Introducción a los Sistemas Industriales

PAC- Performance-centered Adaptive Curriculum for Employment Needs
Programa ERASMUS: Acción Multilateral - 517742-LLP-1-2011-1-BG-ERASMUS-ECUE
MASTER DEGREE:
Industrial Systems Engineering
ASIGNATURA ISE2:
Sistemas automatizados
MÓDULO 5:
Interfaz y normas en AS
TAREA 5.2:
Sistema modular de interfaces
(CAMAC, VME, VXI, PXI, LXI etc.). Sistemas Industriales
Sistemas automatizados
Contenido
TAREA 5.2: Sistema modular de interfaces (CAMAC, VME, VXI, PXI, LXI
etc.). Sistemas Industriales ............................................................................................... 2
1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS ................................................................................. 2
2. CONTENIDO..................................................................................................................... 3
2.1 LXI .................................................................................................................................... 3
2.2 SCADA: ............................................................................................................................. 6
2.3 Bus VME (Versa Module Europa) .................................................................................. 15
3. CONCLUSIONES ........................................................................................................... 21
4. BIBLIOGRAFÍA Y/O REFERENCIAS ....................................................................... 21
5. ENLACES DE INTERÉS ............................................................................................... 22
Índice de figuras
Figura 1: Conexión sistema SCADA..............................................................................................................7
Figura 2: Tamaños de las diferentes placas...............................................................................................16
Figura 3: Esquema del conector.................................................................................................................16
Índice de tablas
Tabla 1: Características de pareja de cables metálicos trenzados ...............................................................9
Tabla 2: Características cable metálico coaxial.............................................................................................9
Tabla 3: Características cable de fibra óptica.............................................................................................10
Tabla 4: Características línea portadora de corriente............................................................................ ....10
Tabla 5: Características de la transmisión por satélite...............................................................................10
Tabla 6: Características de la transmisión por líneas telefónicas...............................................................11
Tabla 7: Características de la transmisión por radio frecuencia.................................................................11
Tabla 8: Características de la transmisión punto a punto....................................................................... ...11
Tabla 9: Características de la transmisión en múltiples direcciones...................................................... ....12
Tabla 10: Características de la transmisión de rápido espectro de radio...................................................12
Tabla 11: Características de la transmisión por microondas......................................................................12
Tabla 12: Velocidades de diferentes conexiones........................................................................................14
Tabla 13: Comparativa entre diferentes Bus VME......................................................................................17
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TAREA 5.2: Sistema modular de interfaces (CAMAC,
VME, VXI, PXI, LXI etc.). Sistemas Industriales
1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
Este módulo trata sobre interfaces y Sistemas Industriales.
La tarea de formación se divide en 8 temas principales:
- Sistema modular de interfaces, peculiaridades, características,
- Diagramas estructurales, sistema CAMAC. Historia, desarrollo, diagrama,
configuraciones, estructura, ventajas y desventajas, actualidad.
- Modificaciones de sistema CAMAC. Sistema FAST CAMAC.
- Otros sistemas modulares de interfaces (MULTIBUS I/II, FASTBUS. VME-Bus).
-
Standard
VXI.
Módulos y
buses de VXI.
Configuraciones del sistema.
Estándares PXI, MXI y LXI. Historia, desarrollo, diagrama, configuraciones,
estructura, ventajas y desventajas, sincronización, actualidad, software.
- Software para interfaces standart
- Herramientas de medida virtual, usos.
- Controles de sistemas industriales (SCADA, DCS, PLC) usos, desarrollos,
acción, componentes, arquitectura…
El material complementario está formado por siete archivos. Los tres primeros
tratan sobre la interfaz LXI. Historia, consorcio de empresas que la
desarrollaron, clases, usos, aplicaciones, conexiones, ventajas, drivers y
programación.
Los siguientes documentos tratan sobre el Bus VME sistemas SCADA, historia,
desarrollo,
normativa,
tipos,
arquitectura,
comunicación,
funciones,
características y aplicaciones.
Los enunciados de los ejercicios son:
1) Describir cómo la estándar LXI supera a las normas IEEE-488 (GPIB), VXI
y PXI.
2) Describir el concepto de "herramienta virtual". ¿Cuáles son el software
LabVIEW y el lenguaje gráfico G?
3) ¿Cuáles son los rasgos característicos de los sistemas de control
industrial (ICS) y del sistema SCADA en particular?
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2. CONTENIDO
2.1 LXI
2.1.1 Introducción:
LAN eXtensions for Instrumentation [LXI], es un planteamiento para el control
de equipos de laboratorio, para la interfaz IEEE488. LXI utiliza Ethernet como
la topología de interconexión. La interfaz LXI es un VXI como sistema sin el
controlador de la ranura 0 y permite que los dispositivos se interconecten a
través de Ethernet en lugar de usar un cable IEEE-488. Los módulos son su
propia fuente de alimentación, el procesador y conexiones LAN sin rack de
tarjetas, pero pueden ser montados en rack. La red de área local es la red
principal. Similar a VXI y PXI la especificación también define los requisitos EMI
/ RFI.
