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Redes Industriales
Félix Jesús Villanueva Molina
UCLM
Indice*
• Introducción
• Ethernet Industrial
• Profibus
• DeviceNet
• Controller Area Network (Bus CAN)
• Otras tecnologías
*Todas las marcas registradas mencionadas en en
este documento son de sus respectivos dueños
Introducción
• El uso de redes industriales se ha extendido en
•
•

•

los últimos años.
Conectan sensores, actuadores, PLC’s, etc..
Existen una amplia variedad de redes
(INTERBUS, Profibus, CAN, CC Link, ControlNet,
DeviceNet, SDS, Ethernet, Device/World FIP,
LonWorks, Hart, Profibus PA)
Nos centraremos en las utilizadas en plantas
industriales.
Introducción
Cableado tradicional

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Basado en Bus

Controlador

Dispositivos
Controlados
Introducción
• Clasificación de las redes industriales.
– Dependiendo del tipo de dispositivos a conectar
podemos hablar de:
• Bus de campo: red para la automatización de procesos (no
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•

determinista) que se usa para interconectar células.
Bus de control: Red para controladores y dispositivos
“inteligentes” que necesitan ser interconectados.
Bus de dispositivos: Se utilizan para conectar bloques de
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conectando sensores y actuadores. E.j (bus ASI)
Introducción

www.disa.bi.ehu.es/spanish/asignaturas/10578/ Introduccion%20a%20%20las%20Comunicaciones%20Industriales.pdf
Introducción
• Existen varias configuraciones en la forma
de interconectar dispositivos.
• Las mas comunes (no todas soportadas
por todas las tecnologías):
– Estrella
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– Anillo
Introducción
• Ventajas de este tipo de redes:
– Reduce los tiempos de instalación.
– Extensibilidad
– No ligarse a un solo proveedor
– Facilidad de testeo y diagnostico de
problemas.
Ethernet Industrial
• Ampliamente usado en oficinas, en los
ultimos años extiende su campo de
aplicación a las plantas industriales.
– Rápida.
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– Bajo Coste

• El método CSMA/CD utilizado no es
determinista.
Ethernet industrial
• Dispositivos adaptados a las condiciones
presentes en entornos industriales

http://www.moxa.com/product/Industrial_Ethernet.htm

http://www.panduit.com/enabling_technologies/070239.asp
Ethernet industrial

http://www.isa.org/Content/ContentGroups/World_Bus_Journal/September_2002/20020906.pdf
Ethernet industrial
• Características de los dispositivos ethernet
industriales:

– Alimentación redundante
– Soporte para la topología en anillo
– Soporte para temperaturas extremas
– Resistencia a materiales corrosivos
– Certificados por las agencias reguladoras
– Resistencia a vibraciones, golpes, etc.
Ethernet Industrial
• PROFINET (Estándar abierto para la

automatización de Siemens) se basa en
esta tecnología.

http://www.profibus.com/technology/profinetdocu/06611.html
Ethernet Industrial: PROFINET
• Protocolos:
– TCP/IP y UDP para aplicaciones no criticas.
– Protocolos de tiempo real estandarizados para
las plantas industriales
• RT Real time
• IRT Isochronous Real-Time
Ethernet industrial: PROFINET
• Integración con otros buses de campo.
– Ej: Profinet Interbus gateway

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Ethernet Industrial: Soluciones
Ethernet junto con Fieldbus
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•
•
•

Bus muy versátil
Especificación abierta.
Campos de aplicación:
–
–
–

Manufacturación
Plantas de proceso
Edificios comerciales.

• Bus dominante en aplicaciones industriales en Europa.
• Existen tres versiones (Estándar Europeo EN50170):
– Profibus FMS
– Profibus DP
– Profibus PA
Profibus
• Profibus DP : Periferia descentralizada
– Bajo nivel
– Tiempos de reacción pequeños
– Transferencia de 512 bits de entrada/salida
sobre 32 nodos en 1 mseg.
– Información crítica

Profibus PCI
Profibus
• Profibus PA: Automatizacion de procesos
– Bajo nivel
– Alimentación y datos en el cable
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• Profibus FMS: Fieldbus Message
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• La mayoría de los productos no

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•
•
•
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Bus para dispositivos que conecta sensores y actuadores
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http://www.ab.com/en/epub/catalogs/12762/2181376/214372/1768364/3404052/tab5.html
DeviceNet
• Listado de productos compatibles:

– http://www.ab.com/en/epub/catalogs/12762/2181

• Existe software para estas redes:

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DeviceNET
• Empresas proveedoras:
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• Herramientas de diseño:
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DeviceNet
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•

