajo FIP
1983-P-Net (Dinamarca)
1984-CAN
1985- Grupo Profibus
1985- Inicio trabajos de Normalización
Internacional:ISA SP50,IEC TC65/SC65C
1994-Fielbus Foundation
z
z
z
z
z
z
Consorcios y organizaciones
Problemas en normalización ===>
especificaciones de distintos proyectos:
z Fielbus Foundation
z ISP : Interoperable System Project
z PTO: Profibus Trade Organisation
z ODVA: Open Device Net Vendor
Association
z World FIP.......Etc.
Servicio y protocolo
z
Servicio ( de nivel N)
Función ofrecida por la capa N a la N+1
z Protocolo ( de nivel N)
Conjunto de reglas de codificación,
cooperación e intercambio entre dos
o más entidades del nivel N para
suministrar los servicios N
Perfil
Es un conjunto preseleccionado de
servicios y protocolos organizados
en capas según modelo OSI
Dos equipos son comunicables si
tienen igual perfil. (todas sus capas
ofrecen los mismos servicios y
protocolos)
La solución tradicional
I
N
P
U
T
S
O
U
T
P
U
T
S
Enlaces 4-20 mA
C
P
U
ACTUADOR 1
ACTUADOR 2
ACTUADOR 3
ACTUADOR N
SENSOR 1
SENSOR 2
SENSOR 3
SENSOR 4
SENSOR 5
SENSOR N
La solución fieldbus
ACTUADOR 1
SENSOR 1
ACTUADOR 2
SENSOR 3
SENSOR 2
ACTUADOR N
SENSOR N
Niveles de redes industriales
Funciones
FIELDBUS
Ctrl. de
Procesos
Ctrl
Lógico
DEVICEBUS
SENSORBUS
Bit
Byte
Tipo de
Paquetes datos
Clasificación
Sensorbus
Aplicaciones
Devicebus
Discretas-Máquina Discretas-Máquina
Fieldbus
Proceso
Control Típico
PLC/PC
PLC/PC
Distribuido
Basado en μ p
NO
SI
SI
Inteligencia Int.
NO
Algunos
SI
Diagnóstico
NO
Simples
Sofisticados
Tiempo de resp.
Ejemplo
5 ms o menos
5 ms o menos
100 ms
Sensor de
Proximidad
Sensor Fotoelec.
con Diagnóstico
Válvula Inteligente
c/PID y Diagnost.
Sensorbuses
z
ASI
z CANbus
z LonWorks
z Seriplex
z Sensoplex
Devicebuses
z
CANbus
z DeviceNet
z SDS
z InterBus-S
z LonWorks
z PROFIBUS DP
z FIP I/O
Fieldbuses
z
IEC 61158
– Fieldbus Foundation
z
PROFIBUS
z LonWorks
z WorldFIP
Modelo de red - Capa MAC
z
No deterministico
z
Deterministico
Técnicas de acesso al medio y
modelos de comunicación
z
CSMA: CD y CA (BA)
z pasaje de token
z maestro/esclavo
z token híbrido
z datos cíclicos
z productor/consumidor
z dirigido a estado
CSMA
Carrier sense multiple access
z
CD: Collision detection
– se transmite cuando el bus está desocupado
– si hay colisión, se repite la tentativa después
de un tiempo aleatorio
– ejemplo: Ethernet
I/O 4
I/O 1
I/O 2
I/O 3
CSMA
Carrier sense multiple access
z
BA: Bitwise Arbitration
– se transmite cuando el bus esta
desocupado
– si existe colición :
• bit 0 es dominante
• bit 1 es recesivo
– el dominante continua a transmitiendo
– es más eficiente que CSMA/CD
CSMA/BA
Vcc
Vcc
BUS
Vcc
0 1 1 1
Vcc
0 0 0 1
CSMA/BA
Vcc
Vcc
BUS
Vcc
0
Vcc
0
0 1 1 1
0 0 0 1
CSMA/BA
Vcc
Vcc
BUS
Vcc
Vcc
1
0
1
0
0 1 1 1
0 0 0 1
CSMA/BA
Vcc
Vcc
BUS
Vcc
Vcc
1
0
0
1
0
0
0 1 1 1
0 0 0 1
CSMA/BA
Vcc
Vcc
0
BUS
0
Vcc
Vcc
1
0
0
1
0
0
0 1 1 1
0 0 0 1
CSMA/BA
Vcc
Vcc
BUS
Vcc
0 1 1 1
Vcc
0 0 0 1
CSMA/BA
Vcc
Vcc
BUS
Vcc
1
Vcc
0
0 1 1 1
0 0 0 1
CSMA/BA
Vcc
Vcc
BUS
Vcc
Vcc
0
1
1
0
0 1 1 1
0 0 0 1
CSMA/BA
Vcc
Vcc
BUS
Vcc
Vcc
0
1
1
1
0
0
0 1 1 1
0 0 0 1
CSMA/BA
Vcc
Vcc
0
BUS
0
Vcc
Vcc
0
1
1
1
0
0
0 1 1 1
0 0 0 1
Identificador único que determina la prioridad
del mensaje.