El LXI es un nuevo estándar, lanzado en 2005, fruto de un consorcio de varias
empresas como Agilent, Nokia, Eriksson
modulares,
eliminando
el
requisito
Reduce el costo de los instrumentos
del
controlador
de
la
ranura
0
y
aumentando la velocidad de la comunicación entre módulos mediante el uso
de Ethernet en lugar de el bus IEEE-488. Hay que tener
en cuenta que
Ethernet comenzó a aparecer en los años equipos electrónicos antes de la
especificación LXI se crease. LXI intenta definir cómo se adaptó Ethernet, tanto
para los equipos de gama alta y equipos de prueba más pequeños que no
tienen un sistema operativo.
2.1.2 Objetivos:
•
Alimentación eléctrica: Es la interfaz de comunicaciones con mayor
aceptación en el mundo
•
Simplificación en la integración de sistemas: Detección automática,
direccionamiento, gestión de redes, ... navegadores y controladores estándar
del sector
•
Reducción de los costes del sistema de prueba: Reducir tamaño total,
los componentes de Ethernet de bajo costo
•
Aumentar la disponibilidad instrumento: Aprovechando la amplia industria
de la inversión en I + D, conservación de las características y aumento de la
escala
•
Nuevas posibilidades: Peer-to-peer, a distancia, distribuida, sintética,
simultánea, de activos de gestión ...
2.1.3 Que es LXI??
•
Módulos pequeños sin tarjeta madre y la caja tradicional instrumentos
•
Interfaz de Navegador Web para configuración, control, acceso a datos
•
API controlador IVI
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Disparador Hardware
•
Sincronización a través de LAN utilizando IEEE 1588 Protocolo de
•
Precisión de Tiempo
Usado en equipos pequeños y medianos
•
2.1.4 Clases: Hay tres tipos de LXI:
•
Clase C:
Remplaza a GPIB.
Módulos pequeños sin tarjeta madre e instrumentos tradicionales.
Interfaz de navegador web para configurar, controlar y acceder a datos.
API controlador AVI.
•
Clase B: igual que C pero además sincroniza a través de LAN utilizando
IEEE 1588 “Precision Time Protocol”.
•
Clase A: igual que B pero además rápido bus de disparo de hardware.
2.1.5 Ventajas:
•
Alta velocidad de E / S
•
Empaquetado compacto / flexible
•
Estrecha sincronización de dispositivos
•
API estándar
•
Modularidad
•
Resuelve algunas limitaciones de Vanilla Ethernet
•
Ideal para aplicaciones pequeñas y medianas
•
Mayor ancho de banda de alta velocidad de transferencia de
•
Cambio de sincronización
•
Compatibilidad Estándar
•
Interoperabilidad
•
Facilidad de Uso
•
Serie de alta velocidad
•
Elimina preocupaciones por el cableado
•
Proporciona ancho de banda requerido y data pueden
2.1.6 Motivaciones:
• GPIB:
Demasiado lento para la transferencia de datos de alta velocidad
Tarjetas y cables de E / S caros
Máximo de 14 dispositivos
•
VXI:
Tenía una arquitectura cara I / O (MXI) caro y no estándar
Número limitado de módulos
•
PXI:
Límites de instrumentación: tamaño, potencia, EMI
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Sobrecarga cara (jaula de tarjetas, ranura 0)
I / O (MXI) caro y no estándar
2.1.7 Comparación entre LAN entre Compensadores de Hardware
El disparador LXI es más flexible que cualquier otro dispositivo disponible,
elimina las compensaciones entre LAN y hardware.
Utilizar disparadores de hardware si:
- Se necesita tiempo muy repetitivo, baja fluctuación.
- Si necesita baja latencia, y poca distancia.
Utilizar disparadores basados en el tiempo si:
- Se necesita una latencia muy baja (la distancia no importa)
- Se pueden programar eventos con antelación
Utilizar LAN desencadenantes si:
- Los instrumentos están muy alejados
- Se necesita tiempo fijo, para analizar los datos almacenados
- Para eliminar el cableado del sistema de prueba
2.1.8 Aplicaciones.
-Adquisición de datos locales:
Cuenta con decenas o cientos de canales de sensor para vigilar o
controlar el dispositivo que prueba.
•
Sincronización precisa entre los canales es a menudo crítica.
•
El tiempo fijado simplifica el análisis posterior a la adquisición.
