Comunicaciones y protocolos industriales

1. Universidad de Oriente
Núcleo de Monagas
Departamento de Ingeniería de Sistemas
Cursos Especiales de Grado
Área de Automatización y Control de Procesos Industriales
Estrategias para Automatización Industrial
Comunicaciones y protocolos industriales (1)
Unidad III: Control, Comunicación, Supervisión y Monitoreo
Profesora: Bachilleres:
Ing. Judith Devia Carvajal Pérez, Argenis Coromoto Jr. C.I 20.616.686
Contreras Campos, Miguel José C.I 20.916.310
Equipo RTU
Maturín, Febrero 2016

2. ÍNDICE
Contenido
INTRODUCCIÓN..................................................................................................................1
MARCO TEÓRICO ...............................................................................................................2
1. Comunicación industrial.......................................................................................2
2. Protocolos industriales..........................................................................................2
3. Buses de campo.........................................................................................................2
4. Protocolo de comunicación HART ......................................................................4
4.1 comunicación analógica..........................................................................................4
4.2 comunicación digital................................................................................................4
4.3 Beneficios de usar tecnología HART ......................................................................5
4.4 Modos de comunicación..................................................................................................5
4.4.1 Modo petición/respuesta .......................................................................................5
4.4.2 Modo de comunicación burst................................................................................6
4.4.3 Modo de comunicación multidrop....................................................................6
DISCUSIÓN ...........................................................................................................................7
CONCLUSION.......................................................................................................................9
REFERENCIAS ...................................................................................................................10

3. 1
INTRODUCCIÓN
La presente investigación pretende dar a conocer un poco sobre las comunicaciones
industriales y algunos protocolos que en ellas se encuentran. Pero para entrar un poco en
materia y en pro de ir comprendiendo los temas a tratar, se puede decir que la
comunicación industrial es aquella que permite proporcionar el flujo del paso de la
información de un controlador hacia los diferentes dispositivos a lo largo del proceso de
producción, dichos dispositivos pueden ser detectores, actuadores, sensores entre otros más.
Por otra parte los buses de campos son sistemas que permiten la transmisión de la
información, es decir datos, que de esta manera simplifica en gran medida la instalación y
operación de máquinas y equipos industriales utilizados en los procesos productivos de las
industrias. Más específico aun, los buses de campo son protocolos de comunicación que
son usados en la automatización y control de procesos. En este trabajo, se dará a conocer
ciertos protocolos que se encuentran inmersos dentro de los buses de campo, pero se hará
mayor énfasis en los protocolos hart debido a lo extenso de cada uno de dichos protocolos,
para de esta manera abarcar bastantes tópicos del mismo.

4. 2
MARCO TEÓRICO
1. Comunicación industrial
Las comunicaciones industriales son aquellas que permiten el flujo de información del
controlador a los diferentes dispositivos a lo largo del proceso de producción: detectores,
actuadores, sensores entre otros. Dada la gran variedad de sistemas de comunicación entre
equipos industriales, de los cuales la mayoría son cerrados, se ha optado por el desarrollo
de un entorno que permita tanto la implementación de protocolos de especificaciones
conocidas en un sistema de comunicación completo, desde el medio físico hasta el nivel
más alto de red, siguiendo un paralelismo; con el conocido modelo CIM (Computer
Integrated Manufacturing). [1]
En la industria este concepto corresponde a una estructura piramidal jerarquizada,
produciéndose en la cúspide decisiones de política empresarial. En la base lo que se
pretende es que las denominadas islas de automatización (autómatas programables,
máquinas de control numérico, robots) se integren en un sistema de control jerarquizado y
distribuido que permita la conversión de decisiones de política empresarial; en operaciones
de control de bajo nivel.[1]
2. Protocolos industriales
Un protocolo industrial, es aquel que es insertado dentro de los dispositivos electrónicos,
que participan en el control de procesos o de la manufactura para darles capacidad de
comunicar datos del proceso u otros de manera óptima. Aunque muchos son propietarios,
tienden con el tiempo a convertirse en protocolos de uso generalizado por su aceptación en
el mercado.[2]
3. Buses de campo
A finales de los 80 y sobre todo en los 90 aparecen en el mercado nuevas opciones de
comunicación, los buses de campo. Un bus de campo es un sistema de transmisión de
información por un sólo cable de comunicación que simplifica enormemente la instalación

