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  en	
  Fabricación	
  




Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                     y Automática
MAP:	
  Manufacturing	
  Automation	
  Protocol	
  
•  Grupo	
  de	
  trabajo	
  creado	
  en	
  1980	
  por	
  General	
  Motors	
  
   •  Estandarizar	
  las	
  redes	
  de	
  comunicación	
  en	
  sus	
  fábricas	
  
   •  Incluía	
  a	
  los	
  suministradores	
  computadores	
  y	
  equipos	
  de	
  control	
  
•  Se	
  ha	
  coordinado	
  con	
  ISO-­‐OSI	
  buscando	
  la	
  máxima	
  
   conformidad	
  




                                                                                                             Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                                  y Automática
   •  Especifica	
  perfiles	
  (conjuntos	
  coherentes	
  de	
  protocolos	
  y	
  opciones	
  
      seleccionados	
  entre	
  los	
  múlHples	
  estándares	
  ISO-­‐OSI)	
  que	
  saHsfacen	
  los	
  
      requerimientos	
  de	
  una	
  cierta	
  área	
  de	
  aplicación,	
  garanHzando	
  su	
  
      interoperabilidad.	
  	
  
•  UlHma	
  versión	
  MAP	
  3.0,	
  año	
  1987	
  
   •  Suplementos	
  en	
  1991	
  y	
  1993	
  
•  Grupo	
  de	
  usuarios	
  de	
  MAP	
  y	
  TOP	
  
   •  Incluye	
  usuarios	
  finales	
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  suministradores	
  	
  de	
  equipos	
  de	
  fabricación.	
  
MAP:	
  Manufacturing	
  Automation	
  Protocol	
  

•  Dos	
  perfiles	
  MAP	
  3.0	
  
   •  FullMAP	
  (MAP	
  completo)	
  
       •  Perfil	
  de	
  7	
  capas	
  conforme	
  con	
  OSI	
  
   •  MiniMAP	
  




                                                                                                     Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                          y Automática
       •        Perfil	
  de	
  3	
  capas	
  (Física,	
  Enlace	
  de	
  Datos,	
  Aplicación)	
  
       •        No	
  conforme	
  con	
  OSI	
  
       •        Aplicaciones	
  de	
  <empo	
  de	
  respuesta	
  crí<co	
  
       •        Desarrollo	
  importante	
  en	
  Japón	
  en	
  el	
  proyecto	
  FAIS	
  	
  
            	
  (Factory	
  Automa,on	
  Interconnec,on	
  System)	
  
   •  MiniMAP	
  se	
  aproxima	
  a	
  los	
  perfiles	
  de	
  los	
  buses	
  de	
  campo	
  
      como	
  PROFIBUS,	
  aunque	
  con	
  notables	
  diferencias	
  
Per(il	
  MAP	
  Completo	
  
                                                                    Servicios de         Gestión
               FTAM                          MMS
  7                                                                  directorio          de Red

                                                 ACSE

  6                                     ISO Presentación - Núcleo

  5                                        ISO Sesión-Núcleo




                                                                                                   Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                        y Automática
  4                                     ISO Transporte - Clase IV

  3                                          ISO Red-CLNS

                                        LLC - IEEE 802.0 Clase I
  2                        Token Bus                                        CSMA/CD
                           IEEE 802.4                                         802.3
             Carrierband                  BroadBand            BroadBand            Baseband
               5 Mbps                      10 Mbps              10 Mbps              10 Mbps
  1
      75 oh. Coax          FO     75 oh. Coax       FO       75 oh. Coax       FO          TP
Componentes	
  de	
  MAP	
  3.0	
  Completo	
  	
  
•  Capa	
  Física	
  y	
  Subcapa	
  MAC	
  
   •  Dos	
  Hpos	
  de	
  redes:	
  IEEE	
  802.4	
  (Token	
  Bus)	
  e	
  IEEE	
  802.3	
  (Ethernet)	
  
   •  IEEE	
  802.3	
  se	
  añade	
  como	
  suplemento	
  en	
  1993	
  debido	
  a	
  su	
  amplia	
  
      difusión	
  en	
  las	
  plantas	
  industriales	
  de	
  Europa.	
  
•  Subcapa	
  LLC	
  




                                                                                                               Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                                    y Automática
   •  Clase	
  de	
  servicio	
  III	
  dentro	
  de	
  IEEE	
  802.2	
  
        •  Servicios	
  de	
  Tipo	
  1:	
  Sin	
  conexión	
  y	
  sin	
  acuse	
  de	
  recibo	
  
        •  Servicios	
  de	
  Tipo	
  3:	
  Sin	
  conexión	
  y	
  con	
  acuse	
  de	
  recibo	
  
•  Capa	
  de	
  aplicación	
  
   •  MMS:	
  (Manufacturing	
  Message	
  Specifica,on)	
  comunicación	
  entre	
  
      disposi<vos	
  de	
  fabricación	
  programables	
  (PLCs,	
  robots,	
  CNCs,	
  etc.)	
  
Nota	
  sobre	
  clases	
  de	
  servicio	
  en	
  LLC	
  
•  Orientado	
  a	
  no	
  conexión	
  –	
  Tipo	
  1	
  –	
  Servicio	
  de	
  datagramas	
  (1980)	
  
    •    No	
  establece	
  conexión	
  lógica	
  entre	
  las	
  estaciones	
  
    •    Cada	
  unidad	
  de	
  datos	
  se	
  envía	
  de	
  manera	
  independiente	
  
    •    No	
  hay	
  control	
  de	
  flujo	
  ni	
  de	
  secuencia	
  ni	
  de	
  errores	
  en	
  LLC	
  
    •    No	
  hay	
  confirmación	
  de	
  recepción	
  	
  
    •    Estaciones	
  de	
  Clase	
  I	
  
•  Orientado	
  a	
  conexión	
  –	
  Tipo	
  2	
  –	
  Servicio	
  de	
  circuitos	
  virtuales	
  (1980)	
  




                                                                                                                                               Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                                                                    y Automática
    •  Requiere	
  conexión	
  previa	
  al	
  intercambio,	
  desconexión	
  posterior	
  
    •  Incluye	
  control	
  de	
  flujo	
  y	
  recuperación	
  de	
  errores	
  
    •  Estaciones	
  de	
  Clase	
  II	
  
•  Orientado	
  a	
  no	
  conexión	
  y	
  confirmado	
  –	
  Tipo	
  3	
  –	
  Servicio	
  de	
  datagramas	
  asenHdos	
  
   (añadida	
  en	
  1987)	
  
    •  Híbrido	
  de	
  las	
  dos	
  anteriores	
  
    •  No	
  establece	
  conexión,	
  pero	
  incluye	
  confirmación	
  de	
  cada	
  unidad	
  enviada	
  
    •  Incluyen	
  modo	
  de	
  operación	
  <po	
  1	
  
    •  Estaciones	
  de	
  Clase	
  III	
  
    •  Enlace	
  libre	
  de	
  errores	
  sin	
  la	
  complejidad	
  del	
  Tipo	
  2,	
  y	
  evitando	
  sobrecarga	
  en	
  niveles	
  
       superiores	
  como	
  en	
  el	
  Hpo	
  1	
  
    •  Ej.:	
  Envío	
  rápido	
  de	
  información	
  con	
  constancia	
  de	
  llegada	
  al	
  lugar	
  adecuado	
  (alarma).	
  
MMS	
  (Manufacturing	
  Message	
  Speci5ication)	
  

•  Comunicación	
  entre	
  disposiHvos	
  inteligentes,	
  ISO	
  9506.	
  
•  Maneja	
  en<dades	
  conceptuales	
  (“objetos”)	
  que	
  existen	
  en	
  
   un	
  disposiHvo.	
  Pueden	
  ser:	
  variables,	
  programas,	
  
   mecanismos	
  de	
  sincronización,	
  …	
  




                                                                                        Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                             y Automática
•  Define	
  servicios	
  de	
  comunicación	
  para	
  manipular	
  objetos	
  de	
  
   forma	
  remota.	
  
•  Permite	
  la	
  comunicación	
  sin	
  computadores	
  ni	
  sogware	
  
   intermedio	
  de	
  disposiHvos	
  de	
  campo.	
  
  •  Acceder	
  y	
  manipular	
  objetos	
  
  •  Respuestas	
  de	
  los	
  disposiHvos	
  
•  Ventajas:	
  Sistema	
  de	
  interconexión	
  abierto	
  
•  Inconveniente:	
  Número	
  máximo	
  de	
  equipos	
  
Per(il	
  MiniMAP	
  	
  
•  MAP	
  completo	
  no	
  saHsface	
  las	
  necesidades	
  de	
  
   comunicación	
  entre	
  aplicaciones	
  de	
  fabricación	
  con	
  
   <empo	
  de	
  respuesta	
  crí<co	
  	
  
•  Se	
  eliminan	
  las	
  capas	
  3	
  a	
  6	
  de	
  MAP	
  perdiendo	
  algunas	
  




                                                                                                            Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                                 y Automática
   funcionalidades:	
  
   •  Tamaño	
  máximo	
  de	
  los	
  mensajes,	
  no	
  se	
  permite	
  
      defragmentación	
  al	
  no	
  haber	
  capa	
  de	
  transporte	
  
   •  MiniMAP	
  debe	
  limitarse	
  a	
  una	
  única	
  subred	
  al	
  no	
  haber	
  capa	
  de	
  
      red	
  
   •  Fiabilidad	
  con	
  el	
  servicio	
  de	
  Clase	
  III	
  en	
  la	
  subcapa	
  LLC	
  (sin	
  
      conexión,	
  con	
  acuse	
  de	
  recibo)	
  
   •  Formatos	
  de	
  mensaje	
  fijos	
  al	
  no	
  haber	
  capa	
  de	
  presentación	
  
 
La	
  Pirámide	
  de	
  Automatización	
  
(niveles	
  CIM)	
  
    Nivel 4:
    corporativo
                                  Estaciones de trabajo, PC
    Nivel 3:




                                                              Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                   y Automática
    sistema

    Nivel 2:
                                                  PLC, PC
    área y célula

    Nivel 1:                               PLC, PC, CNC
    Campo                                        micros


    Nivel 0:                                  Actuadores,
    Dispositivo                                 sensores
Requisitos	
  de	
  cada	
  nivel	
  
Nivel corporativo y de sistema
                          Cantidad de    Tiempo de       Frecuencia de
                          datos          respuesta       transmisiones

          Nivel           Mbyte          Minutos /       Días/ horas
          corporativo y                  segundos
          de sistema




                                                                         Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                              y Automática
          Nivel de        Kbyte          100 ms - 1 s    Segundos/
          célula                                         minutos

          Nivel de        Byte          10 ms - 100 ms   Segundos/
          campo                                          millisegundos

          Nivel de        Bit            Millisegundos   Millisegundos
          dispositivo
Especi(icaciones:	
  niveles	
  de	
  
abstracción	
  

                 Protocolo




                                                           Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                y Automática
                                   Aumento de detalle en
                 Servicios         la especificación /
                                   Disminución del grado
                                   de abstracción.


