Este documento presenta una introducción a los sistemas SCADA y PLC. Explica la pirámide de la automatización, los componentes básicos de un sistema SCADA, e introduce los buses de campo y diferentes tipos como Fieldbus, Profibus, AS-i y DeviceNet. También cubre los beneficios de los buses de campo y consideraciones para su implementación.

1. LOS PLC EN LOS SISTEMAS SCADA
Programa de Formación SENA, 2013.

2. • Presentación.
• Pirámide de la automatización.
• Buses de campo.
• Consideraciones finales.
• Referencias.
• Créditos.
Contenidos
Presentación
Comunicaciones
Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Copyright SENA ©, 2013.
2 3

3. Resultado de aprendizaje:
Conceptualizar ventajas y datos de operabilidad de las redes
industriales en los sistemas SCADA.
Conocimientos de concepto:
Comunicación industrial. Pirámide de la automatización. Red de
comunicación. Buses de campo.
Conocimientos de proceso:
Comprender los componentes básicos de un sistema SCADA.
Establecer la importancia de los redes de comunicaciones industriales
para el control de los procesos. Conocer los dispositivos de campo
que actúan directamente sobre el proceso productivo. Diferenciar los
diferentes tipos de redes de comunicación en el ámbito industrial.
Criterios de evaluación:
Comprende los componentes básicos de un sistema SCADA.
Establece la importancia de los redes de comunicaciones industriales
para el control de los procesos. Conoce los dispositivos de campo que
actúan directamente sobre el proceso productivo. Diferencia los
diferentes tipos de redes de comunicación en el ámbito industrial.
Comunicaciones
Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Copyright SENA ©, 2013.
4 5

4. Pirámide de la automatización
Es una representación de los distintos niveles que se encuentran en un entorno
industrial de automatización. La estructura que se muestra a continuación no es
universal, ya que habrá casos en los que el proceso conste de un número mayor o
menor de niveles, dependiendo del tamaño del proceso y de la propia industria.
Para profundizar explore el siguiente video: http://www.youtube.com/watch?v=LVGRFZQyI8E
acerca de los niveles de automatización industrial.
Comunicaciones
Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Copyright SENA ©, 2013.
6 7

5. Buses de campo
Bus de campo, red de campo o Field Bus en Inglés, es un sistema de transmisión de datos que simplifica la instalación, operación de máquinas y equipamientos industriales
utilizados en procesos de producción.
Imagínese que una serie de redes digitales, bidireccionales y multipunto van montadas sobre un mismo canal, llamado bus serie. Éstas conectan dispositivos de campo como
PLCs, transductores, actuadores, sensores y dispositivos inteligentes.
Así todos los dispositivos conectados en las redes pueden ser diagnosticados, controlados y/o puestos en mantenimiento, así como comunicarse bidireccionalmente a través
del bus.
En teoría, según Gómez (2003) es un sistema "abierto" el cual permite que en una red de control y automatización se conecten diferentes dispositivos suministrados por diversos
proveedores sin necesidad de construir interfaces dedicadas para cada uno de los dispositivos.
Antes de continuar, le invito a revisar los documentos de los siguientes sitios web:
• Modesti, M. Sistemas de comunicación por bus de campo. En:
http://www.profesores.frc.utn.edu.ar/industrial/sistemasinteligentes/UT5/busses.pdf
• Automatización. En: http://materias.fi.uba.ar/7566/Automatizacion.pdf
Comunicaciones
Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Copyright SENA ©, 2013.
8 9

6. Beneficios de los buses de campo
• Reducción y simplificación del cableado.
• Reducción de los costos de producción, gracias al uso de menos cableado.
• Facilidad de instalación (cable único)
• Reducción del tiempo de mantenimiento
• Planos eléctricos más sencillos
• Facilidad al añadir o quitar elementos en funcionamiento
• Facilidad de diagnóstico de los problemas
• Interfaces abiertas normalizadas
• Bajo precio de los componentes
• La comunicación vía bus permite un intercambio de datos que sería más
difícil y algunas veces imposible de transmitir en otro modo.
• El intercambio se lleva a cabo por medio de un mecanismo estándar.
• Flexibilidad de extensión.
• Conexión de módulos diferentes en una misma línea.
• Posibilidad de conexión de dispositivos de diferentes procedencias.
• Distancias operativas superiores al cableado tradicional.
• Simplificación de la puesta en servicio.
Implementación de un bus de campo
Para implementar un sistema de bus de campo en la industria, se debe:
• Hacer una inversión de instrumentación y accesorios de diagnóstico.
• Tener conocimientos superiores específicos en este sistema.
• Tener en cuenta que los costos globales iniciales son altos.
• Investigar las características de las diversas versiones de “Bus de Campo” ya
que cada una tiene sus propias especificaciones tanto en el nivel físico de
transmisión, como en el protocolo de comunicaciones. Por ejemplo, existen:
Fieldbus, Foundation, Modbus, Interbus-S, Controlnet, Profibus, Canbus, entre
otras versiones.
• Contactar asesoría de los fabricantes quienes han desarrollado tipos de
buses que brindan diferentes aplicaciones y se clasifican de acuerdo a su
funcionalidad y velocidad. Teniendo en cuenta lo anterior, podrá hacer su
elección.
• Comprender que debido a las diversas versiones, los módulos adaptadores,
los drivers y las interfaces no son intercambiables entre un bus y otro.
Comunicaciones
Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Copyright SENA ©, 2013.
10 11