Mensaje con alta prioridad gana el acceso al
bus.
Mensajes de baja prioridad son retransmitidos
en el siguiente ciclo de bus
Cálculo del número de nodos conectados al
bus
Token
z Solo
el Maestro con el token envia
mensajes (tmax)
z no periódico
Maestro 1
Maestro 4
Maestro 2
Maestro 3
Maestro/Esclavo
• PLC o PC o Scanner: maestro
• dispositivos I/O: esclavos
• esclavos solo hablan con el maestro
• determinístico, pero no periódico
Maestro/Esclavo
Maestro
Maestro
RPM
Motor
I/O
RPM
Maestro
RPM
Motor
I/O
Motor
I/O
Producción de Datos Cíclicos
z
z
z
datos enviados según la configuración del
usuário
más eficiente para aplicaciones con
cambios lentos de I/O (analógicos):
periódico
puede ser usado: maestro/esclavo,
productor/consumidor, etc.
Maestro
cada 25 ms I/O 1
I/O 2
cada 250 ms
I/O 3
cada 1000 ms
Productor/Consumidor
• el dato es identificado por su contenido:
• sin especificación de fuente o destino
• sin el concepto de maestro de control
• desempeño superior, eficiencia del bus
Arbitro
RPM
Arbitro
Motor
I/O 3
RPM
Motor
I/O 3
AS-I (Actuator Sensor interface)
z
z
z
z
z
Fundado en 1992
Bus de campo de bajo nivel (sensor bus)
Maestro/esclavo secuencial
Comunicación y alimentación por un mismo
cable (especial)
Los elementos de campo pueden ser
inteligentes o convencionales binarios o
analógicos
Capa Física
z
z
z
z
z
z
z
Cable plano especial con polarización
mecánica. Alimentación 24 Vcc, hasta 100
mA por esclavo, 2 A máximo.
Topología: Varias
Velocidad de transmisión : 150 kbaudios
Codificación: Mánchester
Cantidad de nodos: 1 maestro y hasta 31
esclavos con 4 I/O binarias c/u
Tiempo de ciclo: 5 ms
Longitud: 100 m sin repetidores (2 rep. Máx.)
z
z
sin resistor de terminación
alta imunidad al ruido
Fieldbus
Sensor
Cont
M
A
S
T
E
R
Actuador
ASI
Sensor
ASI
Actuador
ASI
Sensores
Convencionales
Actuadores
Convencionales
Formato del Mensaje (Maestro)
STSBA0...A4I0....I4PBEB-
START BIT
CONTROL BIT
ADDRESS
INFORMATION
CHECK BIT
END BIT
Formato del Mensaje (Esclavo)
z
z
z
z
ST
I0...I3
PB
EB
- START BIT
- INFORMATION
- CHECK BIT
- END BIT
Red AS-i
HART
z
z
z
z
z
Highway Addressable Remote Trasducer
Presentado a principios de los ’90
Fisher Rosemount
No es un bus de campo
Protocolo de comunicaciones digitales
que puede operar encima de la señal
analógica de 4-20 mA
Características Físicas
z
Utiliza el estándar Bell 802 (FSK) con
tonos senoidales
z
Al ser utilizada con la instalación para 420 mA
– Linea típicamente desbalanceada (conectada a
tierra en un extremo).
– Sin adaptación de impedancias.
