TEMA 16 (2) INTERFACES ENTRE SENSORES Y PROCESADORES DIGITALES

Transcripción

1 SENSORES Y ACONDICIONADORES TEMA 16 (2) INTERFACES ENTRE SENSORES Y PROCESADORES DIGITALES INTERFACES REMOTOS Profesores: Enrique Mandado Pérez Antonio Murillo Roldan Tema 17-1 CONCEPTOS BÁSICOS DE COMUNICACIONES Según el modo de transmisión Banda base Banda ancha (Wireless) Clasificación de los enlaces remotos entre sensores y procesadores digitales Según el formato de la señal Según el modo de compartir el canal Analógica Temporal Digital Punto a punto (Point to point) Multipunto (Multipoint) Tema 17-2

2 TRANSMISIÓN EN BANDA BASE SENSORES DE SALIDA ANALÓGICA PROCESADOR DIGITAL SENSOR 4 20 ma 250 Ω CAD EN BUS Señal de control Comunicación punto a punto en bucle de corriente Tema 17-3 TRANSMISIÓN EN BANDA BASE SENSORES DE SALIDA TEMPORAL [MAND 09, apéndice 1, página 781] +V +V R SENSOR TEMPORAL G R LED LUZ Vidrio de bajo índice de refracción que absorbe energía FIBRA ÓPTICA LUZ MICROCONTROLADOR FOTOTRANSISTOR SENSOR ANALÓGICO CONTROLADO POR TENSIÓN Señal eléctrica Vidrio de pequeñas pérdidas y de índice de refracción más alto Comunicación punto a punto entre un sensor temporal y un microcontrolador a través de fibra óptica Se utilizó cuando las comunicaciones digitales estaban en su fase inicial (Década de 1970). Tema 17-4

3 TRANSMISIÓN EN BANDA BASE SENSORES DE SALIDA DIGITAL [MAND 09, apéndice1, página 766] Comunicación individual punto a punto RS-232 Canal de comunicaciones SENSOR n PROCESADOR DE COMUNICACIONES PUNTO A PUNTO PROCESADOR DE COMUNICACIONES PUNTO A PUNTO 1 COMPUTADOR PRINCIPAL (HOST) UART UART Tema 17-5 TRANSMISIÓN EN BANDA BASE SENSORES DE SALIDA DIGITAL MÓDULOS DE ENTRADAS REMOTAS Comunicación punto a punto RS-232 de varios sensores MÓDULO DE ENTRADA REMOTA Canal de comunicaciones SENSOR SENSOR PROCESADOR DE COMUNICACIONES PUNTO A PUNTO PROCESADOR DE COMUNICACIONES PUNTO A PUNTO COMPUTADOR PRINCIPAL (HOST) SENSOR Tema 17-6

4 TRANSMISIÓN EN BANDA BASE DIGITAL [MAND 09, apéndice1, página 791] Comunicación en banda base digital doble simultánea (Full duplex), basada en la norma RS-485 TX PROCESADOR DE COMUNICACIONES PRINCIPAL RX EN EN EN TX OE RX TX OE RX TX OE RX PROCESADOR DE COMUNICACIONES SUBORDINADO 1 PROCESADOR DE COMUNICACIONES SUBORDINADO 2 PROCESADOR DE COMUNICACIONES SUBORDINADO 3 Tema 17-7 TRANSMISIÓN EN BANDA BASE DIGITAL [MAND 09, apéndice1, página 791] Comunicación en banda base digital semidoble (Half duplex), basada en la norma RS-485 TX PROCESADOR DE OE COMUNICACIONES PRINCIPAL RX EN EN EN EN TX OE RX TX OE RX TX OE RX PROCESADOR DE COMUNICACIONES SUBORDINADO 1 PROCESADOR DE COMUNICACIONES SUBORDINADO 2 PROCESADOR DE COMUNICACIONES SUBORDINADO 3 Tema 17-8

5 TRANSMISIÓN EN BANDA BASE DIGITAL SENSORES DE SALIDA DIGITAL SENSORES DISTRIBUIDOS COMUNICACIÓN MULTIPUNTO RS-485 Sistema con sensores independientes SENSOR PROCESADOR DE COMUNICACIONES Canal de comunicaciones SENSOR PROCESADOR DE COMUNICACIONES PROCESADOR DE COMUNICACIONES COMPUTADOR PRINCIPAL (HOST) SENSOR PROCESADOR DE COMUNICACIONES Tema 17-9 TRANSMISIÓN EN BANDA BASE DIGITAL SENSORES DISTRIBUIDOS COMUNICACIÓN MULTIPUNTO RS-485 Sistema con módulos de sensores MÓDULO DE ENTRADA REMOTA SENSOR SENSOR PROCESADOR DE COMUNICACIONES Canal de comunicaciones PROCESADOR DIGITAL MÓDULO DE ENTRADA REMOTA SENSOR SENSOR PROCESADOR DE COMUNICACIONES Tema 17-10

6 [MAND 09, capítulo 9, página 652] CICLO COMPLETO DEL PROCESO DE UN PRODUCTO Gestión de la calidad total [Total Quality Management (TQM)] Tema FABRICACIÓN ASISTIDA POR COMPUTADOR [COMPUTER AIDED MANUFACTURING (CAM)] [MAND 09, capítulo 9, página 654] CONTROL DE PROCESOS De forma centralizada (Prácticamente obsoleto) Todas las tareas de supervisión y control se realizan desde un solo computador al que llegan todas las variables de proceso. De forma independiente o distribuida - Se controlan, de forma independiente, partes concretas de un proceso (células de automatización). Es más flexible y seguro y además reduce el coste frente a la opción centralizada. - Origina la necesidad de comunicar todos los elementos de control. - Necesita sistemas de información encargados de la administración y planificación de la producción que deben integrarse a los sistemas de control. - Constituye un modelo basado en una estructura jerárquica (CIM). Tema 17-12

