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REDES INDUSTRIALES •Desde 1940 a 1965 la instrumentación de procesos estaba basada en el estándar de señalización neumática 3-15 psi. • De 1960 a 1990: estándar análogico de corriente 4-20 mA. • De 1980 a la fecha: comunicaciones digitales y analogica

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BUSES de CAMPO • Historia cronológica • • • • • •

Fines de los ’70 Modbus de Modicon 1982- Se inicia Grupo de trabajo FIP 1983-P-Net (Dinamarca) 1984-CAN 1985- Grupo Profibus 1985- Inicio trabajos de Normalización Internacional:ISA SP50,IEC TC65/SC65C • 1994-Fielbus Foundation TECPRO INGENIEROS

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Consorcios y organizaciones Problemas en normalización ===> especificaciones de distintos proyectos: • Fielbus Foundation • ISP : Interoperable System Project • PTO: Profibus Trade Organisation • ODVA: Open Device Net Vendor Association • World FIP.......Etc.

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Niveles de red

Red de planta

Automatización gerencial • Mainframes • Gerenciamiento

Red LAN

Sistemas de supervisión y control • DCSs, PLCs, PCs • SCADA, Sistemas de supervisión

Red Fieldbus

Instrumentación y Control • Transmisores, Controladores • Válvulas, Actuadores

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REDES INDUSTRIALES PROTOCOLOS DE COMUNICACION AS-INTERFACE Resumen: El protocolo AS-I fue creado en Alemania en 1,994 por un consorcio de suministradores de automatización industrial. Originalmente desarrollado para ser un método de bajo costo de direccionamiento de sensores discretos en aplicaciones de automatización de fabricas, AS-I ha ganado gran aceptación en industrias de proceso gracias a su potente capacidad, simplicidad en la instalación y operación y por su bajo costo agregado a los dispositivos. Cada segmento de AS-I puede conectar hasta 31 dispositivos (124 entradas y 124 salidas) con la versión 2.0 y 64 dispositivos (248 entradas y 186 salidas) con la versión 2.1 Tanto la señal como la alimentación son transportadas en dos hilos, hasta 8 amperios a 30VDC están disponibles para dispositivos de campo tales como válvulas solenoide.

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REDES INDUSTRIALES Red AS-I Puntos destacados Promotor de la tecnología: Consorcio AS-I Año de introducción: 1993 Apertura: Múltiples vendedores, mas de 800 productos, 150 vendedores Tipo de red: Sensor Bus Medio Físico: Cable de 2 hilos(plano o redondo) Topología de red: Bus, anillo, árbol, estrella Distancia Máxima: -Máxima distancia: 300 metros -Máxima dstancia con repetidores: 900 metros(max. 2 repetidores puede ser usado)

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REDES INDUSTRIALES Métodos de Comunicación -Maestro-esclavo con encuesta cíclica -Manchester Bit Codificado implementado vía modulación de pulso alternado Propiedades de la transmisión -Latente 5 ms max. sobre un segmento totalmente cargado Ventajas: -Tecnología fácil de entender -Muy bajo costo agregado por dispositivo -Bajo costo de instalación -Red de alta velocidad para el nivel de dispositivos de tipo sensor -Capacidad para integrar dispositivos convencionales hacia la red AS-I -Fácil direccionamiento para los dispositivos: Capacidad de auto-direccionamiento sobre la mayoría de los masters -Fácilmente expandible con rediseño de la red -No requiere terminadores de red o requerimientos especiales de apantallamiento siendo aun asi menos susceptible a interferencia por RFI que otras redes. TECPRO INGENIEROS

REDES INDUSTRIALES Amplia variedad de masters/gateways disponibles para PLC’s, DCS’s, PC’s -Alimentación y comunicaion del bus sobre el mismo par de hilos -Amplia variedad de topología disponibles incluyendo punto a punto, línea, árbol y anillo