                 Arquitectura
Introducción	
  a	
  los	
  buses	
  de	
  
  campo	
  
—  La	
  necesidad	
  de	
  hacer	
  el	
  problema	
  de	
  automa<zación	
  más	
  asequible	
  da	
  
    lugar	
  a	
  que	
  ésta	
  se	
  plantee	
  por	
  zonas;	
  siendo	
  controlada	
  cada	
  una	
  de	
  las	
  
    mismas	
  de	
  forma	
  independiente	
  por	
  un	
  equipo	
  informáHco	
  específico	
  
    (un	
  microprocesador,	
  un	
  microcontrolador	
  o	
  un	
  autómata)	
  
—  Sin	
  embargo	
  esta	
  división	
  por	
  zonas	
  Hene	
  el	
  grave	
  inconveniente	
  de	
  




                                                                                                                          Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                                               y Automática
    dificultar	
  la	
  coordinación	
  del	
  conjunto.	
  	
  
—  Con	
  objeto	
  de	
  subsanar	
  esta	
  limitación	
  las	
  redes	
  de	
  comunicación	
  han	
  
    acabado	
  por	
  entrar	
  en	
  las	
  fábricas;	
  permiHendo	
  la	
  integración	
  total	
  de	
  
    las	
  diferentes	
  partes	
  de	
  las	
  instalaciones	
  industriales	
  
—  Las	
  redes	
  locales	
  más	
  uHlizadas	
  en	
  la	
  industria	
  se	
  pueden	
  analizar	
  
    dividiéndolas	
  en	
  dos	
  grandes	
  bloques:	
  	
  
   1.  Las	
  redes	
  de	
  propósito	
  general	
  que	
  pueden	
  ser	
  uHlizadas	
  en	
  este	
  Hpo	
  de	
  
       entornos	
  
   2.  Los	
  buses	
  de	
  campo	
  y	
  las	
  redes	
  uHlizadas	
  a	
  bajo	
  nivel	
  
Introducción	
  a	
  los	
  buses	
  de	
  
campo	
  
     Control de                                                        Bus de
     proceso                                                           campo
                                            Bus de
     Tipo de                                dispositivo
                                                                       •  Fieldbus
     control
                                                                       •  WorldFIP
                                                                       •  Profibus PA




                                                                                        Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                             y Automática
                                            •  CAN
                                            •  ControlNet
                       Buses de             •  DeviceNet
                       Sensor               •  LonWorks
                                            •  Profibus DP
       Control
                       •  AS-i              •  Interbus
       Lógico
                       •  LonWorks
                       •  Seriplex
                  Dispositivos simples                       Dispositivos potentes

                                 Prestaciones / Coste
             Diferentes	
  posibilidades	
  de	
  conexionado	
  en	
  campo.	
  
Introducción	
  a	
  los	
  buses	
  de	
  campo	
  




                                                             Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                  y Automática
                                     Conexionado en campo.
Características	
  de	
  los	
  buses	
  de	
  
campo	
  
•    Medio	
  msico	
  
•    Topología	
  
•    Tipo	
  de	
  transmisión	
  
•    Método	
  de	
  acceso	
  al	
  medio	
  




                                                                   Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                        y Automática
•    Velocidad	
  de	
  transferencia	
  
•    Distancias	
  medias	
  
•    Número	
  de	
  equipos	
  de	
  proceso	
  conectables	
  
Características	
  de	
  los	
  buses	
  de	
  
campo	
  
•  Restricciones	
  del	
  entorno	
  
   •    Alimentación	
  de	
  los	
  equipos	
  conectados	
  
   •    Número	
  de	
  sensores	
  y	
  actuadores	
  
   •    Distancias	
  
   •    Perturbaciones	
  electromagnéHcas	
  




                                                                 Automática 09/10. Ing. de Sistemas
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   •    Elementos	
  móviles	
  
   •    Estanqueidad	
  
   •    Entorno	
  hosHl	
  (sal,	
  agua,	
  ácido,	
  …)	
  
   •    Entorno	
  explosivo	
  
Características	
  de	
  los	
  buses	
  de	
  
campo	
  
•  Restricciones	
  de	
  <empo	
  
   •  Tiempo	
  máximo	
  de	
  respuesta,	
  en	
  función	
  del	
  número	
  de	
  E/S	
  
   •  Datos	
  necesarios	
  para	
  la	
  aplicación	
  (velocidad	
  de	
  transferencia)	
  
   •  DeterminísHco:	
  Hempo	
  máximo	
  de	
  respuesta	
  conocido	
  




                                                                                                  Automática 09/10. Ing. de Sistemas
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Buses	
  de	
  campo	
  
•    Modbus	
  
•    WorldFip	
  
•    Interbus	
  (Phoenix-­‐Contact)	
  
•    CAN	
  




                                           Automática 09/10. Ing. de Sistemas
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•    DeviceNet	
  (Allen	
  Bradley)	
  
•    LonWorks	
  
•    FoundaHon	
  Fielbus	
  
•    AS-­‐Interface	
  
•    Profibus	
  (Siemens)	
  
•    FIPIO	
  (Telemecánica)	
  
Situación	
  actual	
  de	
  los	
  buses	
  de	
  
campo	
  

   Sector	
                       Principales	
  buses	
  de	
  campo	
  




                                                                                                  Automática 09/10. Ing. de Sistemas
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   Fab.	
  Automóviles	
  y	
     CAN,	
  DeviceNet,	
  Interbus-­‐S,	
  AS-­‐I	
  
   maquinaria	
  
   Plantas	
  de	
  proceso	
     FoundaHon	
  Fieldbus,	
  Modbus,	
  WorldFIP,	
  Profibus	
  
   DomóHca	
                      LonWorks	
  
Ejemplos	
  de	
  redes	
  industriales	
  
•  Bus	
  de	
  campo	
  (célula):	
  	
  
    •  Modbus,	
  FoundaHon	
  Fielbus,	
  Profibus,	
  WorldFIP	
  
•  Bus	
  de	
  campo	
  (disposiHvo):	
  
    •  DeviceNet,	
  Profibus,	
  Interbus-­‐S,	
  WorldFIP	
  
•  Bus	
  sensor/actuador:	
  




                                                                      Automática 09/10. Ing. de Sistemas
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    •  AS-­‐interface,	
  CAN,	
  LonWorks	
  
MODBUS	
  (I)	
  
—  Diseñado	
  por	
  MODICON	
  INC.	
  	
  
—  Aparece	
  para	
  facilitar	
  la	
  conexión	
  de	
  forma	
  distribuida	
  de	
  
    PLCs.	
  
—  Usado	
  principalmente	
  en	
  América	
  




                                                                                             Automática 09/10. Ing. de Sistemas
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—  CaracterísHcas	
  
   ¡ Medio	
  msico	
  de	
  conexión:	
  	
  
       ÷  RS-­‐485,	
  	
  RS-­‐422	
  o	
  fibra	
  ópHca	
  
   ¡ Velocidad	
  de	
  transmisión:	
  75	
  a	
  19,2	
  Kbps	
  
   ¡ Distancia:	
  	
  hasta	
  1200	
  m	
  sin	
  repeHdores	
  
   ¡ Un	
  maestro	
  y	
  hasta	
  247	
  esclavos	
  
   ¡ Topología:	
  bus	
  lineal	
  
   ¡ Interconecta	
  disposiHvos	
  de	
  campo:	
  	
  PLCs	
  
   ¡ Protocolo	
  de	
  comunicaciones	
  maestro-­‐esclavo	
  
MODBUS	
  (II):Método	
  de	
  acceso	
  al	
  
medio	
  
Pregunta/Respuesta	
  
                           Maestro




                                                       Automática 09/10. Ing. de Sistemas
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                                     ....   Esclavos




Difusión	
                 Maestro




                                     ....   Esclavos
MODBUS	
  (III)	
  
•  Sólo	
  el	
  maestro	
  puede	
  iniciar	
  la	
  comunicación	
  
•  La	
  comunicación	
  se	
  estructura	
  en	
  	
  transacciones:	
  
    •  Pregunta/respuesta	
  
    •  Mensaje	
  difundido	
  
•  El	
  protocolo	
  fija	
  algunas	
  caracterísHcas:	
  
    •  la	
  forma	
  del	
  mensaje	
  




                                                                                   Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                        y Automática
    •  secuencia	
  de	
  mensajes	
  
    •  gesHón	
  de	
  errores	
  
    •  funciones	
  a	
  realizar	
  
•  Otras	
  caracterísHcas	
  son	
  seleccionables	
  por	
  el	
  usuario:	
  
    •  Medio	
  de	
  transmisión	
  
    •  Velocidad	
  
    •  Paridad	
  
    •  Número	
  de	
  bits	
  de	
  parada	
  
    •  Modo	
  de	
  transmisión	
  de	
  cada	
  estación	
  
MODBUS	
  	
  (IV):	
  Trama	
  de	
  mensaje	
  
•  Mensaje	
  dentro	
  de	
  un	
  sobre:	
  
   •    dirección	
  del	
  receptor	
  
   •    función	
  a	
  realizar	
  
   •    datos	
  
   •    código	
  de	
  comprobación	
  de	
  errores	
  




                                                                                     Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                          y Automática
•  Respuesta	
  devuelta	
  en	
  el	
  mismo	
  sobre	
  




                   Número          Código                                   CRC
                                                    Subfunciones - datos
                   esclavo        operación                                16 bits
WorldFiP:	
  World	
  Factory	
  Instrumentation	
  Protocol	
  
—  Impulsado	
  por	
  fabricantes	
  franceses	
  
—  Recogido	
  en	
  la	
  norma	
  del	
  CENELEC	
  EN	
  50170	
  vol.	
  3	
  
—  Capa	
  msica	
  según	
  la	
  norma	
  IEC	
  1158-­‐2	
  
—  Diseñado	
  para	
  establecer	
  comunicaciones	
  entre	
  el	
  nivel	
  de	
  sensores/actuadores	
  
    y	
  el	
  nivel	
  de	
  unidades	
  de	
  proceso	
  (PLC,	
  controladores,	
  …)	
  




                                                                                                                Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                                     y Automática
—  Medio	
  msico	
  de	
  conexión:	
  	
  
    ¡  par	
  trenzado	
  apantallado	
  
—  Velocidad	
  de	
  transmisión:	
  31,5	
  Kbit/s	
  a	
  5	
  Mbit/s	
  
—  Distancia	
  segmento:	
  	
  hasta	
  1900	
  m	
  	
  
—  Nodos	
  por	
  segmento:	
  32	
  
—  Topología:	
  bus	
  lineal	
  
—  Acceso	
  al	
  bus:	
  
    ¡  Centralizado	
  (árbitro	
  de	
  bus)	
  
DeviceNet	
  
•  Impulsado	
  por	
  Allen	
  Bradley	
  (Rockwell)	
  (1994).	
  Actualmente	
  responsabilidad	
  del	
  
   ODVA	
  (Open	
  DeviceNet	
  Vendors	
  Associa,on).	
  
