Fase 0 Deivy Faviany Vanegas Vásquez

Fase 0 - Evaluar presaberes de comunicaciones y redes industriales.
Presentado por:
Deivy Faviany Vanegas Vásquez.
Código: 80829122.
Curso:
203052_3.
Presentado a:
Ing. Alvaro Jose Cervelion Bastidas
Universidad Nacional Abierta y a Distancia “UNAD”.
Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería.
CEAD José Acevedo y Gómez.
Ingeniería Electrónica.
Telecontrol
14/02/2020.
i
Tabla de Contenido.
Introducción. .................................................................................................................................. iii
Objetivos. ....................................................................................................................................... iv
1.
Contenido................................................................................................................................. 5
Conclusiones. ................................................................................................................................ 21
Bibliografía. .................................................................................................................................. 22
ii
Introducción.
Con el desarrollo de la siguiente actividad Fase 0 se busca evaluar presaberes de conceptos acerca
de comunicaciones y redes industriales adquiridos en cursos anteriores. Identificando los
protocolos de comunicaciones en la industria y los niveles de la pirámide de automatización CIM
profundizando sobre el nivel supervisorio y el funcionamiento de los controladores industriales.
Para el desarrollo de esta actividad se realizo una lectura previa, tomando como referente autores
como Rodríguez, P. A. Sintetizando de manera clara y coherente las características de cada una de
las capas de los estándares de acceso al medio en redes industriales OSI, ISA-SP50 y CIP en un
mapa conceptual. Adicional se relaciona información significativa de las características de los
buses de campo y describimos las características de las topologías de redes industriales Tipo Bus,
anillo, estrella, árbol y malla de manera clara y coherente.
iii
Objetivos.

Sintetizar de manera clara y coherente las características de cada una de las capas de los
estándares de acceso al medio en redes industriales OSI, ISA-SP50 y CIP en un mapa
conceptual.

Relacionar información significativa de las características de los buses de campo.

Describir las características de las topologías de redes industriales Tipo Bus, anillo, estrella,
árbol y malla de manera clara y coherente.
iv
1. Contenido.
Mapa conceptual estándar de acceso al medio en redes industriales.
1. El estudiante debe elaborar un mapa conceptual donde se sintetice las características de cada una de las capas de los estándares de
acceso al medio de redes industriales OSI, ISA-SP50 y CIP
5
6
7
Cuadro comparativo Buses de Campo.
2. El estudiante debe elaborar un cuadro comparativo donde se expongan las características de los buses de campo (HART, Red
AS-i, Modbus, Devicenet, Profibus, Foundation Fieldbus, Industrial Ethernet & Profinet.)
Medio
Descripción
Topología
Comunicación
Medio
Tiempo de
ciclo
HART
Red AS-i
HART (Highway – Punto a punto y multi-drop.
Addressable
Remote
Transducer). Pretende
reemplazar el captador
clásico de 4-20 mA,
mediante la técnica de
módulación
FSK,
permite conectar hasta
15 dispositivos sobre un
mismo cable o bus, las
transmisiones son de
tipo digital, permite
hasta 3000 m a 1200 bps
mediante
técnica
polling.
Basa
la
configuración de sus
equipos en herramientas
DLL.
Actuador Sensor – Estrella, Bus, Árbol anillo.
Interfase, es un bus de
campo
desarrollado
inicialmente
por
Siemens
para
la
8
Analógica 4 – 20 mA y Igual que 4 –
digital
20 mA (bucle
Maestro/Esclavo.
de corriente).
500 ms para
digital.
Maestro/Esclavo.
5ms - 31
esclavos
10 ms - 62
esclavos
2 hilos
Devicenet
interconexión
de
actuadores y sensores
binarios, es un sistema
de
conexionado
diseñado para transmitir
alimentación y datos
mediante cable bifilar a
distancias de hasta
100m, ideal para aplicar
en niveles más bajos de
automatización.
A
nivel físico, la red puede
adoptar cualquier tipo
de topología, permito la
interconexión de 31
esclavos o 64, emplea
un único de cable que
permite
tanto
la
transmisión de datos
como la alimentación de
los
dispositivos
conectados a la red
DeviceNet, basado en
Bus (Trunlink/Dropline)
CIP, multiplicidad de
fabricantes, el ser un
estándar abierto
proporciona a los
usuarios finales
multitud de soluciones
técnicas, reducción de
cableado en las señales
de entrada-salida,
posibilidad de pasar a
9
Productor/Consumidor, Par
trenzado -Punto a punto con para señal y
multicast (uno a varios) potencia.
y Maestro/Esclavo
Profibus
otros sistemas de bus,
eliminar o añadir nodos
sin afectar el resto de
elementos, plug and
play.
Profibus (PROcess
Field BUS) es un
estándar de bus de
campo abierto
independiente del
fabricante, de origen
Alemán, empleado para
interconexión de
dispositivos de campo
de entrada/salida
simples con PLC´s y
PC´s
PROFIBUS FMS
(Fielbus Message
Specification)





