Protocolo As-i-6.docx

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Bus de comunicación industrial AS-interface Evaluación N°1

20%

NOMBRE: FELIPE RIVAS – RODRIGO STUARDO CARRERA: INGENIERÍA EN AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL INDUSTRIAL SECCIÓN: 470 ASIGNATURA: INTEGRACION DE REDES INDUSTRIALES PROFESOR: ALEXIS ANTONIO MEDEL CERECEDA FECHA: 03 / Abril / 2019

1 Índice de contenidos Contenido 1

Índice de contenidos................................................................................................... 2

2

Índice de ilustraciones ................................................................................................ 5

3

Índice de tablas .......................................................................................................... 6

4

Introducción ................................................................................................................ 7

5

Historia de comunicación industrial AS-i. ................................................................... 8

6

Características sistema AS-i ...................................................................................... 9

7

8

6.1

AS-Interface (AS-i) .............................................................................................. 9

6.2

Variedad de conexiones ...................................................................................... 9

6.3

Tensión y transmisión de datos a través de un cable.......................................... 9

6.4

AS-i en la pirámide de automatización ................................................................ 9

6.5

Tabla de caracteristicas del bus AS-i ................................................................ 10

Versiones de AS-i ..................................................................................................... 12 7.1.1

Ampliaciones más importantes de la versión 2.1 ....................................... 12

7.1.2

Ampliaciones más importantes de la versión 3.0 ....................................... 12

Tipos de conectores utilizados ................................................................................. 13 8.1

8.1.1

Fuente de alimentación AS-i ...................................................................... 13

8.1.2

Maestros .................................................................................................... 13

8.1.3

Esclavos ..................................................................................................... 14

8.1.4

Fuente de alimentación estándar de 24 VDC ............................................ 14

8.1.5

Conectores y cables ................................................................................... 14

8.2 9

Componentes de una red AS-i .......................................................................... 13

Estructura básica del sistema AS-i .................................................................... 15

Tipo de cable utilizado .............................................................................................. 16 9.1.1

Cable de perfil AS-i para servicio de campo .............................................. 16

9.1.2

Cable de perfil AS-i para uso en el armario de distribución ....................... 17

9.1.3

Utilización de otros cables bifilares ............................................................ 17

9.2

Cables de perfil AS-i EPDM, TPM, PUR ........................................................... 17

9.2.1

EPDM – goma ............................................................................................ 17

9.2.2

TPE - compuesto de PVC especial ............................................................ 17

9.2.3

PUR – poliuretano ...................................................................................... 17

9.3

Otros Cables Auxiliares utilizables en AS-i ....................................................... 18

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9.3.1

Cable Negro ............................................................................................... 18

9.3.2

Cable Rojo ................................................................................................. 18

9.3.3

Cable Amarillo Resistente .......................................................................... 18

9.3.4

Cable Redondo .......................................................................................... 18

9.3.5

Cable Redondo Apantallado ...................................................................... 19

9.4

Extensión del cable ........................................................................................... 19

9.4.1

Terminación del bus ................................................................................... 19

9.4.2

Repetidores ................................................................................................ 19

9.4.3

Maestros dobles ......................................................................................... 19

9.5

Comparativa de las diversas extensiones de cable........................................... 20

9.6

Ejemplos de conexiones del cableado .............................................................. 20

9.6.1

Ejemplo AS-i 1: Extensión de cable con repetidor ..................................... 20

9.6.2

Ejemplo AS-i 2: Extensión de cable con maestro doble ............................. 21

9.6.3

Ejemplo AS-i 3: Extensión de cable con terminación de bus ..................... 21

9.6.4 Ejemplo AS-i 4: Extensión máxima posible con repetidores y terminación de bus 22 10

Tipo de topología que puede trabajar ................................................................... 23

10.1

¿Qué es una topología? .................................................................................... 23

10.2

Topología bus ASi ............................................................................................. 23