•  Recogido	
  en	
  la	
  norma	
  ISO	
  11898	
  y	
  11519	
  (basado	
  en	
  CAN).	
  Estándar	
  EN	
  50323-­‐2.	
  
•  Mismo	
  cable	
  para	
  alimentación	
  y	
  datos	
  
•  Longitud	
  máxima	
  de	
  datos	
  por	
  trama	
  de	
  8	
  octetos	
  




                                                                                                                               Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                                                    y Automática
•  Inserción	
  de	
  elementos	
  en	
  caliente	
  
•  Medio	
  msico	
  de	
  conexión:	
  	
  
     •  par	
  trenzado	
  
•    Velocidad	
  de	
  transmisión:	
  125,	
  250,	
  500	
  Kbit/s	
  
•    Distancia	
  segmento:	
  	
  hasta	
  500,	
  250,	
  100	
  m	
  	
  
•    Nodos	
  por	
  segmento:	
  64	
  
•    Topología:	
  bus	
  lineal	
  con	
  derivaciones	
  de	
  hasta	
  6m.	
  
•    Acceso	
  al	
  bus:	
  
     •  CSMA/CD	
  
LonWorks:	
  Local	
  Operating	
  Network	
  
•    Fuertemente	
  asentado	
  en	
  EE.UU.,	
  introduciéndose	
  en	
  Japón.	
  
•    GesHón	
  técnica	
  de	
  edificios	
  (domó<ca).	
  
•    Basado	
  en	
  control	
  distribuido.	
  
•    Extremada	
  facilidad	
  de	
  uHlización.	
  
•    Motorola	
  es	
  el	
  principal	
  proveedor	
  de	
  circuitos	
  integrados	
  de	
  interfase.	
  
•    Modelo	
  OSI	
  completo.	
  




                                                                                                               Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                                    y Automática
•    Medio	
  msico	
  de	
  conexión:	
  	
  
     •  par	
  trenzado,	
  fibra	
  ópHca,	
  red	
  eléctrica,	
  coaxial,	
  radio,	
  infrarrojos	
  
•    Velocidad	
  de	
  transmisión:	
  78	
  Kbit/s	
  a	
  1,25	
  Mbit/s	
  
•    Distancia	
  segmento:	
  	
  2700-­‐130	
  m	
  	
  
•    Nodos	
  por	
  segmento:	
  64	
  
•    Topología:	
  bus,	
  anillo,	
  libre	
  
•    Acceso	
  al	
  bus:	
  
     •  PredicHve	
  p-­‐persistent	
  CSMA	
  
LonWorks:	
  Local	
  Operating	
  Network	
  




                                                 Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                      y Automática
Foundation	
  Fieldbus	
  (I)	
  
—  Usa	
  2	
  capas	
  _sicas,	
  en	
  función	
  de	
  las	
  necesidades	
  
   ¡ H1:	
  	
  según	
  la	
  norma	
  IEC	
  61158	
  
       ¡  31.25	
  kbit/s,	
  generalmente	
  conectando	
  disposiHvos	
  de	
  campo	
  
       ¡  Comunicación	
  y	
  alimentación	
  sobre	
  par	
  trenzado	
  
   ¡ HSE	
  (High	
  Speed	
  Ethernet):	
  10	
  ó	
  100	
  Mbit/s	
  
       ¡  Actualmente	
  no	
  soporta	
  alimentación	
  en	
  el	
  cable,	
  pero	
  se	
  trabaja	
  en	
  ello	
  




                                                                                                                                           Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                                                                y Automática
—  Alimentación	
  disponible	
  en	
  el	
  bus	
  (H1)	
  
—  Capa	
  de	
  usuario:	
  define	
  una	
  interfase	
  a	
  través	
  de	
  un	
  conjunto	
  de	
  
    bloques	
  (AI,	
  AO,	
  DI,	
  DO,	
  PD,	
  PID,…)	
  
   —  FoundaHon	
  Fieldbus	
  define	
  un	
  set	
  de	
  bloques	
  funcionales	
  básicos	
  y	
  avanzados,	
  el	
  fabricante	
  
       decide	
  cuantos	
  incluir.	
  
—  DisposiHvos	
  
   ¡ Enlace	
  maestro:	
  capaz	
  de	
  controlar	
  la	
  comunicación	
  
   ¡ DisposiHvo	
  básico	
  
   ¡ Puente:	
  conexión	
  H1-­‐HSE	
  
Foundation	
  Fieldbus	
  (II)	
  
•  Medio	
  msico	
  de	
  conexión:	
  	
  
   •  par	
  trenzado	
  apantallado	
  
•  Velocidad	
  de	
  transmisión:	
  31,5	
  Kbit/s	
  a	
  5	
  Mbit/s	
  
•  Distancia	
  segmento:	
  	
  hasta	
  1900	
  m	
  	
  




                                                                               Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                    y Automática
•  Nodos	
  por	
  segmento:	
  32	
  
•  Topología:	
  bus	
  lineal	
  
•  Acceso	
  al	
  bus:	
  
   •  Centralizado	
  (árbitro	
  de	
  bus)	
  
Foundation	
  Fieldbus	
  (III):	
  Bloques	
  

     Basic Specified Continuous Blocks
     Analog Input               AI       Reads analog input
     Analog Output              AO       Sends analog output
     Bias Gain                  B        Scaling
     Control Selector           CS       Override control
     Manual Loader              ML       Manual Control
     PID Control                PID      PID Control
     PD Control                 PD       PD only control
     Ratio Control              RA       Ratio Control
     Basic Specified Discrete Blocks
     Discrete Input             DI       Reads discrete input
     Discrete Output            DO       Sends discrete output
Foundation	
  Fieldbus	
  (IV)	
  




Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                     y Automática
Interbus-­‐S	
  (I)	
  
•  Impulsado	
  por	
  Phoenix	
  Contact	
  (Alemania),	
  recogido	
  
   en	
  la	
  norma	
  DIN	
  E19258	
  y	
  EN	
  50254.	
  
•  Bus	
  serie	
  conecta	
  módulos	
  E/S	
  distribuidas	
  y	
  
   disposiHvos	
  de	
  automaHzación.	
  




                                                                           Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                y Automática
•  Maestro/esclavo	
  
•  Longitud	
  de	
  mensaje	
  fija.	
  
•  Longitud	
  total	
  13	
  Km	
  
•  Aplicaciones:	
  sensor/actuador,	
  sistemas	
  de	
  
   producción,	
  ...	
  
Interbus-­‐S	
  (II)	
  
•  Medio	
  msico	
  de	
  conexión:	
  	
  
   •  par	
  trenzado	
  
•  Velocidad	
  de	
  transmisión:	
  500	
  Kbit/s	
  	
  
•  Distancia	
  segmento:	
  	
  hasta	
  400	
  m	
  	
  




                                                                            Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                 y Automática
•  Nodos	
  por	
  segmento:	
  256	
  
•  Topología:	
  anillo	
  controlado	
  por	
  disposi<vo	
  central	
  
   o	
  tarjeta	
  de	
  control.	
  
•  Acceso	
  al	
  bus:	
  
   •  Paso	
  de	
  tes<go	
  
Bitbus	
  (I)	
  
—  El	
  Bitbus	
  es	
  un	
  producto	
  Intel	
  y	
  fue	
  especificado	
  en	
  1984.	
  Se	
  desarrolló	
  para	
  
    garanHzar	
  el	
  intercambio	
  de	
  datos	
  entre	
  PCs	
  y	
  ordenadores	
  industriales	
  
—  Este	
  sistema	
  de	
  bus	
  Hene	
  una	
  estructura	
  maestro/esclavo,	
  que	
  soporta	
  tanto	
  
    una	
  topología	
  de	
  bus	
  como	
  de	
  árbol	
  (con	
  repeHdores).	
  Otras	
  caracterísHcas:	
  
   ¡  Permite	
  comunicar	
  un	
  maestro	
  y	
  27	
  esclavos	
  




                                                                                                                                                 Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                                                                      y Automática
   ¡  Se	
  puede	
  alcanzar	
  una	
  velocidad	
  de	
  transferencia	
  de	
  62,5	
  Kbit/s	
  con	
  una	
  longitud	
  de	
  línea	
  
       de	
  1,2	
  km	
  
   ¡  Cuando	
  la	
  longitud	
  se	
  reduce	
  a	
  300	
  m,	
  la	
  velocidad	
  de	
  transferencia	
  puede	
  aumentar	
  a	
  
       375	
  Kbit/s	
  
   ¡  Los	
  datos	
  pueden	
  ser	
  transmiHdos	
  sobre	
  cable	
  de	
  par	
  trenzado	
  o	
  fibra	
  óp<ca	
  
   ¡  Se	
  accede	
  al	
  bus	
  por	
  elección	
  ("polling")	
  
   ¡  Son	
  necesarios	
  un	
  par	
  de	
  cables	
  adicionales	
  si	
  se	
  uHlizan	
  repeHdores	
  
   ¡  Pueden	
  ser	
  implementados	
  en	
  topología	
  mulHcapa	
  por	
  conexión	
  de	
  una	
  unidad	
  maestra	
  y	
  
       una	
  esclava	
  a	
  un	
  nodo.	
  
CAN:	
  Controller	
  Area	
  Network	
  (I)	
  
•    Impulsado	
  por	
  Bosch	
  (Alemania)	
  y	
  CiA	
  (CAN	
  in	
  AutomaHon).	
  Historia	
  
•    Recogido	
  en	
  la	
  norma	
  ISO	
  11898/11519	
  
•    Aplicación	
  en	
  la	
  industria	
  del	
  automóvil	
  
•    Se	
  caracteriza	
  por	
  su	
  robustez.	
  




                                                                                                        Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                             y Automática
•    Medio	
  msico	
  de	
  conexión:	
  	
  
     •  par	
  trenzado	
  
•    Velocidad	
  de	
  transmisión:	
  50	
  Kbit/s	
  a	
  1	
  Mbit/s	
  
•    Distancia	
  segmento:	
  	
  40-­‐	
  1000	
  m	
  	
  
•    Nodos	
  por	
  segmento:	
  127-­‐64	
  
•    Topología:	
  bus	
  lineal	
  
•    Acceso	
  al	
  bus:	
  
     •  CSMA/CD	
  con	
  arbitraje	
  de	
  bit	
  
CAN:	
  Controller	
  Area	
  Network	
  (II)	
  
—  Los	
  vehículos	
  poseen	
  canHdad	
  de	
  sistemas	
  electrónicos	
  de	
  control	
  
—  Con	
  sistemas	
  convencionales	
  el	
  intercambio	
  de	
  datos	
  implica	
  la	
  necesidad	
  de	
  
    líneas	
  de	
  señal	
  dedicadas.	
  Esto	
  resulta	
  cada	
  vez	
  más	
  costoso	
  y	
  complicado.	
  
