Este documento introduce las comunicaciones industriales y su historia. Explica que los sistemas de comunicación proporcionan la infraestructura para la automatización y permiten el intercambio eficiente de datos en tiempo real entre dispositivos distribuidos. También describe las diferentes tecnologías de comunicación, incluidos los buses de campo y de nivel de planta, y explica cómo las necesidades de los usuarios y las limitaciones históricas han dado lugar a una variedad de estándares y soluciones propietarias.

1. Introducción a las Redes de
Comunicaciones Industriales
Automatización Industrial
Índice
TEMA – Introducción a las Comunicaciones Industriales
1. – Introducción
2. – Visión Histórica
3. – Las Comunicaciones en los Entornos de Fabricación
4. – Tecnologías de la Información en el Control de Procesos
5. – Arquitecturas de Fabricantes

2. Introducción
Los Sistemas de Comunicación proporcionan el esqueleto
sobre el se articulan las estrategias de automatización
Los sistemas de comunicación industrial son mecanismos
de intercambio de datos distribuidos en una organización
industrial
Intercambio de datos on-line y, en los niveles inferiores de la
pirámide (sensores, actuadores, máquinas, células de fabricación,
etc.), se exige el requisito de tiempo real.
Intercambio de datos eficiente y de bajo coste temporal y
económico
Los procesos de tiempo real requieren una acotación
determinista máxima de sus tiempos de ejecución
Objetivos
El objetivo primario del sistema de comunicación es el de
proporcionar el intercambio de información (de control)
entre dispositivos remotos
Este intercambio de información puede realizarse en base
a distintas tecnologías:
Comunicación punto a punto analógica
Comunicación punto a punto digital
Comunicación punto punto híbrida
Comunicación digital con bus de campo
Las tecnologías avanzadas admiten obtener prestaciones
adicionales

3. Requerimientos de los Usuarios de Redes Industriales
Reducción de la programación
Evitar el manejo de datos por el PLC en funciones de control
Evitar la programación de nodos existentes al añadir nuevos nodos
Aumentar las prestaciones del sistema
Determinismo
Efectividad del ancho de banda
Reducción del cableado
Control, programación y diagnosis sobre la misma red
Soluciones escalables
Elección del controlador adecuado para el control, no para el manejo de datos
Añadir o eliminar dispositivos sin influir en otros dispositivos del sistema
Reducción de los tiempos de paro
Diagnóstico de los dispositivos
Información predictiva
Automatización con PLC´s (I)
Hace 20 años Hace 10 años

4. Automatización con PLC´s (II)
Situación Actual
Variedad de Dispositivos

5. Modelos Dependientes del Fabricante
ALLEN-BRADLEY
SIEMENS
SIEMENS MITSUBISHI
MITSUBISHI
. . . . . . . Sinec
Sinec
DeviceNet
DeviceNet .
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MelsecNet
MelsecNet
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...........
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... .. .........
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...........
...........
Problemática Histórica
Diferentes tipos de dispositivos
Gran número de fabricantes
Características diferentes de un mismo tipo de dispositivo
Falta de normalización

6. Comunicaciones a Nivel de Célula
Controlador
de Célula
Dispositivos
de control
API CN ROBOT
Operaciones
- Control de tareas de la máquina - Supervisión
- Control de producción - Monitorización
Alternativas de Integración – Punto a Punto
Controlador
de Célula
Red local
Servidor de
Placa terminales
multipuerto RS 232C
Adaptador
Dispositivo
de control API ROBOT
CN
API ROBOT
a) CN b) c)

7. Alternativas de Integración – Red Local Privada
Controlador
de Célula
Red local
Dispositivo Dispositivo Dispositivo
de control de control de control
Características
- Fiables
- Fácil instalación
- Específicas de fabricante
Arquitectura MAP
Nace en la General Motors
Objetivo: comunicar equipos de diferentes fabricantes
Consistente con el modelo de referencia OSI de ISO
Estandarizada para IEEE 802.3 y para IEEE 802.4
Servicios MMS
Definida en ISO 9506 parte I y II

8. Alternativas de Integración Industrial
Buses de actuadores – sensores:
Se han presentado múltiples iniciativas
Interbus-S de Phoenix Contact
AS-i (Actuador-Sensor Interface)
DeviceNet (Controller Area Network CAN)
Buses de campo:
Se han presentado múltiples iniciativas
Bitbus de Intel
FIP de origen francés
PROFIBUS de origen alemán
Comité ISA SP 50
Requisitos para el Bus de Sensores/Actuadores
• Tiempo de ciclo breve y constante
• Alta fiabilidad de la transmisión con datos de
pequeño tamaño y alta eficacia del protocolo
Maestro
• Transmisión simultanea de datos de E/S y
mensajes sin influencia mutua
• Manejo sencillo
.
.
.