10.2.1

Estructura de árbol ..................................................................................... 23

10.2.2

En línea o bus troncal ................................................................................ 24

10.2.3

De estrella .................................................................................................. 24

11

Características a considerar para utilizar en el ambiente industrial ...................... 25

12

Descripción de la trama de datos ......................................................................... 26

12.1

Trama de datos de ASi...................................................................................... 26

12.2

Modelo OSI ....................................................................................................... 26

12.3

Capas del modelo OSI ...................................................................................... 26

12.3.1

Nivel 1: Físico (Physical Layer) .................................................................. 27

12.3.2

Nivel 2: Enlace (Data Link Layer) ............................................................... 27

12.3.3

Nivel 3: Red (Network Layer) ..................................................................... 27

12.3.4

Nivel 4: Transporte (Transport Layer) ........................................................ 27

12.3.5

Nivel 5: Sesión (Session Layer) ................................................................. 28

12.3.6

Nivel 6: Presentación (Presentation Layer) ................................................ 28

12.3.7

Nivel 7: Aplicación (Application Layer) ....................................................... 28

12.4

Capas del modelo OSI utilizadas por AS-i ........................................................ 28

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13

Ventajas y desventajas ......................................................................................... 29

13.1

Ventajas ............................................................................................................ 29

13.2

Desventajas ...................................................................................................... 29

14

Conclusiones ........................................................................................................ 30

15

Bibliografía ............................................................................................................ 31

16

Webgrafia ............................................................................................................. 32

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2 Índice de ilustraciones Ilustración 1 Pirámide de la automatización. ................................................................... 10 Ilustración 2 Fuentes de alimentación AS-i ..................................................................... 13 Ilustración 3 Maestros AS-i .............................................................................................. 13 Ilustración 4 Esclavos AS-i .............................................................................................. 14 Ilustración 5 Cables perfilados AS-i según su aplicación ................................................ 14 Ilustración 6 Conectores para esclavos AS-i ................................................................... 15 Ilustración 7 Estructura básica de un sistema AS-i.......................................................... 15 Ilustración 8 Cable de perfil AS-i para servicio de campo ............................................... 16 Ilustración 9 La envoltura de goma del cable AS-i........................................................... 16 Ilustración 10 Cable de perfil AS-i para uso en el armario de distribución ...................... 17 Ilustración 11 Alimentación auxiliar 24 VDC .................................................................... 18 Ilustración 12 Alimentación auxiliar 220 VCA .................................................................. 18 Ilustración 13 Cable resistente a ambientes hostiles ....................................................... 18 Ilustración 14 Cable redondo AS-i ................................................................................... 18 Ilustración 15 Extensión de cable con repetidor .............................................................. 20 Ilustración 16 Extensión de cable con maestro doble ...................................................... 21 Ilustración 17 Extensión de cable con terminación en bus .............................................. 21 Ilustración 18 Extensión máxima posible con repetidores y terminación de bus ............. 22 Ilustración 19 Estructura de árbol .................................................................................... 24 Ilustración 20 Estructura de Bus ...................................................................................... 24 Ilustración 22 Estructura de estrella ................................................................................ 24 Ilustración 23 Trama de datos AS-i ................................................................................. 26

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3 Índice de tablas Tabla 1 Características de bus AS-i ................................................................................ 11 Tabla 2 Comparativa de extensiones .............................................................................. 20 Tabla 3 Capas del modelo OSI utilizadas por AS-i .......................................................... 28

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4 Introducción Hoy en día en las industrias se utilizan variadas tecnologías de la información y comunicación tales como; Hart – Modbus – Profibus – As-i – DeviceNet – ControlNet – Ethernet, entre los buses industriales más utilizados. Esto ocurrido por la necesidad de comunicación en los procesos de forma más simple, económica y de fácil instalación, orientado principalmente a la implementación de la menor cantidad de cables. En el siguiente informe se describe en profundidad el protocolo de comunicación ASi (As-Interface) dando a conocer su historia y evoluciones a través del tiempo como sus principales características donde se habla de las variedades de conexiones, tensión y transmisión de datos a través de un cable, topologías que puede trabajar, sus variables a considerar para utilizar en el ambiente y se dará a conocer un cuadro comparativo con sus ventajas y desventajas

