Escogiendo el Bus de Campo Adecuado - Emerson

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Buses 101
Redes de nivel de campo
• Generalidades
• Tipos de buses
• Bus de sensor
• Bus de dispositivo
• Fieldbus
• Uso de múltiples
¿Cuál es el bus de nivel de campo adecuado para el control de procesos?
Las redes de campo digitales o buses típicamente conectan sensores, actuadores y otros
dispositivos de E/S con un esquema de cableado multipunto.
Debido a que las diferentes tecnologías de red tienen diferentes capacidades, la elección del bus
(o buses) adecuado(s) para su operación puede ayudar a minimizar el costo del proyecto y
maximizar los beneficios de operación. Si hace la elección equivocada, en el mejor de los casos,
le costará dinero — y puede evitar que usted logre el mayor rendimiento, la mejor calidad y los
menores costos de operación de lo que su planta es capaz.
Este curso explica las diferencias clave entre las redes de nivel de campo.
Sugerencia: Mientras estudia los temas de este curso, busque las respuestas a estas preguntas:
• ¿Cuáles son los tres tipos principales de redes de nivel de campo?
• ¿Cuál bus es más adecuado para el control de procesos?
Generalidades

Los buses de nivel de campo se pueden agrupar en tres categorías, dependiendo del tipo de
dispositivo y de la aplicación para la cual fue diseñado:
• Bus de sensor
• Bus de dispositivo
• Fieldbus
Los siguientes tres temas de este curso cubren cada tipo de bus en más detalle.
Tipos de buses
La ventaja PlantWeb
Los sistemas de automatización DeltaV y Ovation soportan buses en cada
categoría — desde HART y FOUNDATION fieldbus hasta ASI bus, Modbus,
DeviceNet y Profibus DP— para que usted pueda escoger los buses
adecuados para sus aplicaciones.
Lo más importante es que estos buses son tratados como propios a la arquitectura. En lugar
de tener que configurar cada bus por separado, luego configurar el sistema host, y después
mapear los datos manualmente entre cada bus y el host, con PlantWeb usted configura
puntos de campo en el bus en la misma manera que configura puntos obtenidos mediante
cableado dedicado. No hay configuración duplicada. No hay mapeo.
Este enfoque reduce los costos y programas del proyecto, y facilita el mantenimiento y
actualizaciones futuras.

Los buses de sensor son comunes en la manufactura discreta. Se usan con interruptores de
proximidad, botones de pulsación, arrancadores de motores y otros dispositivos simples donde
se deben minimizar los costos y sólo se necesita transmitir unos cuantos bits de información.
Los buses de sensor están diseñados para manejar estas comunicaciones "a nivel de bit" para
detección y control basados en transacción y sencillos, tales como encender o pagar algo, o
indicar un estado on-off.
Estos buses generalmente cubren distancias cortas y medias, usando 2 ó 4 hilos. Normalmente
no son intrínsecamente seguros.
Aunque están diseñados para manufactura discreta, algunos buses de sensor se usan en
plantas de procesos.
Los buses de dispositivo están diseñados para satisfacer las necesidades de dispositivos más
complejos, a menudo en operaciones discretas rápidas que requieren comunicaciones cortas y
rápidas. Las máquinas de papel, líneas de empaque y centros de control de motores a menudo
usan este tipo de bus.
Bus de sensor
Bus de dispositivo

Con capacidades de mensaje de varios bytes a más de 200 bytes, dependiendo del protocolo,
los buses de dispositivo pueden manejar más información que los buses de sensor — no sólo
señales discretas "on" y "off", sino también ajustes periódicos y alguna información analógica
auxiliar.
Los buses de dispositivo generalmente son de 4 hilos no intrínsecamente seguros. Se pueden
comunicar a alta velocidad por distancias cortas y a velocidades más bajas para mayores
distancias.
Dos ejemplos de buses de dispositivo — DeviceNet y Profibus-DP — fueron diseñados para
manufactura discreta pero han sido adaptados para usarlos en plantas de proceso.
El tercer tipo de red de campo es el más adecuado para control y diagnóstico en operaciones de
procesos.
Eso es porque los fieldbuses proporcionan comunicación en dos sentidos muy confiable entre
dispositivos "inteligentes" y sistemas en aplicaciones críticas en tiempo. Son optimizados para
mensajes que contienen varias variables de punto flotante — todas muestreadas al mismo
tiempo — y el estado de cada variable.
Los fieldbuses pueden ser un reemplazo digital para las comunicaciones analógicas de 4-20 mA
en operaciones de procesos. Debido a que los requerimientos en estas operaciones son
diferentes de los de manufactura discreta, los fieldbuses generalmente tienen menores
velocidades de transmisión que los buses de dispositivo o de sensor.
Otras diferencia incluyen soporte para seguridad intrínseca y la habilidad de correr en cableado
existente para instrumentos de campo. En el caso de FOUNDATION fieldbus, la tecnología
también incluye bloques de funciones estándar y abiertos que soportan control distribuido en
Fieldbus

campo. Profibus PA también corre en hilos existentes para instrumentos y soporta seguridad
intrínseca. Sin embargo, no tiene bloques de funciones abiertos para control distribuido en
campo.
Muchas plantas usan múltiples redes de nivel de campo, con diferentes tipos de buses para
satisfacer sus necesidades.
Eso tiene sentido — pero la complejidad agregada puede incrementar los costos de
implementación y mantenimiento a menos que usted esté usando un sistema que trabaje con
diferentes categorías de buses sin mapeo o compuertas.
Usted puede minimizar esos costos agregados limitando el número de tipos de red en cada nivel
de la jerarquía de la planta.
Debido a que las redes de sistema y comerciales también son parte de la jerarquía, este tema se
cubre en más detalle en el siguiente curso, "Comprendiendo Ethernet".
Uso de múltiples buses

