Este documento describe las tendencias futuras en comunicación industrial. Brevemente discute conceptos clave como redes industriales, el modelo OSI, protocolos como PROFIBUS, MODBUS y PROFINET, y cómo estas redes se diferencian de las redes convencionales al enfocarse en usuarios industriales y requisitos de tiempo real con ciclos de comunicación cortos.

1. COMUNICACIÓN INDUSTRIAL
TENDENCIAS FUTURAS
CLAUDIO RAMOS 2012

2. PRERREQUISITOS
 ANTES DE ENTRAR EN EL TEMA, LISTAREMOS
AQUELLOS CONCEPTOS QUE CONSIDERO
FUNDAMENTALES PARA EL ANÁLISIS DE LAS REDES A
DESCRIBIR :
1.LO FUNDAMENTAL DE TI.
2.LA TRANSMISIÓN DE DATOS.
3. EL MODELO OSI.
4. FUNCION PROTOCOLOS.
5.EL MEDIO TRANSMISIÓN.
6.REDES DE ÁREA LOCAL.
7.SISTEMAS INALÁMBRICOS: Wi-Fi Y OTROS.
8.SISTEMAS TCP/IP.

3. EN RELACION A NUMERACIÓN ANTERIOR:
1. MUCHOS CONCEPTOS Y TÉCNICAS APLICADAS TALES COMO:
 FDX, HDX, SX – SEÑALES – MODULACIONES – MUX TDM, SDH
 TIPOS DE REDES (WAN, MAN, LAN, WLAN)
2. LA TRANSMISIÓN DE DATOS. SE JUSTIFICA PORQUE:
 UNA RED INDUSTRIAL “ES UNA RED DE DATOS”.
 DCE MODULA O CODIFICA.
 SE BASAN EN OSI. SE APLICAN INT. DIGIT. RS.
 SE APLICAN MISMOS TIPOS DE VELOCIDADES.
3 A 6. LO FUNDAMENTAL DE OSI, FORMATOS Y FUNCIÓN
PROTOCOLOS, LAN SE APLICA CON MODIFICACIONES (802.3 802.4.5),
MEDIO DE TX: FIBRA, METÁLICO Y LIBRE CON ENLACES LÍNEA VISTA.
CONECTIVIDADES: BRIDGE, REPEATER, GATEWAY, ETC.
PROTOCOLOS TCP/IP Y OTROS, SISTEMAS Wi – Fi, ETC, ETC, ETC , etc.

4. ORGANISMOS DE ESTANDARIZACIÓN
 IEC (COMISIÓN DE ELECTROTÉCNICA INTERNACIONAL) SEDE EN
GINEBRA. TRABAJA CON ITU-T, ISO, ETC, TEMAS PROPIOS Y TI.
PRINCIPALES OBJETIVOS:
INCREMENTAR LA EFICIENCIA DE LOS PROCESOS
INDUSTRIALES.
 ASEGURAR E IMPLEMENTAR LA CALIDAD DE PRODUCTO Y
SERVICIOS MEDIANTE SUS NORMAS.
 CONTRIBUIR A LA IMPLEMENTACIÓN DEL CONCEPTO DE
SALUD Y SEGURIDAD HUMANA.
 CONTRIBUIR A LA PROTECCIÓN DEL AMBIENTE.

5. QUÉ ES UNA RED INDUSTRIAL ?
ES UN SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE DATOS CON . . . . . . .
CÓMO SE DIFERENCIA ENTRE UNA RED
CLÁSICA Y UNA RED INDUSTRIAL ?
PORQUE SUS USUARIOS , SUS . . . .SUS . . . .