Desventajas: -No disponible para aplicaciones de seguridad intrínseca -Cableado limitado a 100 metros -v2.0 soporta solo dispositivos discretos(v2.1 tiene limitado soporte análogo) -No hay control en el campo -Limitada calidad de datos y estado de mensajes -Limitado soporte análogo -Requiere una especifica fuente de alimentación AS-I para un aislamiento de la comunicación del bus -Limitada capacidad de redundancia

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Cuando usar AS-I ? Hablando de forma muy general recomendamos usar AS-I cuando: -La poblacion de los dispositivos son todos discretos -Plantas no son intrínsecamente seguras -Limitaciones en la longitud del cableado no son un problema -Usuarios desean lo ultimo en simplicidad -Dispositivos discretos existentes necesiten ser incorporados hacia un medio basado en bus -Dispositivos convencionales discretos necesitan sr incorporados hacia una red de tipo bus -Gran numero de dispositivos discretos necesitan ser incorporados de forma rentable hacia una red existente de nivel de control vía un dispositivo gateway.

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REDES INDUSTRIALES MODBUS Resumen: El protocolo Modbus fue originalmente desarrollado por MODICON en 1978 para intercambiar información entre productos a nivel de piso de planta. Este protocolo llego a ser de facto un estándar para intercambio de datos e información de comunicación entre sistemas PLC’s. Dispositivos Modbus se comunican sobre una red serial en un tipo de relación Master esclavo usando uno de dos modos de transmisión: ASCII(Estándar americano para intercambio de información) o RTU(Unidad de terminal remota) En el modo ASCII, dos bytes de 8 bits de información son enviados como dos caracteres ASCII. La primera ventaja del modo ASCII es la flexibilidad de la secuencia del tiempo. Un intervalo entre caracteres superior a un segundo puede ocurrir sin causar errores en la comunicación.

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REDES INDUSTRIALES En el modo RTU los datos son enviados como dos caracteres hexadecimales de 4 bits proporcionando una alta relacion de bits de entrada y salida comparado al modo ASCII para la misma razón de baudios Mejoras a Modbus incluyen los protocolos Modbus Plus y Modbus TCP, ambos permiten que la información Modbus sea encapsulada en una estructura de red para soportar comunicaciones punto a punto. Modbus Plus se comunica via un simple par de hilos trenzados y usa una secuencia de paso de testigo para secuencias de comunicación por punto . Modbus TCP es un estándar abierto diseñado para facilitar la transferencia de mensajes Modbus usando el protocolo TCP/IP y estándares redes Ethermet

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Red Modbus Puntos destacados: Tipo de red: -ASCII/RTU Bus de dispositivos -ModbusPlus Bus de control Medio Físico: Par trenzado apantallado en un cable apantallado Topologia de red: Bus, árbol, estrella con ramificaciones Cantidad Max. de dispositivos ASCII /RTU Comunicaciones uno a uno ModbusPlus 32 (hasta 64 con repetidor)

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REDES INDUSTRIALES Distancia Maxima Modbus ASCII 350m ModbusPlus 1500m (6000 metros con repetidores) hasta 3 repetidores pueden usarse(mínimo 1 m entre dispositivos) Metodos de Comunicación ASCII/RTU Maestro –esclavo ciclo de pregunta-respuesta LRC- Chequeo de error para ASCII CRC- chequeo de error para RTU ModbusPlus Punto a punto(Anillo lógico de paso de testigo)

Uso Primario ASCII/RTU Comunicaciones seriales para PLC, variadores de frecuencia, sistemas de control etc.. ModbusPlus Uniendo Modbus y/o dispositivos RS232/RS485 en una red punto a punto Alimentación: 12VDC, no usada para los dispositivos Alimentación y Comunicaciones solamente sobre bus 12VDC, max. 300mA(100mA tipico) Alimentación de dispositivos Los dispositivos deben ser alimentados separadamente del bus de comunicaciones TECPRO INGENIEROS