El sistema AS-Interface se caracteriza por un alto grado de sencillez y efectividad, siendo por lejos el más económico frente a otros sistemas de bus. Por lo tanto, no es de extrañar que AS-Interface se haya convertido en el estándar más extendido en automatización industrial. No sólo es sumamente fácil de manejar y de rápida instalación, sino que también es especialmente flexible para futuras actualizaciones, y extremadamente robusto, incluso en las condiciones más adversas.

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5 Historia de comunicación industrial AS-i. En 1990, en Alemania, un consorcio de empresas exitosas crean un sistema de bus para redes de sensores y actuadores, denominado Actuator Sensor Interface (AS- Interface o en su forma abreviada AS-i). Este sistema surgió para atender algunos requisitos definidos a partir de la experiencia de sus miembros fundadores y para abastecer el mercado cuyo nivel jerárquico estuviese orientado a bit. De esta forma, la red AS-i fue desarrollada para complementar los demás sistemas y hacer más simples y rápidas las conexiones entre sensores y actuadores así como la de sus respectivos controladores. El objetivo de desarrollo para AS-Interface no era para llegar a un bus de campo universal para todos los aspectos de la automatización, pero con un sistema económicamente razonable para el nivel de campo inferior. AS-Interface se desarrolló para enlazar sensores y actuadores binarios mediante el uso de una tecnología sencilla instalación y, a continuación, para conectarlos a un nivel de control más alto.

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6 Características sistema AS-i 6.1 AS-Interface (AS-i) La interfaz AS-i introduce nuevos soportes tecnológicos en instalaciones y en la automatización. Es así como se obtienen ventajas económicas en con el diseño, la puesta en marcha y el mantenimiento. Al contrario de otros buses de campo, AS-i permite su integración hasta el nivel de sensor. Con AS-i el cableado se reduce drásticamente, ya que las conexiones convencionales de cada sensor y/o actuador llegando al controlador ya no serán necesarias. De este modo, se ahorra un buen número de bornes, cajas de distribución, tarjetas de entrada y salida y cantidades enormes de cables.

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

6.3 Tensión y transmisión de datos a través de un cable Tanto la tensión como la comunicación de datos se llevan a cabo por 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.

6.4 AS-i en la pirámide de automatización El bus AS-i está establecido en la base de la pirámide de la automatización. 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.

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Ilustración 1 Pirámide de la automatización.

6.5 Tabla de caracteristicas del bus AS-i Estructura de árbol, línea y estrella. Topología (cableada)

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

Numero de E/S binarias (cíclicas)

Procesamiento del valor analógico

Datos de 4 bits (cíclicos), parámetros de bits (aciclicos), 4 bits con protocolo de datos (múltiplex). 124 E/S (esclavo único). 248 E + 186 S (esclavos A/B). 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

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Interrogación secuencial maestro único.

cíclica,

sistema

de

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Dirección inequívoca y fija en el esclavo. Direccionamiento

Identificación y repetición de telegramas erróneos. Detección de errores Tabla 1 Características de bus AS-i

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7 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. 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).

7.1.1    

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

7.1.2    

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

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8 Tipos de conectores utilizados 8.1 Componentes de una red AS-i Los componentes que se pueden utilizar en el bus AS-i se categorizan el 5, estos son:     

Fuente de alimentación AS-i Maestros Esclavos Fuente de alimentación estándar Cables y conectores

8.1.1 Fuente de alimentación AS-i Su función es brindar energía a las estaciones conectados al cable AS-i. Pueden ser clasificadas por la potencia que entregan y por su grado IP.