6. MODELO PARA LA INTERCONEXIÓN DE SISTEMAS
ABIERTOS (OSI)
OBJETIVOS Y CARACTERÍSTICAS DE OSI:
PRINCIPAL OBJETIVO :
INTERCONECTAR TODO TIPO DE COMPUTADOR
1. ES ABIERTO
2. ES ABSTRACTO
3. ESTRUCTURADO EN 7 CAPAS O NIVELES
4. POSEE JERARQUÍA VERTICAL
5. ES INTELIGENTE SEGÚN LA JERARQUÍA
6. CREADO PARA SISTEMAS TELEINFORMÁTICOS
7. PROTOCOLOS ESTRATIFICADOS ES FUNCIÓN OSI
8. CAPA 7 SIEMPRE EXISTE

7. MODELO OSI Y PROTOCOLOS
PROTOCOLO : CONJUNTO DE REGLAS QUE PERMITEN LA COMUNICACIÓN
DE DATOS
SIN PROTOCOLOS NO HAY COMUNICACIÓN
PROTOCOLOOS OPERAN HORIZONTALMENTE
7 APLICACIÓN  FORMATOS DE PROTOCOLOS :
6 PRESENTACIÓN
Header Payload Trailer
5 SESIÓN
Header Payload
4 TRANSPORTE
3 RED
PROTOCOLOS ORIENTADOS A LA CONEXIÓN
2 ENLACE GARANTIZAN LA CORRECTA RECEPCIÓN DE LOS
DATOS
1 FISICA
PROTOCOLOS NO ORIENTADOS A LA CONEXIÓN
MEDIO DE TRANSMISIÓN NO GARANTIZAN

8. MODELO OSI Y PROTOCOLOS
USUARIO USUARIO
FINAL A FINAL B
7 APLICACIÓN 7 APLICACIÓN
6 PRESENTACIÓN 6 PRESENTACIÓN
5 SESIÓN 5 SESIÓN
P4
4 TRANSPORTE 4 TRANSPORTE
P3
3 RED 3 RED 3 RED
2 ENLACE 2 ENLACE 2 ENLACE
1 FISICA 1 FISICA 1 FISICA
MEDIO DE TRANSMISION
PC A ROUTER PC B

9. MODELO OSI EN REDES INDUSTRIALES
USUARIO USUARIO
FINAL A FINAL B
7 APLICACIÓN 7 APLICACIÓN
6 PRESENTACIÓN
CAPAS 6 PRESENTACIÓN
CAPAS
3A6 3A6
5 SESIÓN 5 SESIÓN
CORTOCIRCUITADAS CORTOCIRCUITADAS
4 TRANSPORTE 4 TRANSPORTE
3 RED 3 RED
2 ENLACE 2 ENLACE
1 FISICA 1 FISICA
MEDIO DE TRANSMISION
CONTROLADOR SENSOR

10. ENCAPSULAMIENTOS EN RED INDUSTRIAL
INFO USUARIO
DATA
APLICACIÓN HEADER
CAPAS
CORTOCIRCUITADAS
DATA
ENLACE
HEADER PAYLOAD TRAILER
FISICA
F I S I C A
MEDIO DE TRANSMISIÓN
MEDIO DE TRANSMISIÓN

11. VELOCIDADES Y CICLOS DE COMUNICACIÓN
EN REDES INDUSTRIALES
EN CIERTA TRANSMISIÓN :
VELOCIDAD BINARIA: D = 1 Mb/s
VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN:
V = 270.000 Km/s = 2,7*108 m/s
LUEGO, PARA UNA RED INDUSTRIAL CON UNA LONGITUD DE 800 METROS ENTRE
PLC Y SENSOR, Y TRAMA DE 100 BYTE, DEMORA EN TRANSMITIRSE 80μseg.
PERO, EL TIEMPO DE PROPAGACIÓN ES DE 3μseg.
LUEGO, EXISTE GRAN
CANTIDAD DE TIEMPO LIBRE ! !
NO CONFUNDIR ESTO CON LA COMPARACIÓN ENTRE :
 VELOCIDAD BINARIA [bit/seg]
 VELOCIDAD DE MODULACIÓN [simb/seg] o [Baud]

12. QUÉ HERRAMIENTAS O PUNTOS DE
PARTIDA ELIGIREMOS?
NOS APOYAREMOS COMO PUNTOS DE PARTIDA, EN TRES
CONCEPTOS O PARÁMETROS QUE CONSIDERO SON
IMPORTANTES EN NUESTRO OBJETIVO. ELLOS SON :