– La capacitancias del cable atenúa las altas
frecuencias.
z
z
z
HART utiliza bajas frecuencias
No modifica la magnitud de la señal
analógica por su valor medio nulo
En multidrop se inhabilita el lazo de
corriente
Ejemplo
Controller Area Network
(CANBus)
z
Bosch GmBh 1982
z Pensado como un sistema simple para
la industria automotriz. Hoy
ampliamente utilizado además, en
control en plantas y fabricación,
aviónica, robótica, electromedicina, etc.
z El Mercedes Clase E fue el primer
coche en incorporar el bus CAN, unos
10 años después (1992)
49
z
Estandarización
La especificación CAN (versión 2.0) de
“Bosch” fue sometida a la estandarización
internacional a partir de 1993.
ISO 11898-1 describe la capa de transmisión
de datos CAN
ISO 11898-2 la capa física CAN no tolerante
a fallos
ISO 11898-3 la capa física CAN tolerante a
fallos
ISO 11992 (interfaz para camiones y
remolques)
ISO 11783 (maquinaria agrícola y forestal)
50
Características básicas del bus CAN
Económico y sencillo: necesidad de
economizar en el costo y minimizar la
complejidad del cableado.
Medio de transmisión adaptable: El
cableado, es
reducido. Puede utilizar UTP, STP,
inclusive puede trabajar con un solo
cable. Esta particularidad es empleada
en diversos tipos de enlaces, como los
enlaces ópticos o los enlaces de radio.
51
Estructura definida: La información que
circula entre las unidades a través del bus
son paquetes de bits con una longitud
limitada y con una estructura definida de
campos que conforman el mensaje.
Programación sencilla.
Número de nodos: Es posible conectar
hasta 110 dispositivos en una sola red CAN.
Determinismo: En función de las
prioridades.
Optimización del ancho de banda
52
Desconexión autónoma de nodos
defectuosos: Si un nodo de red cae, la red
puede seguir funcionado, ya que es capaz
de desconectarlo o aislarlo del resto. De
forma contraria, también se pueden añadir
nodos al bus sin afectar al resto del
sistema, y sin necesidad de
reprogramación.
Velocidad flexible: ISO define dos tipos de
redes CAN: una red de alta velocidad (de
hasta 1 Mbps) definida por la ISO 11898-2, y
una red de baja velocidad tolerante a fallos
(menor o igual a 125 Kbps) definida por la
ISO 11898-3.
53
Orientado a mensajes: Está orientado a
mensajes, y no a direcciones, es decir, la
información que se va a intercambiar se
descompone en mensajes, a los cuales se les
asigna un identificador y son encapsulados en
tramas para su transmisión. Cada mensaje tiene
un identificador único dentro de la red, a partir
del cual los nodos deciden aceptar o no dicho
mensaje. Además están priorizados.
Medio compartido (broadcasting): La
información es enviada en la red a todos los
destinos de forma simultánea. Así que los
destinos habrán de saber si la información les
concierne o deben rechazarla.
54
Detección y señalización de errores: CAN posee una
gran capacidad de detección de errores, tanto
temporales, como permanentes, lograda a través de
cinco mecanismos de detección, 3 al nivel de mensaje
y 2 a nivel de bit. Los errores además pueden ser
señalizados.
Retransmisión automática de tramas erróneas: Junto a
la detección y señalización de errores la retransmisión
automática de tramas erróneas aporta la integridad de
los datos. Además ambos procesos son transparentes
al usuario.
Jerarquía multimaestro: CAN es un sistema
multimaestro en el cual puede haber más de un
maestro (o master) al mismo tiempo y sobre la misma
red, es decir, todos los nodos son capaces de
55
transmitir, hecho que permite construir sistemas
inteligentes y redundantes.
Bus CAN – Modelo OSI
56
Capa Física
Niveles de Señal ISO 11898-3 (Baja velocidad)
Los nodos interpretan dos niveles lógicos denominados:
- Dominante: la tensión diferencial (CAN_H - CAN_L) es del
orden de 2.0 V con CAN_H = 3.5V y CAN_L = 1.5V
(nominales).
- Recesivo: la tensión diferencial (CAN_H - CAN_L) es del
orden de 5V con CAN_H = 0V y CAN_L = 5V (nominales).
57
Capa Física
Niveles de Señal ISO 11898-2 (Alta velocidad)
Los nodos interpretan dos niveles lógicos denominados:
Dominante: la tensión diferencial (CAN_H - CAN_L) es del
orden de 2.0 V con CAN_H = 3.5V y CAN_L = 1.5V
(nominales).- Recesivo: Recesivo: la tensión diferencial (CAN_H
- CAN_L) es del orden de 0V con CAN_H = CAN_L = 2.5V
(nominales).