9. Requisitos para el Bus de Campo
Características de un Bus de Campo
Diseñado para transmitir pequeñas cantidades de datos
Cubrir necesidades de tiempo real
Tener gran compatibilidad electromagnética
Número reducido de estaciones
Fácil configuración
Protocolos simples y limitados
Bajos costes de conexión
Pseudoconsistente con el modelo OSI de ISO
Ventajas que Aporta
Reducir coste de cableado de la instalación
Facilita la ampliación o reducción de elementos
Permite integrar los dispositivos menos inteligentes
Estructura Jerárquica de la Comunicaciones Industriales
Integración de dispositivos de control
Nivel de Gestión y diseño
corporación Host y estación de trabajo
Nivel de Planificación y
planta control de producción
Estación de trabajo
Control del proceso
Nivel de
Estación de trabajo,
proceso PC industrial
Nivel de Fabricación
API CN
célula API’s, CN’s, Robots,
Célula A, B, C.. PC industrial
Nivel de Sensores, actuadores,
campo M pequeños sistemas
sensor actuador regulador Pequeños autómatas
de control

10. Estructura Jerárquica de la Comunicaciones Industriales II
Industrial Ethernet Nivel de
gestión
Industrial Ethernet
Nivel
PROFIBUS medio
PROFIBUS Nivel de
campo
Interfase Nivel
actuador- actuador-
sensor sensor
Buses de Campo
Los buses de campo conectan actuadores, controladores,
sensores y dispositivos similares en el nivel inferior de la
estructura jerárquica de la automatización industrial.
Una arquitectura de bus de campo es un sistema abierto de
tiempo real. Pero no necesariamente ha de conformarse con el
modelo OSI de 7 capas, pues es más importante que la conexión
sea de bajo coste y alta fiabilidad frente a las posibilidades de
interconexión a redes generales.
BUS DE CAMPO
CONTROLADOR
Válvula Presión Temperatura Flujo

11. Comunicación Digital: Buses de Campo
Objetivo: Reducción y simplificación del cableado a costa de
reducir la disponibilidad de la información (codificación digital
muestreada en el tiempo y discretizada en su valor).
La información se multiplexa temporalmente
Canal bidireccional
Se requiere un procedimiento de acceso de la información al canal
Se requiere un método de identificación de la información transmitida
mensaje 1 mensaje 2 mensaje 3
Controlador
Transmisor Actuador
Comunicación Digital: Buses de Campo
Valor añadido: Aprovecha la tecnología para otras
funcionalidades
Carga y descarga de programas
Seleccionar y controlar la ejecución de programas
Indicación continuada de operatividad y estado
Transmisión de información adicional a la de control
(Válvula: nº ciclos/día, temperatura carcasa, max/min/med, etc)
Identificación de dispositivo
Otras funcionalidades
Controlador
COMM COMM
A/D D/A uC+conv

12. Estructura de Capas del Bus de Campo (I)
La configuración más ampliamente consensuada es la de tres capas,
correspondientes a las capas física, de enlace de datos y de aplicación.
También usualmente se considera la capa de usuario.
Capa de Usuario Bloques funcionales
Modelos abstractos
Perfiles de dispositivos
Capa de Aplicación Servicios de aplicación Capa de Usuario
Servicios de mensajería Capa de Aplicación
Capa de Enlace Establecer y liberar el enlace lógico
Control de errores y flujo en el XXXX
enlace Capa de Enlace
Sincronización de la transmisión
Control de acceso al medio Capa Física
Capa Física Velocidad de transferencia
Topología y distancias máximas
Codificación y transmisión de datos
Carac. electr. mecán. funcionales.
Estructura de Capas del Bus de Campo (II)
Modelo OSI Modelo Field Bus
USUARIO USUARIO USUARIO
APLICACIÓN Especificación de
Mensaje de FB
PRESENTACIÓN
Subnivel de
SESIÓN Acceso FB
Stack de
TRANSPORTE Comunicaciones
RED
ENLACE ENLACE
FÍSICO FÍSICO FÍSICO

13. Modelos de Relación de Aplicación (AR)
Maestro-Esclavo: Una entidad gobierna todos los servicios de
transacción.
Orden ----------> Respuesta
Productor-Consumidor: Cada entidad produce información, que
adquieren los consumidores.
Consumo <---------- Producción
Cliente-Servidor: Dos entidades cooperan para proporcionar
servicios de transacción. El cliente realiza una petición que el
servidor procesa y sirve.
Petición ----------> Indicación
Confirmación <---------- Respuesta
Publicista-Subscriptor: Las entidades operan autónomamente. El
publicista publica datos a uno o más subscriptores, que no necesitan
responder.
Publicación ----------> Adquisición
Tipos de Buses de Campo
HART Buses Especiales:
BitBus CAN-VAN
Profibus Buses para navegación
FIP WorldFIP Buses médicos
Fieldbus-Foundation ERA MIL-1553B
ECHELON Buses de edificios
Interbus-S Buses de instrumentación
CAN Device-Net Buses de fabricantes
CanOpen CAL SDS ........
ControlNet .... MODBUS.....
AS-i

14. Tipos de Buses de Campo
Nivel
jerárquico
Ethernet Ethernet
Gestión
ControlNet
Profibus
Control
FMS
Foundation
Profibus Fieldbus
Dispositivo
DP&PA
DeviceNet
Nivel-Bit AS-i
Sensor
Europa (Siemens) USA (Rockwell)
Planificación de Redes – Estrategia Americana
Internet
Ethernet
DH+
ControlNet ControlNet
RIO
DeviceNet DeviceNet

15. Planificación de Redes – Estrategia Europea
Nivel Ethernet/TCP/IP MAP/MMS Ethernet
Planta Controlador
de Área
Tiempo de PC/VME
Ciclo de Bus
< 1000 ms CNC
Nivel
Célula PROFIBUS-FMS
Tiempo de VME/PC
Ciclo de Bus PLC DCS
< 100 ms
Nivel PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA
Campo
Tiempo de
Ciclo de Bus
< 10 ms
OPC – OLE Process Control
OPC un nuevo Standard en
la Industria
La Fundación define y
desarrolla OPC
Miembros entre otros :
Microsoft
Siemens
OPC es la unión entre el
programa de automatización
y el area de oficina.

16. OPC – Tipos de Clientes
OPC y las Comunicaciones (Simatic NET)