Bus(DP, FMS,PA), estrella
anillo, árbol (PA).
Automatización
de propósito
general.
Amplio rango
de aplicaciones.
Nivel de célula.
Comunicación
multi-maestro.
Comunicación
orientada a
objetos.
10
Maestro/Esclavo,
punto a punto.
Par trenzado
(RS485), Fibra.
Según
configuración
menos de 2
ms. Profibus
DP requiere
alrededor de 1
ms,
transmitiendo
a 12 Mbit/s,
para transmitir
512 bit de
entrada y 512
bit de salida
con 32
estaciones.

Interconexión
en red de
autómatas,
supervisores de
procesos,
paneles de
operación, PC´s,
etc
PROFIBUS PA
(Automatización de
procesos)
o
 Automatización
de procesos.
 Conexión de
equipos de
procesos sobre
autómatas,
supervisores de
procesos, PC´s
 Datos y
alimentación
sobre un cable.
 Seguridad
intrínseca.
PROFIBUS DP
(Periferia
descentralizada)
 Automatización
de planta.
 Alta velocidad,
tiempos de
11
Foundation
Fieldbus
reacción muy
pequeños.
 Plug and play.
 Eficiente y
barato.
 Transferencia
de pequeñas
cantidades de
datos.
 Conexión de
equipos de
campo,
accionamientos,
paneles de
operación,
autómatas
programables y
PC´s.
Foundation Fieldbus H1 Estrella o bus (H1), estrella Cliente/Servidor,
Par trenzado, H1: menor de
y High – Speed Ethernet (HSE).
Productor/Consumidor. Fibra.
500 ms.
(HSE).
Puede
HSE: menor
comunicar
grandes
de 100 ms.
volúmenes
de
información, ideal para
aplicaciones con varios
lazos complejos de
control de procesos y
automatización.
Distribuye el tiempo
entre los dispositivos de
campo de manera que se
hace posible la gestión
de Bloques de Función
12
Industrial
Ethernet
genéricos y datar las
alarmas en el mismo
punto de detección
(time-stamp). Utiliza un
par de trenzado. Su
capa física asegura la
correcta transmisión y
recepción por parte de
los dispositivos, define
dos perfiles H1 y HSE.
El fabricante es quien
decide dónde va situado
el
control,
los
problemas de colisiones
quedan a cargo de los
switches,
soporta
redundancia
en
interfases
y
dispositivos.
La
definición
del
protocolo Ethernet/IP
(Ethernet
Industrial
Protocol) es la de un
estándar
de
comunicación de red
capaz
de
manejar
grandes cantidades de
datos a velocidades de
10 Mbps o 100 Mbps, y
hasta 1500 bytes por
paquete.
La
especificación utiliza un
protocolo abierto en la