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• A nivel de programación debemos:
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Otras tecnologías
• A­bus
• Arcnet
• Arinc 625
• ASI
• Batibus
• Bitbus
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• ControlNet
• DeviceNet
• DIN V 43322
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• Ethernet
• Factor
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• IEEE 1118  (Bitbus)
• Instabus
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• P­net
• Profibus­FMS
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• PDV
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• Sinec H1
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• VAN
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Conclusiones
• Amplia variedad de tecnologías
• No existe un bus dominante
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• Los sistemas que no son de tiempo real

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  • 1. Redes Industriales Félix Jesús Villanueva Molina UCLM
  • 2. Indice* • Introducción • Ethernet Industrial • Profibus • DeviceNet • Controller Area Network (Bus CAN) • Otras tecnologías *Todas las marcas registradas mencionadas en en este documento son de sus respectivos dueños
  • 3. Introducción • El uso de redes industriales se ha extendido en • • • los últimos años. Conectan sensores, actuadores, PLC’s, etc.. Existen una amplia variedad de redes (INTERBUS, Profibus, CAN, CC Link, ControlNet, DeviceNet, SDS, Ethernet, Device/World FIP, LonWorks, Hart, Profibus PA) Nos centraremos en las utilizadas en plantas industriales.
  • 4. Introducción Cableado tradicional Controlador Basado en Bus Controlador Dispositivos Controlados
  • 5. Introducción • Clasificación de las redes industriales. – Dependiendo del tipo de dispositivos a conectar podemos hablar de: • Bus de campo: red para la automatización de procesos (no • • • determinista) que se usa para interconectar células. Bus de control: Red para controladores y dispositivos “inteligentes” que necesitan ser interconectados. Bus de dispositivos: Se utilizan para conectar bloques de entrada /salida y dispositivos inteligentes. Bus de sensores: Estas redes se usan para la automatización conectando sensores y actuadores. E.j (bus ASI)
  • 7. Introducción • Existen varias configuraciones en la forma de interconectar dispositivos. • Las mas comunes (no todas soportadas por todas las tecnologías): – Estrella – Bus – Anillo
  • 8. Introducción • Ventajas de este tipo de redes: – Reduce los tiempos de instalación. – Extensibilidad – No ligarse a un solo proveedor – Facilidad de testeo y diagnostico de problemas.
  • 9. Ethernet Industrial • Ampliamente usado en oficinas, en los ultimos años extiende su campo de aplicación a las plantas industriales. – Rápida. – Tecnología muy madura. – Bajo Coste • El método CSMA/CD utilizado no es determinista.
  • 10. Ethernet industrial • Dispositivos adaptados a las condiciones presentes en entornos industriales http://www.moxa.com/product/Industrial_Ethernet.htm http://www.panduit.com/enabling_technologies/070239.asp
  • 12. Ethernet industrial • Características de los dispositivos ethernet industriales: – Alimentación redundante – Soporte para la topología en anillo – Soporte para temperaturas extremas – Resistencia a materiales corrosivos – Certificados por las agencias reguladoras – Resistencia a vibraciones, golpes, etc.
  • 13. Ethernet Industrial • PROFINET (Estándar abierto para la automatización de Siemens) se basa en esta tecnología. http://www.profibus.com/technology/profinetdocu/06611.html
  • 14. Ethernet Industrial: PROFINET • Protocolos: – TCP/IP y UDP para aplicaciones no criticas. – Protocolos de tiempo real estandarizados para las plantas industriales • RT Real time • IRT Isochronous Real-Time
  • 15. Ethernet industrial: PROFINET • Integración con otros buses de campo. – Ej: Profinet Interbus gateway http://eshop.phoenixcontact.com
  • 16. Ethernet Industrial: Soluciones Ethernet junto con Fieldbus Ethernet para comunicación entre PLC`s y herramientas de ingeniería Y fieldbus para las comunicaciones críticas
  • 17. Profibus http://www.profibus.com/ • • • Bus muy versátil Especificación abierta. Campos de aplicación: – – – Manufacturación Plantas de proceso Edificios comerciales. • Bus dominante en aplicaciones industriales en Europa. • Existen tres versiones (Estándar Europeo EN50170): – Profibus FMS – Profibus DP – Profibus PA