Buses 102
Comprendiendo Ethernet
• Generalidades
• Conexión a la red comercial
• Conexión de sub-sistemas de automatización
• HSE de FOUNDATION fieldbus
• ¿Ethernet como un fieldbus?
• Uso de múltiples redes
¿Cuál es el papel de Ethernet?
Debido a que se usa ampliamente en las redes de oficinas, Ethernet es familiar y económica.
Pero la planta no es una oficina, y los requerimientos para la automatización de procesos no son
los mismos que para las aplicaciones empresariales.
Aun así, en las aplicaciones adecuadas — y con las extensiones adecuadas — Ethernet puede
reducir los costos y mejorar el rendimiento.
Este curso analiza el papel de Ethernet en la automatización de procesos.
Sugerencia: Mientras estudia los temas de este curso, busque las respuestas a estas preguntas:
• ¿Es la tecnología Ethernet de hoy adecuada para el control de procesos?
• ¿Cómo es Ethernet FOUNDATION fieldbus de alta velocidad diferente de Ethernet
estándar?
Generalidades

Ethernet es la tecnología de red comercial dominante en todo el mundo, y es una práctica
estándar que los sistemas de automatización proporcionen conectividad Ethernet para
integración comercial. Dependiendo de la espina dorsal o estructura del sistema de
automatización, la conexión puede ser tan sencilla como un interruptor de red, o tan compleja
como una compuerta total.
La mayoría de los sistemas de automatización son una colección de subsistemas — incluyendo
los controladores, interfaces de operador y procesadores de aplicación. Mientras que algunos
usan una red propietaria para conectar estos subsistemas, el enfoque cada vez más común es
usar Ethernet con extensiones propietarias.
Estas extensiones típicamente hacen que la red sea más adecuada para la automatización al
agregar redundancia, habilitar más comportamiento determinístico o permitir que Ethernet lleve
datos de otros protocolos.
El método más común usado para llevar datos de otros protocolos es la tunelización. La
tunelización ignora la mayoría de los servicios del protocolo Ethernet, esencialmente
"empaquetando" los datos y enviándolos desde un punto a otro bajo el protocolo.
El protocolo HSE (Ethernet de alta velocidad) de FOUNDATION fieldbus usa Ethernet en una
manera abierta e interoperable. Con soporte para redundancia y la capa de usuario
FOUNDATION fieldbus, HSE tiene los atributos para convertirse en una espina dorsal del
sistema de automatización basado en estándares.
Conexión a la red comercial
Conexión de subsistemas de automatización
HSE de FOUNDATION fieldbus
La ventaja PlantWeb
La arquitectura PlantWeb usa Ethernet y Ethernet rápido — con extensiones
adecuadas para mejorar la fiabilidad y rendimiento — como la espina dorsal
para los sistemas DeltaV y Ovation. HSE de FOUNDATION fieldbus también
se está agregando a PlantWeb. Cuando esta adición esté completa, su inversión
en cableado Ethernet, interruptores o hubs se preservará y se llevará adelante.

El interés en usar Ethernet poner en red dispositivos de nivel de campo viene del deseo de
combinar conectividad de alto rendimiento y bajo costo. Para manufactura discreta, esta idea
tiene mérito. Para la automatización de procesos, el asunto es más complejo.
Requerimientos estrictos. Un fieldbus de automatización de procesos tiene requerimientos
muy diferentes a los de una red de automatización de oficina, incluyendo:
• Condiciones ambientales extremas
• Seguridad intrínseca
• Alimentación y señal sobre los mismos hilos (para dispositivos de dos hilos)
• Compatibilidad con el cableado de instrumentos existente.
El Ethernet comercial no puede cumplir con estos requerimientos. El Ethernet Industrial — con
componentes adaptados al ambiente, diferentes requerimientos de memoria y mayor robustez—
se acerca más a lo requerido.
La desventaja. Pero el costo de agregar esas capacidades reduce la ventaja económica de
Ethernet. Un Ethernet industrial no proporciona seguridad intrínseca, alimentación y señal sobre
los mismos hilos o compatibilidad con cableado estándar de para instrumentos.
La elección correcta actualmente. El trabajo actual con Ethernet industrial se enfoca en
resolver estos problemas. Hasta que eso suceda, el mejor enfoque es usar cada tecnología
donde es adecuada: FOUNDATION fieldbus para automatización de procesos, y Ethernet con
extensiones adecuadas como una estructura de sistemas de automatización y enlace a sistemas
comerciales. Si usted espera a que llegue un fieldbus basado en Ethernet, se perderá los
reducidos costos de proyecto y los mayores beneficios operacionales.
Muchas plantas usan múltiples redes, incluyendo Ethernet donde es adecuado. Eso es
razonable, porque ningún bus puede satisfacer todas las necesidades.
Pero cada capa agregada incrementa el número de herramientas, partes y capacitación — así
como complejidad general de implementación y mantenimiento. Es por eso que hay una
tendencia a simplificar o la jerarquía general de las redes en una planta.
Para plantas nuevas o expansiones de planta, el uso de los siguientes cuatro tipos de redes
ofrece un balance realista de simplicidad y capacidad:
• FOUNDATION fieldbus para control regulatorio básico y avanzado y para control discreto
asociado con control regulatorio
• Un tipo de bus de dispositivo o de sensor para control de motor y control de maquina
• Una estructura de sistema de automatización basado en Ethernet, tal como HSE de
FOUNDATION fieldbus
• Un interruptor o compuerta a la red comercial Ethernet
Ethernet como un fieldbus?
Using multiple networks

Es posible que las plantas existentes tengan que incluir otras redes para equipo disponible
actualmente. Pero en general, es mejor evitar comprar dispositivos o sistemas que requieran
buses diferentes o propietarios.

