Protocolo As-i-2.docx

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Protocolos de Comunicación Bus de comunicación industrial As-Interface

NOMBRE: FELIPE RIVAS – RODRIGO STUARDO CARRERA: INGENIERÍA EN AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL INDUSTRIAL ASIGNATURA: INTEGRACION DE REDES INDUSTRIALES PROFESOR: ALEXIS ANTONIO MEDEL CERECEDA FECHA:

1 Índice Contenido 1

Índice .......................................................................................................................... 2

2

Introducción ................................................................................................................ 4

3

Historia de comunicación industrial AS-i. ................................................................... 5

4

Características sistema AS-i ...................................................................................... 6

5

6

4.1

AS-Interface (AS-i) ............................................................................................... 6

4.2

Variedad de conexiones ....................................................................................... 6

4.3

Tensión y transmisión de datos a través de un cable ........................................... 6

4.4

AS-i en la pirámide de automatización ................................................................. 7

4.5

Tabla de caracteristicas del bus AS-i ................................................................... 7

Versiones de AS-i ....................................................................................................... 9 5.1.1

Ampliaciones más importantes de la versión 2.1 ........................................... 9

5.1.2

Ampliaciones más importantes de la versión 3.0 ........................................... 9

Tipos de conectores utilizados ................................................................................. 10 6.1

7

Estructura básica del sistema AS-i ..................................................................... 10

Tipo de cable utilizado .............................................................................................. 11 7.1

Cable AS-i .......................................................................................................... 11

7.1.1

Cable de perfil AS-i para servicio de campo ................................................ 11

7.1.2

Cable de perfil AS-i para uso en el armario de distribución ......................... 11

7.1.3

Utilización de otros cables bifilares .............................................................. 12

7.2

Cables de perfil AS-i EPDM, TPM, PUR ............................................................ 12

7.2.1

EPDM – goma.............................................................................................. 12

7.2.2

TPE - compuesto de PVC especial .............................................................. 12

7.2.3

PUR – poliuretano........................................................................................ 12

7.3

Otros Cables Auxiliares utilizables en AS-i......................................................... 12

7.3.1

Cable Negro ................................................................................................. 12

7.3.2

Cable Rojo ................................................................................................... 13

7.3.3

Cable Amarillo Resistente ............................................................................ 13

7.3.4

Cable Redondo ............................................................................................ 13

7.3.5

Cable Redondo Apantallado ........................................................................ 13

7.4

Extensión del cable ............................................................................................ 13

7.4.1

Terminación del bus..................................................................................... 14

7.4.2

Repetidores.................................................................................................. 14

7.4.3

Maestros dobles........................................................................................... 14

7.5

Comparativa de las diversas extensiones de cable ............................................ 14

7.6

Ejemplos de conexiones del cableado ............................................................... 15

8

7.6.1

Ejemplo AS-i 1: Extensión de cable con repetidor ....................................... 15

7.6.2

Ejemplo AS-i 2: Extensión de cable con maestro doble ............................... 15

7.6.3

Ejemplo AS-i 3: Extensión de cable con terminación de bus ....................... 16

7.6.4 bus

Ejemplo AS-i 4: Extensión máxima posible con repetidores y terminación de 16

Tipo de topología que puede trabajar ....................................................................... 18 8.1

¿Qué es una topología? ..................................................................................... 18

8.2

Topología bus ASi .............................................................................................. 18

9

8.2.1

Estructura de árbol....................................................................................... 18

8.2.2

En línea o bus troncal .................................................................................. 19

8.2.3

En línea con ramales derivados ................................................................... 19

8.2.4

De anillo ....................................................................................................... 19

8.2.5

De estrella .................................................................................................... 20

Características a considerar para utilizar en el ambiente industrial .......................... 21

10

Descripción de la trama de datos .......................................................................... 22

10.1

¿Qué es una trama de datos?......................................................................... 22

10.2

Trama de datos de ASi.................................................................................... 22

11

Ventajas y desventajas .......................................................................................... 23

12

Conclusiones ......................................................................................................... 24

13

Bibliografía ............................................................................................................. 25