7 CÉLULA DE FABRICACIÓN [MAND 09, capítulo 9, página 684] Conjunto de máquinas capaces de mecanizar total o parcialmente cierta categoría de piezas. Cada máquina está dotada de un sistema de control y posee un almacén de herramientas y piezas. Tiene almacenes intermedios de piezas entre máquinas (autonomía). Posee un computador que coordina las acciones. COMPUTADOR COORDINADOR O SUPERVISOR Red de célula CNC 1 MÁQUINA HERRAMIENTA N1 SISTEMA ELECTRÓNICO DE CONTROL ELEMENTOS ELECTROMECÁNICOS CNC 2 MÁQUINA HERRAMIENTA N2 Célula de fabricación que posee dos máquinas de control numérico (CNC), un robot y un carrusel de piezas. ROBOT CARRUSEL DE PIEZAS AUTÓMATA PROGRAMABLE Tema CÉLULA DE FABRICACIÓN Célula de fabricación flexible realizada con un robot y dos sistemas de control numérico. (Cortesía de GKN Driveline Vigo) Tema 17-14

8 FABRICACIÓN INTEGRADA POR COMPUTADOR [COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING (CIM)] [MAND 09, capítulo 9, página 688] Nivel 4 Gestión global de la empresa mediante computadores PIRÁMIDE CIM EMPRESA NIVEL 4 CENTRO / FÁBRICA (NIVEL 3) Nivel 3 Nivel 2 Nivel 1 Nivel 0 Gestión automatizada de la producción de la fábrica mediante computadores Gestión automatizada de las células/áreas de fabricación mediante autómatas programables y computadores industriales Control de máquinas mediante autómatas programables, sistemas de control numérico (CNC), etc. Medidas de variables mediante sensores y actuadores sobre el proceso ÁREA (NIVEL 2) TALLER / CÉLULA ESTACIÓN / MÁQUINA (NIVEL 1) PROCESO (NIVEL 0) Actividades realizadas por los sistemas electrónicos de control utilizados en cada uno de los niveles de la pirámide CIM Tema FABRICACIÓN INTEGRADA POR COMPUTADOR [COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING (CIM)] Nivel de fábrica Computador de gestión Nivel de célula Computador industrial Nivel de máquina Autómatas programables Nivel de proceso Dispositivos de campo Proceso Productivo TIA (Totally Integrated Automation) Utilización del autómata programable en la pirámide CIM. (Cortesía de SIEMENS) Tema 17-16

9 FABRICACIÓN INTEGRADA POR COMPUTADOR [COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING (CIM)] [MAND 09, capítulo 9, página 690] EMPRESA NIVEL 4 CENTRO / FÁBRICA (NIVEL 3) ÁREA (NIVEL 2) TALLER / CÉLULA ESTACIÓN / MÁQUINA (NIVEL 1) PROCESO (NIVEL 0) GESTIÓN DE LA EMPRESA (ERP) SISTEMA DE EJECUCIÓN DE LA PRODUCCIÓN (MANUFACTURING EXECUTION SYSTEM) SISTEMAS ELÉCTRÓNICOS DE CONTROL (Autómatas programables, Robots, CNC, etc.) DISPOSITIVOS DE CAMPO Relación entre el modelo teórico de la pirámide CIM y su implantación real en la empresa Tema FABRICACIÓN INTEGRADA POR COMPUTADOR [COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING (CIM)] [MAND 09, capítulo 9, página 694] PÁRAMETRO NIVEL TIPO DE SISTEMA ELECTRÓNICO DE CONTROL Tiempo de respuesta Relación (%) de tareas Gestión/Control Disponibilidad (Availability) exigible (%) 4 Computador de planta De días a minutos /0-5 > 60 3 Controlador de área De minutos a segundos 90-95/ Controlador de célula De segundos a milisegundos 80-90/ Controlador de proceso De milisegundos a microsegundos 5-10/ Valor de la relación entre la cantidad de tareas de control y las de gestión, del tiempo de respuesta y de la disponibilidad exigible a los sistemas electrónicos de control utilizados en cada uno de los niveles de la pirámide CIM Tema 17-18

10 [MAND 09, capítulo 9, página 695] Área de la tecnología que estudia la transmisión de información entre circuitos y sistemas electrónicos utilizados para llevar a cabo tareas de control y gestión del ciclo de vida de los productos industriales. Debe resolver la problemática de las comunicaciones entre elementos del mismo nivel o entre los correspondientes a niveles contiguos en la pirámide CIM. Clasificación de las redes de COMUNICACIONES INDUSTRIALES Redes de datos Redes de control Redes de empresa y fábrica Redes de célula Redes de controladores Redes de sensoresactuadores De funcionalidad limitada De alta funcionalidad Redes integradas o universales Tema REDES DE CONTROL O DE CAMPO DEFINICIÓN Redes informáticas que resuelven los problemas de comunicación en los niveles bajos (estación y proceso) de la pirámide CIM, aunque también se utilizan, en ocasiones, en el nivel de célula. Suelen recibir el nombre genérico de redes o buses de campo (Field buses) porque utilizan la topología de bus de las redes de área local y se utilizan en una planta de fabricación. Existen innumerables formas de implementar una red de control. Conexión de los dispositivos de campo con un autómata programable a través de una red o bus de campo. (Cortesía de SIEMENS) Tema 17-20

11 REDES O BUSES DE CAMPO (FIELD BUSES) CARACTERÍSTICAS No se limitan a la conexión de sensores y actuadores con un sistema de control, sino que se utilizan para comunicar entre sí todos los sistemas electrónicos de control del nivel de fábrica (autómatas programables de diferentes fabricantes, computadores industriales, controladores de robots, etc). Se diferencian de las redes de datos en que permiten la transmisión de información en pequeños paquetes (con unos tamaños que varían entre las decenas y centenas de octetos) y con unos requisitos temporales que exigen su intercambio en un intervalo de tiempo muy reducido (comprendido entre los milisegundos y las décimas de segundo). Se pueden dividir en: Redes de controladores. Redes de sensores-actuadores. Tema REDES DE CONTROLADORES DEFINICIÓN Son redes de campo diseñadas para realizar la comunicación de varios sistemas electrónicos de control (autómatas programables, robots, controladores numéricos, terminales de operador, computadores industriales, etc.). Son por lo general redes de área local (LAN) de tipo principal-subordinado (Master-slave) que poseen varios nodos principales (Multimaster networks). Los servicios de comunicación que proporcionan no sólo permiten, el intercambio más estructurado de información entre los diferentes sistemas de control, sino que también facilitan la realización de tareas de diagnóstico, programación, carga, descarga, ejecución y depuración de los programas ejecutados en ellos. Tema 17-22

