Redes Industriales Industrial Networks

1. COMUNICACIONESCOMUNICACIONES
INDUSTRIALESINDUSTRIALES
Roberto Vignoni
Laboratorio de Electrónica Industrial Control e
Instrumentación
Facultad de Ingeniería UNLP
vignoni@leici.ing.unlp.edu.ar

2. EvoluciónEvolución
 Hace + de 50 años la instrumentación de
procesos estaba basada en el estándar de
señalización neumática 3-15 psi.
 Hace + de 30 años: estándar analogico de
corriente 4-20 mA.
 Década de 1980: comunicaciones digitales

3. EstándarEstándar
¿Para que sirve un ESTANDAR?
Para aprovechar la experiencia
adquirida por otras personas en el
tema, y normalizar la presentación
de información.

4. Organizaciones de EstandarizaciónOrganizaciones de Estandarización
 Internacionales:
ISO – CCITT -IEC
Nacionales:
ANSI – DIN – IRAM
Institucionales:
IEEE - ECMA

5. Lazo de corriente 20 mALazo de corriente 20 mA
 En 1962 fue introducido el lazo de corriente
de 20 mA utilizado por los populares teletipos
Modelo 33.
Digital: permite transformar datos digitales
en flujo o no flujo de corriente.
 Se utilizó hasta mediados de los ’80
 Versiones Simplex y Full-Duplex

6. Lazo analógico de corriente 4-20 mALazo analógico de corriente 4-20 mA
Cada lazo de corriente 4-20 mA,
permite transmitir o recibir el valor de
una sola magnitud.
A diferencia del lazo de 20 mA que
transmite información digital en forma
de corriente.
El valor de la corriente, variable entre 4
y 20 mA, es la que nos da la
información de la magnitud en cuestión.

7. La IEC estandarizó:La IEC estandarizó:
 Transmisores y Receptores: entregar o
recibir una corriente cte. entre 4 y 20 mA.
 Entregar dicha corriente a impedancias de
carga entre 0 y 600 Ω.
 La tensión de salida debe variar entre 1 y 5 V
sobre una resistencia no mayor a 250 Ω.

8. Se trato de compatibilizar en:Se trato de compatibilizar en:
 a) El número de cables necesarios para la
operación del transmisor
 b) La interdependencia entre la capacidad
de carga del transmisor y su fuente de
alimentación.
 c) Las características de aislamiento del
transmisor.
d) “Ripple” y nivel de ruido de la señal de
salida.

9. EjemplosEjemplos
Transmisor
Fuente de
alimentación
+
+
-
-
Receptor
Tierra de
señal
Transmisor
Fuente de
alimentación
+
+
-
-
Receptor
Transmisor
Fuente de
alimentación
+
+
-
-
Receptor
Tierra de
señal

10. Comunicaciones digitales purasComunicaciones digitales puras
Distancia (m)1 10
Buses
1000100
LANs WANs
Nivel de Paralelismo

11. ParaleloParalelo1:1
– Centronics
1:n
– IEC-488
– GPIB
m:n
– ISA – EISA – PCI
– CAMAC
– Multibus
– VME

12. SistemaSistema
Serie
1:1 1:n m:n
RS232 Bus de Campo LAN
RS422
20 mA

13. Comunicación ParaleloComunicación Paralelo
 Buses:
– NIM fines de los ’50 (instrumentación)
– UNIBUS (DEC PDP11)
– CAMAC
– Multibus I y II (Intel)
– FASTBUS
– VME
– PC XT
– PC AT
– Future-Bus
– NU-bus
– PCI

14. Comunicación SerieComunicación Serie
REDES
– LAN (Local Area Network)
– WAN (Wide Area Network)

15. Modelo OSIModelo OSI
1978 ISO y CCITT
1984 Modelo OSI
Open System
Interconnect
Sistema Abierto como
Modelo de Referencia
Presentación
Sesión
Aplicación
Transporte
Red
HDLC
Física

16. VentajasVentajas
Independencia entre capas
Fexibilidad
Facilita la Estandarización

17.  Capa Física: Transmisión de bits a lo largo
de un canal de comunicación.
 Capa de Enlace: Control de acceso al
medio. Enlace Lógico. Control de errores.
 HDLC (High Data Link Control)
– LLC, SDLC, LAP-B, FR, PPP
 Capa de Red: Control de la subred. Ruteo de
mensajes. Rutea mensajes entre nodos
adyacentes en la red.
 IP, SLIP

18.  Capa de Transporte: Abstracción del
hardware. Tipo de servicio. TCP, UDP, RIP,
OSPF
 Capa de Sesión: Control de comunicación.
Sincronización. Half-Full-Duplex
 Capa de Presentación: Sintaxis y
semántica, Compresión, Encriptación
 Capa de Aplicación: Prog. de aplicación
comunes y propios de los usuarios. Telnet,
FTP, FTAM

19. Redes LocalesRedes Locales
IEEE 802 (HDLC)
802.3 802.4 802.5
IEEE 802.2Control Lógico
Control de
Acceso al Medio
Capa Física

20. Subcapa MACSubcapa MAC
 IEEE 802.3 - CSMA/CD
– CS Sensado de portadora
– MA Acceso Múltiple (Multiple Access)
– CD Detección de Colisiones
 Ethernet (Xerox, DEC, Intel) Fines de los ’70
– (10_B_5), (10_B_2), (10_B_T), (10_B_F)
– Codificación Manchester
– Exponential Back off Algorithm
– No Determinístico