2 Introducción En el siguiente informe se describirá en profundidad el protocolo de comunicación Asi (AsInterface) dando a conocer su historia y evoluciones a través del tiempo como sus principales caracteristicas donde se habla de las variedades de conexiones, tension y transmisión de datos a traves de un cable, topologías que puede trabajar, sus características principales a considerar para utilizar en el ambiente y se reaizara un cuadro comparativo con sus ventajas y desventajas

3 Historia de comunicación industrial AS-i. ASi es un sistema estandarizado, independiente del fabricante, sin bus específico de una marca, compatible con el campo gracias a su máxima resistencia a interferencias eléctricas, este bus permite acoplamientos de los elementos en lugares indistintos mediante uniones mecánicas. Es producto de un proyecto iniciado en 1990 por un consorcio compuesto por 11 empresas fabricantes de sensores y actuadores. La red ASi se ha creado como un sistema maestro simple, utilizando la técnica de poleo cíclico, la velocidad de lectura es de 5 ms. Esto quiere decir que sólo existe un maestro en toda la red. Este maestro consulta y actualiza los datos de todos los esclavos de la red, empleando para ello un tiempo fijo.

A diferencia con otros sistemas de bus más complejos, la red ASi se configura de forma automática, el usuario no necesita realizar ningún ajuste, como, por ejemplo, derechos de acceso, velocidad de red, tipo de telegrama, etc., con ASi se pueden conectar señales de proceso digitales y analógicas, representa la interface universal entre el nivel de control superior (PLC) y el nivel de control inferior (actuadores y sensores).

4 Características sistema AS-i 4.1 AS-Interface (AS-i) La interfaz AS-i introduce nuevas bases tecnológicas en la aplicación de instalaciones y en la automatización. De este modo, se obtienen ventajas económicas en relación con el diseño, la puesta en marcha y el mantenimiento de sus máquinas. Al contrario que los habituales buses de campo, AS-i tiene un diseño que permite su integración hasta el nivel de sensor. Con el sistema AS-i el cableado se reduce drásticamente, ya que el conexionado convencional desde cada sensor y/o actuador llegando hasta el controlador ya no es necesario. De este modo, se ahorra un buen número de bornes, cajas de distribución, tarjetas de entrada y salida y cantidades enormes de cables.

4.2 Variedad de conexiones Mediante sus conexiones de campo, AS-i proporciona hasta 248 detectores binarios y 186 actuadores por cada red de cable AS-i. Los detectores con AS-Interface integrado proporcionan más información al controlador sin que sea necesario un cableado adicional. Por este motivo, a esta nueva generación de detectores se les denomina también detectores inteligentes.

4.3 Tensión y transmisión de datos a través de un cable Tanto la tensión como la comunicación de datos de todos los detectores se llevan a cabo mediante un cable AS-i (amarillo). En algunos aparatos los actuadores también pueden ser suministrados a través de esta vía. En caso de que se soliciten altas corrientes de salida o una desconexión de paro de emergencia, los actuadores reciben el suministro a través de un segundo cable plano negro con energía auxiliar independiente de 24 V.

4.4 AS-i en la pirámide de automatización El bus AS-i está establecido en la base de la pirámide de la automatización (Figura 1.). Dentro de esta jerarquía se encuentra emplazada debajo de los buses de campo. Las ventajas de AS-i son la simplicidad, la velocidad, el cableado rápido y las prestaciones, sobre todo como bus transportador para los buses de campo. Éstos, por el contrario, transmiten los datos independientemente del tiempo a través de distancias más largas hasta el controlador principal.

Figura 1. Pirámide de la automatización.

4.5 Tabla de caracteristicas del bus AS-i

Topología (cableada)

Estructura de árbol, en línea, en línea con ramales derivados, de anillo, de estrella.

Medio

Cable de dos hilos no apantallado. (P.ej. H05VV-F2 x 1,5; cable plano AS-i) Datos y señales a través de un cable, máx. 8ª.