12 REDES DE CONTROLADORES CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES Están formadas por varios sistemas electrónicos de control que deben tener la misma capacidad de acceso a un medio de comunicación compartido, típico de las redes ofimáticas de igual a igual (Peer-to-Peer). Tema CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES REDES DE CONTROLADORES Utilizan en general un mecanismo de reparto del tiempo de acceso al medio mediante paso de testigo (Token Bus), que permite que varios nodos de la red puedan intercambiar, en el tiempo, el papel de nodo principal. Dicho mecanismo se combina con otro de acceso al medio como por ejemplo el denominado principal-subordinado (Master-slave) que regula la relación entre el nodo activo (el que posee el testigo en un instante dado) y el resto de los nodos de la red. Rotación del Testigo Acceso al medio 1 Pase de Testigo Procesadores de comunicaciones principales (Masters) Procesadores de comunicaciones subordinados (Slaves) Mecanismo "Token bus" para el control de acceso al medio: El testigo rota entre las estaciones principales de la red Tema 17-24

13 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES REDES DE CONTROLADORES No utilizan protocolos para las capas de red, transporte, sesión y presentación del modelo OSI. Por ello, el modelo seguido por la práctica totalidad de las redes de control, tanto propietarias como normalizadas es el de la figura. Tema REDES DE SENSORES-ACTUADORES DEFINICIÓN Bajo esta denominación se agrupan las redes o buses de campo diseñados con el objetivo específico de intercomunicar los sistemas electrónicos de control con los dispositivos de campo (sensores y actuadores) conectados al proceso. REQUISITOS (REQUIREMENTS) Las redes de sensores-actuadores deben: Garantizar un tiempo máximo de lectura de los sensores y de actualización de la señal de control de los actuadores (modo de operación determinista). Facilitar la instalación y conexión de todos los elementos de la red. Facilitar la ampliabilidad del sistema a lo largo de toda su vida útil (o ciclo de vida). Proporcionar funciones complementarias de diagnóstico y seguridad. Tema 17-26

14 REDES DE SENSORES-ACTUADORES CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES Funcionan en aplicaciones de tiempo real estricto en una pequeña zona de la planta (típicamente una máquina o una célula) y se suelen utilizar, por ejemplo, para comunicar los autómatas programables con los dispositivos sensores y/o actuadores del sistema. Diversas variantes que se diferencian por: La posibilidad de disponer de un único nodo principal o de varios nodos principales (master) en la red. La comunicación de datos de sensores y actuadores todo/nada (On/off) o analógicos. La capacidad de diagnosis y/o parametrización de los sensores y actuadores. Tema REDES DE SENSORES-ACTUADORES OTRAS CARACTERÍSTICAS Utilizan el concepto de perfil de comunicación (Communication profile) que es una información digital que define las características funcionales de cada tipo de módulo conectable a la red, y cuyo objetivo es facilitar el diseño asistido por computador de las instalaciones automatizadas mediante redes de sensores-actuadores. De acuerdo con su capacidad funcional se pueden dividir en: Redes de sensores-actuadores de capacidad funcional limitada. Redes de sensores-actuadores de capacidad funcional elevada. Tema 17-28

15 REDES DE SENSORES-ACTUADORES DE CAPACIDAD FUNCIONAL LIMITADA CARACTERÍSTICAS Diseñadas para integrar principalmente dispositivos todo/nada como por ejemplo finales de carrera, fotocélulas, relés, contactores, electroválvulas, etc. Se caracterizan, en general, por estar formadas por un único sistema electrónico de control (por ejemplo un único autómata programable) y un conjunto de módulos de sensores/actuadores que deben enviarle o recibir información de él en intervalos de tiempo cuyo límite superior está acotado para poder trabajar correctamente en tiempo real (lo que se denomina comportamiento determinista ). Utilizan diversos mecanismos de acceso al medio, entre los que cabe citar el denominado principal-subordinado (master-slave), con un solo nodo principal que se encarga de coordinar y distribuir los procesos de comunicación en la red. Para ello interroga o consulta de forma cíclica (polling), a los nodos subordinados (slaves). Ejemplo: Red AS-i (Actuator Sensor-Interface). Tema REDES DE SENSORES-ACTUADORES DE CAPACIDAD FUNCIONAL LIMITADA PROCESADOR DIGITAL UNIDAD CENTRAL (CPU) PROCESADOR DE COMUNICACIONES PROCESADOR DE COMUNICACIONES PROCESADOR DE COMUNICACIONES MÓDULO DE MÓDULO DE MÓDULO DE MÓDULO DE ENTRADAS ENTRADAS ENTRADAS ENTRADAS O SALIDAS O SALIDAS O SALIDAS O SALIDAS ESTACIÓN REMOTA ESTACIÓN REMOTA Tema 17-30