Buses 201
Introducción a HART
• Generalidades
• ¿Qué es HART?
• Comunicación bidireccional
• Nuevos tipos de información
• Instrumentos multivariables
• Independencia de proveedor
• Amplio suministro
• Interoperabilidad
El protocolo HART® ha estado aquí por mucho tiempo. ¿Es todavía una buena opción?
HART es uno de varios protocolos de comunicación diferentes usados en la automatización de
las plantas. Cada uno tiene lo suyo, pero HART es la mejor solución general para obtener
información con valor agregado de diagnósticos y de dispositivos en forma digital mientras se
mantiene la compatibilidad con las arquitecturas de automatización de 4-20 mA disponibles.
Este curso proporciona un panorama del protocolo de comunicación HART. Los dos cursos
siguientes describen cómo trabaja la comunicación HART, y cuándo es lógico usar este
protocolo en un proyecto.
Generalidades

Sugerencia: Mientras estudia los temas de este curso, busque las respuestas a estas
preguntas:
• ¿Porqué se dice que HART es un protocolo "híbrido"?
• ¿Cuáles son tres beneficios de HART?
HART ("transductor remoto direccionable de alta velocidad") es un protocolo de comunicación
diseñado para aplicaciones de medición y control de procesos industriales.
Se llama un protocolo híbrido porque combina comunicación analógica y digital. Puede
comunicar una sola variable usando una señal analógica de 4-20 mA, mientras comunica
también información agregada sobre una señal digital. La información digital es transportada
por una modulación de bajo nivel superpuesta en un lazo de corriente estándar de 4 a 20 mA.
La señal digital no afecta la lectura analógica porque se remueve de la señal analógica
mediante técnicas estándar de filtrado.
La habilidad de llevar esta información digital agregada es la base de los beneficios clave de
HART.
Al usar una señal analógica, la información se envía en una sola dirección, ya sea del
dispositivo al host (entradas) o del host al dispositivo (salidas).
La información digital, por otro lado, puede viajar en ambas direcciones usando la señal de
comunicación digital HART.
Esto abre un nuevo camino para un instrumento que tradicionalmente sólo recibe información
de señal de control desde un host —- una controlador de válvula, por ejemplo — para enviar
también información al host acerca de lo que está pasando en la válvula.
De manera similar, un transmisor que tradicionalmente sólo envía una variable de proceso al
host, ahora también puede recibir información tal como ajustes de configuración.
¿Qué es HART?
Comunicación bidireccional

Los dispositivos analógicos y discretos tradicionales comunican sólo una variable de proceso —
y usted normalmente no tendría una manera sencilla de saber si la información que están
enviando es válida.
Con HART, usted recibe la variable de proceso — pero también otros tipos de información.
35-40 elementos de información son estándar en cada dispositivo HART. Ejemplos:
• Estado de dispositivo & Alertas de diagnóstico
• Variables de proceso & Unidades
• Corriente de lazo & % de Rango
• Parámetros básicos de configuración
• Fabricante & Etiqueta de dispositivo
Con información adicional como ésta, los dispositivos HART que son sondeados digitalmente
por un host le pueden decir si están configurados correctamente y operando correctamente.
Esto elimina la necesidad de la mayoría de las revisiones de rutina — y le ayuda a detectar
condiciones de falla antes de que éstas provoquen un mayor problema en el proceso.
En modo digital, un solo par de hilos puede manejar múltiples variables. Por ejemplo, un
transmisor podría manejar entradas provenientes de múltiples sensores.
Para los sistemas host que no pueden usar la información digital HART, la información
proveniente de instrumentos multivariables a menudo es manejada primero por un dispositivo
(llamado tri-loop) que convierte la información digital en múltiples señales de 4-20 mA que
luego se envían al host en forma independiente.
Con HART, no hay peligro de bloquearse con limitados “estándares” regionales o específicos a
un proveedor.
Eso es porque la tecnología HART no es propiedad de una compañía individual, ni está
regulada por una sola nación o cuerpo de estándares. En lugar de eso, la tecnología es
administrada por la HART Communications Foundation que es una fundación independiente no
lucrativa.
Nuevos tipos de información
Instrumentos multivariables
Independencia de proveedor

HART es actualmente el protocolo con más soporte mundial para la industria de procesos. Casi
600 productos basados en HART están disponibles de diferentes proveedores.
Esta amplia gama de productos disponibles significa que es muy probable que haya un
producto HART para casi cualquier aplicación de proceso — a menudo más de uno — para
escoger de una selección de proveedores.
Interoperabilidad simplemente significa que los dispositivos y sistemas host que cumplen con
HART, sin importar de qué proveedor sean, pueden trabajar juntos.
Algunos sistemas host usan comandos universales de práctica común para trabajar con
dispositivos HART. Otros van un paso más allá al usar también Descripciones de Dispositivo
para comprender todos los mensajes HART.
Incluso los hosts que no están diseñados para manejar la información digital de un dispositivo
HART pueden tener compatibilidad de control a través de la señal analógica de 4-20 mA.
Amplio suministro
Interoperabilidad
La ventaja PlantWeb
HART es un ejemplo principal de que Emerson ha proporcionado soporte
por muchos a los estándares abiertos no propietarios.
Desarrollamos el protocolo HART a finales de los 1980s, luego lo donamos a la
industria para que otras compañías lo pudieran usar — e incluso los usuarios se pudieron
beneficiar.