13. MENSAJES DE :
Mbyte
Kbyte
Byte

14. PROFIBUS
PROFIBUS PA:
- Diseñado para automatización de procesos, permitiendo la conexión de
sensores y actuadores, incluso en áreas especialmente protegidas.
-Ciclo del bus < 10 mseg.
PROFIBUS DP:
- Optimizado para mayor velocidad.
- Diseñada especialmente para la comunicación entre los sistemas de control
de automatismos y las entradas/salidas distribuidas.
- Ciclo del bus < 10 mseg.
PROFIBUS FMS:
- Nuevas funciones en modelo OSI.
- Tareas de comunicación desde un nivel mayor.
- Difusión de Telegramas.
- Posibilidad de uso en tareas de comunicación complejas y extensas.
- Sistema multimaestro con paso de token.
- Ciclo del bus < 100 mseg.

15. PROFIBUS
CÓDIGO DE INFORMACIÓN EN ASÍNCRONO Y METODO DE
TRANSMISIÓN
P
ST SP
INFORMACION 8 BIT
• START ES SIEMPRE UN CERO LÓGICO.
• STOP ES SIEMPRE UN UNO LOGICO.
• PUEDE HABER UN BIT DE PARIDAD P.
• ENTRE DOS MENSAJES (TRAMAS) DEBE HABER UN 1 LÓGICO PROLONGADO,
EQUIVALENTE A 33 PERÍODOS DE BIT (ES DECIR 3 CARACTERES).
LOS PROTOCOLOS CONSTITUYEN MENSAGES QUE SE
TRANSMITEN MEDIANTE CÓDIGO DE LÍNEA MANCHESTER

16. PROFIBUS FMS
 TOPOLOGÍA FÍSICA ES BUS, TOPOLOGÍA LÓGICA ES ANILLO (TOKEN).
 ESTO MISMO SE PODRÍA LOGRAR CON UN SISTEMA INALÁMBRICO, CAMBIANDO LAS
FRECUENCIAS DE LAS PORTADORES, SEGÚN UNA ASIGNACIÓN DINÁMICA DE MAESTRO A LOS
CONTROLADORES (TOKEN).
MAESTRO FLOTANTE
MAESTRO 2
MAESTRO 1 MAESTRO 3
NODOS ACTIVOS
Tx/Rx Tx/Rx
S S S A S A Tx
NODOS PASIVOS, ESCLAVOS

17. PROFIBUS
 SON TRES LOS FORMATOS DE PROTOCOLOS :
 A) LONGITUD FIJA SIN CAMPO DE DATOS.
 B) LONGITUD FIJA CON CAMPO DE DATOS.
 C) LONGITUD VARIABLE CON CAMPO DE DATOS
A) TIPO DE DA SA CON CRC FIN DE
TRAMA TROL TRAMA
3 BYTES
B) TIPO DE DA SA CON DATOS CRC FIN DE
TRAMA TROL TRAMA
C) 11 BYTES
TT CONTROL TT DA SA CON DATOS CRC FIN DE
LLC TROL TRAMA
HEADER 4 A 249 BYTES

18. PROFIBUS
SISTEMA DIFUSIÓN TELEGRAMAS
TT TELEGRAMA TELEGRAMA TELEGRAMA CRC FIN
DIRECCIONES ESCLAVO 1 ESCLAVO 2 ESCLAVO N TRAMA
HEADER PAYLOAD TRAILER
 TRAMA DIFUSIÓN CÍCLICA. UN SOLO ENVÍO EN TRANSMISIÓN HACIA LOS
ESCLAVOS.
 CADA ESCLAVO RECONOCE EL SUYO Y RESPONDE.
 LOS TAMAÑOS DE CADA TELEGRAMA SON PEQUEÑOS.
 POSTERIORMENTE HA CRECIDO EL TAMAÑO SEGÚN NECESIDADES.