21. Nombre Cable Long Nodos
10Base5 Coax. G 500 m 100
10Base2 Coax. F 200 m 30
10BaseT Par Trens. 100 m 1024
10BaseF Fibra 2000 m 1024
Estación 2
Estación 1 Estación 4
Estación 5 Estación 3
Bus Lineal

22. Est
Est
Est
Est
Est
Est
Est
HUBHUB
EstaciónEstación
100 m
UTP

23. 1 1 10 0 0
Codificación Manchester y
Manchester diferencial

24. Formato de trama 802.3
Pream.
(7)
Dir. Dest.
(2 o 6)
D C
(1)
Dir.Fuent
(2 o 6)
Datos
(0 a 1500)
Pad
(0 a 46)
CS
(4)
Long
(2)
Estación 2
Estación 1 Estación 4
Estación 5 Estación 3
Bus Lineal

25. Preámbulo: 7 Bytes de 1 y 0 altenados
D.C: 1 Byte todos unos
Direccion de Destino: 6 bytes
Direccion de Fuente: 6 bytes
Longitud de los datos: 2 Bytes
Datos: 0 a 1500 Bytes
Padding: 0 a 46 Bytes
Checksum: 4 Bytes

26. IEEE 802.5 Token RingIEEE 802.5 Token Ring
IBM + Texas Instruments 1985
Conjunto de enlaces punto a punto
que forman un círculo
– Longitud física del bit
– Retardos
– Mantenimiento

27. IEEE 802.4 – Token BusIEEE 802.4 – Token Bus
Manufacturing Automation Protocol
MAP: Principio de los ‘80
– General Motors
– Allen Bradley
– Boeing
– IBM
 Compatibilidad de dispositivos
 Reducción del costo de las interfaces
 Compatibilidad de software
 Supervisión centralizada

28. Presentación
Sesión
Aplicación
Transporte
Red
HDLC
Física
OSI
Sesión
Aplicación
Transporte
Red
HDLC
Física
MAP

29.  Capa Física:
– Broadband Para la Red troncal
Multifrecuencia(PSK)
Repetidores
Cabeceras (headends) con y sin traslación de
frecuencias
 Carrierband
Monocanal para islas de automatización
Hasta 1000 m y 32 nodos
– Cable coaxil (CATV)

30. Est. 1 Est. n Repetidor
Cabecera
Est. 1 Est. n
fr
ft
RepetidorCabecera con
conv. de frec.

31. Carrierband
Monocanal para islas de automatización
Hasta 1000 m y 32 nodos
Medio de transmisión
– Par de conductores trenzados, blindados
– Hasta 19,2 Kbps
– Cable coaxil 50 o 75 Ω
– Fibra Optica

32. Control de Acceso al medioControl de Acceso al medio
Token Passing
Determinístico

33. Aplicación
HDLC
Física
MINIMAP
Manufacturing Message
Specification
LLC Mapping
IEEE 802.2
IEEE 802.4
Carrierband, Coax
5 y 10 Mb, Fibra

34. BUSES de CAMPOBUSES de CAMPO
Historia cronológica
 Fines de los ’70 Modbus de Modicon
 1982- Se inicia Grupo de trabajo FIP
 1983-P-Net (Dinamarca)
 1984-CAN
 1985- Grupo Profibus
 1985- Inicio trabajos de Normalización
Internacional:ISA SP50,IEC TC65/SC65C
 1994-Fielbus Foundation

35. Consorcios y organizacionesConsorcios y organizaciones
Problemas en normalización ===>
especificaciones de distintos proyectos:
 Fielbus Foundation
 ISP : Interoperable System Project
 PTO: Profibus Trade Organisation
 ODVA: Open Device Net Vendor
Association
 World FIP.......Etc.

36. ¿Qué es un Fieldbus?¿Qué es un Fieldbus?
 Un medio compartido (PTO,FF)
“Sistema de comunicación para
intercambiar datos entre sistemas de
automatización y dispositivos de campo”
 Columna vertebral de un sistema (Thom.)
“Sistema de comunicación en tiempo real
basado en el modelo OSI”

37. ¿Qué es un Fieldbus?¿Qué es un Fieldbus?
Criterio Amplio
Puede estar en cualquier nivel CIM .
No hay “subfieldbus” sino fieldbus
diseñados para conexiones de bajo
costo
Criterio estricto
Tres tipos de redes industriales:
SENSORBUS/DEVICEBUS/FIELDBUS

38. RedRed
Conjunto de medios que permiten la
comunicación entre dos procesos de
aplicación.
Elementos mínimos:
Soporte de transmisión
Protocolos

39. Servicio y protocoloServicio y protocolo
Servicio ( de nivel N)
Función ofrecida por la capa N a la
N+1
Protocolo ( de nivel N)
Conjunto de reglas de codificación,
cooperación e intercambio entre dos
o más entidades del nivel N para
suministrar los servicios N

40. PerfilPerfil
Es un conjunto preseleccionado de
servicios y protocolos organizados
en capas según modelo OSI
Dos equipos son comunicables si
tienen igual perfil. (todas sus capas
ofrecen los mismos servicios y
protocolos)

41. Red en tiempo realRed en tiempo real
Sistema de comunicación que provee
servicios bajo restricciones temporales y
está constituido por protocolos capaces
de gestionar estas restricciones.