-Monitorización de señales electrónicas:
•
Las grandes distancias entre fuente y receptor pueden crear problemas
de latencia con los sistemas cableados. IEEE 1588 la elimina
• El tiempo depende de la ubicación
• Las marcas de tiempo simplifican el análisis
-Prueba de funcionamiento electrónico:
•
El software de activación simplifica el diseño del sistema y elimina el
cableado
• La comunicación Peer-to-peer entre dispositivos reduce el tráfico de
controlador y las velocidades de rendimiento de pruebas
• Se simplifica el tiempo de sincronización de instrumentos, elimina los
estados de espera y simplifica el soporte
- Instrumentos sintéticos:
•
Coordinar múltiples dispositivos
El software de activación simplifica el cableado
La comunicación Peer-to-peer entre dispositivos reduce el tráfico de
controlador y las velocidades de rendimiento de pruebas
• Se simplifica el tiempo de sincronización de instrumentos, elimina los
estados de espera y simplifica el soporte
-Calibración:
•
•
•
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•
•
El PC busca en todas las ramas de la red para descubrir y rastrear
instrumentos
Supervisar automáticamente los activos según el modelo, número de
serie, historial de calibración, etc.
2.2 SCADA: “Supervisory Control and Data Adquisition of industrial processes”
Ampliamente utilizado en la industria para supervisión, control y adquisición de
datos en los procesos de la industria. Han empezado a usarse en laboratorios
de física experimental para el control de sistemas auxiliares como la
refrigeración, la ventilación, distribución de electricidad, etc.
Los sistemas SCADA han hecho grandes progresos
términos de funcionalidad y
en los últimos años en
rendimiento de tal manera que son una
alternativa en el desarrollo interno, incluso para los sistemas de control muy
exigentes y complejos.
Estos sistemas se utilizan en procesos industriales: por ejemplo, la fabricación
de acero, la generación y distribución de energía (convencionales y nucleares)
y
la industria química. También en algunas instalaciones experimentales como
en las de fusión nuclear. El tamaño de estas plantas pueden variar desde
unos pocos a varios miles de canales de entrada / salida (E / S).
Los sistemas SCADA han evolucionado rápidamente y han penetrando en el
mercado de plantas con un número de canales E / S de unos 100 K. Los
sistemas SCADA utilizan para ejecutarse en DOS, VMS y UNIX, en los últimos
años en todo SCADA los vendedores se han trasladado a NT y algunas
también para Linux.
2.2.1 ¿En qué consiste un sistema SCADA?
No es un sistema de control completo, sino que se centra en el nivel de
supervisión. Se trata de un paquete de software que se coloca en la parte
superior de hardware a la que está interconectado, con controladores lógicos
programables (PLCs), u otros módulos de hardware comerciales.
•
Los sistemas SCADA se componen de:
Uno o varios dispositivos de datos, por lo general RTU o PLC, que
interactúan con dispositivos de campo (sensores) y switchboxes de
control local y actuadores de válvulas.
•
•
•
Proporcionan información del proceso a diversos usuarios: operadores,
supervisores de control de calidad, supervisión, mantenimiento etc.
Se utiliza un sistema de comunicaciones para transferir datos entre los
sensores y las unidades de control y los equipos del maestro central
SCADA. La comunicación puede ser por radio, teléfono, cable, satélite,
etc., o una combinación de éstos.
Un servidor de la computadora del maestro central o servidores.
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Sistemas automatizados
•
•
•
•
Los sistemas de interfaz usuario-planta con indicadores luminosos,
instrumentos de medida, pulsadores, indicadores luminosos, etc. se
están sustituyendo por estos sistemas en la pantalla de un ordenador
El control directo lo realizan controladores autónomos digitales y/o
autómatas programables conectados a un ordenador que realiza las
funciones de dialogo con el operador , tratamiento de la información y
control de la producción
Funciones básicas: adquisición de datos (recoger, procesar y almacenar
la información recibida), supervisión (observar desde un monitor la
evolución de las variables de control), control (modificar la evolución
del proceso, actuando sobre los reguladores autónomos básicos
(consignas, alarmas, menús, etc.) o sobre el proceso mediante las
salidas conectadas)
Otras funciones: transmisión de información; base de datos;
representación gráfica de datos;
gestión de la calidad, de la
producción administrativa y financiera; control estadístico.
2.2.2 Tipos:
1. D+R+N (Development +Run + Networking)
2. R+N (Run +Networking)
3. Factory focus
2.2.3 Características:
1. Proceso gráfico dinámico
2. Resumen de alarmas
3. Historial de alarmas
4. tendencia temporal real
5. tendencia temporal histórico
6. Seguridad (Seguridad de Aplicaciones)
7. Conectividad de base de datos
8. Conectividad de dispositivos
9. Creación de paneles de alarma
10. Gestión de fórmulas
11. Ejecución de programas
12. programación numérica
13. Arquitectura abierta, para adaptarse a cambios
14. Buena comunicación con el usuario y resto de empresa
15. Programas sencillos de instalar
16. Pocas exigencias de hardware
17. Fáciles de usar y actuar con ellas
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2.2.4 Arquitectura de Hardware
Se distinguen dos capas básicas: la "capa cliente", que trata la interacción
hombre-máquina y la "capa de servidor de datos", que trata de la mayoría de
las actividades de control de datos del proceso. Los servidores de datos se
comunican con los dispositivos de campo a través de controladores. Los
controladores de proceso, por ejemplo, los PLC, están conectados a los
servidores, ya sea directamente o por medio de redes o buses de campo
(SiemensH1 o Profibus). Los servidores de datos y las estaciones cliente están
conectados a través de una LAN Ethernet. Los servidores de datos y
estaciones cliente son plataformas Windows NT pero para muchos productos
de las estaciones clientes también pueden ser Windows95.