58
Capa Física
Codificación: NRZ bit sincrónica con «bit stuffing»
«Bit Timming»:
[Bits/seg] NOMINAL BIT RATE: Es el número de bits
por segundo transmitidos por un transmisor ideal en
ausencia de re-sincronización
[Seg] NOMINAL BIT TIME = 1 / NOMINAL BIT RATE
El tiempo nominal de bit (Nominal Bit Time) puede
considerarse subdividido en 4 segmentos.
z - SYNCHRONIZATION SEGMENT (SYNC_SEG)
z - PROPAGATION TIME SEGMENT (PROP_SEG)
z - PHASE BUFFER SEGMENT1 (PHASE_SEG1)
z - PHASE BUFFER SEGMENT2 (PHASE_SEG2)
59
Nominal Bit Time
sync_seg
prop_seg
phase_seg phase_seg
1
2
Sample
Segmento de sincronización (SYNC SEG) Point
Es utilizado para sincronizar los nodos del bus. Un flanco
de nivel resesivo a dominante es esperado dentro de este
segmento.
Segmento de propagación (Prop seg)
Es utilizado para compensar los retardos dentro de la red.
Su duración es el doble del tiempo de propagación del bus
más los retardos propios del hardware de entrada/salida de
un nodo.
60
Segmento de fase 1,2 (phase seg1, phase seg2)
Son utilizados para compensar las variaciónes del flanco de
sincronización. Estos segmentos pueden pueden variar su
duración en la re-sincronización.
Punto de muestreo (Sample point).
Es el instante de tiempo en el cual el nivel del bus es leído e
interpretado
INFORMATION PROCESSING TIME es el segmento de
tiempo que comienza con el Sample Point, que se reserva
para cálculos posteriores.
The TIME QUANTUM es una unidad de tiempo fija derivada
del oscilador de cada nodo. Existe un prescaler
programable, con valores enteros de 1 a 32.
z TIME QUANTUM = m * MINIMUM TIME QUANTUM
z Con m igual al valor del prescaler.
61
Duración de los segmentos
Sync_Seg1 = 1 Time Quantum.
Prop_Seg es programable (1,2,...,8 Time Quanta).
Phase_Seg1 es programable (1,2,...,8 Time
Quanta).
Phase_Seg2 es el máximo entre el Phase_Seg1 y
el
INFORMATION PROCESSING TIME.
El INFORMATION PROCESSING TIME es menor o
igual a Time Quanta.
62
Tipo de tramas
El protocolo CAN está basado en mensajes, no en
direcciones. El nodo emisor transmite el mensaje a
todos los nodos de la red sin especificar un destino y
todos ellos escuchan el mensaje para luego filtrarlo
según le interese o no.
Trama de datos: Se utiliza normalmente para poner
información en el bus y la pueden recibir algunos o
todos los nodos.
Trama de información remota: Puede ser utilizada por
un nodo para solicitar la transmisión de una trama de
datos con la información asociada a un identificador
dado. El nodo que disponga de la información definida
por el identificador la transmitirá en una trama de
datos.
63
Trama de error: Se generan cuando algún nodo
detecta algún error definido.
Trama de sobrecarga: Se generan cuando
algún nodo necesita más tiempo para procesar
los mensajes recibidos.
Espaciado entre tramas: Las tramas de datos
(y de interrogación remota) se separan entre sí
por una secuencia predefinida que se
denomina espaciado inter-trama.
Bus en reposo: En los intervalos de inactividad
se mantiene constantemente el nivel recesivo
del bus.
64
Trama de
Datos
Es la utilizada
por un nodo
normalmente
para poner
información en
el bus. Puede
incluir entre 0 y
8 bytes de
información
útil.
65
Inicio de trama (SOF): El inicio de trama es una celda de un
sólo bit siempre dominante que indica el inicio del mensaje,
sirve para la sincronización con otros nodos.
Celda de Arbitraje (Arbitration Field): Es la celda que
concede prioridad a unos mensajes o a otros: En formato
estándar tendrá 11 bits seguidos del bit RTR (Remote
Transmisión Request) que en este caso será dominante.
66
En formato extendido serán 11 bits de identificador base y
18 de extendido. El bit SRR substituye al RTR y será
recesivo.