19. PROFIBUS
DIFUSION Y RESPUESTA TELEGRAMAS
T T H T T AMBIENTE
MAESTRO
1 2
AMBIENTE
ESCLAVO
R R
1 2

20. MODBUS
FUNCIÓN TRAMAS
 MAESTRO CONSULTA A CADA ESCLAVO.
 POLLING EN CICLOS. LOS ESCLAVOS RESPONDEN A TURNO.
 TRAMA ASCII POSEE 6 CAMPOS (TRAMA RTU SIN CAMPOS 1, 5, 6).
CAMPOS : 1 2 3 4 5 6
CODIGOS COD SUBFUNC CHECK
3A 0 – 3F SUM CR LF
FUNCIÓN Y DATOS
UN CAR. UN CAR.
UN
CARACTER
1 BYTE UN BYTE N BYTES 2 BYTES
CAMPO DE DATOS

21. MODBUS-PLUS
 LOS NODOS SE PUEDEN COMUNICAR ENTRE DIFERENTES REDES, ATRAVESANDO
BRIDGES.
 EL TOKEN “NO ATRAVIESA BRIDGES”, LOS MENSAJES SÍ.
 EL TOKEN SE APROVECHA COMO MENSAJERO, QUE PERMITE RÁPIDAS ACCIONES, TALES
COMO ACTUALIZACIÓN DE ALARMAS, VALORES PREDETERMINADOS Y OTROS.
 UN DISPOSITIVO SOSTIENE EL TOKEN MIENTRAS ENVÍA UN MENSAJE.

22. DEVICENET
CIP:
PROTOCOLO
INDUSTRIAL
COMÚN
PROTOCOLOS UTILIZADOS SEGÚN OSI
CIP CAN:
PROTOCOLO
CONTROLADOR
EN AREA DE
RED
TCP:
PROTOCOLO
CONTROL DE
TRANSMISIÓN
IP:
PROTOCOLO
INTERNET

23. PROFINET
 CON LA ESTANDARIZACIÓN IEC 61158/61784-1 Y 61158/61784-2 SUELE
DECIRSE QUE PROFINET ES EQUIVALENTE A PROFIBUS EN ETHERNET.
 TIEMPO REAL CON VELOCIDADES A 100Mb/s Y 1 Gb/s.
 SE TRABAJA CON PROFIBUS DP.
 PROPIEDADES DE TIEMPO (μseg) PARA CONTROL DE MOVIMIENTOS Y TI.
CAMINO FACIL
NO !!

24. PROFINET
 RESPALDO TIA, AUTOMATIZACIÓN TOTALMENTE INTEGRADA, ES PROFIBUS &
PROFINET INTERNACIONAL.
 PROFINET ADMITE HASTA 1440 BYTES/TELEGRAMA, POR CADA
DISPOSITIVOS DE CAMPO, SUPERANDO LO CONVENCIONAL.
 DENTRO DE LA COMPATIBILIDAD TI, ACEPTA FUNCIONES CON SNMP.
 VARIOS TIPOS DE CONFIGURACIONES SE PUEDEN REALIZAR COMO DE
COSTUMBRE, TALES COMO:
 ESTACIONES DE PERIFERIA DESCENTRALIZADA ET200S, ET200M ET-PRO.
 IO-DEVICES, QUE ES EQUIVALENTE A LA ANTERIOR, CON STEP7.
 PROFINET CBA PERMITE MAPEAR TODA UNA APLICACIÓN DE BUS DE CAMPO
COMO COMPONENTE PROFINET.
 ESTO ES UTIL A LA HORA DE AMPLIAR UNA PLANTA YA EXISTENTE POR MEDIO
DE PROFINET.