Ilustración 2 Fuentes de alimentación AS-i

8.1.2 Maestros Para que un controlador pueda controlar una red AS-i, es necesario conectar una tarjeta de ampliación conectada al bastidor del controlador para que realice las funciones del maestro AS-i. Esta tarjeta es conocida como CP (communication Processor), aunque es posible encontrar maestros AS-i en formato de pasarela o Gateway.

Ilustración 3 Maestros AS-i

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8.1.3 Esclavos Se pueden encontrar muchos modelos diferentes y puede ir desde un esclavo de E/S estándar hasta esclavos en forma de célula fotoeléctrica, pasando por arrancadores, balizas de señalización, botonera de pulsadores, etc.

Ilustración 4 Esclavos AS-i

8.1.4 Fuente de alimentación estándar de 24 VDC Para algunos esclavos es necesario conectar fuentes de alimentación externa, para dar mayor potencia a los sensores/actuadores. Para identificar al esclavo que necesita una alimentación externa se realiza una inspección ocular dando énfasis a dos aspectos importantes:  

Dispone de bornes de conexión en donde haga referencia a algo igual o similar a POWER EXT. Dispone de un led indicador de fallo con referencia a algo igual o similar a AUX POWER.

8.1.5 Conectores y cables Podemos encontrar cables perfilados con los siguientes colores:

Ilustración 5 Cables perfilados AS-i según su aplicación

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Los conectores se utilizan cuando se quiere conectar un dispositivo estándar, ya sea sensor o actuador, a esclavos del bus AS-i. Estos conectores están formados por una carcasa y cuatro conexiones. Estas conexiones pueden tener una finalidad diferente según el componente aplicado, sensor a dos hilos o tres hilos, sensor digital o analógico, etc.

Ilustración 6 Conectores para esclavos AS-i

8.2 Estructura básica del sistema AS-i La utilización mínima de un sistema AS-i, posee un maestro, esclavos y una alimentación AS-i. En caso de ser necesario, se puede instalar adicionalmente monitores de seguridad, repetidores, controladores de defecto a masa y otras herramientas de diagnóstico.

Ilustración 7 Estructura básica de un sistema AS-i

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9 Tipo de cable utilizado 9.1.1 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. Este cable está creado 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.

Ilustración 8 Cable de perfil AS-i para servicio de campo

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.

Ilustración 9 La envoltura de goma del cable AS-i

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9.1.2 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).

Ilustración 10 Cable de perfil AS-i para uso en el armario de distribución

9.1.3 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).

9.2 Cables de perfil AS-i EPDM, TPM, PUR Los diversos cables de perfil AS-i se diferencian en el material de la envoltura: 9.2.1 EPDM – goma  Aplicación en zonas protegidas con escasas influencias de agentes químicos 9.2.2 TPE - compuesto de PVC especial  Para aplicaciones más exigentes en cuanto a la resistencia a los agentes químicos  Autorización UL/CSA 9.2.3 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

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9.3 Otros Cables Auxiliares utilizables en AS-i 9.3.1 Cable Negro Se utiliza para proporcionar una alimentación auxiliar de 24 V DC a los esclavos AS-i

Ilustración 11 Alimentación auxiliar 24 VDC

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

Ilustración 12 Alimentación auxiliar 220 VCA

9.3.3 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.

Ilustración 13 Cable resistente a ambientes hostiles

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

Ilustración 14 Cable redondo AS-i

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

9.4 Extensión del cable El bus AS-i se utiliza a una longitud de 100 metros. En algunas ocasiones se ha experimentado llegado a la conclusión de que se pueden emplear cables de hasta 130 metros sin ningún problema. En 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 los telegramas. Existen varias soluciones para remediar estos problemas y poder así instalar una extensión de otros 100 metros: 9.4.1 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 (componentes del sistema de seguridad). 9.4.2 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. 9.4.3 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.