Señales

100m, prolongación posible mediante repetidor. Longitud del cable

Hasta 62 esclavos Numero de esclavos por red

Datos útiles por esclavo

Datos de 4 bits (cíclicos), parámetros de bits (aciclicos), 4 bits con protocolo de datos (múltiplex). 124 E/S (esclavo único).

Numero de E/S binarias (cíclicas)

248 E + 186 S (esclavos A/B).

Procesamiento del valor analógico

31 x 4 canales posibles mediante el perfil de esclavo S 7.3 124 palabras

Numero de E/S analógicas (cíclicas).

Varios bytes, uni/bidireccionales Transmisión de datos, parametrización

5…10 mS Tiempo de ciclo Tipo de acceso

Interrogación secuencial cíclica, sistema de maestro único. Dirección inequívoca y fija en el esclavo.

Direccionamiento

Detección de errores

Identificación erróneos.

y

repetición

de

telegramas

5 Versiones de AS-i La AS-International Association realizó en 1999 algunos cambios importantes en el ya conocido estándar industrial AS-Interface. Estas ampliaciones están integradas dentro de la versión 2.1. Como se deduce de su propia designación, se trata de una ampliación compatible con las versiones anteriores. El poseedor asegura así las inversiones que haya podido realizar, ya que todos los esclavos AS-i existentes pueden seguir utilizándose con la versión 2.1. La estructura física del bus y el protocolo no han sufrido ningún cambio desde 1992. A finales del 2004, se creó una nueva ampliación AS-i, la versión 3.0, también compatible con las versiones anteriores, que dispone de una nueva generación de esclavos con transmisión de datos en serie además de otras aplicaciones especiales. La especificación AS-i 3.0 contiene todas las anteriores especificaciones (2.0 y 2.1).

5.1.1    

Ampliaciones más importantes de la versión 2.1 Opciones de diagnóstico especializadas, bits de fallos de periféricos “Plug & Play” también disponible para módulos analógicos Aumento del número de módulos de 31 a 62 Código ID extendido en el esclavo

5.1.2    

Ampliaciones más importantes de la versión 3.0 Protocolo en serie y asíncrono Esclavos A/B con 4 entradas y 4 salidas Varios esclavos en un sólo dispositivo Opciones de parametrización

6 Tipos de conectores utilizados 6.1 Estructura básica del sistema AS-i La configuración mínima de un sistema AS-i (figura 2), posee un maestro, esclavos y una alimentación AS-i. En caso de ser necesario, se puede instalar de forma adicional monitores de seguridad, repetidores, controladores de defecto a masa y otras herramientas de diagnóstico.

Figura 2. Estructura básica de un sistema AS-i

7 Tipo de cable utilizado 7.1 Cable AS-i 7.1.1 Cable de perfil AS-i para servicio de campo Con el cable AS-i (cable de perfil) es posible el montaje sencillo y rápido de un sistema AS-i. El cable AS-i está ejecutado como cable bifilar con envoltura de goma (2 x 1,5 mm2). El perfil especial impide que se puedan conectar estaciones con los polos permutados Los contactos del cable AS-i se establecen con ayuda de la técnica de conexión por desplazamiento del aislamiento (IDC). Cuchillas de contacto penetran en el cable a través de la envoltura de goma y ponen así en contacto los dos conductores del cable. Esto garantiza una resistencia de paso pequeña y, con ello, una transmisión de datos segura. No es necesario cortar, desaislar ni atornillar el cable. Para este tipo de conexión se dispone de módulos de acoplamiento en técnica de conexión por desplazamiento del aislamiento.

La envoltura del cable AS-i es de goma. Si fuera necesario cambiar de sitio los módulos tras la conexión al cable AS-i, esto se puede hacer sin dificultad. El cable AS-i se auto restaura. Esto significa que los agujeros causados por las cuchillas de contacto en la envoltura de goma se cierran por sí mismos y se restablece el grado de protección IP67. Al montar el cable en un módulo AS-i, el cable hermetiza los orificios de entrada. Así se logra el grado de protección IP67.