DeviceNet: Bus
(trunkline/dropline).
ControlNet: Bus,
Árbol. Estrella,
Mixto.
Ethernet/IP: estrella
activa.
13
Productor/Consumidor
con punto de a punto y
Maestro/Esclavo para
DeviceNet y
ControlNet.
DeviceNet: Par -trenzado para
señal y
potencia.
ControlNet:
Coaxial o Fibra.
Ethernet/IP:
10/100 – base
T, par trenzado
Cat. 5E.
capa de aplicación. En
la
industria
es
especialmente popular
para aplicaciones de
control. Así pues, este
tipo de red es fácil de
configurar,
operar,
mantener y ampliar. A
su vez, permite la
mezcla de productos de
10 Mbps y 100 Mbps, y
es compatible con la
mayoría
de
los
conmutadores Ethernet.
Esta tecnología se
utiliza con ordenadores
personales, mainframes,
robots, dispositivos y
adaptadores
de
entrada/salida
(E/S),
controladores lógicos
programables (PLC) y
otros dispositivos. La
especificación
está
respaldada
por
la
Industrial
Ethernet
Association
(IEA),
ControlNet
International (CI) y la
Open
DeviceNet
Vendor
Association
(ODVA).
14
Profinet
PROFINET
es
el Flexible: Estrella, Árbol,
estándar abierto de Bus, se recomienda ethernet
Ethernet Industrial de la conmutada.
asociación PROFIBUS
Internacional (PI) según
IEC
61784-2
(Communication
Profile
Family
3
(PROFIBUS
&
PROFINET) – RTE
communication
profiles); y uno de los
estándares
de
comunicación
más
utilizados en redes de
automatización.
Profinet está basado en
Ethernet
Industrial,
TCP/IP
y
algunos
estándares
de
comunicación
pertenecientes al mundo
TI.
Entre
sus
características destaca
que es Ethernet en
tiempo real, donde los
dispositivos que se
comunican por el bus de
campo
acuerdan
cooperar
en
el
procesamiento
de
15
Standard TCP/IP,
Par
trenzado real (ciclo de
Real Time,
según
IEC tiempo de 10
Isochronous
Real 11801/61156
ms).
Time.
Versión híbrida
para
datos+energía
M12,
RJ45,
Fibra óptica.
solicitudes
que
se
realizan dentro del bus.
Partiendo
de
una
conectividad
básica,
como es el cable
Ethernet, y unas tramas
de
comunicaciones
establecidas
que
correspondería a los
niveles 1 y 2 del modelo
OSI, PROFINET va
incorporando
nuevas
funcionalidades
denominadas “perfiles”
de
utilidad
como
ProfiSafe
o
ProfiEnergy, mediante
una
interpretación
específica para cada
caso de los datos
transmitidos,
modificando el nivel 7
(de aplicación).
16
Topología de las redes Industriales.
3. El estudiante debe realizar una consulta y describir las características de las topologías
de redes industriales (Tipo Bus, anillo, estrella, árbol, malla).
Tipo Anillo:
El medio de transmisión forma un circuito cerrado (anillo) al que se conectan los equipos.
Ilustración 1. Topología Árbol. Tomado de Rodríguez, P. A. (2008). Comunicaciones industriales.
Ventajas de este tipo de topología:

Los requerimientos de cable son mínimos.

Conexiones punto a punto de una estación con la siguiente.

Modo de transmisión (paso de testigo o token passing).

El mensaje vuelve al emisor (reconocimiento automatico).

El tráfico de información va en un sentido único a lo largo del soporte de transmisión.

Es una estructura activa, la señal se regenera en cada nodo.

No permite la ampliación en funcionamiento.

En este tipo de redes está muy extendido el uso de la fibra óptica.
Desventajas de este tipo de topología:

La caída de un equipo interrumpe el tráfico de información (anillo simple).
17

Diagnóstico difícil debido al sentido único de flujo de información.

Añadir o quitar nodos afecta la red.