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9.5 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

Caída de tensió n No critica

Numero de esclavos máx. 62

Maestros dobles

100 m

Si

Si

Terminación de bus

100 m

No

No

No critica Critica

124

sintonizador

100…150 m

No

No

Critica

62

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

Tabla 2 Comparativa de extensiones

9.6 Ejemplos de conexiones del cableado 9.6.1 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.

Ilustración 15 Extensión de cable con repetidor

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9.6.2 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.

Ilustración 16 Extensión de cable con maestro doble

9.6.3 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.

Ilustración 17 Extensión de cable con terminación en bus

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9.6.4 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.

Ilustración 18 Extensión máxima posible con repetidores y terminación de bus

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10 Tipo de topología que puede trabajar 10.1 ¿Qué es una topología? Se entiende por topología a la forma en que los distintos componentes 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. 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.

10.2 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 y de estrella.

10.2.1 Estructura de árbol Este tipo de topología de red es una de las más sencillas. Consiste en una serie de derivaciones que en general convergen en un punto. La configuración se obtiene con varias redes en bus unidas entre si mediante repetidores.

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Ilustración 19 Estructura de árbol

10.2.2 En línea o bus troncal La red es un medio físico de estructura lineal al que se conectan todas las estaciones. Su ventaja radica en que su instalación es sencilla y barata, constituyendo una red pasiva, en la que todos los elementos activos están en las estaciones. Por el contrario 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.

Ilustración 20 Estructura de Bus

10.2.3 De estrella Establece canales bidireccionales entre cada estación y un conmutador central, a través del cual deben pasar todas las comunicaciones. Las desventajas de este sistema es que si hay un fallo en el nodo central, toda la red queda bloqueada.

Ilustración 21 Estructura de estrella

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

Ideal para la interconexión de sensores y actuadores binarios. A través del cable AS-i se transmiten datos y alimentación. Cableado sencillo y económico. Se puede emplear cualquier cable bifilar de 2 x 1.5 mm2 no trenzado ni apantallado. El cable específico para AS-i, es amarillo y está codificado mecánicamente para evitar su polarización incorrecta. 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 496 salidas binarias (esto se da en el caso de conectar 62 esclavos de 8 conectores). 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.

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12 Descripción de la trama de datos 12.1 Trama de datos de ASi El maestro AS-i utiliza una comunicación sencilla con los esclavos que están conectados. Gracias a un prólogo 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.

Ilustración 22 Trama de datos AS-i

12.2 Modelo OSI Es una norma formada por siete capas que define las diferentes fases por las que deben pasar los datos para viajar de un dispositivo a otro sobre una red de comunicaciones. En este estándar no se define una implementación de una arquitectura de red, sino que se establece un modelo sobre el cual comparar otras arquitecturas y protocolos. El modelo OSI establece una arquitectura jerárquica estructurada en 7 capas. La idea es descomponer el proceso complejo de la comunicación en varios problemas más sencillos y asignar dichos problemas a las distintas capas, de forma que una capa no tenga que preocuparse por lo que hacen las demás. Según la estructura jerárquica, cada capa realiza servicios para la capa inmediatamente superior, a la que devuelve los resultados obtenidos, y a su vez demanda servicios a la capa inmediatamente inferior.

12.3 Capas del modelo OSI El modelo OSI enumera las capas de protocolos desde la superior (capa 7) hasta la inferior (capa 1).