7.1.2 Cable de perfil AS-i para uso en el armario de distribución Para el cableado de productos AS-i concebidos para el montaje en armarios de distribución, se dispone de otro cable de perfil con una sección de 2 x 0,8 mm2. Por su menor sección se maneja más fácilmente, es más barato y además está optimizado para la aplicación de la técnica IDC (grado de protección IP20).

7.1.3 Utilización de otros cables bifilares Además del cable AS-i especial se puede utilizar cualquier otro cable bifilar con una sección de 2 x 1,5 mm2. No se requiere apantallado o trenzado. Para la transición del cable AS-i especial a otro cable (p. ej. cable redondo estándar) se dispone de un módulo especial sin electrónica integrada (transición de cable AS-i a cuatro conexiones M12 así como transición de cable AS-i a una conexión M12).

7.2 Cables de perfil AS-i EPDM, TPM, PUR Los diversos cables de perfil AS-i se diferencian en el material de la envoltura: 7.2.1 EPDM – goma Aplicación en zonas protegidas con escasas influencias de agentes químicos 7.2.2 TPE - compuesto de PVC especial Para aplicaciones más exigentes en cuanto a la resistencia a los agentes químicos Autorización UL/CSA 7.2.3 PUR – poliuretano Para aplicaciones más exigentes en cuanto a la resistencia a los agentes químicos Área alimentaria Cables y cadenas de alimentación y arrastre (menor abrasión) Autorización para construcciones navales

7.3 Otros Cables Auxiliares utilizables en AS-i 7.3.1 Cable Negro Se utiliza para proporcionar una alimentación auxiliar de 24 V DC a los esclavos AS-i

7.3.2 Cable Rojo Función similar al cable negro, pero para una alimentación auxiliar de 220 V AC.

7.3.3 Cable Amarillo Resistente Variante adaptada para resistir materiales hostiles, engrasantes, gasolina, etc. Este cable pierde la cualidad de auto cicatrización por ser de un material distinto al cable amarillo estándar.

7.3.4 Cable Redondo Es igual que el cable amarillo, pero no tiene su perfil característico.

7.3.5 Cable Redondo Apantallado Idéntico al anterior, pero los hilos están recubiertos por una malla que añade inmunidad frente al ruido eléctrico.

7.4 Extensión del cable El bus AS-i está pensando para utilizar cables de una longitud de 100 metros. En algunas ocasiones se ha experimentado llegado a la conclusión de que a menudo se pueden emplear cables de hasta 130 metros, e incluso más, sin ningún problema. En muchas ocasiones, los cables de gran longitud y no terminados provocan reflejos que causan interferencias en los telegramas AS-i e interrupciones en la repetición de estos telegramas. Existen varias soluciones para remediar estos problemas y poder así instalar una extensión de otros 100 metros:

7.4.1 Terminación del bus Al final de un cable de gran longitud minimiza los reflejos. Además, en caso de que haya pocos módulos se recomienda colocarlo al final del cable, ya que en ese punto la caída de tensión con la carga conectada será mayor. Otra de las ventajas de la terminación de bus es la mejora de la calidad de los telegramas AS-i con los cables de gran longitud, además de la posibilidad de uso de componentes Safety at Work. 7.4.2 Repetidores Sirven para prolongar los cables 100 metros más. Todos los repetidores poseen una separación galvánica que divide la red en dos segmentos. Cada segmento dispone de suministro de tensión propio. De este modo, la alimentación AS-i 1 suministra al segmento del maestro y la alimentación AS-i 2 abastece el area que se encuentra detrás del repetidor. De esta manera, se aumenta la corriente general por cada red AS-i y se mejora la caída de tensión. Un repetidor también se puede emplear por razones de seguridad. Como por ejemplo, cuando es necesario garantizar que un cortocircuito en la parte secundaria de la red no tenga ninguna influencia negativa en la parte primaria. De este modo, las redes AS-i se pueden dividir en dos tramos con separación galvánica. Cada repetidor dispone de un tiempo de circulación de la señal, que se van añadiendo durante la conexión en serie. Este hecho limita el número de repetidores que se van a utilizar. 7.4.3 Maestros dobles En el centro de las máquinas se pueden instalar en direcciones opuestas 100 metros de cable AS-i por maestro. Así, se pueden puentear distancias de 200 metros. Una consecuencia adicional es la duplicación de los módulos AS-i conectados.