16 REDES DE SENSORES-ACTUADORES DE CAPACIDAD FUNCIONAL ELEVADA CARACTERÍSTICAS Disponen de una capa de enlace adecuada para el envío eficiente de bloques de datos de mayor tamaño que las de capacidad funcional limitada. Los mensajes que circulan por estas redes permiten que, mediante ellas, se puedan configurar, calibrar e incluso programar sensores de medida (como por ejemplo codificadores absolutos, sensores de temperatura, presión, caudal, etc.) y/o actuadores inteligentes (como por ejemplo variadores de velocidad de motores de corriente alterna, servoválvulas, etc.) además de los todo/nada. Son redes capaces por lo tanto de comunicar, de forma eficiente y con bajo coste, los sistemas electrónicos de control, como por ejemplo los autómatas programables, con dispositivos de campo (Field Devices) más complejos e inteligentes que los sensores todo/nada. Ejemplos: La red InterBus-S, desarrollada por la empresa alemana PHOENIX-CONTACT. La red DeviceNet, desarrollada inicialmente por ROCKWELL, que utiliza la capa física y de enlace de la red CAN y les añade una capa de aplicación orientada a objetos. La red PROFIBUS-DP, que es una red perteneciente a la familia PROFIBUS de SIEMENS Tema RED AS-i [MAND 09, apéndice 2, página 837] ESTACIÓN O MODULO PRINCIPAL Sistema electrónico de control Procesador de comunicaciones principal Red de sensores/actuadores (dispositivos de campo) de funcionalidad limitada y bajo coste cuya primera versión (Versión 1.0) permite la conexión, mediante un único canal de comunicación, de un sistema electrónico de control (Autómata Programable, Control Numérico, Computador Industrial, etc.) y un máximo de 31 nodos que constituyen procesadores de comunicaciones, a cada uno de los cuales se pueden conectar, como máximo, 4 sensores y/o actuadores todo/nada (on/off). Canal de comunicación AS-i Procesador de comunicaciones subordinado Procesador de comunicaciones subordinado... Procesador de comunicaciones subordinado Dispositivos de campo Dispositivos de campo Dispositivos de campo ESTACIÓN O MODULO SUBORDINADO ESTACIÓN O MODULO SUBORDINADO ESTACIÓN O MODULO SUBORDINADO Tema 17-32

17 RED AS-i Sistema electrónico de control Procesador de comunicaciones principal (AS-i master ) Fuente de alimentación AS-i Columna de señalización con proc. de comunicaciones subordinado Distribuidor Cable de comunicaciones AS-i Sensor con procesador de comunicaciones subordinado (AS-i slave ) Botonera con procesador de comunicaciones subordinado Módulo de E/S con procesador de comunicaciones subordinado Fuente de alimentación auxiliar Arrancador de motor con procesador de comunicaciones subordinado Sensores y actuadores convencionales Tema RED AS-i REQUISITOS (REQUIREMENTS) Comunicación mediante sondeo periódico (Cyclical polling) entre un sistema electrónico de control y un conjunto limitado de dispositivos de campo del tipo todo/nada. (No se consideró, de forma explícita, la comunicación entre varios sistemas electrónicos de control). Valor máximo del periodo de comunicación de 5 ms aproximadamente (que es el tiempo de ciclo típico de un Autómata Programable). Canal de comunicación compartido entre las señales de información y la aportación de energía a los dispositivos de campo. Protocolo y velocidad de comunicación que proporcione un comportamiento fiable ante perturbaciones electromagnéticas. Facilidad de instalación, configuración y programación por personal no especializado en tecnologías de la información. Tema 17-34

18 RED AS-i PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS Garantiza un ciclo de exploración de los sensores-actuadores todo-nada conectados a todos los nodos de la red cuya duración está limitada y depende del número de nodos. Su valor máximo es de 5 ms, en la versión 1.0, cuando está conectado el número máximo de 31 nodos y es de 2 ms, por ejemplo, en una red de 12 nodos. Reduce al mínimo el cableado necesario para conectar un Autómata Programable con los dispositivos de campo del proceso. Es fácil de instalar, porque no necesita programas de configuración, y dispone de un método rápido de conexión de los nodos. Está normalizada tanto a nivel eléctrico como mecánico, lo que garantiza la modularidad y la intercambiabilidad de los productos. Tema RED AS-i PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS Sus nodos se pueden implementar con un elevado nivel de sellado IP67, lo que permite su instalación a pie de máquina (sin necesidad de protección adicional). Tiene una gran flexibilidad de instalación porque permite diferentes tipos de topologías (estrella, línea, árbol, etc.), lo cual facilita el precableado de las instalaciones por zonas, así como su ampliación y/o modificación. Posee funciones complementarias de diagnóstico, que le proporcionan una elevada fiabilidad. Tema 17-36

19 CAPA FÍSICA Cable de conexión Dos hilos sin trenzar ni apantallar Cable plano con perfil especial RED AS-i 0,5 mm 10 mm 2,5 mm 2 mm 2 mm 3,6 mm 6,5 mm Tema CAPA FÍSICA Método de conexión Por medio de unas cuchillas que establecen el contacto con los dos hilos (conexión vampiro). Aislante autocicatrizante. RED AS-i Tema 17-38

20 RED AS-i Información a transmitir Codificada en el formato NRZ pausa pausa EMISIÓN Información codificada en el formato Manchester diferencial CAPA FÍSICA Proceso de modulación de la señal. APM (Alternating Pulse Modulation) Intensidad emitida Señales del cable AS-i Impulso negativo Impulso positivo RECEPCIÓN Reconstrucción de la Información en el formato Manchester diferencial Reconstrucción de la Información codificada En el formato NRZ pausa pausa Tema RED AS-i CAPA DE ENLACE Esta formada por: Una subcapa de control de acceso al medio Establece el método utilizado para regular el acceso al medio por parte de los diferentes procesadores de comunicación. Una subcapa de control lógico Define el formato de los mensajes a través de los cuales intercambian información los procesadores de comunicaciones. Tema 17-40

21 CAPA DE ENLACE RED AS-i Módulo de Comunicaciones principal ( master ) de la red AS-i Subcapa de control de acceso al medio Control de acceso al medio mediante el mecanismo principal-subordinado. Procesador principal de comunicaciones (en adelante PCP) único. Comunicación cíclica. Ciclos de consulta/respuesta de los subordinados de la red AS-i... Ciclo 1 Ciclo 2 Ciclo 3 Ciclo 4 Ciclo 5 Ciclo N n Módulos de comunicaciones subordinados ( slaves ) de la red AS-i Consulta del principal Pausa Respuesta del subordinado Pausa... Tiempo Tema RED AS-i CAPA DE ENLACE Subcapa de control lógico Realiza las siguientes funciones: Identificación y parametrización de los procesadores de comunicaciones subordinados (en adelante PCS). Establecimiento de la forma de operación del procesador de comunicaciones principal. Estructuración de los mensajes que llevan a cabo las funciones de control del intercambio de información entre el principal y los subordinados. Estructuración de las órdenes del protocolo de enlace. Tema 17-42