42. La solución tradicionalLa solución tradicional
I
N
P
U
T
S
O
U
T
P
U
T
S
C
P
U
SENSOR 1
SENSOR 2
SENSOR 3
SENSOR 4
SENSOR 5
SENSOR N
ACTUADOR 1
ACTUADOR 2
ACTUADOR 3
ACTUADOR N
Enlaces 4-20 mA

43. La solución fieldbusLa solución fieldbus
SENSOR N
ACTUADOR N
ACTUADOR 2
SENSOR 1
SENSOR 2
SENSOR 3
ACTUADOR 1

44. Otra solución, intermediaOtra solución, intermedia
C
P
U
SENSOR N
ACTUADOR N
ACTUADOR 2
SENSOR 1
SENSOR 2
SENSOR 3
ACTUADOR 1
MASTER

45. Otra solución, intermediaOtra solución, intermedia
Maste
r
Módulos I/O Módulos I/O Módulos I/O

46. Niveles de redes industrialesNiveles de redes industriales
FIELDBUS
DEVICEBUS
Tipo de
datos
Funciones
Bit Byte Paquetes
SENSORBUS
Ctrl
Lógico
Ctrl. de
Procesos

47. Sensorbus Devicebus Fieldbus
Aplicaciones Discretas-Máquina Discretas-Máquina Proceso
Control Típico PLC/PC PLC/PC Distribuido
Basado en µp NO SI SI
Inteligencia Int. NO Algunos SI
Diagnóstico NO Simples Sofisticados
Tiempo de resp. 5 ms o menos 5 ms o menos 100 ms
Ejemplo Sensor de Sensor Fotoelec. Válvula Inteligente
Proximidad con Diagnóstico c/PID y Diagnost.
ClasificaciónClasificación

48. SensorbusesSensorbuses
ASI
CANbus
LonWorks
Seriplex
Sensoplex

49. CANbus
DeviceNet
SDS
InterBus-S
LonWorks
PROFIBUS DP
FIPIO
Devicebuses

50. FieldbusesFieldbuses
IEC 61158
– Fieldbus Foundation
PROFIBUS
LonWorks
WorldFIP

51. Capa Física RS-485Capa Física RS-485
 Los Términos Genéricos RS 422/485
responden a los estándares EIA/TIA-422 y
EIA/TIA-485
 Sistemas diferenciales balanceados

52. Sistema Desbalanceado RS-232Sistema Desbalanceado RS-232
 Cada señal transmitida aparece como una
tensión referida a la tierra de señal
Tensión negativa = línea en reposo
Alternará entre ese nivel negativo y un nivel
positivo en presencia de datos enviados
A
B
C
+6
volts
Voltage VAB
Rango
permitido
Rango
permitido
+2
-6 volts
-2

53. RS-422 y RS-485RS-422 y RS-485
 Sistema diferencial balanceado, la tensión de
salida generada por el driver, aparece sobre
un par de cables componiendo una sola
señal
A
B
C
+6
volts
Voltage VAB
Rango
permitido
Rango
permitido
+2
-6 volts
-2

54. Enable :
 en RS-422, puede o no estar presente
 RS-485, esta línea es imprescindible

55. Sistema RS-422 de 4 cables
A
B
A
BT R
100Ω
½ W
Configuración de tierra
opcional
TG
Configuración de tierra opcional
A
B B
A
TG
R
T
100Ω
½ W
100Ω
½ W
100Ω
½ W
T Transmisor
R Receptor
Tierra de señal
Tierra de chasis
TG Tierra general

56. Estándar EIA-485Estándar EIA-485
 Hasta un máximo de 32 pares de dispositivos
transmisores/receptores.
 Rango de tensión de modo común Vcm
,
tolerable por transmisor y receptor es de +12
a –7 V.
 Terminaciones en ambos extremos, no así en
las derivaciones intermedias. (para altas
velocidades y distancias largas)

57. RS-485 de 4 Cables
A
B
A
BT R
100Ω
½ W
Configuración de tierra
opcional
TG
Configuración de tierra opcional
A
B B
A
TG
R
T
100Ω
½ W
100Ω
½ W
100Ω
½ W
T Transmisor
R Receptor
Tierra de señal
Tierra de chasis
TG Tierra general

58. RS-485, 2 cables multidropRS-485, 2 cables multidrop
TG
A
B
A
B T
R
TX
Enable
RX
100Ω
½ w
T Transmisor
R Receptor
Tierra de señal
Tierra de chasis
TG Tierra general
TG
A
100Ω
½ w
A
B
B
TX
Enable
RX
T
R
½ w
100Ω
½ w
100Ω
A
100Ω
½ w
A
B
B
T
R
½ w
100Ω
TG
A
100Ω
½ w
A
B
B
TX
Enable
RX
T
R
½ w
100Ω
Rt Rt
1.220 m
Resistencias de terminación
solo en los dos extremos

59. Adaptación de Impedancias
Ventajas:
– No existe reflexión. Altas velocidades
Desventajas:
– Se carga mucho los drivers
– Complejidad en la instalación
Usar Cuando el tiempo de
propagación de la linea es << ancho
de un bit

60. Terminación acoplada en CC
A
A
B
B
Rx
Tx RT
120 Ω

61. Terminación acoplada en CATerminación acoplada en CA
A
A
B
B
Tx
Rx
RT
120 Ω
C
100 nf

62. PolarizaciónPolarización
 Red Inactiva (todos los nodos escuchan) 
– Transmisores en alta impedancia 
– estado de la linea desconocido
 Para mantener un mínimo
de 200 mV se usan
resistores de Pull-up
y Pull-down
Rx
Tx
A
A
B
B
+5 V
Rp
Rp
ENABLE
12 KΩ