Buses 202
Comunicaciones HART
• Generalidades
• Comunicaciones analógicas HART
• Comunicaciones digitales HART
• El modelo petición/respuesta
• Comunicaciones HART en modo burst
• Comunicaciones en modo multipunto
• Uso de multiplexores
• Uso de "pass through"
¿Cómo entrega HART todos esos datos?
Una de las funciones más importantes de HART es su habilidad de entregar información a
sistemas de automatización nuevos o anteriores a través de señales analógicas de 4-20 mA
estándar en la industria — mientras también entrega otros tipos de información a través de
señales digitales.
Este curso describe las características clave de la tecnología que hacen esto posible.
preguntas:
Generalidades

¿Qué clase de información se transmite generalmente usando comunicaciones analógicas?
¿Qué clase de información se comunica generalmente usando comunicaciones digitales?
¿Cuándo se usan multiplexores, y cuándo se usaría pass-through?
Las comunicaciones analógicas HART usan señales de 4-20 mA estándar en la industria. Esto
quiere decir que los dispositivos HART pueden realizar sus funciones básicas con cualquier
sistema host que tenga capacidad de E/S de 4-20 mA.
La limitación es que sólo se puede comunicar un parámetro sobre una entrada o salida de
4-20 mA. Generalmente, esa información es una variable de proceso proveniente de un
transmisor, o una salida que va a un elemento final de control.
Las comunicaciones digitales HART llevan clases adicionales de información que no se
comunican mediante la señal analógica.
El atributo clave de las comunicaciones digitales HART es que la señal digital — que usa la
modulación por desplazamiento de frecuencia estándar Bell 202, o FSK — está superpuesta
sobre la señal analógica.
Este atributo permite que un host use la señal analógica para control de procesos, y que el
mismo host o uno diferente use la señal digital para comunicar información relacionada con la
configuración del dispositivo, diagnósticos no en tiempo real y monitoreo de estado.
Las aplicaciones de gestión de activos que usen esta información pueden incrementar
significativamente la productividad de configuración y mantenimiento, y proporcionar
información de diagnóstico y de estado que mejore la fiabilidad y el rendimiento de la planta.
Comunicaciones analógicas HART
Comunicaciones digitales HART

Las comunicaciones digitales HART usan un modelo de comunicación tipo petición/respuesta.
Esto quiere decir que, en general, los dispositivos HART no transmitirán información a menos
que se envíe una petición desde el host al dispositivo.
Por ejemplo, si un dispositivo HART detecta una condición de falla dentro de sí mismo o en el
proceso, el dispositivo HART no puede comunicar esta información al host a menos que el host
solicite al dispositivo esa información específicamente.
La excepción a este modelo es algo llamado comunicación en modo burst.
Los dispositivos HART pueden enviar un solo elemento de información continuamente desde
un dispositivo sin repetidas solicitudes del host.
Este método — llamado "modo burst” — se usa generalmente para enviar digitalmente una sola
variable tal como una variable de proceso.
Al usar el modo burst, se pueden transmitir más de 3 mensajes por segundo.
El protocolo HART soporta múltiples dispositivos en un solo par de hilos. Cuando se usa este
modo multipunto, no se tiene disponible la comunicación analógica.
Una velocidad de mensajes usando la comunicación digital petición/respuesta es menor que
2 mensajes por segundo para todos los dispositivos en el hilo. Esto limita el uso práctico de la
comunicación digital multipunto a aplicaciones lentas para adquisición de datos.
Muchos hosts instalados no están diseñados para aceptar información HART en forma digital.
Una solución a este problema es hacer que multiplexores externos lean la señal digital y
extraigan la información digital de los dispositivos.
El modelo petición/respuesta
Comunicaciones HART en modo burst
Comunicaciones en modo multipunto
Uso de multiplexores

En este enfoque, se conecta el dispositivo HART tanto al host de control como al multiplexor.
Para minimizar el cableado y el costo, el multiplexor se puede conectar con cable al panel de
terminación del host. Aunque esta solución incrementa el costo de la instalación HART, las
reducciones en el costo de mantenimiento generalmente compensan la inversión en muy poco
tiempo.
Algunos hosts son capaces de capturar y pasar la información digital HART a otras
aplicaciones — tales como software de gestión de activos — usando un mecanismo
comúnmente llamado "pass through." La tarjeta de entrada o salida del host captura la corriente
digital de bits HART y la pasa sin leer a través de la arquitectura del host a las plataformas y
aplicaciones que usan la información digital.
Los hosts que soportan la funcionalidad pass-through reducen el costo de adquirir y usar la
información HART al eliminar la necesidad de instalar sistemas multiplexores separados.
Uso de “pass through”

Buses 203
HART, FOUNDATION fieldbus, ¿analógico, o una
combinación?
• Generalidades
• Hardware existente
• Habilidades y prácticas existentes
• Necesidades especiales de equipo e información
• Costos del proyecto
• Programas del proyecto
¿Cuál protocolo de comunicación es adecuado para mí?
Tanto HART como FOUNDATION fieldbus llevan información digital que puede hacer la
diferencia real en el resultado financiero de su planta. Entonces, ¿cuál debe usted usar para su
siguiente proyecto?
Aunque algunos sienten que FOUNDATION fieldbus es mejor en las nuevas construcciones o
en las expansiones importantes, y que HART es mejor en plantas existentes, la elección no es
necesariamente una decisión de esto a aquello. Para muchos proyectos y plantas nuevos y
existentes, la mejor elección incluirá tanto HART como FOUNDATION fieldbus.
Este curso describe varios factores que le deben guiar a tomar su decisión — incluyendo
consideraciones tanto de planta como de proyecto.
preguntas:
Generalidades