7. Clasificación de los buses de campo
En el siguiente esquema se clasifican algunos buses de campo de acuerdo a su función en la pirámide de automatización anteriormente expuesta.
Gestión
Nivel
Jerárquico
Control
Dispositivo
Nivel-Bit
Sensor
Europa (Siemens)
AS - i
USA (Rockwell)
DeviceNet
Profibus
DP&PA
Foundation
Fieldbus
ControlNet
Profibus
FMS
Ethernet Ethernet
Si desea profundizar al respecto de los buses de campo, visite el siguiente documento en sitio web:
http://infoplc.net/files/documentacion/comunicaciones/infoPLC_net_Historia_Comunicaciones_Industriales.pdf
Comunicaciones
Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Copyright SENA ©, 2013.
12 13

8. AS-i: Actuator Sensor Interface
Fabricado por:
AS-i Consortium
Descripción:
Es el bus más sencillo que transmite
datos y órdenes para sensores y
accionadores y se puede usar como un
sub-bus de los otros buses.
Características:
• Tiempo de respuesta menor 5ms.
Es muy veloz.
• Bus cliente/servidor para máximo
31 participantes.
• Transmite por paquetes de 4 bits.
• Alcanza distancias de 100 a 300 m.
Limitantes:
Tamaño de red limitado debido a que
tiene pocas entradas y salidas
analógicas.
ProfiBus: Process Field Bus.
Es un estándar abierto,
independiente de un vendedor
en concreto.
Estandarizado en las normas
europeas. 50170-50254.
Desarrollado por el gobierno
alemán junto con empresas del
sector de la automatización
Descripción:
Es el estándar más aceptado a nivel
mundial, sobretodo en Europa pero
también utilizado en Norteamérica,
Sudamérica, partes de África y Asia.
Dos de sus formatos son:
Profibus DP: (Distributed Peripherials).
Alta velocidad, precio económico y
transferencia de pequeñas cantidades
de datos. Estructura maestro-esclavo
clásica. Es el más difundido y se usa a
nivel de campo o célula. Actúa a nivel
de campo.
Profibus PA: (Process Automation).
Como DP pero adaptado a zonas
intrínsecamente seguras, es decir, para
ambientes peligrosos y con riesgo de
explosión. También actúa a nivel de
campo.
Características:
• Longitud máxima: 9 Km. con medio
eléctrico, 150 Km. con fibra óptica de
vidrio, 150 m. con infrarrojo.
• Puede tener hasta 126 nodos
• Velocidad de transmisión entre 9.6
Kbit/s. y 12 Mbit/s.
• Puede transferir un máximo de 244
bytes de información por nodo y ciclo.
• Topología: estrella, árbol, anillo y
anillo redundante
• Formato de los mensajes: polling,
peer-to-peer
Limitantes:
• Para mensajes cortos es poco
efectivo ya que el mensaje lleva una
parte muy importante de
direccionamiento.
• No lleva la alimentación
incorporada.
• Es ligeramente más costoso que
otros buses.
Comunicaciones
Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Copyright SENA ©, 2013.
14 15

9. Profibus FMS: Fieldbus
Messages Specifications.
De propósito general,
supervisión y configuración. Es
multi-maestro (paso de
testimonio entre maestros,
maestro-esclavo con los demás
dispositivos). Se usa a nivel de
planta o célula.
Descripción:
Fue creado para suplir las necesidades
de comunicación, y luego en 1993,
cubiertas sus funciones con el profibus
DP, que para ese momento era
considerado más rápido y simple.
Actualmente el profibus FMS es usado
para comunicación de datos no
determinada entre maestros Profibus.
Características:
• Se basa en objetos abstractos, representados por estructuras de datos, y una
relación de servicios que se refieren a los objetos individuales o a grupos de
objetos.
• Todos los servicios se realizan sobre un dispositivo virtual.
• Ofrece servicios de lectura o escritura de variables, carga y descarga de
programas y datos, entre otros.
Ethernet:
Desarrollado por Digital
Equipment Corporation, Intel y
Xerox
Descripción:
Es el estándar de red más reconocido
internacionalmente. Puede tratar con
grandes cantidades de información a
una velocidad muy rápida sirviendo
para instalaciones muy grande.
Como para el protocolo Profibus,
también existen diferentes versiones
de Ethernet según la velocidad de
transmisión:
10Base-T (10 Mbit/s)
Fast Ethernet (100 Mbit/s.)
Gigabit Ethernet (1000 Mbit/s., aún en
pruebas).
Características:
• Distancia: de 100 (para 10Base-T)
a 50 Km (usando fibra óptica).
• Número máximo de nodos: 1024,
extensible con routers.
• Velocidad de transmisión: 10
Mbit/s. a 100 Mbit/s
• Tamaño del mensaje: 46 a 1500
bytes.
• Formato del mensaje: peer-to-peer
Limitantes:
• Para mensajes con poca
información no es eficiente, no lleva
la alimentación incorporada, los
conectores (RJ45) son vulnerables
físicamente.
• No tiene la propiedad de
determinismo por el que los buses
de campo pueden asegurar las
respuestas de la red para cada
carga.
Comunicaciones
Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Copyright SENA ©, 2013.
16 17