Figura 1: Conexión sistema SCADA
2.2.5 Arquitectura de software:
Son productos multi-tarea y se basan en una base de datos en tiempo real
(RTDB) situado en uno o más servidores. Los servidores son responsables de
la adquisición de datos y la manipulación (por ejemplo, verificación de
alarmas, cálculos, registro y archivo) en un conjunto de parámetros, por lo
general los que están conectados. Sin embargo, es posible tener servidores
dedicados para tareas particulares, por ejemplo, historiales, registro de datos o
gestor de alarmas.
Comunicación:
La red de comunicaciones está destinada a proporcionar los medios por los
cuales los datos se pueden transferir entre los servidores de un ordenador
host central y las RTUs de campo. La comunicación de red se refiere a los
equipos necesarios para transferir datos hacia y desde diferentes sitios. El
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Sistemas automatizados
medio utilizado puede ser por cable de teléfono o radio. El uso de un cable
se utiliza normalmente en una fábrica. Esta manera no es práctica para los
sistemas que cubre grandes áreas geográficas debido al alto coste de los
cables, otros materiales y el precio de la mano de obra en su instalación. El
uso de líneas telefónicas es una solución más económica para los sistemas
con gran cobertura. La línea se utiliza para sistemas que requieren conexión
en línea con las estaciones remotas. Es costoso porque necesita una línea de
teléfono por cada base. Las líneas Dial-up se pueden utilizar en sistemas que
requieren actualizaciones a intervalos regulares (por ejemplo, actualizaciones
cada hora. El anfitrión puede marcar un número particular de un sitio remoto
para obtener las lecturas y enviar comandos.
Los sitios remotos no suelen ser accesibles en las líneas telefónicas. El uso de
la radio ofrece una solución económica. Para conectar los sitios remotos se
utilizan Módems de radio situados el huésped. Una operación en línea también
se puede implementar en el sistema de radio. Para los lugares donde enlace
de radio directa no se puede establecer, se utiliza un repetidor de radio para
vincular estos sitios.
Históricamente, los sistema SCADA se han dedicado a redes, sin embargo, con
la un mayor despliegue de la tecnología de LAN y WAN como una solución
entre oficinas de equipo red. Existe la posibilidad de integrar una LAN SCADA
en la oficina.
La principal ventaja de esta disposición es que no hay necesidad de invertir
en una red informática independiente para terminales de operador SCADA.
Además, hay un camino
fácil para la integración de datos SCADA con
aplicaciones de oficina existentes, tales como hojas de cálculo, el trabajo
sistemas de gestión de bases de datos, historial de datos, sistema de
información geográfica (SIG) sistemas y sistemas de modelado de distribución
de agua.
Ordenador central “host”.
El ordenador central “host” o estación maestra suele ser
un solo equipo o
una red de servidores que proporcionan una interfaz hombre-máquina al
sistema SCADA. Los ordenadores procesan la información recibida y enviada a
los RTU y lo expone a los operadores humanos de una forma correcta para
que los operadores puedan trabajar. Los terminales están conectados al
ordenador central mediante una red LAN / WAN de modo que la visión de 8
pantallas y los datos asociados se pueden mostrar para los operadores.
Sistemas SCADA recientes son capaces de ofrecer gráficos de computadora de
alta resolución para mostrar una interfaz gráfica de usuario o mimetizar la
pantalla del sitio o de la red. Históricamente, SCADA ofrecían hardware,
sistemas operativos y el software que muchos eran incompatibles con los
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Sistemas automatizados
sistemas SCADA de otros proveedores.
Para ampliar el sistema se necesitaba
un nuevo contrato con el vendedor original SCADA. El anfitrión de plataformas
informáticas normalmente usado estaba basado en arquitectura UNIX, y la red
del equipo host fue retirado físicamente de cualquier dominio de informática.
Sin embargo, con el aumento del uso de los ordenadores personales, las
redes de ordenadores son muy comunes en la oficina y, los SCADA ahora se
pueden conectar en red con los ordenadores personales. Muchos SCADA
actuales pueden estar en los servidores de ordenadores y ser utilizados para
aplicaciones
de
oficina
tradicionales.
Esto
ha
abierto
un
abanico
de
posibilidades para la vinculación de los sistemas SCADA en aplicaciones de
oficina basadas tales como sistemas de información geográfica, software de
modelado
hidráulico,
sistemas
de
gestión
de
dibujo,
los
sistemas
de
programación de trabajo y bases de datos de información.