Distancias máximas entre nodos.
Tipo Bus:
La distribución básica se realiza alrededor de un segmento de cable al cual se conectan los equipos.
El modo de transmisión es aleatorio, un equipo transmite cuando lo necesita. Si hay transmisiones
simultaneas (colisiones), unos algoritmos especiales solventan el problema.
Ilustración 2. Topología tipo bus. Tomado de Rodríguez, P. A. (2008). Comunicaciones industriales.
Ventajas de este tipo de topología:

Necesita menor longitud de cable en comparación con otras redes similares en extensión.

Las conexiones de alta impedancia permiten conectar y desconectar elementos de forma
sencilla (por tanto, la caída de un equipo no afecta al resto de la red).

Elevada velocidad de transmisión.

La comunicación es multipunto.

Número reducido de conexiones.

Ampliación sencilla.

Es la opción más extendida actualmente en buses de campo.
Desventajas de este tipo de topología:

Falta de seguridad.
18

El diagnostico puede ser difícil debido a la estructura física.

No hay reconocimiento automático de mensajes.

En caso de sobrecarga de trafico puede bajar el rendimiento.
Tipo Árbol:
Mezcla las características de las topologías Anillo, Estrella y Bus. Se encuentra en los sistemas de
bus tipo sensor – actuador (AS-i).
Ilustración 3. Topología tipo Árbol. Tomado de Rodríguez, P. A. (2008). Comunicaciones industriales.
Tipo Estrella:
En esta configuración, todos los equipos están conectados a un equipo o nodo central (HUB, Host
Unit Broadcast) que realiza las funciones de control y coordinación.
Ilustración 4. Topología tipo Estrella. Tomado de Rodríguez, P. A. (2008). Comunicaciones industriales.
Características de este tipo de topología:

La transferencia de información es punto a punto un cable por estación.

Sencillez de su mantenimiento.

El equipo central, el HUB, controla toda la red.
19

El rendimiento (velocidad) dependerá del HUB.

La caída de un equipo no afecta al resto.

Diagnóstico sencillo ante fallos de elementos.

Si el HUB se para, la red queda inutilizada.

La cantidad de cable necesaria es mayor que otras topologías.

La ampliación del sistema está limitada por loa capacidad del nodo central o HUB.
Tipo Red:
Permite la conexión entre dos estaciones a través de múltiples caminos.
Ilustración 5.Topología tipo Red. Tomado de Rodríguez, P. A. (2008). Comunicaciones industriales.
Características de este tipo de topología:

Fiabilidad y tolerancia a fallos. La caída de una línea de transmisión se solventa
redirigiendo el tráfico por otro camino.

Alto costo de implementación.

No utilizado en buses de campo.
A escala industrial, las topologías más extendidas son las de Bus y Anillo. Debido a su robustez
ante fallos, velocidad de transmisión y sencillez de ampliación.
20
Conclusiones.
Muchas veces escuchamos en la industria la frase “protocolos de comunicación” sin tener claro de
qué estamos hablando. Con el objeto de familiarizarnos, expusimos sus principales características
y fundamentos de los más utilizados. En principio un protocolo de comunicación es un conjunto
de reglas que permiten la transferencia e intercambio de datos entre los distintos dispositivos que
conforman una red. Estos han tenido un proceso de evolución gradual a medida que la tecnología
electrónica ha avanzado y muy en especial en lo que se refiere a los microprocesadores
Se identifico los protocolos de comunicaciones en la industria y los niveles de la pirámide de
automatización CIM profundizando sobre el nivel supervisorio y el funcionamiento de los
controladores industriales.
Se realizo una síntesis de manera clara y coherente acerca de las características de cada una de las
capas de los estándares de acceso al medio en redes industriales OSI, ISA-SP50 y CIP en un mapa
conceptual. Adicional se relacionó información significativa de las características de los buses de
campo y describimos las características de las topologías de redes industriales Tipo Bus, anillo,
estrella, árbol y malla de manera clara y coherente.
21
Bibliografía.
Rodríguez, P. A. (2008). Comunicaciones industriales. Pp. (23-32, 39-62) Recuperado de
https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/lib/unadsp/reader.action?ppg=37&docID=3175914&t
m= 1545064128065
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