22 CAPA DE ENLACE Identificación de los subordinados Perfil AS-i formado por un código de entrada/salida (I/O Code) y un código de identificación (ID Code). Código de entrada/ salida Especifica el tipo de dispositivos de campo. Código de identificación Define la funcionalidad de cada módulo RED AS-i I/O Code A B C D E F Bit 1 E E E E E E E E/S S S S S S S S E/S/NU Bit 2 E E E E E S E/S E/S S S S S S E E/S E/S/NU Bit 3 E E E S E/S S E/S E/S S S S E E/S E E/S E/S/NU Bit4 E S E/S S E/S S E/S E/S S E E/S E E/S E E/S E/S/NU Perfil E/S 4E 3E y 1S 3E y 1E/S 2E y 2S 2E y 2E/S 1E y 3S 1E y 3E/S 4E/S 4S 1E y 3S 3S y 1E/S 2E y 2S 2S y 2E/S 3E y 1S 1S y 3E/S 4E/S o no utilizado Tema CAPA DE ENLACE RED AS-i Parametrización de los procesadores de comunicaciones subordinados Se realiza mediante una combinación binaria de 4 bits denominada parámetro (Parameter) que establece las características de operación (Por ejemplo el rango de medida). Tema 17-44

23 RED AS-i CAPA DE ENLACE Establecimiento de la forma de operación del procesador de comunicaciones principal (PCP) Funciones básicas del PCP Inicialización de la red. Detección e identificación de los módulos subordinados conectados a la misma. Transmisión de los parámetros de configuración y activación de los subordinados. Intercambio cíclico de los datos de Entrada/Salida. Diagnóstico o gestión de la red (estado de los procesadores de comunicaciones subordinados, fallo de alimentación, etc.) Transmisión de los fallos detectados al sistema electrónico de control al que está conectado. Asignación de nuevas direcciones a los módulos subordinados en caso de cambio de configuración (por ejemplo, sustitución de un módulo AS-i). Tema CAPA DE ENLACE RED AS-i Establecimiento de la forma de operación del procesador de comunicaciones principal (PCP) Diagrama de bloques del PCP Al sistema electrónico de control RAM de acceso doble Interfaz de comunicaciones AS-i Al cable AS-i Bus interno Unidad central de proceso E 2 PROM Interfaz de configuración Al usuario Tema 17-46

24 RED AS-i CAPA DE ENLACE Modos de funcionamiento del procesador de comunicaciones principal Modo de configuración Se utiliza durante la puesta en marcha del sistema. El PCP reconoce y dialoga con todos los procesadores de comunicaciones subordinados que están conectados a la red. Modo protegido Se utiliza durante la explotación o funcionamiento normal del sistema. Recibe este nombre porque en él, el procesador de comunicaciones sólo intercambia información con aquellos módulos que han sido reconocidos por él antes del instante en que se produce el paso del modo de configuración al modo protegido (acción que, por ejemplo, puede realizarse mediante un pulsador específico dispuesto en el procesador principal). Proporciona capacidad de direccionamiento automático (Automatic Addressing or Plug and Play) de módulos subordinados: Permite sustituir un módulo averiado por otro nuevo equivalente que tenga dirección cero. Tema CAPA DE ENLACE Etapas de funcionamiento del procesador de comunicaciones principal Inicialización (Reset) RED AS-i Pone las distintas tablas de información en su estado inicial. Comienzo de operación Fase de detección (Modo de configuración) Se identifican los módulos subordinados conectados a la red y se memoriza su dirección y su perfil. Fase de activación Se activan los módulos subordinados detectados en el bus cuyo perfil coincide con el establecido en el proyecto. ETAPA DE COMIENZO DE OPERACIÓN Fase de activación de subordinados Fase de intercambio de datos Fase de detección de subordinados Fase de gestión de la red ETAPA DE INICIALIZACIÓN Fase de inclusión de subordinados ETAPA DE FUNCIONAMIENTO CÍCLICO NORMAL Tema 17-48

25 CAPA DE ENLACE Etapas de funcionamiento del procesador de comunicaciones principal Funcionamiento cíclico normal En ella el PCP procede periódicamente a intercambiar información con los módulos activados. RED AS-i Fase de intercambio de datos Fase de gestión de la red Envío de parámetros, lectura del estado, etc. Fase de inclusión de subordinados Envía la orden de lectura de un nuevo procesador subordinado. ETAPA DE COMIENZO DE OPERACIÓN Fase de activación de subordinados Fase de intercambio de datos Fase de detección de subordinados Fase de gestión de la red ETAPA DE INICIALIZACIÓN Fase de inclusión de subordinados ETAPA DE FUNCIONAMIENTO CÍCLICO NORMAL Tema RED AS-i CAPA DE ENLACE Estructuración de los mensajes Mensaje enviado por el procesador principal Pausa Respuesta del procesador subordinado Pausa Mensaje a a 2 Tiempo (intervalo en bits) Tema 17-50

26 CAPA DE ENLACE Composición de los mensajes RED AS-i 1 bit ST (abreviatura de "STart bit") de inicio de mensaje que corresponde al nivel lógico "0". 1 bit CB (acrónimo de "Control Bit") de control, que permite diferenciar entre los mensajes de intercambio de parámetros, datos o direcciones ("0") y los mensajes de envío de órdenes ("1"). 5 bits A0 a A4 de direccionamiento (en inglés, "Address bits"), mediante los que se determina la dirección del subordinado al que va dirigido el mensaje. 5 bits I0 a I4 de información (en inglés "Information bits") que, en función del bit de control, contienen la información que ha de recibir o la orden que ha de ejecutar el subordinado. 1 bit PB (acrónimo de "Parity Bit") de paridad, que el procesador principal actualiza adecuadamente para que el mensaje sea de paridad par (número par de "1" en el mensaje sin tener en cuenta el bit EB de fin de mensaje). 1 bit EB (acrónimo de "End Bit") de fin de mensaje, que corresponde al nivel lógico "1. ST CBA4 A3 A2 A1 A0 I4 I3 I2 I1 I0 PB EB ST I3 I2 I1 I0 PB EB Mensaje del procesador principal Mensaje de los procesadores subordinados Tema CAPA DE ENLACE Órdenes del protocolo de enlace El PCP puede enviar nueve tipos de órdenes distintas: Orden (Command) de intercambio de datos. Orden de escritura de los parámetros. Orden de asignación de dirección. Orden de inicialización. Orden de supresión de dirección. Orden de lectura de la configuración de E/S. Orden de lectura del código de identificación. Orden de lectura de estado. RED AS-i Orden de lectura y puesta a cero de las variables de estado. Tema 17-52