2.2.6 Protocolos de comunicación
En un sistema SCADA, la RTU acepta comandos para operar los puntos de
control, y responde a las solicitudes. Se proporciona el estado y los datos
acumulados a la estación principal SCADA. La RTU no tiene conocimiento de
que está supervisando en el mundo real. Simplemente se supervisa ciertos
puntos de la información en un esquema de direccionamiento local. La
estación maestra SCADA es la parte de el sistema que
"sabe" que el primer
punto de RTU número 27 de estado es el estado de un determinado
interruptor de circuito de una subestación dado.
Cada protocolo consiste en dos conjuntos de mensajes. Un conjunto forma el
protocolo maestro, que contiene las declaraciones válidas de inicio de la
estación principal o la respuesta, y el otro es el protocolo RTU, que contiene
las declaraciones válidas de una RTU puede iniciar y responder.
En la mayoría, pero no todos los casos, estos pares pueden ser considerados
una
encuesta
o
solicitud
de
información
o
acción
y
una
respuesta
confirmando.
El protocolo SCADA entre el maestro y RTU constituye en un modelo viable
para RTU-to-(IED) de comunicaciones inteligentes de dispositivos electrónicos.
Actualmente, en la industria, hay varios protocolos diferentes en uso. Los más
populares son International Electrotechnical
Commission (IEC) 60870-5 series, specifically IEC 60870-5-101 (commonly
referred to
as 101) and Distributed Network Protocol version 3 (DNP3).
2.2.7 Implementación de los sistemas SCADA:
Hay diferentes maneras de implementar estos sistemas
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Sistemas automatizados
Pareja de cables metálicos trenzados:
Ventajas
No
Desventajas
necesitan
licencia
y
menos Necesita cable enterrado y permisos
homologaciones
Económica para distancias cortas
Los
palos
necesarios
para
Vulnerable a la entrada de agua
la Los errores pueden ser difíciles de
infraestructura ya existen
Capacidad
de
canal
detectar
en
distancias Configuración de red inflexible
cortas relativamente alta (hasta 1,54
MHz)
La
conexión
subidas
a
tierra
debido
a
puede
tener
relámpagos
o
errores
Puede sufrir roturas
Tabla 1: Características de pareja de cables metálicos trenzados
Cable metálico coaxial:
Ventajas
No
Desventajas
necesitan
licencia
y
menos Necesita cable enterrado y permisos
homologaciones
Los
palos
necesarios
para
la Puede sufrir roturas
infraestructura ya existen
Económica para distancias cortas
Vulnerable a la entrada de agua
Capacidad de canal superior al par La
trenzado
conexión
subidas
a
tierra
debido
a
puede
tener
relámpagos
o
errores
Más
inmune
al
ruido
por Los errores pueden ser difíciles de
interferencias de radio que el par detectar
trenzado
Puede sufrir roturas
Tabla 2: Características cable metálico coaxial
Interfaz y normas en AS
11
Cable de fibra óptica:
Ventajas
Desventajas
Inmune
a
la
interferencia Nueva
tecnología
que
necesita
electromagnética
nuevos conocimientos
Inmune a los cambios de potencial
Equipos caros
Alta capacidad de canal
Configuración de red inflexible
Bajo precio de operación
Vulnerable a la entrada de agua
No necesita licencias
Puede sufrir roturas
Tabla 3: Características cable de fibra óptica
Línea portadora de corriente:
Ventajas
Situados
Desventajas
donde
los
circuitos
lo No
independiente
del
necesitan
distribución de potencia
Equipos necesarios ya instalados
La
frecuencia
no
sistema
siempre
de
está
protegida en las primeras fases
Económicas
para pocos canales en Pocos canales disponibles
largas distancias
PLC digital tiene capacidad para 3 o Caros
4 canales
comparados
con
microondas
(para más de cuatro canales)
PLC analógica tiene capacidad para 2 No se transfiere si la conexión está
canales
abierta
Tabla 4: Características línea portadora de corriente
Satélite:
Ventajas
Desventajas
Amplia área cubierta
Dependencia a facilidades remotas
Fácil acceso para equipos remotos
Menos control sobre la transmisión
Precio independiente de la distancia
Transmisión con retardo
Fiable
Transmisión
reducida
durante
equinoccio solar
Adaptable a cambios en los patrones Costos de alquiler continuos
de red
No
necesita
cable
enterrado
y
permisos, estaciones ubicadas a nivel
local
Tabla 5: Características de la transmisión por satélite
el
Introducción a los Sistemas Industriales
Líneas de teléfono alquiladas:
Ventaja
Desventaja
Económica
Reparación y mantenimiento no se
controla
por el arrendatario
La calidad del circuito se mantiene
Los
circuitos
pueden
no
llegar
a
todos los sitios
No
se
requiere
experiencia
en Conexiones
comunicación
protección
metálicas
contra
el
requieren
aumento
del
potencial de tierra
Adaptable
a
los
cambios
de
los El pago de alquiler es continuo
patrones