—  Bosch	
  desarrolló	
  el	
  "Controller	
  Area	
  Network"	
  (CAN),	
  estandarizado	
  
    internacionalmente	
  (ISO	
  11898)	
  




                                                                                                                                 Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                                                      y Automática
   ¡  Numerosos	
  fabricantes	
  producen	
  hoy	
  en	
  día	
  chips	
  con	
  este	
  estándar	
  
—  Usando	
  CAN,	
  controladores,	
  sensores	
  y	
  actuadores	
  son	
  conectados	
  por	
  un	
  bus	
  
    serie.	
  El	
  bus	
  consiste	
  en	
  un	
  circuito	
  simétrico	
  o	
  asimétrico	
  de	
  dos	
  cables,	
  que	
  
    pueden	
  estar	
  apantallados	
  o	
  no	
  
   ¡  Detecta	
  y	
  corrige	
  errores	
  de	
  transmisión	
  causados	
  por	
  interferencias	
  electromagnéHcas	
  
   ¡  Gran	
  configulabilidad	
  del	
  sistema	
  global	
  
   ¡  Posibilidad	
  de	
  centralizar	
  las	
  funciones	
  de	
  diagnósHco	
  
—  El	
  uso	
  de	
  CAN	
  en	
  vehículos	
  permite	
  a	
  cualquier	
  estación	
  comunicarse	
  con	
  
    cualquier	
  otra	
  sin	
  que	
  suponga	
  gran	
  carga	
  adicional	
  para	
  el	
  controlador.	
  
CAN:	
  Controller	
  Area	
  Network	
  (III)	
  




                                                     Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                          y Automática
CAN:	
  Controller	
  Area	
  Network	
  (IV)	
  
—  Los	
  principios	
  del	
  intercambio	
  de	
  datos	
  son:	
  
    ¡  Cuando	
  los	
  datos	
  son	
  transmiHdos	
  por	
  CAN	
  no	
  se	
  direcciona	
  ninguna	
  estación,	
  sino	
  que	
  el	
  
        contenido	
  del	
  mensaje	
  (por	
  ej:	
  rpm	
  o	
  temperatura	
  del	
  motor)	
  es	
  designado	
  por	
  un	
  
        iden<ficador	
  que	
  es	
  único	
  en	
  la	
  red	
  
    ¡  El	
  iden<ficador	
  define,	
  no	
  solo	
  el	
  contenido,	
  sino	
  la	
  prioridad	
  del	
  mensaje.	
  Esto	
  es	
  
        importante	
  a	
  la	
  hora	
  de	
  reparHr	
  el	
  acceso	
  al	
  bus	
  entre	
  varias	
  estaciones	
  que	
  intentan	
  
        uHlizarlo	
  al	
  mismo	
  Hempo	
  




                                                                                                                                                         Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                                                                              y Automática
—  Si	
  la	
  CPU	
  de	
  un	
  sistema	
  desea	
  enviar	
  un	
  mensaje	
  a	
  una	
  o	
  más	
  estaciones:	
  
    ¡  Pasa	
  el	
  dato	
  a	
  ser	
  transmi<do	
  junto	
  con	
  su	
  iden<ficador	
  al	
  chip	
  CAN	
  correspondiente	
  
        ("Make	
  Ready")	
  
    ¡  A	
  parHr	
  de	
  ahí	
  es	
  este	
  chip	
  el	
  que	
  se	
  encarga	
  de	
  construir	
  y	
  transmi<r	
  el	
  mensaje	
  
    ¡  Tan	
  pronto	
  como	
  el	
  chip	
  CAN	
  recibe	
  la	
  asignación	
  del	
  bus	
  ("Send	
  Menssage")	
  todas	
  las	
  
        otras	
  estaciones	
  de	
  la	
  red	
  CAN	
  se	
  convierten	
  en	
  receptores	
  de	
  este	
  mensaje	
  ("Receive	
  
        Message")	
  
    ¡  Cada	
  estación	
  de	
  la	
  red	
  CAN	
  que	
  ha	
  recibido	
  el	
  mensaje	
  correctamente,	
  lleva	
  a	
  cabo	
  un	
  test	
  
        de	
  aceptación	
  para	
  ver	
  si	
  el	
  dato	
  recibido	
  es	
  relevante	
  para	
  esa	
  estación	
  ("Select")	
  
    ¡  Si	
  los	
  datos	
  son	
  relevantes	
  para	
  una	
  estación	
  en	
  concreto,	
  éstos	
  son	
  procesados	
  ("Accept"),	
  
        de	
  lo	
  contrario	
  son	
  ignorados.	
  
CAN:	
  Controller	
  Area	
  Network	
  (V)	
  
—  Como	
  resultado	
  del	
  esquema	
  de	
  direccionamiento	
  orientado-­‐al-­‐
    contenido	
  se	
  consigue	
  un	
  alto	
  grado	
  de	
  flexibilidad	
  en	
  la	
  configuración	
  
    del	
  sistema	
  
—  Es	
  muy	
  fácil	
  añadir	
  estaciones	
  a	
  una	
  red	
  CAN	
  existente,	
  sin	
  necesidad	
  
    de	
  ninguna	
  modificación	
  hardware	
  o	
  sogware	
  en	
  las	
  estaciones	
  
    existentes;	
  a	
  condición	
  de	
  que	
  las	
  nuevas	
  estaciones	
  sean	
  puramente	
  




                                                                                                                   Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                                        y Automática
    receptoras	
  
—  Gracias	
  a	
  que	
  el	
  protocolo	
  de	
  transmisión	
  de	
  datos	
  no	
  requiere	
  la	
  
    dirección	
  msica	
  de	
  desHno	
  de	
  los	
  componentes	
  individuales,	
  el	
  sistema	
  
    es	
  capaz	
  de	
  soportar	
  el	
  concepto	
  de	
  electrónica	
  modular	
  a	
  la	
  vez	
  que	
  
    permite	
  la	
  recepción	
  múlHple	
  (broadcast,	
  mulHcast);	
  así	
  como	
  la	
  
    sincronización	
  de	
  procesos	
  distribuidos	
  
—  De	
  esta	
  forma	
  las	
  medidas	
  que	
  son	
  necesarias	
  como	
  información	
  para	
  
    varios	
  controladores	
  pueden	
  ser	
  transmi<das	
  vía	
  red	
  y	
  así	
  es	
  
    innecesario	
  que	
  cada	
  controlador	
  tenga	
  su	
  propio	
  sensor.	
  	
  
AS-­‐Interface	
  (I)	
  
•  IniciaHva	
  europea.	
  
•  	
  Subbus	
  de	
  muy	
  bajo	
  coste,	
  bus	
  de	
  transductores.	
  
•  	
  Reduce	
  problemas	
  de	
  conexionado,	
  diagnósHcos	
  a	
  nivel	
  de	
  
   disposiHvo.	
  
•  	
  Pasarelas	
  de	
  interfase	
  con	
  Profibus,	
  DeviceNet,	
  CAN,	
  Interbus-­‐S	
  y	
  




                                                                                                        Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                             y Automática
   WorldFIP.	
  
AS-­‐Interface	
  (II)	
  
•  AS-­‐Interface	
  en	
  la	
  jerarquía	
  de	
  automaHzación	
  
  •  Complemento	
  para	
  todos	
  los	
  sistemas	
  de	
  campo	
  
    Nivel de control
                                      Maestro




                                                                                   Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                        y Automática
    Nivel de campo:
    CAN      DeviceNet          FIP             Interbus Profibus etc.




  Esclavo   Esclavo   Esclavo    Esclavo   Esclavo   Esclavo   Esclavo   Esclavo


       Sensores y actuadores
AS-­‐Interface	
  (III).	
  La	
  variante	
  de	
  
 instalación	
  
                         M1   M2   M3


        C1
              C2

                                        Maestro

              C3




                                                                                                Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                     y Automática
         C4




con	
  mazo	
  de	
  cables	
                     con	
  AS-­‐Interface	
  
                                                  •        Menos	
  espacio	
  
                                                  •        Menos	
  material	
  
                                                  •        Más	
  claridad	
  organizaHva	
  

                                                       	
  	
  
AS-­‐Interface	
  (IV).	
  Conexionado	
  
—  Cable	
  plano	
  codificado	
  protegido	
  
    contra	
  polaridad	
  incorrecta	
  	
  
   ¡  IdénHca	
  tecnología	
  para	
  transmisión	
  a	
  través	
  de	
       Cable plano protegido contra
                                                                                     polaridad incorrecta
       AS-­‐Interface	
  y	
  para	
  alimentación	
  auxiliar	
  




                                                                                                                  Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                                       y Automática
—  	
  Técnica	
  de	
  penetración	
  
   ¡  contactado	
  seguro	
  y	
  sencillo	
  
   ¡  grado	
  de	
  protección	
  elevado	
  IP67,	
  incluso	
  
       después	
  de	
  reHrar	
  la	
  conexión	
  
—  Conexión	
  sencilla	
  y	
  directa	
  de	
  
    sensores/actuadores	
  o	
  módulos	
  
                                                                               Cuchillas de     Electromecánica
                                                                               penetración        AS-Interface
AS-­‐Interface	
  (V).	
  Comunicación	
  
 Controlador



     Maestro
                          Llamadas a maestro:




                                                                                      Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                           y Automática
                  Slave 1            Slave 2            Slav e 31          Slav e 1



                Slave 1           Sl ave 2            Slave 31          Sla ve 1




                    Respuestas de esclavo:

Para el usuario: sin programación; sin configuración - ¡¡basta con la dirección!!
AS-­‐Interface	
  (VI):	
  Principales	
  datos	
  
•  Principio	
  maestro-­‐esclavo	
                         •  Cable	
  bifilar	
  sin	
  apantallar	
  
•  Hasta	
  31	
  esclavos	
  acoplados	
  a	
              •  Información	
  y	
  alimentación	
  
   un	
  mismo	
  cable	
                                      eléctrica	
  a	
  través	
  de	
  un	
  mismo	
  
•  Hasta	
  4	
  entradas	
  +4	
  salidas	
  por	
  	
        cable	
  
   esclavo	
  (hasta	
  248	
  entradas	
  y	
              •  Longitud	
  de	
  cable	
  100	
  m	
  (300	
  m	
  




                                                                                                                      Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                                           y Automática
   salidas	
  binarias	
  por	
  cada	
  red)	
                con	
  repeHdores/prolongadores)	
  	
  
•  Además	
  4	
  bits	
  de	
  parámetros	
                •  Estructura	
  de	
  árbol	
  libre	
  de	
  la	
  
•  Son	
  posibles	
  E/S	
  analógicas	
                      red	
  
•  Configuración	
  electrónica	
  de	
  la	
  	
            •  Grado	
  de	
  protección	
  hasta	
  IP67	
  
   dirección	
  a	
  través	
  del	
  	
                    •  Tiempo	
  de	
  ciclo	
  <	
  5	
  ms	
  
   acoplamiento	
  a	
  bus	
                               •  Protección	
  contra	
  errores	
  muy	
  
                                                               eficaz	
  
AS-­‐Interface	
  (VII):	
  Elevada	
  inmunidad	
  a	
  
interferencias	
  
   •  Cada	
  telegrama	
  de	
  AS-­‐Interface	
  se	
  supervisa	
  en	
  el	
  receptor	
  en	
  
      lo	
  que	
  respecta	
  al	
  bit	
  de	
  paridad	
  y	
  a	
  diversas	
  otras	
  
      magnitudes	
  independientes.	
  
