Comunicaciones Industriales I.E.S. HIMILCE – LINARES - Departamento de Electricidad-Electrónica Profesor: José María Hurtado Torres TEMA 1 TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial DEFINICIONES Comunicación Actividad asociada con el intercambio de información. Deriva del latín communicare, que significa hacerlo común, compartir, dar a conocer. Telecomunicación Actividad de comunicación a distancia. Deriva del griego tele que significa lejos, a distancia, y de comunicación. Telecomunicaciones Disciplina que trata la transmisión y recepción de información que se desee comunicar a cierta distancia (datos, sonidos, imágenes,etc.). Teleinformática o Telemática Disciplina o campo de la técnica que estudia la transmisión y recepción de información (telecomunicaciones) y el tratamiento de dicha información (informática). Comunicaciones Industriales Disciplina o campo de las telecomunicaciones dedicada al estudio del intercambio de información (datos) entre equipos y dispositivos utilizados para las tareas de control de productos y procesos industriales. APLICACIÓN DEL COMPUTADOR A LAS TAREAS DE CONTROL Y GESTIÓN DE LA PRODUCCIÓN EVOLUCIÓN DE LAS COMUNICACIONES DIGITALES Funciones básicas: Tareas de control y gestión de la producción. Intercambio y transferencia de datos entre equipos. Control de las comunicaciones digitales. COMUNICACIONES INDUSTRIALES Coordinación y control de la producción. Monitorización de los procesos. Control distribuido. Etc. TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Antecedentes Históricos TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial El Sistema CIM (Computer Integrated Manufacturing) El sistema CIM podemos definirlo como un sistema de fabricación que pretende la integración e interrelación de todas las áreas de una empresa, mediante la aplicación de las últimas tecnologías informáticas y de comunicaciones. Este sistema pretende la integración de las técnicas CAE, CAD y CAM, sin olvidar otro aspectos como la comercialización, la distribución, servicio, control de calidad, etc. Sistema de fabricación tradicional AYER Diseño Servicio Descentralizado Proceso Fabricación Planificación Control de calidad Almacenamiento Logistica Inventario Ventas Sistema de fabricación integral HOY Total integración de todas las áreas de la empresa TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Objetivos del sistema CIM Tecnologías aplicadas en el entorno CIM: Instalaciones flexibles. Ingeniería asistida por ordenador (CAE). Gestión actualizada de almacenamiento. Diseño asistido por ordenador (CAD). Rápidos y sencillos cambios en la producción. Gestión y control de compras optimizada. Fabricación asistida por ordenador (CAM). Control numérico (CNC) y Robótica. Distribución óptima de tareas. Instalaciones industriales de todo tipo. Gestión y control total de la calidad. Generación de diseños y proyectos integrada. Procesos de fabricación integrados. Centralización de la información. Distribución de procesos jerarquizada. Gestión y control total de los procesos. Reducción de actuaciones en mantenimiento. Reducción de costes. Aumento de la productividad. Sistemas de supervisión y control de la fabricación. Mecánica, Electricidad y Electrónica. TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Pirámide CIM Niveles EMPRESA FÁBRICA ÁREA CELDA ESTACIÓN MÁQUINA Planificación, gestión de recursos, I+D, estudio de costes, gestión administrativa, compras, ventas, comercialización, coordinación, productividad, planificación, etc. Gestión de fábrica y administración de recursos: Control de datos, gestión del mantenimiento, inventario, ingenierías, etc. Control y supervisión de niveles inferiores, coordinación de celdas de fabricación, transportes, control de líneas de fabricación, control de calidad, ensamblado, etc. Coordinación y control de elementos de los niveles inferiores. Celdas de fabricación. Mando y control de máquinas, control nivel inferior, información para niveles superiores. Obtención de datos A/D para niveles superiores. Dispositivos de campo: sensores y actuadores. TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Pirámide CIM. Niveles para automatización. Fabrica Planta Célula Campo Proceso