5. 3
y operación de máquinas y equipamientos industriales utilizados en el proceso de
producción.
Los buses de campo son tecnologías y protocolos de comunicación usados en
automatización y control de procesos en industrias, existen dos tipos: propietarios y
abiertos. Los propietarios son propiedad intelectual de una compañía en particular y
restringe su uso a una sola marca de equipos. En cambio los buses abiertos son:
 Interconectables, porque dispositivos de diferentes fabricantes pueden ser
conectados conseguridad al mismo bus.
 Interoperables, porque pueden comunicarse exitosamente entre dispositivos de
diferentes proveedores.
 Intercambiables, porque los dispositivos provenientes de una firma pueden ser
reemplazados con dispositivos funcionalmente equivalentes de otras firmas.[2]
A continuación se mencionan algunos de los protocolos principales que funcionan a
nivel de buses de campo y que nos permiten la integración de diferentes tecnologías
independientemente del fabricante del dispositivo.
 Modbus: Es un protocolo de comunicaciones situado en el nivel 7 del Modelo
OSI, basado en la arquitectura maestro/esclavo o cliente/servidor, diseñado en
1979 por Modicon para su gama de controladores lógicos programables (PLCs).
 Profibus: Se trata de una red abierta, estándar e independiente de cualquier
fabricante, cuenta con varios perfiles y se adapta a las condiciones de las
aplicaciones de automatización industrial
 Interbus: fue estandarizado en 1987 como un sistema de bus de campo abierto
por Phoenix Contact y como un bus de campo para el nivel de
sensores/actuadores en el DIN19258. Tiene una estructura maestro/esclavo.
 Foundation Fieldbus: Un bus orientado sobre todo a la interconexión de
dispositivos en industrias de proceso continuo. Su desarrollo ha sido apoyado por
importantes fabricantes de instrumentación como FisherRosemount y Foxboro.
 ASI: AS-Interface (Actuator Sensor Interface) es un bus de campo diseñado para
hacer conexiones binarias (ON/OFF) para la conexión de actuadores y sensores
binarios.[1]

6. 4
4. Protocolo de comunicación HART
Este protocolo proporciona comunicación digital bidireccional con dispositivos de
campo inteligentes mientras conserva la compatibilidad y familiaridad de los tradicionales
sistemas 4-20 mA. Su protocolo utiliza la norma Bell 200 que permite la superposición
simultánea a niveles bajos de una señal de comunicaciones digital (el “1” lógico es
representado por 1.200 Hz, mientras el “0” lógico corresponde a 2200 Hz) en la parte
superior de la señal analógica 4-20 mA. Ya que HART fue diseñado para ampliar las
comunicaciones con los instrumentos de medición y control que tradicionalmente se
comunicaban con señales de 4-20 mA, es aplicable a todo tipo de industrias de proceso. Por
tratarse de una superposición a un sistema existente, HART ofrece una solución sin ningún
riesgo para poder gozar de los beneficios que resultan de una comunicación más amplia con
los dispositivos inteligentes.[4]
4.1 comunicación analógica
Hart usa el estándar industrial 4-20 mA, es decir, los dispositivos hart pueden realizar
funciones básicas con cualquier sistema host que tiene la capacidad de entrada/salida de 4-
20 mA, la limitación es que un solo parámetro puede ser comunicado sobre una entrada o
salida de 4-20 mA, típicamente esta es una variable del proceso de un transmisor, o una
salida para un elemento final de control, en este modo la información viaja en un solo
sentido, desde el dispositivo al host (entradas) o viceversa.[2]
4.2 comunicación digital
Este tipo de comunicación transporta información adicional que no está comunicado por
la señal análoga, la parte digital de hart es a veces usado para la configuración de
dispositivos, mantenimiento y diagnostico pero no en tiempo real. El principal atributo de
la comunicación digital hart es que la señal digital, el cual usa el estándar BELL 202
(modulación FSK), es sobrepuesta en la señal análoga.[2]