   •  Queda	
  garanHzada	
  una	
  seguridad	
  extremadamente	
  elevada	
  




                                                                                                           Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                                y Automática
      en	
  la	
  detección	
  de	
  errores	
  que	
  aparecen	
  una	
  sola	
  vez	
  y	
  
      múlHples	
  veces.	
  
   •  Una	
  repeHción	
  de	
  telegrama	
  requiere	
  150	
  µs	
  y	
  se	
  incluye	
  en	
  el	
  
      Hempo	
  de	
  ciclo	
  de	
  5	
  ms.	
  
   •  La	
  uHlización	
  del	
  AS-­‐Interface	
  en	
  entornos	
  con	
  fuertes	
  
      interferencias	
  (p.ej.,	
  en	
  sistemas	
  de	
  soldadura,	
  converHdores	
  
      de	
  frecuencia)	
  puede	
  hacerse	
  sin	
  problemas.	
  
¿Qué	
  se	
  puede	
  ahorrar	
  con	
  el	
  AS-­‐
Interface?	
  (VIII)	
  
                  Hardware	
                                    Esfuerzos/costes	
  
•    Tarjetas	
  E/S	
  en	
  el	
  PLC,	
  PC	
      •    Tiempo	
  de	
  instalación	
  más	
  corto	
  	
  
•    Armario	
  eléctrico	
  más	
  pequeño	
         •    Tiempo	
  de	
  inspección	
  más	
  corto	
  
•    Prensaestopas	
  PG	
                            •    Puesta	
  en	
  servicio	
  más	
  rápida	
  




                                                                                                                 Automática 09/10. Ing. de Sistemas
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•    Conectores	
  múlHples	
                         •    Menos	
  Hempo	
  para	
  la	
  elaboración	
  
•    Canales	
  de	
  cables,	
  traviesas	
               de	
  esquemas	
  
•    Anillos	
  rozantes/cables	
  arrastrables	
     •    Menos	
  esfuerzos	
  para	
  idenHficación	
  
•    Cajas	
  de	
  bornes	
                               de	
  cables	
  y	
  bornes	
  
•    Bornes	
  de	
  organización	
  	
               •    Documentación	
  más	
  sencilla	
  
•    Cables/cableado	
                                •    DiagnósHco	
  más	
  rápido	
  
                                                      •    Tiempos	
  de	
  mantenimiento	
  más	
  
                                                           cortos	
  
El	
  bene(icio	
  adicional	
  gracias	
  a	
  
AS-­‐Interface	
  (IX)	
  
•  Prevención	
  de	
  errores	
  de	
  cableado	
  
•  Ampliación	
  sin	
  modificación	
  del	
  armario	
  eléctrico	
  
•  Ampliación	
  en	
  cualquier	
  punto	
  de	
  la	
  red	
  
•  Instalación,	
  en	
  parte,	
  posible	
  por	
  personas	
  sin	
  




                                                                                                   Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                        y Automática
   conocimientos	
  eléctricos	
  
•  Preelaboración	
  de	
  la	
  instalación	
  en	
  fábrica	
  en	
  vez	
  de	
  en	
  el	
  
   lugar	
  de	
  obra	
  
                                          ¡Inicio avanzado de la producción,
                                                 menos capital muerto!
AS-­‐Interface	
  (X)	
  Aplicaciones	
  
•  Sistema	
  de	
  bajo	
  coste	
  
•  Sistema	
  de	
  que	
  funcione	
  de	
  manera	
  fiable	
  y	
  segura	
  
   incluso	
  en	
  las	
  condiciones	
  más	
  adversas	
  
•  Sistema	
  de	
  que	
  pueda	
  trabajar	
  en	
  <empo	
  real	
  




                                                                                  Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                       y Automática
•  Sistema	
  de	
  aplicación	
  universal	
  
•  Sistema	
  de	
  instalación	
  sencilla	
  y	
  	
  flexible	
  
•  Sistema	
  de	
  ampliación	
  rápida	
  y	
  flexible.	
  
Pro(ibus	
  (PROcess	
  Field	
  BUS	
  )	
  (I)	
  
•  Es	
  una	
  red	
  de	
  altas	
  prestaciones	
  para	
  niveles	
  de	
  campo	
  y	
  
   de	
  célula	
  
•  Impulsado	
  por	
  fabricantes	
  alemanes	
  en	
  1987	
  	
  
•  Desarrollado	
  por	
  fabricantes	
  y	
  usuarios	
  




                                                                                                Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                     y Automática
•  En	
  1991	
  estándar	
  en	
  Alemania	
  DIN	
  19245	
  
•  Norma	
  europea	
  EN	
  50170	
  en	
  1996	
  
•  Amplia	
  implantación	
  en	
  el	
  mercado	
  europeo:	
  alrededor	
  
   de	
  1.000.000	
  nodos	
  instalados	
  mundialmente.	
  41%	
  del	
  
   mercado	
  de	
  buses	
  de	
  campo	
  en	
  Europa,	
  según	
  ConsulHc.	
  	
  
Pro(ibus	
  (II).	
  Localización	
  
    Nivel 4:
    Corporativo Ethernet
      Industrial
                                Estaciones de trabajo, PC
    Nivel 3:
    Sistema




                                                                  Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                       y Automática
                                                Cell level
    Nivel 2-A: Área                             PLC, PC
    Nivel 2-B: Célula                       PLC, PC




                                                       PROFIBUS
                                        PLC, PC,CNC
    Nivel 1: Campo                            micros


    Nivel 0:                                Actuadores,
    Dispositivo                               sensores
Pro(ibus	
  (III).	
  Características	
  
•  Bus	
  de	
  campo	
  serie	
  
•  Interconecta	
  disposi<vos	
  de	
  campo:	
  sensores,	
  actuadores,	
  	
  PLC,	
  
   CN,	
  etc.	
  
•  Dos	
  Hpos	
  de	
  estaciones:	
  
   •  AcHvas	
  (master)	
  




                                                                                             Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                  y Automática
   •  Pasivas	
  (slave)	
  
•  Paso	
  de	
  tesHgo	
  entre	
  parHcipantes	
  acHvos	
  
•  Maestro-­‐esclavo	
  entre	
  nodos	
  asociados	
  
Pro(ibus	
  (IV):	
  Método	
  de	
  acceso	
  al	
  
medio	
  
                                  Paso de testigo entre participantes activos
                              Anillo lógico de paso de testigo




                                                                                     Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                          y Automática
                Ea                     Ea                        Ea



                                                 PROFIBUS



       Ep        Ep              Ep                              Ep




       Ea   Estación activa                                  Maestro-esclavo entre
                                                             estación activa y sus
       Ep   Estación pasiva
                                                             pasivos asociados
Pro(ibus	
  (V):	
  Método	
  de	
  acceso	
  al	
  
medio	
  




                                                       Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                            y Automática
Pro(ibus	
  FMS,	
  DP,	
  PA	
  (I)	
  




Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                     y Automática
Pro(ibus	
  FMS,	
  DP,	
  PA	
  (II)	
  
                                 PROFIBUS-­‐FMS	
                   PROFIBUS-­‐DP	
                     PROFIBUS-­‐PA	
  

Aplicación	
                     Área	
  de	
  célula	
             Área	
  de	
  campo	
               Área	
  de	
  campo	
  
Estándar	
                       EN	
  50	
  170	
                  EN	
  50	
  170	
                   IEC	
  1158-­‐2	
  
Disposi<vos	
  conectables	
     PLC,	
  PC,	
  Disp.	
  prog	
     PLC,	
  PC,	
  disp.	
  prog,	
     PLC,	
  PC,	
  disp.	
  prog,	
  




                                                                                                                                            Automática 09/10. Ing. de Sistemas
                                                                                                                                                                 y Automática
                                                                    disposiHvos	
  de	
  campo	
        disposiHvos	
  de	
  campo	
  
                                                                    analógicos	
  y	
  digitales,	
     analógicos	
  y	
  digitales,	
  
                                                                    controladores,	
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       controladores,	
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                               OPs	
  
T.	
  reacción	
                 Menos	
  de	
  60	
  ms	
          1-­‐5	
  ms	
                       Menos	
  de	
  60	
  ms	
  


Extensión	
                      Sobre	
  100	
  km	
               Sobre	
  100	
  km	
                Máx	
  1.9	
  km	
  


Velocidad	
  transmisión	
       9.6	
  kbit/s	
                    9.6	
  kbit/s	
                     31.25	
  kbit/	
  s	
  