63. Ejemplo de cálculo
– Sistema con 10 nodos
– Impedancia de carga de c/nodo 12 KΩ
– Imped. equivalente (paralelo) 1200 Ω
– 2 Res. de terminación 120 Ω en // 60 Ω
– Impedancia total 57 Ω
Nivel de tensión entre A y B 200mV
– 3,5 mA mínimo y con alimentación 5 V
– Necesitamos 1428 Ω; tenemos 57 Ω
– Agregamos pull-up = pull-down de
– 685 Ω

64. Selección del Cable
– a) Cantidad de conductores
– b) Aislación
– c) Características del cable

65. Modelos de transitoriosModelos de transitorios
 IEC 1000-4-5: 1991 y IEEE C62.41-1991
 definen una forma de
 onda transitoria
 “1.2/50 µs – 8/20 µs”
 1.2 µs de tiempo de
 crecimiento y 50 µs
 de tiempo de caída
 en un circuito abierto

66.  IEC 1000-4-5: 1991 y IEEE C62.41-1991
 8µs de crecimiento y
20 µs de caída en un
cortocircuito.
 Los niveles de tensión
para las pruebas
varían de 1 a 6 kV
para polaridades
positivas y negativas.

67. IEEE C62.41-1991IEEE C62.41-1991
 onda oscilatoria con tiempo de crecimiento
de 0.5 ms, que decae
en forma oscilatoria con
una frecuencia de 100 kH
considerando una
impedancia de fuente
de 12 Ω. Las
Amplitudes 1 a 6 kV

68. ProteccionesProtecciones
 Por aislación
Opto-aisladores
Transforamadores
Fibra Optica
Protección contra
Transitorios de modo
común
Puerto
Vcc
Líneas de salida de
datos
Aislación
optica
Fuente
aislada

69. Protecciones por derivaciónProtecciones por derivación
 Buena conexión a tierra actúa como referencia para
supresores de transitorios (gaseosos)
Tierra
General
A A
B
A
B T
R
TX
Enable
RX
100Ω
½ w
100Ω
½ w
A
B
B
TX
Enable
RX
T
R
Tierra
General

70. Protecciones combinadasProtecciones combinadas
 La tierra general está accesible
Dispositivo
Puerto
Vcc Fuente aislada
Dispositivo de
derivación
Líneas de
datos
Tierra de
señal
Tierra
general

71. Protecciones combinadasProtecciones combinadas
 Tierra general de dificil acceso
 Protege al nodo de transitorios diferenciales
Dispositivo
Puerto
Vcc Fuente aislada
Dispositivo de
derivación
Lineas
de datos
Tierra de
señal

72. Protecciones combinadasProtecciones combinadas
 Si existe posibilidad de cortocircuitos con
conductores de potencia agregar fusibles
Dispositivo
Vcc
Líneas
de datos
Tierra de
señal
Fusible de
125mA

73. Modelo de red - Capa MACModelo de red - Capa MAC
No deterministico
Deterministico

74. Técnicas de acesso al medio yTécnicas de acesso al medio y
modelos de comunicaciónmodelos de comunicación
CSMA: CD e BA
pasaje de token
maestro/esclavo
token híbrido
datos cíclicos
productor/consumidor
dirigido a estado

75. CSMACSMA
Carrier sense multiple accessCarrier sense multiple access
I/O 1 I/O 2 I/O 3
 CD: Collision detection
– se transmite cuando el bus está desocupado
– si hay colición, se repite la tentativa después
de un tiempo aleatorio
– ejemplo: Ethernet
I/O 4

76. CSMACSMA
Carrier sense multiple accessCarrier sense multiple access
BA: Bitwise Arbitration
– se transmite cuando el bus esta
desocupado
– si existe colición :
• bit 0 es dominante
• bit 1 es recesivo
– el dominante continua a transmitiendo
– es más eficiente que CSMA/CD

77. CSMA/BACSMA/BA
Vcc
Vcc
BUS
0 1 1 1
Vcc
Vcc
0 0 0 1

78. CSMA/BACSMA/BA
Vcc
Vcc
BUS
0 1 1 1
Vcc
Vcc
0 0 0 1
00

79. CSMA/BACSMA/BA
Vcc
Vcc
BUS
0 1 1 1
Vcc
Vcc
0 0 0 1
00
11

80. CSMA/BACSMA/BA
Vcc
Vcc
BUS
0 1 1 1
Vcc
Vcc
0 0 0 1
00
11
00

81. CSMA/BACSMA/BA
Vcc
Vcc
BUS
0 1 1 1
Vcc
Vcc
0 0 0 1
00
11
00
0 0

82. CSMA/BACSMA/BA
Vcc
Vcc
BUS
0 1 1 1
Vcc
Vcc
0 0 0 1

83. CSMA/BACSMA/BA
Vcc
Vcc
BUS
0 1 1 1
Vcc
Vcc
0 0 0 1
01

84. CSMA/BACSMA/BA
Vcc
Vcc
BUS
0 1 1 1
Vcc
Vcc
0 0 0 1
01
10

85. CSMA/BACSMA/BA
Vcc
Vcc
BUS
0 1 1 1
Vcc
Vcc
0 0 0 1
01
10
01

86. CSMA/BACSMA/BA
Vcc
Vcc
BUS
0 1 1 1
Vcc
Vcc
0 0 0 1
01
10
01
0 0

87. Identificador único que determina la prioridadIdentificador único que determina la prioridad
del mensaje.del mensaje.
Mensaje con alta prioridad gana el acceso alMensaje con alta prioridad gana el acceso al
bus.bus.
Mensajes de baja prioridad son retransmitidosMensajes de baja prioridad son retransmitidos
en el siguiente ciclo de busen el siguiente ciclo de bus
Cálculo del número de nodos conectados alCálculo del número de nodos conectados al
busbus