• En una planta existente, ¿qué factores pueden influir en su elección de protocolos?
• ¿Qué factores de proyecto pueden hacer que HART tenga la mejor relación costo-
beneficio en un nuevo proyecto?
• ¿Qué condiciones justificarían el costo de capacitar al personal para que usen la nueva
tecnología?
Muchos proyectos de automatización de procesos involucran actualizaciones de las plantas
existentes. Por lo tanto, la compatibilidad con el equipo existente y otra infraestructura de
hardware será un factor en su elección de protocolo de comunicación.
Compatibilidad del sistema host. Muchas plantas tienen sistemas de automatización de
procesos que actualmente no soportan FOUNDATION fieldbus.
En algunos casos, la actualización del sistema existente para que soporte FOUNDATION
fieldbus es eficaz en relación con el costo. Si es así, se debe considerar tanto HART como
FOUNDATION fieldbus.
Si la actualización de tal sistema no es práctica — o posible — entonces, generalmente la
primera opción es HART.
Compatibilidad de cableado. Tanto FOUNDATION fieldbus como HART usan el mismo tipo
de cableado — generalmente pares de hilos torcidos y blindados individualmente.
Sin embargo, si la infraestructura de cableado existente está a su capacidad o cerca de ella, la
adición de un número significativo de dispositivos HART puede requerir cable adicional o
incluso instalación de conducto o bandejas de cableado adicionales.
En esos casos, la conversión de algún pequeño número de pares de hilos torcidos analógicos o
HART existentes a FOUNDATION fieldbus puede expandir la capacidad de cableado y eliminar
la necesidad de infraestructura de cableado adicional.
Inventario. Es posible que las plantas existentes tengan un inventario de dispositivos de
refacción que ya usen el protocolo HART. La adición de dispositivos FOUNDATION fieldbus
puede incrementar los tipos de partes de refacciones necesarios.
Sin embargo, para plantas nuevas, una implementación FOUNDATION fieldbus puede resultar
en menos partes de refacción totales que con HART solo.
El hardware no es la única forma de "infraestructura" que determinará su elección de
protocolos. También se debe considerar una infraestructura humana y de procedimientos.
Hardware existente
Habilidades y prácticas existentes

Habilidades en la planta. Las plantas existentes tienen conjuntos de habilidades de ingeniería
y mantenimiento que se basan en el equipo instalado, que tradicionalmente ha sido de 4-20 mA
y HART. La instalación de equipo que use un protocolo diferente puede requerir capacitación y
conjuntos de habilidades más amplios.
Si el uso de un nuevo protocolo no trae beneficios operacionales o de proyecto significativos,
puede ser más eficiente a corto plazo quedarse con lo que sabe. Pero si los beneficios
operacionales o de proyecto son mayores usando el nuevo protocolo, entonces bien vale la
pena capacitar al personal de la planta en las nuevas habilidades.
Incluso si su planta ya usa HART, usted puede encontrar que la información digital no está
disponible o no se usa. En ese caso, se requiere capacitación adicional, sin importar la elección
de protocolo, para alcanzar el valor que HART o FOUNDATION fieldbus puede dar.
Prácticas de planta. Las prácticas tradicionales de planta están diseñadas sobre señales
analógicas de 4-20 mA. Por lo tanto, el uso de FOUNDATION fieldbus en una planta existente
requerirá algunos cambios.
Muchas plantas tienen HART instalado, pero lo están usando como si fuera 4-20 mA. En estas
plantas, las prácticas también necesitan cambiar para obtener el mayor valor del protocolo
HART.
Sin embargo, eso no debe indicar que usted debe escoger instrumentos que sólo sean
analógicos. Por lo general, no hay diferencia de costo entre dispositivos HART y dispositivos
analógicos comparables, y los beneficios de HART se pueden obtener después.
Pero no espere mucho tiempo. Los beneficios tanto de HART como de FOUNDATION fieldbus
son continuados. Si pospone el uso de la información digital, le costará dinero a la planta
continuamente.
The PlantWeb advantage
La ventaja PlantWeb
En la arquitectura PlantWeb, se puede usar HART y FOUNDATION fieldbus
individualmente o combinados en la misma planta, en el mismo controlador,
o incluso en el mismo lazo. La configuración de control usa las mismas
herramientas, y se pueden mover las configuraciones libremente entre HART y
FOUNDATION fieldbus. El software AMS Suite: Intelligent Device Manager también
está disponible tanto para HART como para FOUNDATION fieldbus.
El resultado neto es que su elección de protocolo está determinada por las necesidades de
su planta, no por las limitaciones en la arquitectura de automatización de su proceso.