Celda de control (Control Field):
El campo de control está formado por dos bits reservados para uso futuro y
cuatro bits adicionales que indican el número de bytes de datos. En realidad el
primero de estos bits (IDE) se utiliza para indicar si la trama es de CAN
Estándar (IDE dominante) o Extendido (IDE recesivo). El segundo bit (RB0)
es siempre recesivo. Los cuatro bits de código de longitud (DLC) indican en
binario el número de bytes de datos en el mensaje (0 a 8)
67
Celda de Datos (Data Field): Es el campo de datos de 0 a 8 bytes.
CRC: Código de redundancia cíclica: Tras comprobar este código se
podrá comprobar si se han producido errores.
Celda de reconocimiento (ACK): es un campo de 2 bits que indica si
el mensaje ha sido recibido correctamente. El nodo transmisor pone
este bit como recesivo y cualquier nodo que reciba el mensaje lo
pone como dominante para indicar que el mensaje ha sido recibido.
Fin de trama (EOF): Consiste en 7 bits recesivos sucesivos e indica
el final de la trama.
Espaciado entre tramas (IFS): Consta de un mínimo de 3 bits
recesivos.
68
Control de Acceso al Medio
CAN utiliza una combinación entre CSMA/CA con
arbitración por bit y productor consumidor.
69
Detección de Errores
Error de bit: Durante la transmisión de una trama, el nodo que
transmite monitorea el bus. Cualquier bit que reciba con polaridad
inversa a la que ha transmitido se considera un error de bit,
excepto
cuando se recibe durante el campo de arbitraje o en el bit de
reconocimiento. Además, no se considera error de bit la detección
de
bit dominante por un nodo en estado de error pasivo que
retransmite
una trama de error pasivo.
Error de relleno (Stuff Error): Se considera error de relleno la
detección de 6 bits consecutivos del mismo signo, en cualquier
campo que siga la técnica de relleno de bits, donde por cada 5
bits
iguales se añade uno diferente.
70
Error de CRC: Se produce cuando el calculo de CRC
realizado por
un receptor no coincide con el recibido en la trama. El
campo CRC (Cyclic Redundant Code) contiene 15 bits
y una distancia de
Hamming de 6, lo que asegura la detección de 5 bits
erróneos por mensaje. Estas medidas sirven para
detectar errores de transmisión debido a posible
incidencias en el medio físico como por ejemplo el
ruido.
Error de forma (Form Error): Se produce cuando un
campo de
formato fijo se recibe alterado como bit.
71
Error de reconocimiento (Acknowledgement Error): Se
z
Estructura de un nodo CAN
72
LonWorks (Local Operating Network)
z
especificada por Echelon
z inicialmente, control de predios y
sistemas de seguridad
z velocidad de transmisión:
– de 600 bps a 1,25 Mbps
z
hasta 32.000 dispositivos
z diversos medios físicos
LonWorks
z
basado en los chips Neuron:
– 3 microprocessadores:
• aplicación
• red
• control de acesso:
– CSMA/CD
– maestro/esclavo (barridos
determinísticos para control de
procesos)
– productor/consumidor
Familia Profibus
z
z
Está compuesta de 3 versiones
compatibles:
Profibus-DP: alta velocidad, bajo costo,
diseñado para la comunicación entre sistemas de
control y E/S distribuidas a nivel de dispositivos.
z
Profibus-PA: conecta sensores y actuadores
con un bus común, aun con seguridad intrínseca.
Permite datos y energía utilizando 2 cables según
norma IEC 1158-2.
z
Profibus-FMS: comunicaciones de alto nivel
para propósitos generales.
Arquitectura
Cumplen con el modelo ISO
z
z
z
z
DP: Utiliza las capas 1 y 2 y una interface con el
usuario.
(DDLM) Direct Data Link Mapper posibilita un fácil
acceso al nivel 2. Contiene funciones de
aplicación y especificación de comportamiento
de dispositivos.
En la capa física utiliza la norma RS-485 o
transmisión por fibra óptica.
La capa 2, Fieldbus Data Link permite utilizar
como técnicas de control de acceso al medio:
pasaje de token y maestro esclavo.
z
FMS: Utiliza las capas 1,2,y 7.
z
El nivel 7 esta compuesto por la Fieldbus
message Especification (FMS), que contiene el
protocolo de aplicación y potentes servicios de
comunicación y la Lower Layer Interface (LLI),
implementa las formas de comunicación con el
nivel 2 independientemente de los dispositivos.