Ordenadores, Servidores, redes LAN/WAN, Internet Gran volumen de datos. Velocidad de respuesta pequeña. Ethernet. PCs, Servidores, redes LAN, Internet. Gran volumen de datos. Red de Datos Velocidad de respuesta mediana. LAN Industrial (PROFINET), Ethernet y Sistemas SCADA PLCs gama alta, PCs, CNC, Robots, HMI, Scada. LAN Industrial (profinet). Buses de campo. Volumen medio de datos. Velocidad de respuesta Grande. PLCs gama alta, PCs, CNC, Robots, HMI, Scada. LAN Industrial (profinet). Buses de campo. Volumen medio de datos. Red de Control Velocidad de respuesta Alta. PLCs, PC, HMI, sensores, actuadores. Buses de campo y de dispositivos. Volumen pequeño de datos. Respuesta instantánea. TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Pirámide CIM. Niveles de comunicación industrial. Otras redes, Internet RED DE DATOS NIVEL DE FABRICA Comunicaciones de factoría, factoría-celdas y otras redes Gestión de producción Supervisión y Control de procesos. NIVEL DE CELDA CNC DCS Comunicaciones de celda, celda-factoría. Controladores. RED DE CONTROLADORES Intercomunicación. Supervisión. Control. Manipuladores, Robots, CNC, Grupos de máquinas. PLC’s. NIVEL DE CAMPO Máquina aislada. Control y Coordinación. Sensores, Actuadores, PLC’s. PLC BUS DE CAMPO Comunicaciones de campo: sensores y actuadores M I/O Sensor Drive Transmitter Field device TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Redes y Buses industriales REDES INDUSTRIALES Ofimática. Gestión de producción y Procesos. Supervisión y Control BUSES DE CAMPO Intercomunicación. Supervisión. Control. Tipos: Redes LAN y WAN Ethernet, Ethernet industrial, PROFINET Equipos: Ordenadores, PLC, Servidores, etc. Tipos: CompoBus D, Profibus, Interbus-S, WorldFip, ModCon, Profinet, Modbus. Equipos: PC, PLC, Máquinas, Tarjetas, panales HMI y SCADA, Robots, CNC, Instrumentación, etc. BUSES DE DISPOSITIVO Simplificación de cableado. Conexión de Sensores y Actuadores Tipos: CompoBus-S, AS-Interface, DeviceNet , CANopen, Profibus DP, InterBus-S Equipos: PLC, HMI, Sensores, Actuadores, accionamientos. TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Redes y Buses industriales. Posicionamiento. TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Redes y Buses industriales. Comparativa. TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Redes y Buses industriales de SIEMENS. TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Redes y Buses industriales de SIEMENS. TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Panorámica EQUIPOS SIEMENS. S7-1500 S5-95U S7-200 S7-400 PLC Logo S7-300 HMI S7-1200 KTP-600 PC card TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Panorámica PLCs otros fabricantes. TSX17 de telemecanique CQM de Omron PLC09 de Schneider CP1H de Omron CPM2A de Omron TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Elementos necesarios para la comunicación Emisor/receptor Suministro y recepción de la información. En comunicaciones electrónicas son los equipos emisores y receptores de la señal. Canal de comunicación Medio o soporte físico capaz de propagar la información. En las comunicaciones electrónicas se utilizan medios capaces de propagar señales eléctricas (cable, aire, fibra óptica, infrarrojos, etc.). Mensajes Contienen la Información que se transfieren entre emisor y receptor (sonidos, datos, imágenes, etc.) Protocolo Conjunto de normas y reglas comunes que posibiliten la comunicación. Código Lenguaje común utilizado en la comunicación. TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Sistemas electrónicos de comunicación 1. Fuente de información. Donde se genera la información y se transforma en mensaje. 2. Transductor (de entrada). Convierte el mensaje en una señal eléctrica (voltaje o corriente). 3. Transmisor. Adapta la señal de entrada al medio de transmisión (cable, aire, F.O., etc.) 4. Medio. Medio físico que une el transmisor con el receptor. La señal toma la forma de ondas electromagnéticas, las cuales se deterioran debido al ruido, distorsión y atenuación. 5. Receptor. Recupera la señal del medio y realiza las operaciones inversas del transmisor. 6. Transductor (de salida). Convierte la señal de salida en un mensaje para el destinatario. 