Los requerimientos de proyecto u operacionales pueden determinar la elección de protocolo en
partes de una planta.
Por ejemplo, HART ha estado disponible mucho más tiempo que FOUNDATION fieldbus y
puede proporcionar tipos de dispositivos que todavía no están disponibles en FOUNDATION
fieldbus.
FOUNDATION fieldbus, por otro lado, proporciona información sobre el estado de parámetros
del proceso y algunos diagnósticos que no están disponibles usando HART. Si esta información
es importante a la operación de la planta o al mantenimiento, FOUNDATION fieldbus puede ser
el protocolo elegido.
Para expansiones de planta importantes o para proyectos nuevos (green field), la
compatibilidad con la infraestructura existente es menos importante. Los costos del proyecto se
vuelven factores importantes en la selección del protocolo.
Costos de la infraestructura del proyecto. Las reducciones del costo de infraestructura usando
FOUNDATION fieldbus han sido bien documentadas. Estos costos generalmente se centran en
costo de cableado, bandejas para cable y conducto, espacio del cuarto de control y espacio
para la caja de conexiones.
El tamaño de estos ahorros depende del tamaño geográfico de la planta y del número de
puntos en el proceso. Esto es porque los costos de cableado aumentan a medida que las
distancias aumentan. Los costos del cuarto de control aumentan con la cuenta de E/S, debido a
los requerimientos de espacio del cuarto de racks y panel de marshalling.
Si los tramos de cableado son cortos y el número total de E/S es pequeño, HART puede ser
más eficaz en relación con el costo. Hay estimadores de ahorros de proyecto disponibles que
pueden ayudarle a calcular los ahorros del proyecto.
Costos instalados totales. El costo instalado total considera no sólo los costos de
infraestructura, sino también los costos de dispositivos e ingeniería y mano de obra para
implementar el proyecto. FOUNDATION fieldbus puede reducir los costos de ingeniería y de
comisionamiento, mientras que HART puede reducir los costos de dispositivos.
El costo instalado total para FOUNDATION fieldbus puede ser hasta 30% menor que usando
tecnología analógica, y también menor que con HART. Sin embargo, para actualizar una planta
existente que sólo usa tecnología analógica, usando HART puede costar menos que usando
FOUNDATION fieldbus debido a los reducidos requerimientos de actualización del sistema
host.
Necesidades especiales de equipo e información
Costos del proyecto

Las horas de mano de obra del proyecto — así como el tiempo total de puesta en marcha —
también tienen impacto sobre los costos y, por lo tanto, sobre la elección del protocolo.
FOUNDATION fieldbus puede acelerar los programas del proyecto al reducir el tiempo de
ingeniería y comisionamiento y los requerimientos de recursos.
Esto permite una puesta en marcha temprana. La producción progresiva debido a una puesta
en marcha más rápida puede justificar un proyecto FOUNDATION fieldbus independientemente
del costo instalado total.
Programas del proyecto

Buses 301
FOUNDATION fieldbus H1 o Profibus PA?
• Generalidades
• Diferentes orígenes, diferentes atributos
• Capa física
• ¿Maestro-esclavo o punto a punto?
• Control en campo
• Interoperabilidad
• Integración de información
• Dispositivos de enlace o acopladores
• El enfoque FOUNDATION fieldbus
• Asignación de direcciones
• Etiquetas de dispositivos y búsqueda de etiquetas
• Reloj en tiempo real
¿Realmente importa si uso Profibus PA o FOUNDATION fieldbus?
Los fieldbuses son el tipo más adecuado de redes de campo para control y diagnósticos en las
operaciones del proceso. Eso es porque los fieldbuses proporcionan comunicación
bidireccional muy confiable entre dispositivos y sistemas "inteligentes" en aplicaciones donde el
tiempo es muy importante.
Generalidades

Pero diferentes tecnologías de fieldbus tienen diferentes atributos. Para maximizar los
beneficios de fieldbus, usted tiene que escoger la correcta.
Los dos fieldbuses más usados para la automatización de procesos son FOUNDATION fieldbus
y Profibus PA. Este curso puede ayudarle a decidir cuál es el adecuado para usted.
preguntas:
• ¿Cómo se compara la capa física de FOUNDATION fieldbus con la de Profibus PA?
• ¿Dónde se ejecuta el control en FOUNDATION fieldbus? ¿Y dónde se ejecuta en
Profibus PA?
• ¿Cómo logran la interoperabilidad cada uno de ellos?
Algunas de las diferencias entre Profibus PA y FOUNDATION fieldbus reflejan sus diferentes
orígenes.
La familia de protocolos Profibus fue diseñada para proporcionar una jerarquía de
comunicaciones para un sistema PLC, principalmente en manufactura discreta y en
automatización de edificios. Incluye tres diferentes protocolos que tienen diferentes
capacidades y aplicaciones:
• Profibus FMS proporciona una espina dorsal o estructura para sistemas PLC,
conectando interfaces de usuario, PLCs, máquinas CNC, etc.
• Profibus DP se usa principalmente para procesos discretos tales como líneas de
ensamble, líneas de empaque, automatización de edificios, control de motores y
sistemas de manejo de materiales.
• Construido en la cima de los dos protocolos anteriores, Profibus PA está pensado para
extender el uso de Profibus a la industria de procesos. Las mayores diferencias entre
Profibus PA y DP están en la capa física.
FOUNDATION fieldbus, por otro lado, fue diseñado específicamente para atender las
necesidades de la automatización de procesos — incluyendo la provisión de control seguro y
efectivo en tiempo real en el bus.
Debido a que tanto Profibus PA como FOUNDATION fieldbus son buses digitales, tienen el
potencial de proporcionar ciertas ventajas con respecto al cableado tradicional punto a punto.
Algunas de las ventajas están determinadas por las características físicas del bus, y algunas
por la implementación de software del bus.
Comparemos las maneras en que Profibus PA y FOUNDATION fieldbus trabajan con estas
ventajas potenciales — incluyendo diferencias que pueden afectar su elección de bus.
Diferentes orígenes, diferentes atributos