88. TokenToken
Solo el Maestro con el token envia
mensajes (tmax)
no periódico
Maestro 4
Maestro 3Maestro 2
Maestro 1

89. Maestro/EsclavoMaestro/Esclavo
• PLC o PC o Scanner: maestro
• dispositivos I/O: esclavos
• esclavos solo hablan con el maestro
• determinístico, pero no periódico

90. Maestro/EsclavoMaestro/Esclavo
Maestro
I/ORPM Motor
Maestro
I/ORPM Motor
Maestro
I/ORPM Motor

91. Producción de Datos CíclicosProducción de Datos Cíclicos
cada 1000 mscada 250 ms
 datos enviados según la configuración del
usuário
 más eficiente para aplicaciones con
cambios lentos de I/O (analógicos):
periódico
 puede ser usado: maestro/esclavo,
productor/consumidor, etc.
I/O 1 I/O 2 I/O 3cada 25 ms
Maestro

92. Productor/ConsumidorProductor/Consumidor
• el dato es identificado por su contenido:
• sin especificación de fuente o destino
• sin el concepto de maestro de control
• desempeño superior, eficiencia del bus
Arbitro
I/O 3RPM Motor
Arbitro
I/O 3RPM Motor

93. AS-IAS-I (Actuator Sensor interface)(Actuator Sensor interface)
 Fundado en 1992
 Bus de campo de bajo nivel (sensor bus)
 Maestro/esclavo secuencial
 Comunicación y alimentación por un mismo
cable (especial)
 Los elementos de campo pueden ser
inteligentes o convencionales binarios o
analógicos

94. Capa FísicaCapa Física
 Cable plano especial con polarización
mecánica. Alimentación 24 Vcc, hasta 100
mA por esclavo, 2 A máximo.
 Topología: Arbol
 Velocidad de transmisión : 150 kbaudios
 Codificación: Mánchester
 Cantidad de nodos: 1 maestro y hasta 31
esclavos con 4 I/O binarias c/u
 Tiempo de ciclo: 5 ms
 Longitud: 100 m sin repetidores (2 rep. Máx.)

95.  sin resistor de terminación
 alta imunidad al ruido
M
A
S
T
E
R
Sensor
ASI
Actuador
ASI
Actuadores
Convencionales
ActuadorSensor
ContCont
ASI
Sensores
Convencionales
Fieldbus

96. Formato del Mensaje (Maestro)Formato del Mensaje (Maestro)
ST- START BIT
SB- CONTROL BIT
A0...A4- ADDRESS
I0....I4- INFORMATION
PB- CHECK BIT
EB- END BIT

97. Formato del Mensaje (Esclavo)Formato del Mensaje (Esclavo)
 ST - START BIT
 I0...I3 - INFORMATION
 PB - CHECK BIT
 EB - END BIT

98. Red AS-iRed AS-i

99. InterBus-SInterBus-S
 proyectado en 1987, por Phoenix Contact
 inicio de instalaciones en 1990
 maestro/esclavo
 solo el maestro escribe sobre los esclavos
 único host
 determinístico

100. InterBus-SInterBus-S
topología en anillo
bus:
– local
– remoto (interface con Bus Terminals)
12,8 km bus remoto
maestro/esclavo entre host y
maestro
atualización instantanea de I/Os

101. InterBus-SInterBus-S
H
O
S
T
C
P
U
Local
Remoto

102. InterBus-SInterBus-S
500 Kbps
16 bits por nodo de entrada o salida
rápido: 4096 I/Os en 7ms
256 nodos x 16 I/Os = 4096 puntos
digitales

103. SERCOS (Serial RealtimeSERCOS (Serial Realtime
Communication System)Communication System)
 Especialmente diseñado para aplicaciones
de tiempo real. (1991)
 Por ejemplo control de posición y velocidad
 Alta resolución (32 bits)
 Muy robusto contra interferencias

104. Características del sistemaCaracterísticas del sistema
(Sercos)(Sercos)
 Configuración maestro/esclavo (un solo
maestro)
 Broadcast a todos los esclavos. (sincronización)
 Los esclavos responden en ventanas de tiempo
prefijadas
 Permite mejor manejo y análisis de errores, al ser
conocidos el tiempo de transmisión Tx y la longitud
del telegrama.