El nivel 2. Fieldbus Data Link (FDL) maneja el
control de acceso al medio y la seguridad de los
datos.
El nivel 1, permite comunicaciones en RS-485 y
fibra óptica.
FMS y DP, utilizan las mismas capas 1 y 2, por lo
que pueden operar simultáneamente en el mismo
cable.
z
z
z
z
z
z
PA utiliza un protocolo extendido de Profibus
DP. Utiliza además el “perfil PA” que define el
comportamiento de los dispositivos de campo.
La tecnología de transmisión, responden a la
norma IEC 1158-2 que permite Seguridad
Intrínseca y que los dispositivos de campo sean
alimentados por el bus.
Dispositivos PA pueden ser pueden ser
fácilmente integrados con redes DP utilizando
acopladores de segmento.
Conexión PA
Técnicas de Transmisión
RS-485
z
z
z
z
z
z
Topología: Bus lineal con terminación activa en
ambos extremos. Stubs permitidos para baud
rate < 1.5 Mbit/seg
Medio: Par trenzado mallado
Nº de Estaciones: 32 por segmento, 127 con
repetidores
Conectores: 9 pin D
Velocidad de transmisión: desde 9,6 Kbit/seg hasta
12 Mbit/seg. Solo una velocidad se selecciona
para todo el bus.
Distancia: 1200 m hasta 100 Kbit/seg
zIEC
1158-2
zSatisface
los requerimientos de industrias químicas y
petroquímicas. Permitiendo seguridad intrínseca.
z
z
z
z
z
z
z
Transmisión: Digital, bit sincrónica, codificación
Manchester.
Velocidad: 31,25 Kbit/seg
Seguridad en datos: Preámbulo y delimitadores de
comienzo y final a prueba de errores.
Cable: Par trenzado, mallado opcional
Alimentación remota: Opcional vía las líneas de
datos.
Topología: Bus lineal, árbol o combinación de
ambas
Nº de Estaciones: Hasta 32 x segmento, hasta 126
con 4 repetidores.
z
Fibra Optica
z
Utilizada en ambientes con alta interferencia
electromagnética.
Fibra óptica plástica (bajo costo) hasta 50 m.
Fibra óptica de vidrio hasta distancias de 1Km.
Conectorizado especial
z
z
z
Protocolos de acceso al medio
z
z
z
z
z
Es uniforme para las tres versiones de Profibus.
Es implementado en el nivel 2 por (FDL) Fieldbus
Data Link.
Maestro - Maestro (Estaciones Activas)
Maestro - Esclavo (Estación/es Activa - Pasiva)
Híbrida
Provee Broadcast y Multicast
Token Híbrido
Ejemplo de Implementación
Factory Instrumentation Protocol
z
z
z
A mediados de los ‘80
Cegelec y Telemecanique
Consideraciones:
– Económicas: Reducción costos cableado
Ahorro en el diseño, instalación y ajuste
– Consideraciones técnicas: Facil mantenimiento
y modificaciones.
Simplificacion del cableado tradicional
Tiempo de respuesta garantizado
Seguridad y acceso a todas las variables
Capa de Enlace
z
Modelo productor/ consumidor
– Intercambio de variables identificadas
– Transferencia de mensajes
– En forma cíclica o acíclica
Direccionamiento de variables: identificadores
unívocos de 16 bits
Direccionamiento de mensajes: Punto a punto o
multipunto. Direcciones de transmisor y
receptor. 24 bits (dirección segmento +
estación)
Fieldbus Foundation
z
Sistema de Comunicación:
– Digital - Serie - Multidrop - 2 Vías
z
Que permite:
– Control distribuido
– Configuración - Calibración
– Monitoreo - Diagnóstico de performance
– Documentación para mantenimiento
Modelo Fieldbus
Modelo OSI
Aplicación
Presentación
Aplicaciones
del Usuario
Aplicaciones
del Usuario
FMS
FAS
Sesión
Stack de
Transporte
Comunicaciones
Red
Enlace de datos
Enlace de datos
Física
Física
Física
FMS: Fieldbus Message Specification
FAS: Fieldbus Access Sublayer
Aplicaciones
del Usuario
User Data
Fieldbus
Message
Specification
Fieldbus
Access
Sublayer
Enlace de datos
Física
DLL PCI (>15)
Preámbulo
FMS PCI (4)
User Encoded Data (>251)
FAS PCI (1)
FMS PDU (>255)
FAS PDU ( 5 a 256 )
Start Delim.