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12.3.1 Nivel 1: Físico (Physical Layer) Define las características mecánicas, eléctricas y funcionales para establecer y liberar conexiones físicas, que permiten transmitir bits entre extremos de un medio físico. La capa física determina la topología (forma de conexión entre estaciones) y el medio físico. 12.3.2 Nivel 2: Enlace (Data Link Layer) Debe asegurar el envío y recepción de tramas entre estaciones. Dentro de la capa de enlace hay dos subcapas: la de Control de acceso al Medio (MAC) y la de Control Lógico de Línea (LLC). La función de Control de Acceso al Medio (MAC) es definir el procedimiento por el cual varias estaciones acceden al uso de un medio físico compartido, sin que se produzcan interferencias entre ellas. Existen para ello varios métodos, algunos de los cuales son: - Maestro-esclavo. - Paso de testigo en bus. - Paso de testigo en anillo. - Acceso múltiple con detección de portadora y colisiones. El Control Lógico de Línea (LLC) establece los procedimientos para una transmisión libre de errores, incluyendo el chequeo de tramas. Por ello implementa métodos como el bit de paridad transversal y longitudinal, o un código de redundancia cíclico (CRC). Adicionalmente incluye un servicio de transmisión y confirmación de recepción de tramas, definiendo la relación que establecen las estaciones antes y después de enviar la trama (aviso de conexión y recepción). 12.3.3 Nivel 3: Red (Network Layer) Esta capa agrega la información requerida para el manejo de paquetes en una red con múltiples caminos. En este caso, existen más de un camino posible para que un mensaje vaya de una estación a otra. Por lo tanto, es necesario definir procedimientos para seleccionar el camino que seguirá un mensaje, así como procedimientos para casos de congestión de tráfico en un camino. 12.3.4 Nivel 4: Transporte (Transport Layer) El manejo de volúmenes de información de gran tamaño en un único mensaje es inconveniente, ya que la detección de un error obliga a la retransmisión de todo el mensaje. La división del mensaje en unidades llamadas paquetes es ventajosa, ya que permite la detección de errores en cadenas más cortas de datos, facilitando y disminuyendo la carga para el caso de que sea necesario el reenvío de un paquete. La función de la capa de transporte es justamente dividir la información a transmitir en paquetes, y asegurar su correcto ordenamiento. Esta función es crítica en una red global WAN, en la que generalmente los paquetes llegan en forma desordenada

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12.3.5 Nivel 5: Sesión (Session Layer) La capa de sesión establece los procedimientos para que dos programas, residentes en distintas computadores, dialoguen entre sí. Uno de los servicios de la capa de sesión consiste en el control del diálogo. Si consideramos que las computadoras pueden correr más de un programa, y que éstos pueden efectuar transacciones con otros procesos residentes en otras máquinas, surge que entre dos máquinas puede haber más de una sesión en forma simultánea. 12.3.6 Nivel 6: Presentación (Presentation Layer) Prepara la información transmitida para su uso en el nivel de aplicación, efectuando las interpretaciones y conversiones de datos requeridas. Estas conversiones típicamente pueden incluir los formatos ASCII y EBCDIC, y el encriptado y desencriptado de información. 12.3.7 Nivel 7: Aplicación (Application Layer) Provee los servicios a usuarios finales, dando acceso a la información. Ejemplos: emulación de terminales, transferencia de archivos, correo electrónico, etc.

12.4 Capas del modelo OSI utilizadas por AS-i Como todo sistema de comunicación, AS-I puede ser discutido según el modelo de referencia ISO/OSI. Como otros buses de campo AS-i solo se utiliza la capa 1, 2 y 7. Capa ISO/OSI 1 capa física

2 capa de enlace

7 capa de aplicación

Función Conexión mecánica y eléctrica para la transferencia de información Estructura de datos, marco de datos, datos de salvaguarda y procedimientos de error Provee servicios de red para usuarios.

AS-i Cable, Fuente de alimentación, desacoplamiento de datos, APM Fuente de energía. Telegrama de datos, Bit de marcha, bit de parada, protección y procesamiento de errores Mensajes, ciclos, perfiles y direccionamiento automático.

Tabla 3 Capas del modelo OSI utilizadas por AS-i

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13 Ventajas y desventajas 13.1 Ventajas 



Posee compatibilidad ya que sensores y actuadores de diferentes fabricantes pueden ser conectados. Como es un estándar abierto, existe gran cantidad de componentes elaborados por diversos fabricantes. Admite todo tipo de topologías, y hasta combinaciones de ellas.