105. Capa Física (Sercos)Capa Física (Sercos)
 Topología: Anillo Físico, configuración M/E
 Medio de Transmisión: Fibra Optica
 Veloc. de Transmisión: 2…..4 Mbaud
 Longitud: 60 m (plástico), 250 m (vidrio)
 Nº de esclavos: hasta 254
 Tiempo de ciclo: 0.062, 0.125…..1 ms
(dependiendo del nº de esclavos y longitud
del telegrama)

106. Tipos de telegramaTipos de telegrama
Desde el Maestro (sincronismo)
– Broadcast. Sincroniza todas las acciones
tiempo-dependientes.
Desde el maestro (datos)
Desde los esclavos
– En ventanas de tiempo predeterminadas

107. HARTHART
 Highway Addressable Remote Trasducer
 Presentado a principios de los ’90
 Fisher Rosemount
 No es un bus de campo
 Protocolo de comunicaciones digitales
que puede operar encima de la señal
analógica de 4-20 mA

108. Características FísicasCaracterísticas Físicas
 Utiliza el estándar Bell 802 (FSK) con
tonos senoidales

109.  Al ser utilizada con la instalación para 4-
20 mA
– Linea típicamente desbalanceada (conectada a
tierra en un extremo).
– Sin adaptación de impedancias.
– La capacitancias del cable atenúa las altas
frecuencias.
 HART utiliza bajas frecuencias
 No modifica la magnitud de la señal
analógica por su valor medio nulo
 En multidrop se inhabilita el lazo de
corriente

110. EjemploEjemplo

111. MAC – Maestro/EsclavoMAC – Maestro/Esclavo
Permite hasta 2 maestros

112.  Address: Del maestro y del esclavo (1byte formato
corto o 5 bytes formato largo)
 Command: 1 o 2 bytes con valor entero representa
el comando:
– Universales (presentes en todos los dispositivos HART)
– Práctica- común (para funciones particulares)
– Específicas de transmisor
 Byte count: cantidad de bytes restantes exepto el
chk
 Status: solo en las respuestas de los esclavos

113.  Datos: hasta 24 bytes (incluso 0). Entero sin signo,
punto flotante o string ascii
 Checksum: es un or-exclusivo de paridad
longitudinal

114. Ejemplo de transacción (formato largo)Ejemplo de transacción (formato largo)
FF 82 A6 06 BC 61 4E 01FFFF B000
82: Formato largo de maestro a esclavo
1010 0110 0000 0110 1011 1100 0110 0001 0100 1110
Maestro Primario
Fabricante 38= Rosemount
Tipo de dispositivo 6= 3051C
Nº de identificación 12345678

115. Respuesta del esclavoRespuesta del esclavo
FF 86 A6 06 BC 61 4E 01FFFF
00
07
40 80 00 00 450600
86: Formato largo desde esclavo
Com: read PV
BC
Status: OK
psi
5,5
CHK

116. Ejemplos de comandosEjemplos de comandos
 Universales:
– Read unique identifier
– Read primary variable (PV) and units
– Read up to 4 pre-defined dynamic variables
– Read sensor serial number and limits
– Write polling address
 Práctica Común:
– Write transmitter range
– Calibrate (set zero, set span)
– Perform self test

117.  Específicas
– Start, stop or clear totalizer
– Read or write density calibration factor
– Trim sensor calibration

118. CANBusCANBus
 Bosch
 mensaje de datos de 0 a 8 bytes
 dirigido a estado
 CAN Data Link Layer - ISO 11898 (1993)
 CSMA/BA para los identificadores
combinado con productor/consumidor

119.  sin restricción de velocidad, función de:
– microprocessador
– transceiver
– medio de transmisión
– distancia de transmisión
 125 Kbps a 1 Mbps / 40m a 500m
 140 millones de chips vendidos hasta
1999
CANBus

120. aplicaciones con especificaciones
de protocolo diferentes (DeviceNet,
SDS etc.) CiA (CAN in Automation)
users group formado em 1992
CAL (CAN Application Layer) en 1993
CANOpen: concepto de red con CAN
y CAL
CANBus

121. CANBus
CAN
modulo
DIO
CAN
modulo
AI
CAN
modulo
DO
CAN
Master
CAN CANCAN

122. Módulos I/O
CAN
CAN
CAN
Maste
r
/
RS485
CAN
RS 485
CANBus

123.  Codificación NRZ
 Par trenzado (mallado en lo posible)
 El estándar ISO11898 recomienda que el
diseño de ASICS de interface permita
comunicación (de menor calidad) aún en
caso de:
– Alguno de los conductores del bus esté abierto
– Alguno de los conductores este cortocircuitado a
masa
– Alguno de los conductores este cortocircuitado a
Vcc

124. Formato del mensajeFormato del mensaje
 SOF: Start of frame
 RTR: Remote Transmission Request:
– Discrimina entre mensaje de datos transmitido y
mensaje para requerimiento de datos.
 Campo de control: r0 y r1 reservados
SOF
11 bit Ident.
RTR
DLC Data 0-8 By
Arbitraje Control
r0 r1
Datos
15 b
CRC ACK EOF
Delimiters
2 Slot b

125.  DLC: Data length code (4 bits)
 Campo de datos: de 0 a 8 bytes
 CRC: Cyclic Redundancy Check (15 bits) y 1
bit recesivo como delimitador
 Campo de reconocimiento ACK: 2 bits
– El primero, Slot bit se transmite como recesivo
pero es reescrito como dominante por cualquier
nodo receptor:
– El segundo es un delimitador.
 EOF: End of frame 7 bits recesivos
 INT: Interemission field 3 bits recesivos
 Bus Idle longitud arbitraria incluso cero

126. DeviceNetDeviceNet
 Especificado por Allen Bradley
 Basado en la especificación BOSCH CAN
V2.0
 introducido en 1992
 grupo ODVA en 1995
 2 pares tranzados blindados (señal y
alim.)
 2 tipos de cable: Thick (8 A) ou Thin (4 A)