                                 12	
  Mbit/s	
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  • 1. Comunicaciones  en  Fabricación   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática
  • 2. MAP:  Manufacturing  Automation  Protocol   •  Grupo  de  trabajo  creado  en  1980  por  General  Motors   •  Estandarizar  las  redes  de  comunicación  en  sus  fábricas   •  Incluía  a  los  suministradores  computadores  y  equipos  de  control   •  Se  ha  coordinado  con  ISO-­‐OSI  buscando  la  máxima   conformidad   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  Especifica  perfiles  (conjuntos  coherentes  de  protocolos  y  opciones   seleccionados  entre  los  múlHples  estándares  ISO-­‐OSI)  que  saHsfacen  los   requerimientos  de  una  cierta  área  de  aplicación,  garanHzando  su   interoperabilidad.     •  UlHma  versión  MAP  3.0,  año  1987   •  Suplementos  en  1991  y  1993   •  Grupo  de  usuarios  de  MAP  y  TOP   •  Incluye  usuarios  finales  y  suministradores    de  equipos  de  fabricación.  
  • 3. MAP:  Manufacturing  Automation  Protocol   •  Dos  perfiles  MAP  3.0   •  FullMAP  (MAP  completo)   •  Perfil  de  7  capas  conforme  con  OSI   •  MiniMAP   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  Perfil  de  3  capas  (Física,  Enlace  de  Datos,  Aplicación)   •  No  conforme  con  OSI   •  Aplicaciones  de  <empo  de  respuesta  crí<co   •  Desarrollo  importante  en  Japón  en  el  proyecto  FAIS      (Factory  Automa,on  Interconnec,on  System)   •  MiniMAP  se  aproxima  a  los  perfiles  de  los  buses  de  campo   como  PROFIBUS,  aunque  con  notables  diferencias  
  • 4. Per(il  MAP  Completo   Servicios de Gestión FTAM MMS 7 directorio de Red ACSE 6 ISO Presentación - Núcleo 5 ISO Sesión-Núcleo Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática 4 ISO Transporte - Clase IV 3 ISO Red-CLNS LLC - IEEE 802.0 Clase I 2 Token Bus CSMA/CD IEEE 802.4 802.3 Carrierband BroadBand BroadBand Baseband 5 Mbps 10 Mbps 10 Mbps 10 Mbps 1 75 oh. Coax FO 75 oh. Coax FO 75 oh. Coax FO TP
  • 5. Componentes  de  MAP  3.0  Completo     •  Capa  Física  y  Subcapa  MAC   •  Dos  Hpos  de  redes:  IEEE  802.4  (Token  Bus)  e  IEEE  802.3  (Ethernet)   •  IEEE  802.3  se  añade  como  suplemento  en  1993  debido  a  su  amplia   difusión  en  las  plantas  industriales  de  Europa.   •  Subcapa  LLC   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  Clase  de  servicio  III  dentro  de  IEEE  802.2   •  Servicios  de  Tipo  1:  Sin  conexión  y  sin  acuse  de  recibo   •  Servicios  de  Tipo  3:  Sin  conexión  y  con  acuse  de  recibo   •  Capa  de  aplicación   •  MMS:  (Manufacturing  Message  Specifica,on)  comunicación  entre   disposi<vos  de  fabricación  programables  (PLCs,  robots,  CNCs,  etc.)  
  • 6. Nota  sobre  clases  de  servicio  en  LLC   •  Orientado  a  no  conexión  –  Tipo  1  –  Servicio  de  datagramas  (1980)   •  No  establece  conexión  lógica  entre  las  estaciones   •  Cada  unidad  de  datos  se  envía  de  manera  independiente   •  No  hay  control  de  flujo  ni  de  secuencia  ni  de  errores  en  LLC   •  No  hay  confirmación  de  recepción     •  Estaciones  de  Clase  I   •  Orientado  a  conexión  –  Tipo  2  –  Servicio  de  circuitos  virtuales  (1980)   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  Requiere  conexión  previa  al  intercambio,  desconexión  posterior   •  Incluye  control  de  flujo  y  recuperación  de  errores   •  Estaciones  de  Clase  II   •  Orientado  a  no  conexión  y  confirmado  –  Tipo  3  –  Servicio  de  datagramas  asenHdos   (añadida  en  1987)   •  Híbrido  de  las  dos  anteriores   •  No  establece  conexión,  pero  incluye  confirmación  de  cada  unidad  enviada   •  Incluyen  modo  de  operación  <po  1   •  Estaciones  de  Clase  III   •  Enlace  libre  de  errores  sin  la  complejidad  del  Tipo  2,  y  evitando  sobrecarga  en  niveles   superiores  como  en  el  Hpo  1   •  Ej.:  Envío  rápido  de  información  con  constancia  de  llegada  al  lugar  adecuado  (alarma).  
  • 7. MMS  (Manufacturing  Message  Speci5ication)   •  Comunicación  entre  disposiHvos  inteligentes,  ISO  9506.   •  Maneja  en<dades  conceptuales  (“objetos”)  que  existen  en   un  disposiHvo.  Pueden  ser:  variables,  programas,   mecanismos  de  sincronización,  …   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  Define  servicios  de  comunicación  para  manipular  objetos  de   forma  remota.   •  Permite  la  comunicación  sin  computadores  ni  sogware   intermedio  de  disposiHvos  de  campo.   •  Acceder  y  manipular  objetos   •  Respuestas  de  los  disposiHvos   •  Ventajas:  Sistema  de  interconexión  abierto   •  Inconveniente:  Número  máximo  de  equipos  
  • 8. Per(il  MiniMAP     •  MAP  completo  no  saHsface  las  necesidades  de   comunicación  entre  aplicaciones  de  fabricación  con   <empo  de  respuesta  crí<co     •  Se  eliminan  las  capas  3  a  6  de  MAP  perdiendo  algunas   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática funcionalidades:   •  Tamaño  máximo  de  los  mensajes,  no  se  permite   defragmentación  al  no  haber  capa  de  transporte   •  MiniMAP  debe  limitarse  a  una  única  subred  al  no  haber  capa  de   red   •  Fiabilidad  con  el  servicio  de  Clase  III  en  la  subcapa  LLC  (sin   conexión,  con  acuse  de  recibo)   •  Formatos  de  mensaje  fijos  al  no  haber  capa  de  presentación  
  • 9.   La  Pirámide  de  Automatización   (niveles  CIM)   Nivel 4: corporativo Estaciones de trabajo, PC Nivel 3: Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática sistema Nivel 2: PLC, PC área y célula Nivel 1: PLC, PC, CNC Campo micros Nivel 0: Actuadores, Dispositivo sensores
  • 10. Requisitos  de  cada  nivel   Nivel corporativo y de sistema Cantidad de Tiempo de Frecuencia de datos respuesta transmisiones Nivel Mbyte Minutos / Días/ horas corporativo y segundos de sistema Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática Nivel de Kbyte 100 ms - 1 s Segundos/ célula minutos Nivel de Byte 10 ms - 100 ms Segundos/ campo millisegundos Nivel de Bit Millisegundos Millisegundos dispositivo
  • 11. Especi(icaciones:  niveles  de   abstracción   Protocolo Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática Aumento de detalle en Servicios la especificación / Disminución del grado de abstracción. Arquitectura
  • 12. Introducción  a  los  buses  de   campo   —  La  necesidad  de  hacer  el  problema  de  automa<zación  más  asequible  da   lugar  a  que  ésta  se  plantee  por  zonas;  siendo  controlada  cada  una  de  las   mismas  de  forma  independiente  por  un  equipo  informáHco  específico   (un  microprocesador,  un  microcontrolador  o  un  autómata)   —  Sin  embargo  esta  división  por  zonas  Hene  el  grave  inconveniente  de   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática dificultar  la  coordinación  del  conjunto.     —  Con  objeto  de  subsanar  esta  limitación  las  redes  de  comunicación  han   acabado  por  entrar  en  las  fábricas;  permiHendo  la  integración  total  de   las  diferentes  partes  de  las  instalaciones  industriales   —  Las  redes  locales  más  uHlizadas  en  la  industria  se  pueden  analizar   dividiéndolas  en  dos  grandes  bloques:     1.  Las  redes  de  propósito  general  que  pueden  ser  uHlizadas  en  este  Hpo  de   entornos   2.  Los  buses  de  campo  y  las  redes  uHlizadas  a  bajo  nivel  
  • 13. Introducción  a  los  buses  de   campo   Control de Bus de proceso campo Bus de Tipo de dispositivo •  Fieldbus control •  WorldFIP •  Profibus PA Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  CAN •  ControlNet Buses de •  DeviceNet Sensor •  LonWorks •  Profibus DP Control •  AS-i •  Interbus Lógico •  LonWorks •  Seriplex Dispositivos simples Dispositivos potentes Prestaciones / Coste Diferentes  posibilidades  de  conexionado  en  campo.  
  • 14. Introducción  a  los  buses  de  campo   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática Conexionado en campo.
  • 15. Características  de  los  buses  de   campo   •  Medio  msico   •  Topología   •  Tipo  de  transmisión   •  Método  de  acceso  al  medio   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  Velocidad  de  transferencia   •  Distancias  medias   •  Número  de  equipos  de  proceso  conectables  
  • 16. Características  de  los  buses  de   campo   •  Restricciones  del  entorno   •  Alimentación  de  los  equipos  conectados   •  Número  de  sensores  y  actuadores   •  Distancias   •  Perturbaciones  electromagnéHcas   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  Elementos  móviles   •  Estanqueidad   •  Entorno  hosHl  (sal,  agua,  ácido,  …)   •  Entorno  explosivo  
  • 17. Características  de  los  buses  de   campo   •  Restricciones  de  <empo   •  Tiempo  máximo  de  respuesta,  en  función  del  número  de  E/S   •  Datos  necesarios  para  la  aplicación  (velocidad  de  transferencia)   •  DeterminísHco:  Hempo  máximo  de  respuesta  conocido   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática
  • 18. Buses  de  campo   •  Modbus   •  WorldFip   •  Interbus  (Phoenix-­‐Contact)   •  CAN   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  DeviceNet  (Allen  Bradley)   •  LonWorks   •  FoundaHon  Fielbus   •  AS-­‐Interface   •  Profibus  (Siemens)   •  FIPIO  (Telemecánica)  
  • 19. Situación  actual  de  los  buses  de   campo   Sector   Principales  buses  de  campo   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática Fab.  Automóviles  y   CAN,  DeviceNet,  Interbus-­‐S,  AS-­‐I   maquinaria   Plantas  de  proceso   FoundaHon  Fieldbus,  Modbus,  WorldFIP,  Profibus   DomóHca   LonWorks  
  • 20. Ejemplos  de  redes  industriales   •  Bus  de  campo  (célula):     •  Modbus,  FoundaHon  Fielbus,  Profibus,  WorldFIP   •  Bus  de  campo  (disposiHvo):   •  DeviceNet,  Profibus,  Interbus-­‐S,  WorldFIP   •  Bus  sensor/actuador:   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  AS-­‐interface,  CAN,  LonWorks  