10. Control Net. CAN:
Control Area Network.
Descripción:
Este bus se usa como bus multi-maestro para conectar dispositivos
inteligentes de todo tipo (robots, ascensores, equipamiento médico, entre
otros. Para la transmisión de datos no se direccionan los nodos, sino que
el contenido del mensaje incorpora un identificador que es único en la red.
El identificador define el contenido y la prioridad del mensaje. Así la
competición por el acceso al bus se basa en la prioridad dada en el
identificador.
Características:
• Las velocidades de transmisión van de 50
Kbit/s. (distancia 1m.) a 1Mbit/s. (distancia
40m.)
• Soporta un volumen de información de 64
bits de datos de usuario.
DeviceNET
Desarrollado por Allen Bradley
Descripción:
Utiliza como base el CAN.
Es un enlace de comunicaciones de
bajo costo que conecta dispositivos
industriales a la red y elimina los
costosos cableados a mano.
Características:
• Velocidades de transmisión: 125
Kbit/s. (500 m.), 250 Kbit/s. (250 m.)
y 500 Kbit/s. (100m.).
• Puede tener hasta 64 nodos.
• Tamaño máximo del mensaje: 8
bytes de información por nodo y por
mensaje.
• Topología lineal, con datos y
alimentación proporcionada para el
mismo bus
Limitantes:
• Ancho de banda limitado, así como
el tamaño de los mensajes y la
longitud de la red.
Foundation FieldBus
Sistema de comunicación
digital, serial, bidireccional que
sirve como red a nivel básico de
automatización en una planta
industrial.
Fabricado por Fieldbus
Foundation
Descripción:
Estándares Regulatorios:
ANSI/ISA 50.02.
IEC 61158.
CENELEC EN50170:1996/A1.
HSE (High-speed Ethernet): 100 Mbit/sec.
H1 31.25 Kbit/sec.
Características:
• Soporta hasta 32 dispositivos, sin embargo
lo típico (limitaciones de voltaje y corriente) es
de 16 dispositivos.
• Puede funcionar en ambientes industriales
y/o peligrosos.
• Lleva la energía por el mismo cable.
• Puede reutilizar cables existentes.
• Mantiene informado al usuario.
Comunicaciones
Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Copyright SENA ©, 2013.
18 19

11. Consideraciones Finales
Para finalizar, explore
el siguiente video:
Comunicaciones
Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Copyright SENA ©, 2013.
20 21

12. • Automatización. Recuperado de:
http://materias.fi.uba.ar/7566/Automatizacion.pdf
• Cinco niveles de automatización. En YouTube. Recuperado de:
http://www.youtube.com/watch?v=LVGRFZQyI8E
• Comunicaciones Industriales. En InfoPlc. Recuperado de:
http://infoplc.net/files/documentacion/comunicaciones/infoPLC_net_Historia_Co
municaciones_Industriales.pdf
• Gómez, P. (2003). DeviceNet, un Bus de Campo maduro y consolidado en el
mercado de automatización. En ElectroIndustria. OneTouch. Recuperado de:
http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=117&tip=7
• Modesti, M. (s.f). Sistemas de comunicación por bus de campo. Recuperado de:
http://www.profesores.frc.utn.edu.ar/industrial/sistemasinteligentes/UT5/busses.pdf
Referencias Créditos
Expertos Temáticos:
Wilmar Martínez Urrutia
Madga Melissa Rodríguez Celis
Asesor Pedagógico:
Mónica Patricia Osorio Martínez
Guionista:
Oscar Iván Pineda Céspedes
Equipo de Diseño:
Julián Mauricio Millán Bonilla
Jhonny Ronald Narváez Olarte
Leonardo Stiglich Campos
Gabriel David Suárez Vargas
Michael Alfonso Bulla Ramírez
Guillermo Aponte Celis
Programador:
Diego Rodríguez Ortegón
Líder de Proyecto:
Jairo Antonio Castro Casas
Comunicaciones
Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Copyright SENA ©, 2013.
22 23