127. DeviceNetDeviceNet
Diferentes métodos de
comunicación:
– dirigido a eventos
– maestro-esclavo
– productor/consumidor
tiempo de barrido variable
hasta 500 m

128. LonWorksLonWorks (Local Operating Network)(Local Operating Network)
especificada por Echelon
inicialmente, control de predios y
sistemas de seguridad
velocidad de transmisión:
– de 600 bps a 1,25 Mbps
hasta 32.000 dispositivos
diversos medios físicos

129.  basado en los chips Neuron:
– 3 microprocessadores:
• aplicación
• red
• control de acesso:
– CSMA/CD
– maestro/esclavo (barridos
determinísticos para control de
procesos)
– productor/consumidor
LonWorks

130. Familia ProfibusFamilia Profibus
 Está compuesta de 3 versiones
compatibles:
 Profibus-DP: alta velocidad, bajo costo,
diseñado para la comunicación entre sistemas de
control y E/S distribuidas a nivel de dispositivos.
 Profibus-PA: conecta sensores y actuadores
con un bus común, aun con seguridad intrínseca.
Permite datos y energía utilizando 2 cables según
norma IEC 1158-2.
 Profibus-FMS: comunicaciones de alto nivel
para propósitos generales.

132. ArquitecturaArquitectura
Cumplen con el modelo ISOCumplen con el modelo ISO
DP: Utiliza las capas 1 y 2 y una interface con el
usuario.
 (DDLM) Direct Data Link Mapper posibilita un fácil
acceso al nivel 2. Contiene funciones de
aplicación y especificación de comportamiento
de dispositivos.
 En la capa física utiliza la norma RS-485 o
transmisión por fibra óptica.
 La capa 2, Fieldbus Data Link permite utilizar
como técnicas de control de acceso al medio:
pasaje de token y maestro esclavo.

133. FMS: Utiliza las capas 1,2,y 7.
 El nivel 7 esta compuesto por la Fieldbus
message Especification (FMS), que contiene el
protocolo de aplicación y potentes servicios de
comunicación y la Lower Layer Interface (LLI),
implementa las formas de comunicación con el
nivel 2 independientemente de los dispositivos.
 El nivel 2. Fieldbus Data Link (FDL) maneja el
control de acceso al medio y la seguridad de los
datos.
 El nivel 1, permite comunicaciones en RS-485 y
fibra óptica.
 FMS y DP, utilizan las mismas capas 1 y 2, por lo
que pueden operar simultáneamente en el mismo
cable.

134. PA utiliza un protocolo extendido de Profibus
DP. Utiliza además el “perfil PA” que define el
comportamiento de los dispositivos de campo.
 La tecnología de transmisión, responden a la
norma IEC 1158-2 que permite Seguridad
Intrínseca y que los dispositivos de campo sean
alimentados por el bus.
 Dispositivos PA pueden ser pueden ser
fácilmente integrados con redes DP utilizando
acopladores de segmento.

135. Conexión PAConexión PA

136. Técnicas de TransmisiónTécnicas de Transmisión
RS-485RS-485
 Topología: Bus lineal con terminación activa en
ambos extremos. Stubs permitidos para baud
rate < 1.5 Mbit/seg
 Medio: Par trenzado mallado
 Nº de Estaciones: 32 por segmento, 127 con
repetidores
 Conectores: 9 pin D
 Velocidad de transmisión: desde 9,6 Kbit/seg hasta
12 Mbit/seg. Solo una velocidad se selecciona
para todo el bus.
 Distancia: 1200 m hasta 100 Kbit/seg

137.  Transmisión: Digital, bit sincrónica, codificación
Manchester.
 Velocidad: 31,25 Kbit/seg
 Seguridad en datos: Preámbulo y delimitadores de
comienzo y final a prueba de errores.
 Cable: Par trenzado, mallado opcional
 Alimentación remota: Opcional vía las líneas de
datos.
 Topología: Bus lineal, árbol o combinación de
ambas
 Nº de Estaciones: Hasta 32 x segmento, hasta 126
con 4 repetidores.
IEC 1158-2
Satisface los requerimientos de industrias químicas y
petroquímicas. Permitiendo seguridad intrínseca.

138.  Fibra Optica
 Utilizada en ambientes con alta interferencia
electromagnética.
 Fibra óptica plástica (bajo costo) hasta 50 m.
 Fibra óptica de vidrio hasta distancias de 1Km.
 Conectorizado especial

139. Protocolos de acceso al medioProtocolos de acceso al medio
 Es uniforme para las tres versiones de Profibus.
Es implementado en el nivel 2 por (FDL) Fieldbus
Data Link.
 Maestro - Maestro (Estaciones Activas)
 Maestro - Esclavo (Estación/es Activa - Pasiva)
 Híbrida
 Provee Broadcast y Multicast

140. Transacción Maestro/EsclavoTransacción Maestro/Esclavo

141. Campos de Output Data e Input Data

142. Token HíbridoToken Híbrido

143. Ejemplo de ImplementaciónEjemplo de Implementación

144. FFactoryactory IInstrumentationnstrumentation PProtocolrotocol
 A mediados de los ‘80
 Cegelec y Telemecanique
 Consideraciones:
– Económicas: Reducción costos cableado
Ahorro en el diseño, instalación y ajuste
– Consideraciones técnicas: Facil mantenimiento
y modificaciones.
Simplificacion del cableado tradicional
Tiempo de respuesta garantizado
Seguridad y acceso a todas las variables