REDES INDUSTRIALES Ventajas: -Protocolo bien entendido y documentado -Protocolo ampliamente soportado por muchos PLC,DCS y sistemas de procesos -Protocolo es ya usado en muchas fabricas Desventajas: -Limitado uso como bus de dispositivos -Limitadas capacidades de diagnostico para las aplicaciones de dispositivos -Alimentación separada requerida para la operación de los dispositivos

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Cuando usar Modbus? Hablando en términos generales se recomienda usar Modbus cuando: -La población de los dispositivos son ante todo discretos -Usuarios finales ya tienen un sistema de control existente que soporta Modbus -Usuarios finales tienen un sistema de control tradicional que no soporta otros protocolos de comunicación -Plantas no son intrínsecamente seguras

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REDES INDUSTRIALES DEVICENET Resumen: DeviceNet es un protocolo basado en la capa 7 del protocolo CAN originalmente desarrollado por Allen Bradley. La operación del DeviceNet es basado en un modelo de comunicación orientado a objetos, DeviceNet es mantenida por la ODVA(Open DeviceNet Vendor Association) DeviceNet es diseñada para conectar dispositivos simples de múltiples suministradores los cuales cumplen con los estándares de la red DeviceNet. Cada segmento DeviceNet puede conectar hasta 64 dispositivos. Este es un sistema de 4 hilos entregando 8 Amperios a 24VDC, suficiente para dispositivos de campo tales como válvulas solenoides. Los cuatro hilos transportan señal y alimentación típicamente sobre un simple cable. Múltiples fuentes de alimentación pueden ser usados para redundancia y requerimientos de potencia adicional.

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REDES INDUSTRIALES DeviceNet usa una línea troncal(bus) con cables sueltos conectando dispositivos, la línea troncal requiere un terminador de 121 ohmios al final del bus. DeviceNet soporta los modelos de comunicación de red Maestro-esclavo, Punto a punto y multi master, los datos puedes ser transferidos sobre un ciclo o cambio de base de estado usando el paradigma ProductorConsumidor que conserva el ancho de banda de la red. DeviceNet es muy comúnmente usado para comunicaciones entre los sistemas de supervisión con CCM’s y variadores de frecuencia

Red DeviceNet Puntos Destacados: Tipo de red: Device Bus(Bus de dispositivos) Medio Físico: Dos pares trenzados apantallados contenidos en un cable grueso, delgado o plano apantallado. Topología de red: Bus con drops(ramales) TECPRO INGENIEROS

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Cantidad máxima de dispositivos: 62 dispositivos por segmento Distancia Máxima: (Usando cable grueso) -Máxima distancia con repetidores: 6,000 m 125kbps - 500m 250kbps - 250m 500kbps - 100m Usando cable delgado se puede conseguir distancias de 100 m a pesar de la razón de transferencia de datos Uso Primario: Centros de control de motores, variadores de frecuencia, aplicaciones remotas I/O

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REDES INDUSTRIALES Ventajas: -Excelente soporte para CCM’s, variadores de frecuencia y convencional I/O -Costo moderado por dispositivos -Bajo costo de instalación -Módulos I/O permitidos para integración convencional discreta y análoga -Velocidades de transmisión relativamente rápidas -Alimentación y señal sobre el mismo cable -Hasta 64 nodos direccionables -Amplia variedad de topología disponibles incluyendo troncal, lineal, derivaciones -Doble detección de direccionamiento de nodos -Soporta algunos diagnósticos de dispositivos Desventajas: -Esclavos solo pueden ser controlados por un master -No soporta instalaciones intrínsecamente seguras

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REDES INDUSTRIALES PROFIBUS Resumen: El protocolo Profibus fue creado en 1989 en Alemania por un consorcio de suministradores de automatización de fabricas, originalmente desarrollado para aplicaciones de manufactura discreta esto se ha expandido hacia automatización de procesos y aplicaciones empresariales. Profibus engloba diferentes especificaciones de un protocolo de bus industrial incluyendo Profibus DP, Profibus PA, Profibus FMS y Profinet. Profibus DP es un bus de nivel de dispositivos soporta señales discretas y análogas. Profibus ha extendido el uso para items como I/O remotos, centro de control de motores y variadores de frecuencia. Profibus DP comunica a velocidades desde 9.6kbps hasta 12Mbps sobre distancias de 100 a 1,200 metros. Profibus nativamente no soporta instalaciones intrínsecamente seguras.