7. 5
4.3 Beneficios de usar tecnología HART
Entre las ventajas de esta tecnología se pueden mencionar:
 Posee una amplia variedad y número creciente de productos proporcionados por
una lista creciente de proveedores de instrumentos de todo el mundo.
 Hart es el único protocolo de comunicaciones abierto de su tipo y un estándar en
la industria, relativamente fácil de comprender y usar.
 Los usuarios tienen la libertad de elegir el producto adecuado para su aplicación
y la interoperatividad está asegurada por los comandos comunes y la estructura
de datos.
 El protocolo hart proporciona acceso a la gran variedad de información adicional
(variables, diagnósticos, calibración, etc)
 Hart es una solución sin riesgo para comunicaciones de campo de altas
prestaciones.[2]
4.4 Modos de comunicación
4.4.1 Modo petición/respuesta
Hart usa el modelo de comunicación petición/respuesta, esto significa que, en general;
los dispositivos hart no transmitirán a menos que una petición sea enviada desde el host al
dispositivo, por ejemplo, si un dispositivo hart detecto una condición de falla en si misma o
en el proceso, el dispositivo hart no puede comunicar esta información hacia el host a
menos que el host solicite específicamente esta información del dispositivo.[2]
Fuente:
http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/publicaciones/electronica/N10_2002/4_tutorial.p
df

8. 6
4.4.2 Modo de comunicación burst
Los dispositivos hart pueden enviar una simple variable de información continua de un
dispositivo, sin necesidad de peticiones y repartidas a los hosts. Este modo es usualmente
empleado para enviar una simple variable tal como una variable de proceso.[2]
Fuente:
http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/publicaciones/electronica/N10_2002/4_tutorial.p
df
4.4.3 Modo de comunicación multidrop
El protocolo hart soporta múltiples dispositivos en un simple par de cables, cuando este
modo multidrop es usado, la comunicación análoga no está disponible. La tasa típica
usando la comunicación digital petición/respuesta es menos que dos mensajes en un
segundo para todos los dispositivos sobre el cable.
La limitación principal del cableado multidrop, en las comunicaciones hart es la
reducida velocidad de la comunicación, estos límites prácticos son usados en comunicación
digital multidrop para aplicaciones de adquisición lenta de datos.[2]