25. PROFINET
STANDARD IRT STANDARD IRT STANDARD IRT STANDARD IRT
t
SU SISTEMA ISÓCRONO DISTINGUE:
 NO BASARSE EN TIEMPO REAL CON TCP/IP Y UDP/IP.
 EN CAMBIO UTILIZA IRT (ISOCHRONOUS REAL TIME), LA QUE ES
ASISTIDA POR HARDWARE Y APROVECHA INTERVALOS ENTRE DATOS
STANDARD.
 SE EMPLEA EN SISTEMAS EXIGENTES CON Δt CRITICOS, TALES COMO
CONTROL DE MOVIMIENTOS.
 SE UTILIZAN RETARDOS MÁXIMOS DE 250μseg (+ 1μseg). POR EJ, UN
CICLO DE CONTROL DE POSICIÓN DE 1ms.
 AMBOS TIPOS DE TRANSMISIÓN DE DATOS COEXISTEN SIN
INCONVENIENTES.

26. PROFINET
Δt MAYORES Δt CRITICOS

27. PROFINET
SISTEMA CENTRALIZADO. SINAMIC S 120: SISTEMA DISTRIBUIDO. SIMOTION D: SISTEMA
SISTEMA MODULAR APLICACIONES MONO Y DE CONTROL DE MOVIMIENTO,
MULTIEJE, CONTROL VECTORIAL Y SERVO, ACCIONAMIENTO/VARIADOR FLEXIBLE Y
FUNCIONES POSICIONAMIENTO Y SAFETY ESCALABLE, INTEGRADO CON SINMAIC S 120,
INTEGRADO. SWITCH INTEGRADO SWITCH INTEGRADO DE 4 PUERTAS.

28. PROFINET
VERSATILIDAD TOPOLÓGICA Y CONXIÓN TI
 EN BASE A INDUSTRIAL ETHERNET, PROTOCOLOS TCP/UDP/IP, PROFINET
SOPORTA ESTÁNDARES TI, Y POR LO TANTO ACCESOS WEB.
 ESTO PERMITE LA CONEXIÓN CON REDES GIGABIT CON ACCESOS GIGAPOP
Y GESTIÓN DE REDES SNMP.
 POR EJEMPLO, ES POSIBLE OBTENER SUPERVISIÓN, DIAGNÓSTICOS Y
RESPUESTAS MEDIA-COMMUNICATION DESDE LUGARES DISTANTES.
 EL ESQUEMA SIGUIENTE MUESTRA UNA ARQUITECTURA ILUSTRATIVA.

29. PROFINET
VALORES CICLOS Y OTRAS
CARACTERÍSTICAS
∆t CICLO 1 ms 500 μs 250 μs
CANTIDAD
ESTACIONES 272 128 56
JITTER < 1ms < 1ms < 1ms
RESERVA
PARA TI 50% 50% 50%

30. INALAMBRICO
VISIÓN PARCIAL DE UNA TENDENCIA ACTUAL, APROVECHANDO COMUNICACIONES
INALÁMBRICAS.

31. SISTEMAS TI Y WIRELESS
APLICADAS A REDES
INDUSTRIALES
TI

32. ALGUNAS REDES DE DATOS INDUSTRIALES
RED ORIGEN TOPOLOGIA MEDIO (*) VELOCIDAD OTROS
MAXIMA
PROFIBUS DP PA BUS 12 Mb/s IS - PA
SIEMENS (ESTRELLA PAR - FIBRA SOLO DP MANCHESTER
ANILLO)
PROFIBUS FMS BUS MULTIMAESTRO
SIEMENS (ANILLO LOGICO) PAR - FIBRA 12 Mb/s (SISTEMA
TOKEN)
ETHERNET IEEE 802.3
(XEROX) PAR - FIBRA 100 Mb/s SIN COLISIONES
BUS
DEVICENET ALLEN 3 ACCESOS
BRADLEY PAR 500 Kb/s EN OSI
BUS
MODBUS ORIGEN
MODICON PAR 19200 Kb/s LAN ETHERNET
BUS
MODBUS PLUS SISTEMA
MODICON BUS PAR 1 Mb/s TOKEN
PROFINET BUS SISTEMA IRT
SIEMENS (STAR – RING) PAR - FIBRA 1 Gb/s CICLO 250 μs
FIELDBUS H1 – H2 FMS
FOUNDATION BOSCH BUS BUS 2 Mb/s H2 MANCHESTER
(*) EVENTUAL ONDA EM)