7.5 Comparativa de las diversas extensiones de cable Existen varias opciones de prolongación de la red AS-i. Los cien metros establecidos se pueden prolongar en casos extremos hasta los 600 metros. La siguiente tabla muestra las diversas opciones de extensión y las diferencias entre las extensiones de cable. Medida

Prolongación

Alimenta ción adicional

Repetidores

100 m

Si

Separaci ón galvánic a Si

Maestros dobles

100 m

Si

Si

Terminación de bus

100 m

No

No

Caída de tensió n No critica

Numero de esclavos máx. 62

No critica Critica

124 62

Observaciones

Máx. 2 repetidores en serie y máx. 1 repetidor en Safety at Work El maestro se encuentra en el centro Comprobar suministro total desde AS-i y calidad de los telegramas

sintonizador

100…150 m

No

No

Critica

62

Comprobar suministro total desde AS-i y calidad de los telegramas

7.6 Ejemplos de conexiones del cableado 7.6.1 Ejemplo AS-i 1: Extensión de cable con repetidor Los repetidores AS-i se pueden instalar en los armarios eléctricos para poder prolongar la longitud del cable y aumentar el suministro total de corriente. No es posible establecer una conexión en paralelo de alimentaciones AS-i sin repetidores. Se pueden conectar hasta dos repetidores en serie.

Figura 3. Extensión de cable con repetidor

7.6.2 Ejemplo AS-i 2: Extensión de cable con maestro doble Existe la posibilidad de montar un maestro doble AS-i en el centro del dispositivo y, así, en un sentido se tiende un cable de 100 metros, y en el sentido opuesto se coloca otro cable de 100 metros. Otra ventaja de este método es que se puede conectar el doble de esclavos en comparación con la solución monomaestro.

Figura 4. Extensión de cable con maestro doble

7.6.3 Ejemplo AS-i 3: Extensión de cable con terminación de bus En el mejor de los casos, la terminación de bus duplica también el cable de bus AS-i. No obstante, antes y después del montaje hay que controlar el número de telegramas repetidos mediante un dispositivo apropiado o a través del display del Controlador. Sólo de esta manera se puede llevar un control de la mejora de la calidad de transmisión.

Figura 5. Extensión de cable con terminación en bus

7.6.4 Ejemplo AS-i 4: Extensión máxima posible con repetidores y terminación de bus La longitud máxima del bus se alcanza empleando 2 repetidores y 2 terminaciones de bus. Puede darse el caso de limitaciones dependiendo del tipo de tendido del cable y de la topología. La configuración de la extensión de cable mencionada anteriormente no es apropiada para las aplicaciones de Safety at Work.

8 Tipo de topología que puede trabajar 8.1 ¿Qué es una topología? Se entiende por topología a la forma en que los distintos ordenadores o componentes de un automatismo se conectan al medio físico. Las topologías de red se pueden clasificar en dos grupos:  

Enlaces punto a punto. Las redes de difusión.

Enlaces punto a punto: En los enlaces punto a punto dos estaciones utilizan un vínculo único y exclusivo. Es un método simple y de disponibilidad absoluta, ya que no hay otra estación que ocupe el medio físico. Su implementación es difícil en la medida que crece la cantidad de estaciones, porque la cantidad de líneas requeridas crece en forma drástica. A partir de enlaces punto a punto es posible la implementación de otras topologías, en las que cada estación juega un papel activo, repitiendo el mensaje de una estación a otra hasta que éste llega a su destinatario. Esta función también puede ser cumplida por elementos de conmutación, que tienen capacidad para reenviar los mensajes. Redes de difusión: Como contrapartida, las redes de difusión se caracterizan por la existencia de un medio físico compartido, la cual todas las estaciones acceden en forma directa. Las topologías típicas de este tipo de red son las siguientes.