Tabla 6: Características de la transmisión por líneas telefónicas
Radio frecuencia muy altas:
Ventaja
Las
Desventaja
asignaciones
de
frecuencia Baja capacidad de canal
disponibles
Propagación líneas invisibles
Baja
velocidad
de
bits
de
datos
digitales
Radios de bajo costo comparada con Técnicas de transmisión disponibles
la transmisión por microondas
guía
de
ondas
menos
limitadas
estrictas
y
necesita antena
No depende de las líneas de energía
Los
patrones
de
cobertura
de
intensidad de campo mayores que las
de UHF
Tabla 7: Características de la transmisión por radio frecuencia
FUNCIONES Y CARACTERÍSTICAS DE IS. CONCEPTOS DE ORDENADORES
13
Introducción a los Sistemas Industriales
Punto a punto:
Ventaja
Las
Desventaja
asignaciones
de
frecuencia Baja capacidad de canal
disponibles
Propagación por líneas invisibles
baja
velocidad
de
transmisión
de
datos digitales
radios
baratas
comparadas
con técnicas
microondas
guía
de
ondas
de
transmisión
disponibles
limitada
menos
estrictas
y
necesita antena
No depende de las líneas de energía
Tabla 8: Características de la transmisión punto a punto
Sistemas de radio de múltiples direcciones:
Ventaja
Desventaja
Asignaciones de frecuencia disponibles Baja capacidad de canal
Propagación por líneas invisibles
baja
velocidad
de
transmisión
de
datos digitales
radios
baratas
comparadas
con técnicas
microondas
guía
de
ondas
de
transmisión
disponibles
limitada
menos
estrictas
y La
necesita antena
operación
de
múltiples
puntos
restringe la velocidad de datos en
comparación con el punto-a-punto o
UHF
No depende de las líneas de energía
Más que los medios de comunicación
punto a punto
Tabla 9: Características de la transmisión en múltiples direcciones
Espectro de radio rápido:
Ventaja
No
Desventaja
requiere
licencias
de Sensible
a
la
interferencia
FUNCIONES Y CARACTERÍSTICAS DE IS. CONCEPTOS DE ORDENADORES
de
14
Introducción a los Sistemas Industriales
radiofrecuencia
transmisores co-canal
Equipo barato
No necesita licencia principal
Longitud de recorrido limitada debido
a
la
las restricciones de la potencia de
salida
de
la
radiofrecuencia
(RF)la
potencia de salida
Tabla 10: Características de la transmisión de rápido espectro de radio
Microondas:
Ventaja
Desventaja
Alta capacidad de canal
La llínea es visile
Transporta mucha cantidad de datos
Equipos y formación especializados
Circuitos baratos
Asignación de frecuencia no siempre
está disponible en zonas urbanas
Independiente
de
las
líneas
de Desarrollo más caro
potencia
Redes
futuras
de
alta
velocidad Capacidad limitada
estandarizadas
No sufre debilitación
Derechos baratos
Más fácil que instalar un cable
Tabla 11: Características de la transmisión por microondas
Ventajas:
• Procesamiento de datos.
• Visualización,
• Trabajo en red.
Desventajas:
• Tiempo real
• Seguridad
• Robustez
Se suelen utilizar
con
Placas
al
más
alto
nivel,
realizando
tareas
de
monitorización y control.2.3 Bus VME (Versa Module Europa)
El bus VME es una arquitectura estándar IEEE sobre la cual se construyen
muchos sistemas integrados y en tiempo real. existe hace casi 25 años y se
FUNCIONES Y CARACTERÍSTICAS DE IS. CONCEPTOS DE ORDENADORES
15
Introducción a los Sistemas Industriales
ha
utilizado
aeroespaciales.
ampliamente
El
bus
en
VME,
aplicaciones
también
incluye
específicamente con sistemas de educación como
militares,
industriales
herramientas
y
relacionadas
IEEE / ACM CE2004.
Es un estándar de la industria, IEEE 1014 y IEC 821, para los sistemas con
microprocesadores de 16, 32 o 64 bits, desarrollado por Motorola, Mostek y
Signetics en 1980. El “bus” VME fue una combinación de las especificaciones
electricas del estándar VERSAbus y de las descripciones mecánicas del
Eurocard. VERSAbus fue definido por Motorola en 1979 para el 68000 y
definido en el estándar IEEE 1014-1987. VME trabaja en un medio flexible,
soporta tareas duras informáticas describe los protocolos y la placa base de
circuito impreso donde contiene las líneas de bus y los conectores donde se
insertaran las diferentes tarjetas del sistema. Cypress es el proveedor líder de
circuitos controladores de interconexión de bus VME. Tiene un formato físico
doble, es decir 6U, que es la unidad de medida del panel frontal de un
“rack”, cada “U” es igual a 1.75 pulgadas. Para poder implementar distintas
tarjetas VME se utiliza el “backplane”, placa de circuito impreso que soporta el
bus
y
la
especificadas
alimentación.
en
IEEE
Las
1101.
especificaciones
Para
la
mecánicas
interconexión
de
de
VME
están
las
tarjetas
al
“backplane” se utilizan los conectores DIN 41612. El número de ranuras (slots)
máximo en un “backplane” es de 21. La máxima velocidad de transmisión del
VMEbus es de 40 Mbytes/s.