27 RED AS-i CAPA DE ENLACE Órdenes del protocolo de enlace Ejemplo: Orden de asignación de dirección. Se utiliza para que el PCP asigne a un procesador subordinado la dirección que le corresponde. El PCP envía un mensaje en el que especifica la dirección 0 en los bits A0 a A4, un cero en el bit CB y la dirección mediante los 5 bits I0 a I4. Tema CAPA DE APLICACIÓN RED AS-i Está constituida por un conjunto de tablas de información compartidas entre el sistema electrónico de control y el procesador de comunicaciones principal a través de la memoria de acceso aleatorio doble situada en este último. La norma AS-i establece cuatro tipos de tablas diferentes: Tabla imagen de entradas (IDI) Tabla de datos de usuario. Tabla de datos de configuración. Tabla de datos de configuración permanente. Tabla de indicadores de estado. Al sistema electrónico de control Tabla imagen de salidas (ODI) Indicadores (AS-i Flags ) Lista subordinados proyectados (LPS) Lista subordinados activos (LAS) Lista subordinados detectados (LDS) Lista parámetros proyectados (PP) Datos de configuración permanente (PCD) Imagen parámetros (PI) Tabla imagen de configuración (CDI) Al procesador de comunicaciones principal Tema 17-54

28 COMPONENTES Fuente de alimentación RED AS-i Suministra energía a través del propio cable de datos. Posee un circuito de desacoplo de elevada impedancia en la banda de frecuencia de transmisión. Se comercializa con diferentes grados de sellado. Fuente de Alimentación 30V CC GND Circuito de desacoplo ASI+ ASI- Tema COMPONENTES Módulos de conexión RED AS-i Bases a las que se conectan los módulos de usuario. Establecen la conexión de estos últimos con el cable AS-i. Tema 17-56

29 RED AS-i COMPONENTES Módulos de usuario Contienen los circuitos electrónicos de un PCS que permite la conexión de cuatro sensores/actuadores todonada. Pueden tener diferentes grados de sellado. IP67 IP20 Tema COMPONENTES Módulos de usuario RED AS-i El PCS se realiza en un ASIC denominado Chip AS-i, que posee una memoria E2PROM en la que se almacena la dirección y el parámetro. Tema 17-58

30 COMPONENTES Sensores/actuadores inteligentes RED AS-i Sensores (Inductivos, finales de carrera, etc.), que incorporan un Chip AS-i que implementa las funciones de un PCS que permite una conexión directa a la red. Tema COMPONENTES Módulo principal RED AS-i Contiene un PCP encargado de controlar las transferencias de información a través del cable AS-i y de realizar funciones de diagnóstico de los PCS. Tema 17-60

31 COMPONENTES Módulo pasarela (Gateway) RED AS-i Realiza la función de pasarela entre la red AS-i y otra red de control jerárquicamente superior. Ejemplo: Pasarela AS-i/PROFIBUS, AS-i/Interbus, etc. Distintas implementaciones de módulos principal y pasarela Tema REDES DE Clasificación de las redes de COMUNICACIONES INDUSTRIALES Redes de datos Redes de control Redes de empresa y fábrica Redes de célula Redes de controladores Redes de sensoresactuadores De funcionalidad limitada De alta funcionalidad Redes integradas o universales Tema 17-62

32 [MAND 09, apéndice 3, página 863] PROFIBUS (abreviatura de PROcess FIeld BUS) es un conjunto de redes de control (o buses de campo) diseñado para resolver las necesidades de comunicación de los procesos industriales tanto discretos (denominados procesos de fabricación) como continuos y otros procesos distribuidos como por ejemplo la automatización de edificios. Normas europeas: EN y EN Normas internacionales: IEC y IEC OBJETIVO INICIAL Proporcionar una solución adecuada, mediante una única norma, para las comunicaciones de los niveles de proceso, estación y célula (e incluso de los niveles de área y fábrica) de la pirámide CIM. Tema PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS Es un sistema de comunicaciones industriales formado por una familia de protocolos compatibles entre sí, es decir, que comparten los principales parámetros de las capas físicas y de enlace del modelo OSI, y se diferencian en el nivel de aplicación. Posee tres miembros: Red PROFIBUS-DP (Decentralized Periphery) Red PROFIBUS-PA (Process Automation) Red PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification) Tema 17-64

33 Nivel de Fábrica Ethernet/TCP/IP Controlador de Area TCP/IP/Ethernet HMI CNC Nivel de Célula PROFIBUS-FMS HMI D.C.S Nivel de Estación A.P. PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA Nivel de Proceso Tema RED PROFIBUS-DP PROFIBUS-DP es una red o bus de campo cuyo protocolo está optimizado para realizar las transferencias de información en el nivel de proceso de la pirámide CIM, que necesita alta velocidad de transmisión y bajo coste. Se diseñó, al igual que AS-i, para realizar la comunicación entre un sistema electrónico de control (como por ejemplo un autómata programable, un robot, un sistema de control numérico, etc.) y la denominada "periferia distribuida" (Decentralised Periphery), constituida por los dispositivos sensores y actuadores (dispositivos de campo) que se deben conectar a él. Tema 17-66

34 RED PROFIBUS-PA PROFIBUS-PA es una red o bus de campo cuyo protocolo está optimizado para realizar las transferencias de información necesarias entre los sistemas electrónicos de control y los sistemas de instrumentación utilizados en la industria de los procesos continuos (reguladores de caudal, temperatura, presión, válvulas proporcionales, etc.), que se caracterizan por realizar medidas de variables analógicas y actuar sobre el proceso en función del valor de dicha medida. Características importantes Su capa física permite su utilización en zonas de seguridad intrínseca (zonas ex ). Se puede combinar con la red PROFIBUS-DP mediante un puente (DP-PA segment). Tema RED PROFIBUS-FMS PROFIBUS-FMS es una red o bus de campo optimizada para realizar las transferencias de información en los niveles de estación, célula e incluso fábrica de la pirámide CIM. Para ello, dispone de un conjunto de funciones (que constituyen un subconjunto de las establecidas por la norma ISO/IEC , denominada MMS (acrónimo de Manufacturing Message Specification) que le proporcionan una gran flexibilidad. Tema 17-68