Profibus PA y FOUNDATION fieldbus H1 usan la misma capa física como se define en
ANSI/ISA-50.02, Parte 2-1992, que es lo mismo que IEC 1158-2. Esto quiere decir que el
medio (par torcido), señales eléctricas y otros aspectos de la capa física son los mismos.
Las ventajas de las características físicas del bus incluyen el cableado reducido debido al uso
de multipunto, y espacio reducido para el cuarto de control debido a que se usan menos
tarjetas de E/S.
Tanto FOUNDATION fieldbus como Profibus PA soportan los requerimientos de seguridad
intrínseca, incluyendo el nuevo modelo FISCO.
Profibus PA es un protocolo tipo maestro-esclavo. Un dispositivo de campo es un esclavo que
sólo puede responder a un comando del maestro. Eso significa que si un dispositivo Profibus
PA experimenta un problema, no puede reportar ese problema a menos que el host lo solicite
específicamente.
FOUNDATION fieldbus es un protocolo punto a punto. Los dispositivos se pueden comunicar
entre sí sin un host, y pueden iniciar la comunicación sin un comando específico del host. Por
ejemplo, si un dispositivo FOUNDATION fieldbus experimenta un problema, puede enviar una
alarma.
Esta comunicación punto a punto también permite que los dispositivos FOUNDATION fieldbus
que tengan los bloques de funciones adecuados ejecuten control en campo,
independientemente de un sistema host.
Con Profibus PA, actualmente el control puede residir sólo en el host. La Organización de
Usuarios de Profibus está trabajando para distribuir el control a los dispositivos de campo.
Sin embargo, debido a que Profibus PA es un protocolo tipo maestro-esclavo, un host todavía
necesita decirle al dispositivo que procese el bloque de funciones y comunique los resultados.
El host también debe pasar los resultados a otros dispositivos, debido a que no se soporta la
comunicación punto a punto. Esto significa que el host debe estar presente para que funcione
el control.
Capa física
¿Maestro-esclavo o punto a punto?
Control en campo

Con FOUNDATION fieldbus, el control puede estar en el dispositivo de campo, o en el host o
parcialmente en ambos. Eso incluye control regulatorio tanto básico como avanzado, así como
control discreto y secuencial. Aun cuando el control que está en los dispositivos de campo corre
independientemente del host, su ejecución está sincronizada con la del host.
Cuando usted corre el control en los dispositivos de campo usando FOUNDATION fieldbus,
puede desconectar el host sin parar el lazo — o su planta. Eso es porque los dispositivos
pueden mantener control determinístico en tiempo real sobre el bus.
Los bloques de funciones del control también pueden correr en el host teniendo sólo bloques
de E/S en los dispositivos fieldbus. O usted puede combinar los bloques de funciones del
control en el host y en los dispositivos de campo. Por ejemplo, uno de los PIDs en un lazo en
cascada puede correr en el dispositivo de campo y el otro en el host. La planeación cuidadosa
puede resultar en una degradación lenta y suave de las estrategias de control cuando el host
no funciona.
La interoperabilidad le permite interconectar y operar dispositivos de diferentes fabricantes en
el mismo fieldbus, sin perder funcionalidad.
Por diseño, Profibus PA permite que un sistema host use un conjunto estándar de funcionalidad
básica para un dispositivo (llamado perfil estándar). Si usted quiere usar un dispositivo de
campo que tenga funcionalidad adicional específica al proveedor, esta funcionalidad puede
estar disponible al host de control sólo a través de una extensión del perfil específica del
proveedor, y requiere herramientas de ingeniería específicas del proveedor.
Como resultado, los controladores no pueden usar la funcionalidad avanzada específica del
proveedor en el dispositivo de campo sin software especial. Y es posible que usted necesite
varias herramientas diferentes para cubrir cada dispositivo o cada proveedor en la planta.
Actualmente se está realizando trabajo para resolver estos problemas. Pero hasta que se
defina e implemente una solución universal, usted debe evaluar cuidadosamente la
Interoperabilidad
La ventaja PlantWeb
Debido a que todos los dispositivos de campo de Emerson Process Management
y los sistemas de automatización DeltaV y Ovation usan un conjunto común de
bloques de funciones, su estrategia de control opera en la misma manera
— con la misma respuesta dinámica —- no importa dónde escoja usted ubicar
estas funciones de control.
Usted también puede mover el control simplemente asignándolo a una ubicación diferente
— sin reconfiguración, sin remapeo, sin cambio de ambiente de ingeniería.

funcionalidad disponible usando su sistema host específico, así como el costo y la complejidad
de usar múltiples herramientas.
FOUNDATION fieldbus maneja la interoperabilidad mediante una combinación de
descripciones de dispositivo y bloques de funciones. Si un host puede comprender una
descripción de dispositivo FOUNDATION fieldbus, toda la funcionalidad de todos los
dispositivos está disponible. Y una sola aplicación host puede configurar y tener acceso a toda
la información y funcionalidad del dispositivo.
Para obtener todos los beneficios de un bus digital se requiere que esa información esté
disponible donde se necesite.
Profibus PA usa dos tecnologías diferentes para poner a disposición la información del
dispositivo:
• El host de configuración y gestión de dispositivo usa descripciones de dispositivo
para configurar e interactuar con el dispositivo.
• El host de control usa perfiles para tener acceso a la información de dispositivo en el
ambiente de control.
La información disponible a través de estas dos técnicas es muy diferente.
Con dispositivos Profibus PA es importante conocer las capacidades de los dispositivos que
están disponibles usando descripciones de dispositivo, y las capacidades de la combinación de
dispositivo y host de control usando perfiles. Un host de configuración y gestión debe
implementar un conjunto de revisiones al protocolo Profibus, llamado enhancements V1
(mejoras V1), para coexistir con el host de control en el mismo segmento DP.
La información relacionada con el dispositivo que no esté en el perfil estándar, tal como
diagnósticos o información de calidad, no está disponible a un host de control que sólo use el
perfil estándar. A menudo, esta información no estándar de dispositivo está disponible sólo en
sistemas host de control del mismo proveedor que el del dispositivo. En tales situaciones, la
única manera de extraer y usar toda la información de dispositivo puede ser mediante hosts
múltiples.
La mayoría de los hosts de control Profibus no aceptan entradas Profibus PA directamente. En
lugar de ello, un dispositivo de enlace o acoplador convierte el protocolo Profibus PA en
protocolo Profibus DP, y el host acepta Profibus DP.
Integración de información
Integración de información: Dispositivos de enlace o acopladores