También hay el reciente VME64 que es de 80
Mbytes/s aprobado en 1995, es de 64 bits de datos y el VME320 que es de
320 Mbytes/s aprobado en 1997.
2.3.1 Características
Arquitectura maestro esclavo:
Maestro: permite realizar ciclos de bus junto con los módulos esclavos. Dado
que el bus permite tener varios maestros, antes de poder realizar un ciclo el
maestro tiene que obtener el uso del bus. Las CPU, los controladores DMA y
los periféricos inteligentes integrados en el sistema deben incluir siempre este
módulo. Puede haber entre 1 y 21 maestros
Esclavo: junto con el maestro realiza los ciclos de bus de transferencia de
datos. Pertenecen a este tipo los módulos de memorias RAM o ROM,
dispositivos periféricos de E/S, etc.
.
FUNCIONES Y CARACTERÍSTICAS DE IS. CONCEPTOS DE ORDENADORES
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Introducción a los Sistemas Industriales
ESCLAVO
MAESTRO
Bus asíncrono:
No existe sincronización de reloj central (usa protocolo de enlace)
MAESTRO
Datos
ESCLAVO
Datos
Dirección
Control
señales
MAESTRO
ESCLAVO
Direccionamiento
Proporciona una variedad de espacios de direcciones y anchuras de datos.
Utiliza tres espacios de direcciones:
-16 bits (A16)
-24 bits (A24)
-32 bits (A32)
Dirección de código de modificador de 6 bits se utiliza para distinguir entre
estos espacios de direcciones
Transferencia de datos:
Tamaños de transferencia de datos pueden ser
-8 bits
-16 bits
-32 bits
Direccionamiento:
Los
ciclos
de
transferencia
de
datos
pueden
ser
de
ciclo
simple
o
transferencia en bloque
Los ciclos Individuales de dirección se envían con cada transferencia de datos.
FUNCIONES Y CARACTERÍSTICAS DE IS. CONCEPTOS DE ORDENADORES
17
Introducción a los Sistemas Industriales
La transferencia en bloque: la dirección se envía con múltiples transferencias
de datos.
Transferencia de datos Ciclos
Ciclos individuales - D8 (O), D8 (EO), D16, D32 y MD32
Transferencia en bloque - BLT, MBLT, A40BLT
Direcciones y ancho de banda mixtas diferentes:
Puede
usar
diferentes
direcciones
y
anchuras
de
datos
basado
en la
aplicación. Por ejemplo
A16/D8 (O) IO simple o A32/D32 - módulos de alto rendimiento
Velocidad de transferencia de datos:
Topología
Ciclo bus
Máxima Velocidad
VMEbus IEEE-1014
BLT
40 Mbyte/s
VME64
MBLT
80 Mbyte/s
VME64x
2eVME
160 Mbyte/s
VME320
2eSST
320-500+ Mbyte/s
Tabla 12: Velocidades de diferentes conexiones
Clasificación de Bytes:
Bus VME no especifica el orden de bytes, la mayoría de los dispositivos
utilizan el modelo de Motorola que es “big endian”, pero el modelo digital es
“little endian”. Se proporcionan dos modelos para llevar a cabo el intercambio
de bytes: Adaptador de bus de VMS, Interfaces de software
Interrupción de vectores:
VME bus interrupción de vectores tienen un rango desde 0x00 hasta 0xFF.
El adaptador de bus usa algunos de estos adaptadores y no están disponibles
todos los controladores de dispositivo.
Prioridades de interrupción:
Siete prioridades de interrupción (desde IRQ1 hasta IRQ7 que es la más alta)
Arbitraje de bus:
El arbitraje se realiza por el controlador del sistema - siempre reside en la
ranura 1.
Se puede instalar en tres niveles:
Modo de prioridad
Modo “round robin”
Modo de un solo nivel
Liberación de bus:
RWD - Libertad cuando se hace
ROR - Libertad bajo petición (normalmente implementado en H / W, por tanto
más rápido)
Justicia:
FUNCIONES Y CARACTERÍSTICAS DE IS. CONCEPTOS DE ORDENADORES
18
Introducción a los Sistemas Industriales
En el sistema con mucha carga, los cuatro primeros tableros pueden acaparar
el bus y dejar sin alimentación a los demás.
Para evitar esto - los solicitantes de bus están programados para solicitarlo
sólo cuando las líneas petición no se afirman: Justicia. Esto garantiza que
todas las tarjetas, incluso en un sistema con mucha carga, finalmente puedan
coger al bus
Capacidad de inserción en vivo:
El módulo electrónico se puede quitar e insertar en el sistema cuando se
enciende el aparato
Se conoce como “Hot Swap”. El software de administración del sistema
inhabilita nuevas conexiones con controlador de dispositivo. El sistema espera
a que todas las conexiones terminen o incluso las fuerzan a terminar.