  • 21. MODBUS  (I)   —  Diseñado  por  MODICON  INC.     —  Aparece  para  facilitar  la  conexión  de  forma  distribuida  de   PLCs.   —  Usado  principalmente  en  América   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática —  CaracterísHcas   ¡ Medio  msico  de  conexión:     ÷  RS-­‐485,    RS-­‐422  o  fibra  ópHca   ¡ Velocidad  de  transmisión:  75  a  19,2  Kbps   ¡ Distancia:    hasta  1200  m  sin  repeHdores   ¡ Un  maestro  y  hasta  247  esclavos   ¡ Topología:  bus  lineal   ¡ Interconecta  disposiHvos  de  campo:    PLCs   ¡ Protocolo  de  comunicaciones  maestro-­‐esclavo  
  • 22. MODBUS  (II):Método  de  acceso  al   medio   Pregunta/Respuesta   Maestro Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática .... Esclavos Difusión   Maestro .... Esclavos
  • 23. MODBUS  (III)   •  Sólo  el  maestro  puede  iniciar  la  comunicación   •  La  comunicación  se  estructura  en    transacciones:   •  Pregunta/respuesta   •  Mensaje  difundido   •  El  protocolo  fija  algunas  caracterísHcas:   •  la  forma  del  mensaje   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  secuencia  de  mensajes   •  gesHón  de  errores   •  funciones  a  realizar   •  Otras  caracterísHcas  son  seleccionables  por  el  usuario:   •  Medio  de  transmisión   •  Velocidad   •  Paridad   •  Número  de  bits  de  parada   •  Modo  de  transmisión  de  cada  estación  
  • 24. MODBUS    (IV):  Trama  de  mensaje   •  Mensaje  dentro  de  un  sobre:   •  dirección  del  receptor   •  función  a  realizar   •  datos   •  código  de  comprobación  de  errores   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  Respuesta  devuelta  en  el  mismo  sobre   Número Código CRC Subfunciones - datos esclavo operación 16 bits
  • 25. WorldFiP:  World  Factory  Instrumentation  Protocol   —  Impulsado  por  fabricantes  franceses   —  Recogido  en  la  norma  del  CENELEC  EN  50170  vol.  3   —  Capa  msica  según  la  norma  IEC  1158-­‐2   —  Diseñado  para  establecer  comunicaciones  entre  el  nivel  de  sensores/actuadores   y  el  nivel  de  unidades  de  proceso  (PLC,  controladores,  …)   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática —  Medio  msico  de  conexión:     ¡  par  trenzado  apantallado   —  Velocidad  de  transmisión:  31,5  Kbit/s  a  5  Mbit/s   —  Distancia  segmento:    hasta  1900  m     —  Nodos  por  segmento:  32   —  Topología:  bus  lineal   —  Acceso  al  bus:   ¡  Centralizado  (árbitro  de  bus)  
  • 26. DeviceNet   •  Impulsado  por  Allen  Bradley  (Rockwell)  (1994).  Actualmente  responsabilidad  del   ODVA  (Open  DeviceNet  Vendors  Associa,on).   •  Recogido  en  la  norma  ISO  11898  y  11519  (basado  en  CAN).  Estándar  EN  50323-­‐2.   •  Mismo  cable  para  alimentación  y  datos   •  Longitud  máxima  de  datos  por  trama  de  8  octetos   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  Inserción  de  elementos  en  caliente   •  Medio  msico  de  conexión:     •  par  trenzado   •  Velocidad  de  transmisión:  125,  250,  500  Kbit/s   •  Distancia  segmento:    hasta  500,  250,  100  m     •  Nodos  por  segmento:  64   •  Topología:  bus  lineal  con  derivaciones  de  hasta  6m.   •  Acceso  al  bus:   •  CSMA/CD  
  • 27. LonWorks:  Local  Operating  Network   •  Fuertemente  asentado  en  EE.UU.,  introduciéndose  en  Japón.   •  GesHón  técnica  de  edificios  (domó<ca).   •  Basado  en  control  distribuido.   •  Extremada  facilidad  de  uHlización.   •  Motorola  es  el  principal  proveedor  de  circuitos  integrados  de  interfase.   •  Modelo  OSI  completo.   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  Medio  msico  de  conexión:     •  par  trenzado,  fibra  ópHca,  red  eléctrica,  coaxial,  radio,  infrarrojos   •  Velocidad  de  transmisión:  78  Kbit/s  a  1,25  Mbit/s   •  Distancia  segmento:    2700-­‐130  m     •  Nodos  por  segmento:  64   •  Topología:  bus,  anillo,  libre   •  Acceso  al  bus:   •  PredicHve  p-­‐persistent  CSMA  
  • 28. LonWorks:  Local  Operating  Network   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática
  • 29. Foundation  Fieldbus  (I)   —  Usa  2  capas  _sicas,  en  función  de  las  necesidades   ¡ H1:    según  la  norma  IEC  61158   ¡  31.25  kbit/s,  generalmente  conectando  disposiHvos  de  campo   ¡  Comunicación  y  alimentación  sobre  par  trenzado   ¡ HSE  (High  Speed  Ethernet):  10  ó  100  Mbit/s   ¡  Actualmente  no  soporta  alimentación  en  el  cable,  pero  se  trabaja  en  ello   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática —  Alimentación  disponible  en  el  bus  (H1)   —  Capa  de  usuario:  define  una  interfase  a  través  de  un  conjunto  de   bloques  (AI,  AO,  DI,  DO,  PD,  PID,…)   —  FoundaHon  Fieldbus  define  un  set  de  bloques  funcionales  básicos  y  avanzados,  el  fabricante   decide  cuantos  incluir.   —  DisposiHvos   ¡ Enlace  maestro:  capaz  de  controlar  la  comunicación   ¡ DisposiHvo  básico   ¡ Puente:  conexión  H1-­‐HSE  
  • 30. Foundation  Fieldbus  (II)   •  Medio  msico  de  conexión:     •  par  trenzado  apantallado   •  Velocidad  de  transmisión:  31,5  Kbit/s  a  5  Mbit/s   •  Distancia  segmento:    hasta  1900  m     Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  Nodos  por  segmento:  32   •  Topología:  bus  lineal   •  Acceso  al  bus:   •  Centralizado  (árbitro  de  bus)  
  • 31. Foundation  Fieldbus  (III):  Bloques   Basic Specified Continuous Blocks Analog Input AI Reads analog input Analog Output AO Sends analog output Bias Gain B Scaling Control Selector CS Override control Manual Loader ML Manual Control PID Control PID PID Control PD Control PD PD only control Ratio Control RA Ratio Control Basic Specified Discrete Blocks Discrete Input DI Reads discrete input Discrete Output DO Sends discrete output
  • 32. Foundation  Fieldbus  (IV)   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática
  • 33. Interbus-­‐S  (I)   •  Impulsado  por  Phoenix  Contact  (Alemania),  recogido   en  la  norma  DIN  E19258  y  EN  50254.   •  Bus  serie  conecta  módulos  E/S  distribuidas  y   disposiHvos  de  automaHzación.   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  Maestro/esclavo   •  Longitud  de  mensaje  fija.   •  Longitud  total  13  Km   •  Aplicaciones:  sensor/actuador,  sistemas  de   producción,  ...  
  • 34. Interbus-­‐S  (II)   •  Medio  msico  de  conexión:     •  par  trenzado   •  Velocidad  de  transmisión:  500  Kbit/s     •  Distancia  segmento:    hasta  400  m     Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  Nodos  por  segmento:  256   •  Topología:  anillo  controlado  por  disposi<vo  central   o  tarjeta  de  control.   •  Acceso  al  bus:   •  Paso  de  tes<go  
  • 35. Bitbus  (I)   —  El  Bitbus  es  un  producto  Intel  y  fue  especificado  en  1984.  Se  desarrolló  para   garanHzar  el  intercambio  de  datos  entre  PCs  y  ordenadores  industriales   —  Este  sistema  de  bus  Hene  una  estructura  maestro/esclavo,  que  soporta  tanto   una  topología  de  bus  como  de  árbol  (con  repeHdores).  Otras  caracterísHcas:   ¡  Permite  comunicar  un  maestro  y  27  esclavos   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática ¡  Se  puede  alcanzar  una  velocidad  de  transferencia  de  62,5  Kbit/s  con  una  longitud  de  línea   de  1,2  km   ¡  Cuando  la  longitud  se  reduce  a  300  m,  la  velocidad  de  transferencia  puede  aumentar  a   375  Kbit/s   ¡  Los  datos  pueden  ser  transmiHdos  sobre  cable  de  par  trenzado  o  fibra  óp<ca   ¡  Se  accede  al  bus  por  elección  ("polling")   ¡  Son  necesarios  un  par  de  cables  adicionales  si  se  uHlizan  repeHdores   ¡  Pueden  ser  implementados  en  topología  mulHcapa  por  conexión  de  una  unidad  maestra  y   una  esclava  a  un  nodo.  
  • 36. CAN:  Controller  Area  Network  (I)   •  Impulsado  por  Bosch  (Alemania)  y  CiA  (CAN  in  AutomaHon).  Historia   •  Recogido  en  la  norma  ISO  11898/11519   •  Aplicación  en  la  industria  del  automóvil   •  Se  caracteriza  por  su  robustez.   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  Medio  msico  de  conexión:     •  par  trenzado   •  Velocidad  de  transmisión:  50  Kbit/s  a  1  Mbit/s   •  Distancia  segmento:    40-­‐  1000  m     •  Nodos  por  segmento:  127-­‐64   •  Topología:  bus  lineal   •  Acceso  al  bus:   •  CSMA/CD  con  arbitraje  de  bit  
  • 37. CAN:  Controller  Area  Network  (II)   —  Los  vehículos  poseen  canHdad  de  sistemas  electrónicos  de  control   —  Con  sistemas  convencionales  el  intercambio  de  datos  implica  la  necesidad  de   líneas  de  señal  dedicadas.  Esto  resulta  cada  vez  más  costoso  y  complicado.   —  Bosch  desarrolló  el  "Controller  Area  Network"  (CAN),  estandarizado   internacionalmente  (ISO  11898)   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática ¡  Numerosos  fabricantes  producen  hoy  en  día  chips  con  este  estándar   —  Usando  CAN,  controladores,  sensores  y  actuadores  son  conectados  por  un  bus   serie.  El  bus  consiste  en  un  circuito  simétrico  o  asimétrico  de  dos  cables,  que   pueden  estar  apantallados  o  no   ¡  Detecta  y  corrige  errores  de  transmisión  causados  por  interferencias  electromagnéHcas   ¡  Gran  configulabilidad  del  sistema  global   ¡  Posibilidad  de  centralizar  las  funciones  de  diagnósHco   —  El  uso  de  CAN  en  vehículos  permite  a  cualquier  estación  comunicarse  con   cualquier  otra  sin  que  suponga  gran  carga  adicional  para  el  controlador.  
  • 38. CAN:  Controller  Area  Network  (III)   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática
  • 39. CAN:  Controller  Area  Network  (IV)   —  Los  principios  del  intercambio  de  datos  son:   ¡  Cuando  los  datos  son  transmiHdos  por  CAN  no  se  direcciona  ninguna  estación,  sino  que  el   contenido  del  mensaje  (por  ej:  rpm  o  temperatura  del  motor)  es  designado  por  un   iden<ficador  que  es  único  en  la  red   ¡  El  iden<ficador  define,  no  solo  el  contenido,  sino  la  prioridad  del  mensaje.  Esto  es   importante  a  la  hora  de  reparHr  el  acceso  al  bus  entre  varias  estaciones  que  intentan   uHlizarlo  al  mismo  Hempo   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática —  Si  la  CPU  de  un  sistema  desea  enviar  un  mensaje  a  una  o  más  estaciones:   ¡  Pasa  el  dato  a  ser  transmi<do  junto  con  su  iden<ficador  al  chip  CAN  correspondiente   ("Make  Ready")   ¡  A  parHr  de  ahí  es  este  chip  el  que  se  encarga  de  construir  y  transmi<r  el  mensaje   ¡  Tan  pronto  como  el  chip  CAN  recibe  la  asignación  del  bus  ("Send  Menssage")  todas  las   otras  estaciones  de  la  red  CAN  se  convierten  en  receptores  de  este  mensaje  ("Receive   Message")   ¡  Cada  estación  de  la  red  CAN  que  ha  recibido  el  mensaje  correctamente,  lleva  a  cabo  un  test   de  aceptación  para  ver  si  el  dato  recibido  es  relevante  para  esa  estación  ("Select")   ¡  Si  los  datos  son  relevantes  para  una  estación  en  concreto,  éstos  son  procesados  ("Accept"),   de  lo  contrario  son  ignorados.  
  • 40. CAN:  Controller  Area  Network  (V)   —  Como  resultado  del  esquema  de  direccionamiento  orientado-­‐al-­‐ contenido  se  consigue  un  alto  grado  de  flexibilidad  en  la  configuración   del  sistema   —  Es  muy  fácil  añadir  estaciones  a  una  red  CAN  existente,  sin  necesidad   de  ninguna  modificación  hardware  o  sogware  en  las  estaciones   existentes;  a  condición  de  que  las  nuevas  estaciones  sean  puramente   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática receptoras   —  Gracias  a  que  el  protocolo  de  transmisión  de  datos  no  requiere  la   dirección  msica  de  desHno  de  los  componentes  individuales,  el  sistema   es  capaz  de  soportar  el  concepto  de  electrónica  modular  a  la  vez  que   permite  la  recepción  múlHple  (broadcast,  mulHcast);  así  como  la   sincronización  de  procesos  distribuidos   —  De  esta  forma  las  medidas  que  son  necesarias  como  información  para   varios  controladores  pueden  ser  transmi<das  vía  red  y  así  es   innecesario  que  cada  controlador  tenga  su  propio  sensor.    
  • 41. AS-­‐Interface  (I)   •  IniciaHva  europea.   •   Subbus  de  muy  bajo  coste,  bus  de  transductores.   •   Reduce  problemas  de  conexionado,  diagnósHcos  a  nivel  de   disposiHvo.   •   Pasarelas  de  interfase  con  Profibus,  DeviceNet,  CAN,  Interbus-­‐S  y   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática WorldFIP.  
  • 42. AS-­‐Interface  (II)   •  AS-­‐Interface  en  la  jerarquía  de  automaHzación   •  Complemento  para  todos  los  sistemas  de  campo   Nivel de control Maestro Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática Nivel de campo: CAN DeviceNet FIP Interbus Profibus etc. Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Sensores y actuadores
  • 43. AS-­‐Interface  (III).  La  variante  de   instalación   M1 M2 M3 C1 C2 Maestro C3 Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática C4 con  mazo  de  cables   con  AS-­‐Interface   •  Menos  espacio   •  Menos  material   •  Más  claridad  organizaHva      
  • 44. AS-­‐Interface  (IV).  Conexionado   —  Cable  plano  codificado  protegido   contra  polaridad  incorrecta     ¡  IdénHca  tecnología  para  transmisión  a  través  de   Cable plano protegido contra polaridad incorrecta AS-­‐Interface  y  para  alimentación  auxiliar   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática —   Técnica  de  penetración   ¡  contactado  seguro  y  sencillo   ¡  grado  de  protección  elevado  IP67,  incluso   después  de  reHrar  la  conexión   —  Conexión  sencilla  y  directa  de   sensores/actuadores  o  módulos   Cuchillas de Electromecánica penetración AS-Interface
  • 45. AS-­‐Interface  (V).  Comunicación   Controlador Maestro Llamadas a maestro: Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática Slave 1 Slave 2 Slav e 31 Slav e 1 Slave 1 Sl ave 2 Slave 31 Sla ve 1 Respuestas de esclavo: Para el usuario: sin programación; sin configuración - ¡¡basta con la dirección!!
  • 46. AS-­‐Interface  (VI):  Principales  datos   •  Principio  maestro-­‐esclavo   •  Cable  bifilar  sin  apantallar   •  Hasta  31  esclavos  acoplados  a   •  Información  y  alimentación   un  mismo  cable   eléctrica  a  través  de  un  mismo   •  Hasta  4  entradas  +4  salidas  por     cable   esclavo  (hasta  248  entradas  y   •  Longitud  de  cable  100  m  (300  m   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática salidas  binarias  por  cada  red)   con  repeHdores/prolongadores)     •  Además  4  bits  de  parámetros   •  Estructura  de  árbol  libre  de  la   •  Son  posibles  E/S  analógicas   red   •  Configuración  electrónica  de  la     •  Grado  de  protección  hasta  IP67   dirección  a  través  del     •  Tiempo  de  ciclo  <  5  ms   acoplamiento  a  bus   •  Protección  contra  errores  muy   eficaz  
  • 47. AS-­‐Interface  (VII):  Elevada  inmunidad  a   interferencias   •  Cada  telegrama  de  AS-­‐Interface  se  supervisa  en  el  receptor  en   lo  que  respecta  al  bit  de  paridad  y  a  diversas  otras   magnitudes  independientes.   •  Queda  garanHzada  una  seguridad  extremadamente  elevada   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática en  la  detección  de  errores  que  aparecen  una  sola  vez  y   múlHples  veces.   •  Una  repeHción  de  telegrama  requiere  150  µs  y  se  incluye  en  el   Hempo  de  ciclo  de  5  ms.   •  La  uHlización  del  AS-­‐Interface  en  entornos  con  fuertes   interferencias  (p.ej.,  en  sistemas  de  soldadura,  converHdores   de  frecuencia)  puede  hacerse  sin  problemas.  
  • 48. ¿Qué  se  puede  ahorrar  con  el  AS-­‐ Interface?  (VIII)   Hardware   Esfuerzos/costes   •  Tarjetas  E/S  en  el  PLC,  PC   •  Tiempo  de  instalación  más  corto     •  Armario  eléctrico  más  pequeño   •  Tiempo  de  inspección  más  corto   •  Prensaestopas  PG   •  Puesta  en  servicio  más  rápida   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  Conectores  múlHples   •  Menos  Hempo  para  la  elaboración   •  Canales  de  cables,  traviesas   de  esquemas   •  Anillos  rozantes/cables  arrastrables   •  Menos  esfuerzos  para  idenHficación   •  Cajas  de  bornes   de  cables  y  bornes   •  Bornes  de  organización     •  Documentación  más  sencilla   •  Cables/cableado   •  DiagnósHco  más  rápido   •  Tiempos  de  mantenimiento  más   cortos  
  • 49. El  bene(icio  adicional  gracias  a   AS-­‐Interface  (IX)   •  Prevención  de  errores  de  cableado   •  Ampliación  sin  modificación  del  armario  eléctrico   •  Ampliación  en  cualquier  punto  de  la  red   •  Instalación,  en  parte,  posible  por  personas  sin   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática conocimientos  eléctricos   •  Preelaboración  de  la  instalación  en  fábrica  en  vez  de  en  el   lugar  de  obra   ¡Inicio avanzado de la producción, menos capital muerto!
  • 50. AS-­‐Interface  (X)  Aplicaciones   •  Sistema  de  bajo  coste   •  Sistema  de  que  funcione  de  manera  fiable  y  segura   incluso  en  las  condiciones  más  adversas   •  Sistema  de  que  pueda  trabajar  en  <empo  real   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  Sistema  de  aplicación  universal   •  Sistema  de  instalación  sencilla  y    flexible   •  Sistema  de  ampliación  rápida  y  flexible.  
  • 51. Pro(ibus  (PROcess  Field  BUS  )  (I)   •  Es  una  red  de  altas  prestaciones  para  niveles  de  campo  y   de  célula   •  Impulsado  por  fabricantes  alemanes  en  1987     •  Desarrollado  por  fabricantes  y  usuarios   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  En  1991  estándar  en  Alemania  DIN  19245   •  Norma  europea  EN  50170  en  1996   •  Amplia  implantación  en  el  mercado  europeo:  alrededor   de  1.000.000  nodos  instalados  mundialmente.  41%  del   mercado  de  buses  de  campo  en  Europa,  según  ConsulHc.    
  • 52. Pro(ibus  (II).  Localización   Nivel 4: Corporativo Ethernet Industrial Estaciones de trabajo, PC Nivel 3: Sistema Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática Cell level Nivel 2-A: Área PLC, PC Nivel 2-B: Célula PLC, PC PROFIBUS PLC, PC,CNC Nivel 1: Campo micros Nivel 0: Actuadores, Dispositivo sensores
  • 53. Pro(ibus  (III).  Características   •  Bus  de  campo  serie   •  Interconecta  disposi<vos  de  campo:  sensores,  actuadores,    PLC,   CN,  etc.   •  Dos  Hpos  de  estaciones:   •  AcHvas  (master)   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática •  Pasivas  (slave)   •  Paso  de  tesHgo  entre  parHcipantes  acHvos   •  Maestro-­‐esclavo  entre  nodos  asociados  
  • 54. Pro(ibus  (IV):  Método  de  acceso  al   medio   Paso de testigo entre participantes activos Anillo lógico de paso de testigo Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática Ea Ea Ea PROFIBUS Ep Ep Ep Ep Ea Estación activa Maestro-esclavo entre estación activa y sus Ep Estación pasiva pasivos asociados
  • 55. Pro(ibus  (V):  Método  de  acceso  al   medio   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática
  • 56. Pro(ibus  FMS,  DP,  PA  (I)   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática
  • 57. Pro(ibus  FMS,  DP,  PA  (II)   PROFIBUS-­‐FMS   PROFIBUS-­‐DP   PROFIBUS-­‐PA   Aplicación   Área  de  célula   Área  de  campo   Área  de  campo   Estándar   EN  50  170   EN  50  170   IEC  1158-­‐2   Disposi<vos  conectables   PLC,  PC,  Disp.  prog   PLC,  PC,  disp.  prog,   PLC,  PC,  disp.  prog,   Automática 09/10. Ing. de Sistemas y Automática disposiHvos  de  campo   disposiHvos  de  campo   analógicos  y  digitales,   analógicos  y  digitales,   controladores,  válvulas,   controladores,  válvulas,   OPs   OPs   T.  reacción   Menos  de  60  ms   1-­‐5  ms   Menos  de  60  ms   Extensión   Sobre  100  km   Sobre  100  km   Máx  1.9  km   Velocidad  transmisión   9.6  kbit/s   9.6  kbit/s   31.25  kbit/  s   12  Mbit/s   12  Mbit/s