PDU: Protocol Data Unit
PCI: Protocol Control Information
DLL PDU (>273)
Frame C.S (2)
End Delim.(1)
Capa Física
z
Tipo H1
– Señal codificada Manchester
– Caracteres especiales como
delimitadores de comienzo y final.
– Se puede obtener energía directamente
del bus.
– Operar sobre cables usados para 4-20
ma
– Soporta seguridad intrínseca
Un transmisor entrega:
z
z
z
+/- 10 mA a 31,25 Kbit/seg sobre una carga
de 50 ohms, creando un voltage de 1 Vpp
modulado sobre la continua.
La tensión de continua puede ir de 9 a 32
V
Para casos de seguridad intrínseca, la
tensión de alimentación depende de la
barrera
Cableado
z
La longitud depende de:
–
–
–
–
z
z
z
velocidad de transmisión
tipo de cable
alimentación desde el bus o no
seguridad intrínseca
Par trenzado mallado 1900 m max.
sumando spurs
La longitud de los spurs depende del Nº
de spurs y del Nº de dispositivos por spur.
Se pueden usar bridges como repetidores.
Modelo H2
z
z
z
z
z
z
Propuesto para:
– Control avanzado de procesos
– Entradas/Salidas remotas
– Alta velocidad
Alimentación propia o 2º par de cables
Entrega: +/- 60 mA a 1.0 o 2.5 Mbits/seg sobre 75
ohms ( 9Vpp).
Con SI portadora de 16 KHz en lugar de continua
Sin spurs para evitar reflexiones
conexión al cable por acoplamiento inductivo
Stack de comunicaciones
Data Link Layer
z
Maneja el acceso al bus mediante un
administrador de bus centralizado y
determinístico. LAS Link Active Scheduler
z
Hay 3 tipos de dispositivos:
– Dispositivos básicos, no pueden ser LAS
– Dispositivos maestros (link master) pueden
ser LAS
– Bridges se usan para interconectar fieldbuses
Comunicación Programada
z
z
El LAS tiene una lista de tiempos de
transmisión de todos los buffers de todos
los dispositivos que necesitan transmitir
cíclicamente.
Cuando un dispositivo debe transmitir sus
datos, el LAS genera un comando CD
(compel data) para ese dispositivo.
Cuando el disp. Recibe el CD realiza un
broadcast o produce (publica) los datos
para todos los disp del bus. Lo hacen
aquellos configurados para recibirlos
consumidores (suscriptores)
LAS
a
b
c
CD (a)
Fieldbus
Message
data a
Productor
data b
Consumidor
data c
Consumidor
Algunas normas IEC para comunicaciones
digitales (1)
IEC 61158 presenta una solución de compromiso
especificando
múltiples
protocolos
no
interoperables. Después de una segunda versión
solo de correcciones, en el año 2003 se aprueba y
publica la tercera edición de la familia de
estándares IEC 61158 que consta de 6 partes y
4.400 páginas. Esta familia cubre no menos de 8
protocolos distintos, algunos con variante Ethernet y
otros no.
Algunas normas IEC para comunicaciones
digitales (2)
IEC 61784 define familias de perfiles de comunicación
entre las ofertas del estándar IEC 61158. La norma
IEC 61784, consta de dos partes, la primera incorpora
18 perfiles que incluyen Foundation Fieldbus, Pofibus,
WordlFIP, entre otros. La segunda parte basada en
Ethernet en tiempo real, presenta 9 propuestas como
PROFInet, VNET/IP, EtherCAT, etc.
Algunas normas IEC para comunicaciones
digitales (3)
IEC 61804:
Esta especificación está orientada a los sistemas
distribuidos del control de procesos basados en
bloques de funciones según la IEC 61499.
Posición de la IEC 61804 respecto de otros
estándares y productos
IEC 61804-2
IEC 61804-3
Concepto de Bloques Funcionales
PROFI-
FF
BUS
PA
Wordl
Control
Net
----
FIP
EDDL
---------------IEC 61804-4
Guidelines
Productos
EDDL: Electronic
Device Description
Language