Rápida instalación debido su simpleza y al emplear conectores auto



perforantes.



Alto nivel de confiabilidad operacional en ambientes agresivos. 




Reducción considerable de cables en la instalación. 




Reducción en los costos de instalación notables para la industria. 




13.2 Desventajas 

Los datos transmitidos en AS-i son limitados a 4 bits por esclavos que pueden ser cambiados a cada ciclo. Los Mensajes largos pueden ser transmitidos dividiéndolas en varios ciclos. Esto puede ser usado en procesos dinámicos lentos, como presión o temperatura (valores analógicos). 




AS-i es estrictamente maestro-esclavo, con exploración cíclica por esclavos. Esto impide la transmisión asíncrona por los sensores y actuadores. Los esclavos deben esperar 10 ms (en caso de una red con 62 esclavos) hasta ser llamado nuevamente. 




La transferencia de datos de esclavo a esclavo sólo es posible a través del maestro. 




La limitación de longitud del cable es de 100m sin el uso de repetidores. Esta limitación física se debe al mantenimiento de otros criterios como el tiempo de ciclo de la red, tipo de topología libre y sin exigencia de resistores de terminación. 


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14 Conclusiones AS-Interface como bus de campo provee de múltiples ventajas, empezando por el hecho de que fue pensado con el fin de ser fácil de instalar e implementar, lo cual se nota en el uso de un solo tipo de cable bus en la implementación de la red. El hecho de no tener que realizar conexiones a bornera o bien muy pocas, además de prescindir del cable par trenzado convencional, disminuye los puntos de falla en la instalación, esto debido a uso de conexiones tipo vampiro las cuales “pinchan” la línea y se conectan al bus. Lo anterior también lleva a una facilidad al momento de tener que desacoplar equipos de la red. Además como el cable posee una forma geométrica definida, solo es posible conectarlo de una manera, con los cual se evita un posible error de polarización. También por el característico color amarillo que tiene, el cual esta estandarizado, hace más fácil su identificación. Un aspecto importante acerca de este bus es el hecho de que al cable lleva además de la señal de data, una para energizar los dispositivos conectados a este bus que es de 24V, que además es una tensión segura de operación. Todo lo anterior concuerda con la modalidad “Click and Go”, que AS-I usa la cual es conectar y dejar operando, todo de manera rápida y sencilla muy similar a lo que es el “Plug and Play”. Del punto de vista de la información, posee un sistema de sonde cíclico, el cual trabaja en tiempos bastante reducidos y aumenta la velocidad de respuesta del sistema. Adicionalmente el maestro de la red tiene la capacidad de poder detectar fallas y además indicar en qué punto ocurrió, facilitando la reparación o corrección correspondiente. Hoy en día AS-I se ha implementado en diversas industrias, controlando procesos tales como la producción de gas y aceite, producción de autos y camiones, equipaje en aeropuertos, almacenamiento en silos, unidades de enfriamiento, pruebas de ingeniera entre muchas otras. Como se ha visto anteriormente en este trabajo, el ahorro de tiempo y costos al instalar este bus de campo se traduce en altos montos que las empresas no tendrían que asumir, lo cual hace que AS-I sea una opción bastante rentable, además de que en términos de operación la red es eficiente y segura. Bus de comunicación industrial AS-interface

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15 Bibliografía Vicente Guerrero, Ramón L. Yuste, Luis Martínez. (2009). Comunicaciones Industriales. Marcombo. Olivia, N. (2013). Redes de comunicaciones industriales. UNED.

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16 Webgrafia 

http://www.microautomacion.com/capacitacion/Manual071RedesASi.pdf Redes AS-i



https://www.ifm.com/mx/es/category/050/050_030 Módulos AS-i



http://etitudela.com/fpm/comind/downloads/06asi.pdf Bus AS-i actuador/sensor

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