145. Capa FísicaCapa Física
Par trenzado mallado,
fibra o RF
31,25 Kbps, 1Mbps, 2,5
Mbps y 5 Mbps
Banda base con
codificación Manchester
256 Estaciones
2000 m de longitud
DLL
APLICACION
FISICA
Proceso de
Aplicación
BUS

146. Capa de EnlaceCapa de Enlace
Modelo productor/ consumidor
– Intercambio de variables identificadas
– Transferencia de mensajes
– En forma cíclica o acíclica
Direccionamiento de variables: identificadores
unívocos de 16 bits
Direccionamiento de mensajes: Punto a punto o
multipunto. Direcciones de transmisor y
receptor. 24 bits (dirección segmento +
estación)

147. Fieldbus FoundationFieldbus Foundation
Sistema de Comunicación:
– Digital - Serie - Multidrop - 2 Vías
Que permite:
– Control distribuido
– Configuración - Calibración
– Monitoreo - Diagnóstico de performance
– Documentación para mantenimiento

148. Aplicación
Presentación
Red
Sesión
Física
Enlace de datos
Transporte
FMS
Enlace de datos
Física
FAS
Física
Stack de
Comunicaciones
Aplicaciones
del Usuario
Modelo OSI
Modelo Fieldbus
FMS: Fieldbus Message Specification
FAS: Fieldbus Access Sublayer
Aplicaciones
del Usuario

149. Fieldbus
Message
Specification
Fieldbus
Access
Sublayer
Física
Enlace de datos
Aplicaciones
del Usuario
Preámbulo Start Delim. End Delim.(1)DLL PDU (>273)
DLL PCI (>15) Frame C.S (2)FAS PDU ( 5 a 256 )
FAS PCI (1) FMS PDU (>255)
FMS PCI (4) User Encoded Data (>251)
User Data
PDU: Protocol Data Unit
PCI: Protocol Control Information

150. Capa FísicaCapa Física
Tipo H1
– Señal codificada Manchester
– Caracteres especiales como
delimitadores de comienzo y final.
– Se puede obtener energía directamente
del bus.
– Operar sobre cables usados para 4-20
ma
– Soporta seguridad intrínseca

151. Un transmisor entrega:Un transmisor entrega:
 +/- 10 mA a 31,25 Kbit/seg sobre una carga
de 50 ohms, creando un voltage de 1 Vpp
modulado sobre la continua.
 La tensión de continua puede ir de 9 a 32
V
 Para casos de seguridad intrínseca, la
tensión de alimentación depende de la
barrera

152. CableadoCableado
 La longitud depende de:
– velocidad de transmisión
– tipo de cable
– alimentación desde el bus o no
– seguridad intrínseca
 Par trenzado mallado 1900 m max.
sumando spurs
 La longitud de los spurs depende del Nº
de spurs y del Nº de dispositivos por spur.
 Se pueden usar bridges como repetidores.

153. Modelo H2Modelo H2 FuturoFuturo
 Propuesto para:
– Control avanzado de procesos
– Entradas/Salidas remotas
– Alta velocidad
 Alimentación propia o 2º par de cables
 Entrega: +/- 60 mA a 1.0 o 2.5 Mbits/seg sobre 75
ohms ( 9Vpp).
 Con SI portadora de 16 KHz en lugar de continua
 Sin spurs para evitar reflexiones
 conexión al cable por acoplamiento inductivo

154. Stack de comunicacionesStack de comunicaciones
Data Link LayerData Link Layer
 Maneja el acceso al bus mediante un
administrador de bus centralizado y
determinístico. LAS Link Active Scheduler
 Hay 3 tipos de dispositivos:
– Dispositivos básicos, no pueden ser LAS
– Dispositivos maestros (link master) pueden
ser LAS
– Bridges se usan para interconectar fieldbuses

155. Comunicación ProgramadaComunicación Programada
 El LAS tiene una lista de tiempos de
transmisión de todos los buffers de todos
los dispositivos que necesitan transmitir
cíclicamente.
 Cuando un dispositivo debe transmitir sus
datos, el LAS genera un comando CD
(compel data) para ese dispositivo.
Cuando el disp. Recibe el CD realiza un
broadcast o produce (publica) los datos
para todos los disp del bus. Lo hacen
aquellos configurados para recibirlos
consumidores (suscriptores)

156. a
b
c
LAS
data a data b data c
Message
FieldbusCD (a)
Productor Consumidor Consumidor

157. TCP/IP y MMS (Factory level)TCP/IP y MMS (Factory level)
1983
Internet Protocol
Transfer Control
Protocol
Manufacturing
Message
Specification

159. Fast Ethernet (100 Mb)Fast Ethernet (100 Mb)
Giga EthernetGiga Ethernet
ATMATM

160. Tenemos una aplicaciónTenemos una aplicación
Que elegimos?Que elegimos?
Como y por que?Como y por que?

161. Que pretendemos ?Que pretendemos ?
Mejor mantenimiento:
– Mantenimiento del sistema global
– Detección de fallas
– Facilidad en la reparación
– Facilidad en la configuración de
componentes

162. Mejor Modularidad y evolutividad
– Dado que el cableado es simplificado
– Se debe poder agregar y/o combiar
dispositivos (sensores, PLCs, etc.) con
facilidad. También programas de
aplicación.

163. Criterios de SelecciónCriterios de Selección
Complejidad.
Escalabilidad.
Distribución del Control.
Modelo de red.
Costo.
Información disponible.
Servicio pre y postventa