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REDES INDUSTRIALES Profibus PA es un bus generalmente usado para instrumentación a nivel de proceso. Profibus PA comunica a 31.25kbps y tiene una distancia máxima de 1.900 metros por segmento. Profibus PA es diseñado para soportar aplicaciones intrínsecamente seguras. Profibus FMS es un bus de control generalmente usado para comunicaciones entre sistemas DCS y PLC mientras que PROFInet es un protocolo que esta siendo desarrollado para permitir las comunicaciones de Profibus a través de redes ethernet. Red Profibus Puntos destacados: Tipos de red: DP Bus de dispositivos PA Red de control de procesos FMS Red de control a nivel de célula

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REDES INDUSTRIALES Medio Físico: Par trenzado, fibra Topología de Red: Bus, estrella, anillo Máxima cantidad de dispositivos DP Max. 126 estaciones sobre un bus (máximo de 244 bytes de entrada y salida de datos posibles por cada esclavo) PA 32 nodos por segmento, 4-6 por segmento repetido dependiendo de los requerimientos de potencia de los dispositivos y del tipo de barrera I.S. usada. Distancia Máxima: DP

93.75 Kbps y menos – 1200 metros 500Kbps – 400 metros TECPRO INGENIEROS

REDES INDUSTRIALES 1.5Mbps – 200 metros 12Mbps – 100 metros PA 1,900 metros Max. distancia con repetidores 9,500 metros(máximo 4 repetidores pueden ser usados) Métodos de Comunicación: DP Punto a punto, multicast o cíclico maestro-esclavo(usa secuencia de paso de testigo) PA Cliente/servidor, Publicista/suscriptor, eventos comunicaciones pueden ser de tipo programado o no. Uso Primario DP Usado para señales discretas y análogas para PLC, variadores de frecuencia, comunicaciones remotas a través de I/O PA Dispositivos análogos y discretos para control de procesos

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REDES INDUSTRIALES Ventajas: -Ampliamente aceptado con 1,100 compañías miembros alrededor del mundo -Soporte de red a nivel de dispositivo, control de procesos y ethernet -Interfaces están disponibles para variadores de frecuencia y aplicaciones de centros de control de motores(Profibus DP) -Instrumentación de procesos disponible con dispositivos Profibus PA -Aplicaciones de tipo empresarial con PROFInet -Instalaciones intrínsecamente seguras disponibles para intrumentos Profibus PA -Gateways permiten integración directa para Profibus PA hacia redes Profibus DP -Gateways disponibles para soportar redes de sensores tipo AS-I -Interfaces Host disponibles para la mayoria de sistemas PLC, DCS y PC’s -Mas de 2,000 productos disponibles.

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REDES INDUSTRIALES Deventajas: -Profibus DP no soporta instalaciones intrínsecamente seguras -No tiene capacidades de control en el campo Comentario: Profibus es el único protocolo de bus que ofrece diferentes soluciones para automatización de procesos(PA), automatización de fabrica(DP) y empresarial(PROFInet) Profibus es bien aceptado en muchos tipos de industrias especialmente en Europa, pero no ha sido muy popular en Norte America

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REDES INDUSTRIALES FIELDBUS FOUNDATION Resumen: El protocolo Fieldbus Foundation fue creado en 1,994 por un grupo de suministradores de automatización de procesos, a diferencia de otros protocolos, FF fue desarrollado específicamente para las industrias de proceso, por tanto es capaz de manejar todas las complejidades de la administración de procesos incluyendo variables de proceso, control de procesos deterministicos en tiempo real y diagnosticos. Caracteristicas de Foundation Fieldbus son seguridad intrínseca, longitud de cableado amplio, y entrega de blocks de datos sobre un sistema de dos hilos. En aplicaciones intrínsecamente seguras solamente 83mA de corriente esta disponible para cada segmento, es importante también que los dispositivos de campo consuman poca corriente.