  • 18. Profibus • Profibus DP : Periferia descentralizada – Bajo nivel – Tiempos de reacción pequeños – Transferencia de 512 bits de entrada/salida sobre 32 nodos en 1 mseg. – Información crítica Profibus PCI
  • 19. Profibus • Profibus PA: Automatizacion de procesos – Bajo nivel – Alimentación y datos en el cable – Muy robusto • Profibus FMS: Fieldbus Message Specification – Comunicación de mas alto nivel – Orientación a objetos
  • 21. Profibus Configuración maestro esclavo (tres maestros siete esclavos)
  • 22. Pila de protocolos profibus FMS DP PA FMS Device Profiles DP­profiles PA­profiles DP basic functions Upper layers Fieldbus  Message Specification IEC interface Link Phy RS 485 Fibre optics IEC 61158­2
  • 23. Profibus • Medio físico – TWP -> 31,5 kbits/s 10 dispositivos (PA) – RS485 -> 19,2 kbits/s 500 kbits/s (FMS) – RS485 o Fibra ->1,5 Mbits/s (12 Mbits/s) (DP) • Mensajes – 2048 bits en datos – 512 bits de control – Espacio de direcciones de 8 bits
  • 24. Profibus • Software de desarrollo – Softing Profibus Interfaces And Tools – i-Tec • La mayoría de los productos no implementan toda la funcionalidad del estándar por lo que la interoperabilidad no está garantizada.
  • 25. DeviceNet • • • • • Bus para dispositivos que conecta sensores y actuadores Bajo coste Simplicidad de instalación (Plug & Play). El estándar garantiza la interoperabilidad entre vendedores mediante un software orientado a objetos. Flexible en la estructura, se pueden modelar sistemas: – – – Control distribuido Control mixto Control centralizado • Muy usado en las aplicaciones industriales de EEUU.
  • 27. DeviceNet • Listado de productos compatibles: – http://www.ab.com/en/epub/catalogs/12762/2181 • Existe software para estas redes: – Permiten definir los dispositivos presentes – Configurar dispositivos – Definir qué información es intercambiada – Control de errores
  • 28. DeviceNET • Empresas proveedoras: – Softing, STZP, Huron Networks, SST , etc. • Herramientas de diseño: – Monitor CAN (Tarjeta para PC) – Tarjetas DeviceNet compatibles con el PC. – Consideraciones de diseño: • http://www.odva.org/10_2/05_tech/05_Devconsiderations.htm
  • 30. DeviceNet • Cuatro tipo de conectores: mini, micro, open • style y screw terminals. Parámetros de configuración de comunicaciones: – MAC ID y velocidad de conexión • Parámetros de configuración de la aplicación. – Serán leídos a través de mensajes de lectura explícitos Rs232 to DeviceNet
  • 31. CAN BUS • Bus serie • Determinista, apto para tiempo real. • Gran auge, primero de la mano de la industria del automóbil, luego se ha extendido a otras areas. • Nº1 en EEUU
  • 32. CAN bus • Características: – Standard : SAE (automoción), ISO11898 (drivers), IEC 61158-x – Distancia: • 40m a 1 Mb/s • 400m a 100kb/s • 1000m a 25kb/s – Codificación: NRZ, bit stuffing
  • 33. CAN bus • Sistema de mensajes basados en prioridades. – También sirve para la gestión de colisiones. • Mensajes broadcast. – No se necesita direccionamiento • Tamaño de los mensajes: 64bits • Se definen las dos primeras capas del modelo OSI.
  • 34. CAN Bus en una moto BMW
  • 35. CAN bus • Tramas: – – – 35 bits de control, Ack, CRC, y otra información. 64 bits de datos 11 bits para prioridad e identidad • Existe versión con 29 bits • A nivel de programación debemos: – Configurar los parámetros de la comunicación. • Baudrate, sincronización, etc.
  • 36. CAN bus • Conector mas utilizado: D-Sub de 9 pines • Chips con CAN: Intel: 82527, 8xC196CA; Philips: 82C200, 8xC592; Motorola: 68HC05X4, 68HC705X32; Siemens: SAB-C167
  • 37. CAN bus: Ejemplo de un nodo CAN Ejemplo obtenido de www.microchip.com
  • 38. Otras tecnologías • A­bus • Arcnet • Arinc 625 • ASI • Batibus • Bitbus • CAN • ControlNet • DeviceNet • DIN V 43322 • DIN 66348  (Meßbus) • FAIS • EIB • Ethernet • Factor • Fieldbus Foundation • FIP • Hart • IEC 61158 • IEEE 1118  (Bitbus) • Instabus *• Interbus­S • ISA SP50 • IsiBus • IHS • ISP • J­1708 • J­1850 • LAC * • LON • MAP • Master FB • MB90 • MIL 1553 • MODBUS * • MVB • P13/42 • P14 • Partnerbus • P­net • Profibus­FMS * • Profibus­PA • Profibus­DP • PDV • SERCOS • SDS • Sigma­i • Sinec H1 • Sinec L1 • Spabus • Suconet • VAN • WorldFIP • ZB10 • ...
  • 39. Conclusiones • Amplia variedad de tecnologías • No existe un bus dominante – No interesa a la industria • Los sistemas que no son de tiempo real pueden ser sustituidos por tecnologías de “oficina” Ej: Ethernet, USB etc. • Tienen un tiempo de vida considerable.