7. Destinatario. Destinatario de la información. El transmisor, el medio y el receptor constituyen el sistema de transmisión. TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Sistema telemático simplificado Equipos terminales de datos (DTE, Data Terminal Equipment): Equipos emisores o receptores de datos y que realizan el control de la transmisión (control de errores, codificación, etc.). En este apartado se encuentran los PCs, PLCs, HMI, Sistemas Scada, etc. Equipos de comunicación de datos (DCE, Data Communications Equipment): Equipos hardware que tratan la señal de los DTE para realizar la adecuación de la señal y la coordinación de la comunicación a través del medio físico. Son dispositivos interface como los modem, tarjetas de red, switch, hardware E/S, pararelas, router, adaptadores de norma, etc.). Línea de transmisión (LT, Transmisión Line): Soporte o medio físico que une a los DCE. Este puede ser guiado o no guiado: (cable, F.O, infrarrojos, radiofrecuencia, etc.) TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Dudas y cuestiones que se plantean: Temas que hay que abordar: ¿Qué informaciones se intercambiarán ? Señales: tipos y características. ¿ Qué modo de comunicación utilizaremos? Medios de transmisión. Características. ¿Cómo se gestionará dicha información ? Perturbaciones en la transmisión. ¿Qué lenguaje utilizaremos? Métodos de transmisión de las señales. ¿Quién y cómo comienza el diálogo? Modos de comunicación. ¿Cómo realizar el intercambio de información ? Modos de sincronización. ¿Qué elementos utilizaremos? Métodos de detección de errores. ¿ Qué formato de señal utilizaremos ? ¿Quién puede transmitir en cada momento? ¿Cómo empezará y terminará la comunicación? ¿Qué medio físico utilizaremos? ¿Qué problemas nos encontraremos? ¿Qué normativas utilizaremos? Etc. Parámetros de la transmisión de datos. Tipos de redes de comunicación. Estructura de las Redes de comunicación. Normativa de las comunicaciones. Etc. TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Organismos de normalización TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Normas que afectan a las comunicaciones industriales TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial El modelo OSI El Modelo OSI (Modelo de Referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos), creado por la ISO, es un estándar formado por 7 capas, y define las fases por las que deben pasar los datos para viajar de un dispositivo a otro en una red de comunicaciones. Funcionamiento del modelo OSI: Queremos enviar un fichero «datos» desde el equipo «Transmisión» al equipo «Recepción». El fichero «datos» entra en la capa de «Aplicación», donde se añade la cabecera y aumenta el tamaño; a continuación pasa a la capa de «Presentación» y se añade otra cabecera más, y así sucesivamente hasta la capa «Físico», que conecta con el equipo «Recepción». El fichero «datos» es ahora bastante más grande. Ahora el fichero «datos» entra al equipo «Recepción» por la capa «Físico» y se suprime la cabecera correspondiente a esa capa; a continuación, en la capa de «Enlace» se suprime su cabecera, y así hasta la capa de «Aplicación», en que el fichero «datos» llega al usuario final. TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Nivel 7. APLICACIÓN: Utilización de los datos. Nivel 6. PRESENTACIÓN: Representación y encriptación de los datos. Nivel 5. SESIÓN: Para el control del inicio y finalización de la conexión. Nivel 4. TRANSPORTE: División de los datos en paquetes de envío. Protocolos TCP en Ethernet. Nivel 3. RED: Interviene en el direccionamiento de paquetes de datos cuando hay varias redes. Protocolos IP en Ethernet. Buses de campo y Profinet. Nivel 2. ENLACE: Estructuración del paquete o trama de datos y envío a la capa Física. Control y detección de errores. Control de acceso al medio. Nivel 1. FÍSICA: Se encarga de la transmisión de bit de datos al canal de comunicación. Define los niveles de la señal eléctrica según la norma utilizada. Adecúa la señal al medio utilizado (cable, FO, radiofrecuencia, etc.). Codificación y decodificación de datos. Controla la velocidad de transmisión. ÁREA DE ACTUACIÓN DE LOS BUSES DE CAMPO FLUJO DE DATOS - REDES APLICACIONES - PROTOCOLOS El modelo OSI. Niveles o Capas