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Foundation Fieldbus es el ideal reemplazo digital del tradicional estándar análogo de 4-20mA aunque este fue hecho específicamente para instrumentos análogos tales como válvulas de control y transmisores, es a menudo apropiado también para válvulas on/off. Red Foundation Fieldbus Puntos destacados: Tipo de red: Red de control de procesos Medio Físico: Par trenzado, fibra Topología de red: Estrella, bus

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REDES INDUSTRIALES Máximo numero de dispositivos: 32 nodos por segmento(16 nodos por segmento sobre el mismo sistema host Máximo numero de dispositivos usando seguridad intrínseca 4-6 por segmento repetido dependiendo de los requerimientos de potencia de los dispositivos y el tipo de barrera de seguridad intrínseca usada.

Distancia Máxima: -Máxima distancia 1,900 metros -Máxima distancia con repetidores 9,500 metros(máximo 4 repetidores pueden ser usados)

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REDES INDUSTRIALES Metodos de comunicación: -Cliente/servidor, Publicista/suscriptor, eventos -Comunicaciones programadas y no programadas Uso Primario: Usado para dispositivos de control de procesos análogos y discretos

Ventajas: -Excelente soporte para señales análogas I/O -Incorpora dispositivos discretos hacia los mismos segmentos -Proporciona capacidades de control en el campo -Proporciona opciones de redundancia para la alimentación y comunicación de los dispositivos

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REDES INDUSTRIALES -Disponible para instalaciones intrínsecamente seguras -Ampliamente soportado por fabricantes de control de procesos -Completa comunicación digital para los transmisores microprocesados -Elimina imprecisiones de conversiones A/D y D/A de representativas señales análogas como 4-20mA -Elimina la calibración de señales representativas necesarias para mejorar la precision -Elimina ajustes en los limites de los rangos altos y bajos a nivel de dispositivos -Dispositivos contienen informaciones de diagnósticos y capacidades de alarma -Certificación de interoperabilidad asegura que varios dispositivos de campo trabajen con una variedad de sistemas host sin importar el fabricante. Desventajas: -Limitado requerimiento de potencia en aplicaciones intrínsecamente seguras extendido para instalaciones de tipo FISCO. -Entrenamiento para puesta en marcha, resolución de problemas y calibración podría ser requerido. -Requiere apropiado aterramiento y aislamiento de potencia para evitar errores de comunicación en la red. TECPRO INGENIEROS

REDES INDUSTRIALES Comentarios: -FF esta hecho para control de procesos(FF fue hecho por los mas grandes fabricantes lideres de equipos de control de procesos del mundo) -FF esta probado a nivel mundial siendo implementado exitosamente en aproximadamente 25 paises. -FF es intrínsecamente seguro

PLANT HIGHWAY (HSE) BRIDGE FIELDBUS H1

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REDES INDUSTRIALES Integración de la información Operación

Mantenimiento

Ingeniería

Administración

Hub/Switch

FIELDBUS HSE

Linking Devices

PLC

Linking Devices

Bridge

MODBUS

E/S

FIELDBUS H1

E/S

FIELDBUS H1

4-20mA+HART

E/S DISCRETAS

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COMENTARIO • Los Sistemas de Comunicación proporcionan el esqueleto sobre el se articulan las estrategias de automatización • Los sistemas de comunicación industrial son mecanismos de intercambio de datos distribuidos en una organización industrial