35 CARACTERÍSTICAS GENERALES Implementa el modelo OSI sin utilizar las capas de red, transporte, sesión y presentación debido a que: Utiliza mensajes de tamaño inferior a 235 octetos. No agrupa los mensajes cortos. No enruta los paquetes (Bus). (7) Aplicación (7) Capa de Aplicación (FMS/DP/PA) (2) Capa de Enlace (FDL) (1) Capa Física (PHY) Fieldbus Management (FMA) Tema CAPA FÍSICA [PHY (PHYsical layer)] Establece las características de las señales y de los elementos asociados con ellas que permiten la implementación del canal de comunicaciones. Dichas señales pueden ser eléctricas (de acuerdo con la norma EIA RS-485 o la IEC para zonas de seguridad intrínseca) u ópticas. CAPA DE ENLACE DE DATOS [FDL (Field Data Link layer)] Utiliza el mecanismo de acceso al medio denominado principal subordinado (Master-slave), que combina la existencia de un conjunto de procesadores principales de comunicaciones (Masters) con un conjunto de procesadores subordinados de comunicaciones (Slaves). Gestiona el acceso al bus de comunicaciones por parte de los diferentes procesadores principales, mediante el mecanismo de acceso al medio denominado de red en bus con paso de testigo (Token bus), que asegura que, en cada instante, sólo un procesador principal tiene el control de la red. En dicho intervalo, todos los demás procesadores principales del sistema están en un estado de espera activa y se comportan como subordinados del que está en posesión del testigo. Tema 17-70

36 SISTEMA ELECTRÓNICO DE CONTROL SISTEMA ELECTRÓNICO DE CONTROL SISTEMA ELECTRÓNICO DE CONTROL PROCESADOR DE COMUNICACIONES PRINCIPAL (MASTER) PROCESADOR DE COMUNICACIONES PRINCIPAL (MASTER) PROCESADOR DE COMUNICACIONES PRINCIPAL (MASTER) Canal de comunicaciones PROFIBUS PROCESADOR DE COMUNICACIONES SUBORDINADO (SLAVE) DISPOSITIVOS DE ENTRADA/SALIDA PROCESADOR DE COMUNICACIONES SUBORDINADO (SLAVE) DISPOSITIVOS DE ENTRADA/SALIDA Diagrama de bloques de una red PROFIBUS Tema RED PROFIBUS-DP CARACTERÍSTICAS GENERALES Permite la conexión de: Sistemas electrónicos de control: autómatas programables, sistemas de control numérico, robots, computadores industriales, etc. Sistemas electrónicos especializados, como por ejemplo unidades de programación, paneles de operación (HMI, Human Machine Interface), terminales de configuración de dispositivos de campo, etc. Sensores y actuadores analógicos y digitales. Tema 17-72

37 RED PROFIBUS-DP Características generales Utiliza tres tipos de procesadores de comunicaciones PCP DPM1 (DP Master Class 1) Está asociado a un sistema electrónico de control y realiza el intercambio de información (estado de variables de entrada y salida digitales y analógicas) con cada uno de los dispositivos de campo a través de un procesador subordinado de comunicaciones DPS. PCP DPM2 (DP Master Class 2) Está asociado también a un sistema electrónico de control y realiza la comunicación (por ejemplo, valores de consigna, parámetros de configuración que proporcionan información de su estado interno, variables de diagnóstico de funcionamiento, etc.) entre él y dispositivos de campo complejos (instrumentos, reguladores de variables, etc.), a través de un procesador subordinado de comunicaciones DPS. PCS DPS (DP Slave) No toma iniciativas de comunicación, sino que simplemente responde a las órdenes e informaciones enviadas por los procesadores DPM1 o DPM2. Tema RED PROFIBUS-DP Capa física Transmisión mediante señales eléctricas Topología Bus con resistencias terminadoras. Resistencias terminadoras conmutables Tema 17-74

38 RED PROFIBUS-DP Capa física Transmisión mediante señales eléctricas Medio físico Par de cobre trenzado y apantallado con recubrimiento adecuado para las características del ambiente en el que se instale la red. Características de la señal Señales diferenciales para disminuir el efecto de las interferencias electromagnéticas. Velocidad de transmisión Bus lineal sin repetidores: de 9,6 Kbits/s a 12 Mbits/s Árbol con repetidores: 1,5 Mbits/s Tema RED PROFIBUS-DP Capa física Transmisión mediante señales eléctricas Distancia de transmisión Bus lineal sin repetidores: de 100 m a 12 Mbits/s y m a 93,75 Kbits/s Número de procesadores de comunicaciones Bus lineal sin repetidores: 32 Árbol con repetidores: 127 Método de conexión Conector Sub-D de nueve terminales. Pantalla Data+ GND DC/DC V DC/DC Data- Tema 17-76

39 RED PROFIBUS-DP Capa física Transmisión mediante señales ópticas La fibra óptica se utiliza en PROFIBUS-DP para elevar la distancia de transmisión y asegurar la comunicación fiable en ambientes industriales en los que existen elevados niveles de interferencias electromagnéticas. Características más importantes Topología: Anillo y estrella redundantes y no redundantes Medio físico: Fibra óptica de plástico o de cristal Velocidad de transmisión: 9 Kbits/s a 12 Mbits/s Distancia de transmisión: Máximo 15 Km Número de procesadores de comunicaciones: 127 Los repetidores de señales ópticas son más complejos y caros y por ello la fibra óptica se combina con el cable eléctrico. Tema RED PROFIBUS-DP Capa física Método de codificación de las señales NRZ Reloj Datos Código NRZ Tema 17-78