9. 7
DISCUSIÓN
En sistemas que son complejos y con un conglomerado de entradas y salidas, ya no es
factible el hecho de diseñar un sistema automatizado que trabaje con la premisa de un
control central, debido a que si por ejemplo existe una gran distancia entre el lugar donde se
encuentran ubicado el conjunto de sensores y actuadores y el sitio donde está el autómata
programable por computadora, entonces se puede imaginar la cantidad de cables o
mangueras necesarias para establecer la comunicación entre todos estos elementos
Por tal motivo las industrias de hoy en día necesitan contar con herramientas o
tecnologías que permitan el flujo de información entre los diferentes dispositivos (sensores,
actuadores, detectores, entre otros) que están inmersos en los procesos productivos de
dichas organizaciones con el fin de establecer mejoras continuas en cada uno de esos
procesos logrando automatizarlos para alcanzar el rendimiento óptimo.
Aunado a lo anterior, los buses de campo nacen a principios de los años 90, como
nuevas alternativas novedosas para la comunicación, estos, no son más que un sistema de
transmisión de información (datos) a través de un único cable de comunicación, lo cual
permite agilizar y reducir el grado de complejidad de la instalación de todo el conjunto de
equipos y maquinas que son utilizados en los procesos de producción de las industrias.
Este tipo de comunicación genera ventajas en las industrias debido a que no está
limitado a la simple conexión con actuadores o captadores de tipo “todo o nada” o los de
tipo analógico, además de que tiene la posibilidad de conectar dispositivos inteligentes,
tales como variadores , controladores de robot, arrancadores, ordenadores industriales entre
otros. Los buses de campo han ayudado en gran forma a la comunicación industrial debido
a que gracias a la existencia de los mismos, se hace posible hoy en dia la fabricación de
flexible y los llamados sistemas de producción integrados (CIM), mediante lo cual todo el
proceso de fabricación está controlado por sistemas informáticos.
Entre los tipos de protocolo de buses de campo se encuentran los siguientes: profibus,
fieldbus, ASI, hart entre otros. Pero en esta investigación se pretende hacer mayor hincapié
en el protocolo hart, el cual es en pocas palabras un protocolo de naturaleza hibrida pues
combina la comunicación analógica con la digital, con la finalidad de brindar la propiedad

10. 8
de la tecnología, gestionar los estándares, logrando asegurar la accesibilidad de la
tecnología a todos los sectores industriales.
Ahora bien para la propuesta del equipo RTU denominada el diseño de un sistema de
supervisión y control automatizado de ambiente convencional y alimentación de galpones
para la cría de pollo de engorde en Venezuela, esta puede verse beneficiada debido a que en
el galpón deben estar adecuados unos sensores de temperatura y humedad para captar
dichos parámetros, sería importante que haya una rápida y efectiva comunicación entre
estos sensores y el sistema de control como tal. Sabiendo que el protocolo hart es
bidireccional que suministra acceso de datos entre instrumentos que son inteligentes de
campo y sistemas centrales, pudiendo ser este, el software encargado de la supervisión y
control de las acciones dentro del galpón, es decir, con este protocolo se pueden obtener
los parámetros que sean medidos por los sensores sin tener que ir al sitio donde estos están
ubicados, para llevar a cabo las acciones de control pertinentes.

11. 9
CONCLUSION
Se ha podido apreciar que los protocolos que funcionan a nivel de buses de campo son
de vital importancia, puesto que permiten integrar diferentes tecnologías que son
independientes del fabricante del dispositivo de control o supervisión. Es de relevancia
acotar también, que tener conocimientos sobre los protocolos de comunicación industrial
es una gran ventaja dentro de una industria puesto que a diario estos se ven inmersos en
cuanto a los sistemas de supervisión y control se habla, por tal motivo es necesario
aprender lo suficiente sobre estas tecnologías a fin de tomar decisiones asertivas en las
organizaciones u empresas en pro de conseguir los mejores resultados en cuanto a procesos
productivos.

12. 10
REFERENCIAS
[1]Rodríguez, J y otros (2008). Protocolos industriales y de telecontrol para sistemas
distribuidos. Extraído el 19 de febrero del 2016 desde:
http://diegotch.webcindario.com/ProtocolosIndustriales.pdf
[2]Tomas, M (2002). Tutorial de comunicaciones industriales. Extraído el 19 de febrero del
2016 desde:
http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/publicaciones/electronica/N10_2002/4_tutoria
l.pdf
[3]Salazar, C y Correa, L (2011). Buses de campo y protocolos en redes industriales.
Extraído el 19 de febrero del 2016 desde:
http://revistasum.umanizales.edu.co/ojs/index.php/ventanainformatica/article/viewFile/1
26/184
[4]Universidad Nacional Abierta y a Distancia. HART (HIGHWAY ADRESSABLE
REMOTE TRANSDUCER). Extraído el 19 de febrero del 2016 desde:
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/2150513/Contenidolinea/leccin_39_protocolo_ha
rt.html