8.2 Topología bus ASi La conexión del bus ASi queda a elección del usuario, debido a que este tipo de bus soporta múltiples topologías de comunicación. Entre estas podemos encontrar la estructura de árbol, en línea, en línea con ramales derivados, de anillo, de estrella. 8.2.1 Estructura de árbol

Este tipo de topología de red es una de las más sencillas. Como su nombre lo indica, las conexiones entre los nodos (terminales o computadoras) están dispuestas en forma de árbol, con una punta y una base. Es similar a la topología de estrella y se basa directamente en la topología de bus. Si un nodo falla, no se presentan problemas entre los nodos subsiguientes. Cuenta con un cable principal llamado Backbone, que lleva la comunicación a todos los nodos de la red, compartiendo un mismo canal de comunicación.

8.2.2 En línea o bus troncal

Se basa en un cable central, el cual lleva la información a todas las computadoras de la red, en forma de ramificaciones, de modo, que la información viaja de manera secuencial hacia los nodos de la red. Su desventaja se basa en su distribución secuencial de datos, por lo que, si se interrumpe el cable central, la red queda inutilizada. En la actualidad es muy poco utilizada.

8.2.3 En línea con ramales derivados 8.2.4 De anillo Es un tipo de topología de red simple, en donde las estaciones de trabajo o computadoras, se encuentran conectadas entre sí en forma de un anillo, es decir, forman un círculo entre ellas. La información viaja en un solo sentido, por lo tanto, que si un nodo deja de funcionar se cae la red o deja de abastecer información a las demás computadoras que se encuentran dentro del anillo, por lo tanto, es poco eficaz.

8.2.5 De estrella Acá la distribución de la información va desde un punto central o Host, hacia todos los destinos o nodos de la red. En la actualidad, es muy utilizada por su eficiencia y simpleza. Se puede notar que el Host realiza todo el trabajo (una especie de servidor local que administra los servicios compartidos y la información). Por supuesto, cuenta con la ventaja que, si un nodo falla, la red continuará trabajando sin inconveniente, aunque depende del funcionamiento del Host.

9 Características a considerar para utilizar en el ambiente industrial          

Hasta 124 sensores y actuadores binarios con módulos AS-i estándar. Si se utiliza direccionamiento ampliado (A/B), se pueden alcanzar hasta 248 sensores y actuadores. Empleando el nuevo perfil de la revisión v3.0 del estándar AS-i, se pueden conectar hasta 496 entradas y salidas binarias. Longitud máxima de cable de 100 m uniendo todos los tramos, o hasta 300 m con repetidores. La revisión 2.1 del estándar facilita la conexión de sensores y actuadores analógicos, y la revisión 3.0 aún facilita más dicha conexión. Detección de errores en la transmisión y supervisión del correcto funcionamiento de los esclavos por parte del maestro de la red. Cables auxiliares para la transmisión de energía: Cable Negro (24 VDC) y Rojo (220 VAC). Grado de Protección IP 65/67 para ambientes exigentes. Cumple la normativa IP 20 para aplicaciones en cuadro. Temperaturas de funcionamiento entre -25ºC y +85ºC.

Condiciones mínimas para la instalación del bus

10 Descripción de la trama de datos 10.1 ¿Qué es una trama de datos? Es un elemento clave de cada protocolo de capa de enlace de datos. Los protocolos de capa de enlace de datos requieren información de control para permitir que los protocolos funcionen. La información de control puede indicar:    

Que nodos están en comunicación entre sí Cuándo comienza y termina la comunicación entre nodos individuales Que errores se producen mientras se comunican los nodos Que nodos se comunicarán después

10.2 Trama de datos de ASi El maestro AS-i utiliza una comunicación sencilla con los esclavos que están conectados. Gracias a un encabezamiento reducido al mínimo, AS-i obtiene tiempos de ciclo cortos, como por ejemplo 5 milisegundos para 248 entradas y salidas que tienen que ser escaneadas. El telegrama AS-i se repite 31 veces por ciclo, y en funcionamiento extendido se repite 62 veces.

Modelo OSI: cuantas capas del modelo OSI utiliza

11 Ventajas y desventajas

12 Conclusiones

13 Bibliografía