VMEbus Sistema Controlador:
Se coloca en la ranura 1, función de arbitraje, proporciona 16 MHz al reloj del
sistema (SYSCLK), proporciona el reconocimiento de interrupción (IACK) y es un
controlador de cadena
Cadena VMEbus:
Hay cinco señales de la cadena en bus VME: cuatro se utilizan en el arbitraje
de bus y otro para reconocimiento de interrupción. El arbitraje del bus se
realiza mediante 4 líneas de petición de bus y 4 bus de entrada / salida de
líneas.
Tamaños:
Figura 2: Tamaños de las diferentes placas
Conectores:
FUNCIONES Y CARACTERÍSTICAS DE IS. CONCEPTOS DE ORDENADORES
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Introducción a los Sistemas Industriales
Tipos de conectores:
- P1, P2: 96
pines (3 x 32): IEEE 1014-1987 Tipo: VME
- P1, P2: 160 pines (5 x 32): ANSI/VITA 1-1994 Tipo: VME64X
- P0
:
95 pines (5 x
19): VITA 1.1-1997 y Otros: (P3, P4, P5, P6) Tipo:
VME64X
Figura 3: Esquema del conector
2.3.2 Comparaciones entre BUS VME, VME64 y VME64x
Tabla 13: Comparativa entre diferentes Bus VME
Bus VME
Arquitectura
Bus VME64
maestro Tarjetas
/ esclavo
bus
de
Bus VME64x
datos
de
6U Conector con 160 pines
ampliadas a 64 bits
asíncrono Tarjetas de direccionamiento Conector de 95 pines P0/J0
de 6U ampliadas a 64 bits
Protocolo de enlace 32
y
40
de velocidad variable direccionamiento
bits
de
entre conectores
de Alimentación de 3.3 V
datos
para placas 3U
Bus no multiplexado Doble de ancho de banda 5V de C.A. de alimentación
(hasta 80Mbytes/seg)
Rango
de Sistema de conectores menos Direccionamiento geográfico
direccionamiento
de sensible al ruido
entre 16 y 32 bits
FUNCIONES Y CARACTERÍSTICAS DE IS. CONCEPTOS DE ORDENADORES
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Introducción a los Sistemas Industriales
Datos
anchos
de Ciclo de reintento
Mayor ancho de banda de
banda de entre 8 y
bus
32 bits
Anchos de banda de Ciclo de bus cerrado
141 pines más definidos por
hasta 40 Mbytes /
el usuario
seg
capacidad
de detector
multiprocesamiento
Capacidad
la
primera Unidades
ranura
de Capacidad
Interrupción
Amplia
en
de
conexión
trasera
de
conexión
y Inserción directa
uso
variedad
de Configuración ROM / CSR
hardware
mecánico
basado
en
Inyector / eyector de cierre
manual
el
estándar IEEE 1101
Se
pueden
utilizar Redefinición
de
los
pines Módulos de transición
hasta 21 ranuras para SERCLK y SERDAT
en el plano posterior
2.3.3 Software:
El bus VME tiene la base de software mayor que cualquier otra arquitectura de
ordenadores.Se conocen 103 sistemas operativos comerciales, que se ejecutan
en el bus VME. Aunque hay otros muchos sistemas operativos
3. CONCLUSIONES
Con este trabajo he aprendido lo importante que es la automatización de los
procesos productivos y como estos han ido evolucionando.
4. BIBLIOGRAFÍA Y/O REFERENCIAS
[1]http://www.vita.com/vmefaq/index.html
[2]http://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/FRONTEND/VMEbus/
[3]http://www.e-insite.net/ednmag/index.asp
[4]http://www.cern.ch/ESONE/VMEbus/standards/
[5]http://www.pc104.org/
[6]http://newsletter.eetimes.com/cgi-bin4/DM/y/evX70GlSQT0N3G0EPmV0E2
[7]http://www.interfacebus.com/
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[8]http://www.home.agilent.com/agilent/home.jspx?cc=ES&lc=eng
[9]www.vxitech.com
[10]http://scada-transmisiondedatos.wikispaces.com/
[11]http://www.uco.es/grupos/eatco/automatica/ihm/descargar/scada.pdf
http://www.depeca.uah.es/depeca/repositorio/asignaturas/30387/Tema4.pdf
5. ENLACES DE INTERÉS
www.uned.es
http://www.tu-plovdiv.bg/en/
http://www.cypress.com/
http://www.motorolasolutions.com/XLES/Productos+y+Servicios+para+Empresas/Sistemas+SCADA
http://www.eclipse.org/
http://www.home.agilent.com/agilent/home.jspx?cc=ES&lc=eng
http://www.youtube.com/watch?v=ymWqOgIMDowç
http://www.youtube.com/watch?v=K83p6ETH3L0
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