El dispositivo de enlace. La mayoría de los dispositivos de enlace sólo pueden pasar
información contenida en los mismos perfiles de dispositivo Profibus PA estándar, así que el
host no tiene acceso a la información de dispositivo específico del proveedor.
Para tener acceso a la información que no es del perfil tal como información de configuración
contenida en la descripción del dispositivo, la herramienta de configuración debe estar
conectada al segmento PA. Esto significa que una herramienta de configuración y gestión de
dispositivo centralizada y basada en descripción de dispositivo se puede usar sólo con un
dispositivo de enlace si la herramienta implementa las mejoras V1 al protocolo Profibus DP.
El dispositivo de enlace tiene la ventaja de permitir al segmento PA correr a 31.25 Kbits/seg,
mientras permite que el Profibus DP, que conecta el segmento PA al host, correr a una
velocidad mucho mayor. Una técnica típica de instalación es conectar varios segmentos PA a
un segmento DP y hacer que ese segmento DP lleve la información al host a alta velocidad.
El dispositivo de enlace puede requerir configuración para mapear los parámetros de perfil del
dispositivo del segmento PA al bus DP. Generalmente esto es un ejercicio de mapeo de
registros y puede requerir diseño significativo, ingeniería y pruebas.
El acoplador. Un acoplador convierte la capa física entre Profibus PA y Profibus DP. No tiene
conocimiento del contenido del mensaje.
Esto permite que un host centralizado de gestión de dispositivo configure los dispositivos PA a
través de un acoplador usando descripciones de dispositivo. Sin embargo, toda la red Profibus
DP está limitada a la velocidad convertida. La más rápida es de aproximadamente 92 Kbits/seg.
Esto significa que el host puede requerir muchas redes Profibus DP para conectar los
segmentos PA al host. El host centralizado de gestión de dispositivo todavía debe implementar
las mejoras V1 al protocolo Profibus DP.
El trade-off (costo beneficio-pérdida) de enlace contra acoplador. Estas diferencias dejan
al usuario de Profibus una elección de arquitectura cuando considere Profibus PA:
• Mayor rendimiento de datos al usar un dispositivo de enlace y menos interfaces DP, o
• Menor rendimiento de comunicaciones y mayor costo de bus al usar el acoplador y más
buses DP para conectar al host PA.
FOUNDATION fieldbus usa tecnología de descripción de dispositivo para poner toda la
información a disposición de otros dispositivos, sistemas host y aplicaciones.
Integración de información: Enfoque FOUNDATION fieldbus

En Profibus PA, las direcciones de dispositivo se establecen usando varios métodos diferentes,
incluyendo la configuración de interruptores DIP o direcciones por software introducidas por el
usuario. Las direcciones de dispositivos deben ser introducidas en el host para que éste ubique
y reconozca los dispositivos conectados.
Para agregar un nuevo dispositivo a un segmento Profibus PA, se para el segmento y se
configuran en el host la dirección del dispositivo y otros parámetros de configuración. Luego se
reinicia el segmento.
FOUNDATION fieldbus usa un mensaje especial para detectar e identificar nuevos dispositivos
agregados a un bus trabajando. La dirección del dispositivo se puede asignar manualmente o
automáticamente. (Si el host asigna automáticamente la dirección, todas las direcciones
reservadas y usadas se deben proteger contra uso o reuso.)
Los dispositivos FOUNDATION fieldbus se pueden agregar, comisionar y usar mientras el resto
del segmento permanece en operación.
FOUNDATION fieldbus soporta etiquetas tanto de dispositivos como de bloques de funciones
en los dispositivos de campo. Esto significa que cualquier dispositivo FOUNDATION fieldbus se
puede localizar buscándolo por su etiqueta. También significa que las configuraciones para los
dispositivos FOUNDATION fieldbus se pueden comparar con la base de datos del host con
base en etiqueta.
Profibus PA soporta etiquetas en el host. La base de datos se introduce manualmente en el
host. Se tiene acceso a los dispositivos Profibus por dirección de bus. La conexión entre la
etiqueta del host y la dirección del dispositivo se debe introducir manualmente. Es posible que
los errores de configuración no sean detectados hasta la puesta en marcha del segmento, y
entonces se tiene que sacar de línea el segmento para corregir los errores.
Asignación de direcciones
Etiquetas de dispositivo y búsqueda de etiqueta
La ventaja PlantWeb
PlantWeb con FOUNDATION fieldbus ofrece una sola herramienta de
configuración de dispositivo y de control. Las herramientas de gestión de
sistema proporcionan auto-reconocimiento, auto-direccionamiento y
comisionamiento con la técnica de arrastrar y soltar.

FOUNDATION fieldbus proporciona un reloj distribuido en tiempo real en el bus. Todos los
dispositivos de un segmento tienen el mismo tiempo real, lo que permite comunicaciones muy
determinísticas, asignación de hora y fecha y ejecución de control.
Profibus PA no proporciona un reloj distribuido en tiempo real. Esta es una razón por la que
todas las comunicaciones del bus y futura ejecución de control están dirigidas por el host.
El resultado neto es que FOUNDATION fieldbus es adecuado para control en tiempo real en el
bus con o sin un host. Profibus PA es adecuado sólo para control basado en host.
Reloj en tiempo real

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