40 RED PROFIBUS-DP Capa de enlace [FDL (Fieldbus Data Link layer)] Subcapa de control de acceso al medio Subcapa de control lógico. Tema RED PROFIBUS-DP Capa de enlace [FDL (Fieldbus Data Link layer)] Control de acceso al medio Principal/subordinado (Master/Slave) Procesadores principales de comunicaciones (PCP) con capacidad de control de acceso a la red Relacionados mediante un mecanismo de paso de testigo (Token bus) que da lugar a un anillo lógico. Procesadores subordinados de comunicaciones (PCS) Que sólo pueden enviar datos a la red al recibir la orden correspondiente enviada por un procesador principal. Tema 17-80

41 RED PROFIBUS-DP Capa de enlace [FDL (Fieldbus Data Link layer)] Control de acceso al medio Rotación del Testigo Acceso al medio 1 Pase de Testigo Procesadores de comunicaciones principales (Masters) Procesadores de comunicaciones subordinados (Slaves) Mecanismo "Token bus" para el control de acceso al medio: El testigo rota entre las estaciones principales de la red Tema RED PROFIBUS-DP Capa de enlace [FDL (Fieldbus Data Link layer)] Admite la inclusión de nuevos PCP mediante un sondeo periódico por parte de cada PCP. Establece una determinada duración T RT del ciclo de rotación del testigo y cada procesador mide el tiempo T RR durante el cual no dispone del testigo, calcula T RT -T RR y envía las órdenes posibles. Controla un conjunto de parámetros: El mínimo y el máximo tiempo de retardo entre transmisión de órdenes. Los tiempos de espera de transmisión y recepción. Tema 17-82

42 RED PROFIBUS-DP Capa de enlace [FDL (Fieldbus Data Link layer)] Control lógico Modo de sincronización asíncrono con UART. Unidad mínima de información: Carácter ST P SP Agrupación de caracteres para obtener mensajes que comienzan con el carácter SD (Start Delimiter) y acaban con el ED (End Delimiter). Tema RED PROFIBUS-DP Capa de enlace [FDL (Fieldbus Data Link layer)] Control lógico Según el valor del octeto SD, se distinguen tres tipos de mensajes: a) Mensaje sin datos Es el mensaje más corto posible, porque carece de campo reservado para el envío de datos. SD1 DA SA FC FCS ED L = 3 (fija) b) Mensaje con datos de longitud fija Este tipo de mensaje permite el envío de 8 caracteres de datos entre el carácter FC y el FCS. SD3 DA SA FC Data-Unit FCS ED L = 11 (fija) Tema 17-84

43 RED PROFIBUS-DP Capa de enlace [FDL (Fieldbus Data Link layer)] Control lógico c) Mensaje con datos de longitud variable Este tipo de mensaje se caracteriza por poseer los campos LE y LEr (abreviatura de LEngth byte) con los que se especifica el número de caracteres de datos incluidos en el mensaje, que puede variar entre 1 y 246 caracteres. SD2 LE LEr SD2 DA SA FC Data-Unit FCS ED L = 4 a 249 Tema RED PROFIBUS-DP Capa de enlace [FDL (Fieldbus Data Link layer)] Control lógico Servicios acíclicos de transferencia de datos a) Servicio SDA El servicio SDA (abreviatura de Send Data with Acknowledge) es un servicio básico mediante el cual el procesador principal de comunicaciones, que tiene en un determinado instante el derecho de acceso al medio (está en posesión del testigo), envía un mensaje a otro procesador de comunicaciones y debe recibir inmediatamente la confirmación, que puede ir acompañada de un conjunto de datos adicionales que éste último desea enviar al procesador principal. b) Servicio SDN El servicio SDN (abreviatura de Send Data with No acknowledge) se utiliza principalmente en mensajes de difusión (Broadcast) que un procesador principal de comunicaciones envía a varios o a todos los demás procesadores de la red, razón por la cual no recibe confirmación. Esta forma de actuar del servicio SDN es importante para el funcionamiento en tiempo real de la red PROFIBUS, y se denomina de respuesta inmediata. Tema 17-86

44 RED PROFIBUS-DP Capa de enlace [FDL (Fieldbus Data Link layer)] Control lógico Servicios acíclicos de transferencia de datos c) Servicio SRD El servicio SRD, (acrónimo de Send and Request Data), lo utiliza un procesador principal para enviar datos a otro procesador determinado y, además, solicitar datos de él. Mediante este servicio, un procesador principal puede solicitar únicamente datos de otro procesador para lo cual le envía un mensaje vacío (sin datos). Servicios cíclicos Se utilizan para llevar a cabo las comunicaciones en algunas aplicaciones industriales en las que se debe transmitir información periódicamente. El ejemplo más típico es el de un autómata programable que debe, en cada ciclo de entrada/salida, recibir información de los distintos sensores y enviar información a los actuadores. Tema RED PROFIBUS-DP Capa de enlace [FDL (Fieldbus Data Link layer)] Funcionamiento de los procesadores de comunicaciones Puesta en tensión PETICIÓN DE TESTIGO PUESTA EN ESTADO INICIAL ETAPA DE INICIALIZACIÓN (OFFLINE) ESTADO DE ESPERA DE ÓRDENES (PASSIVE_IDLE) INICIALIZACIÓN ESCUCHA DEL TESTIGO ESPERA ACTIVA UTILIZACIÓN DEL TESTIGO Diagrama de estado del procesador subordinado ESPERA PASIVA COMPROBACIÓN DE TRASPASO DE TESTIGO ESPERA DE DATOS DE RESPUESTA COMPROBACIÓN DEL TIEMPO DE ACCESO ESPERA DE RESPUESTA DE ESTADO TRASPASO DE TESTIGO Diagrama de estado del programa controlador de la capa FDL Tema 17-88

45 RED PROFIBUS-DP Capa de aplicación Utiliza los servicios proporcionados por las capas física y de enlace, a través de una interfaz de programación de la aplicación API (acrónimo de Application Programming Interface), fácil de utilizar, denominada DDLM (acrónimo de Direct Data Link Mapper). Funciones de diagnóstico Mensajes de diagnóstico relacionados con los procesadores subordinados de comunicaciones Mensajes de diagnóstico relacionados con módulos de interfaz Mensajes de diagnóstico relacionados con los canales Tema RED PROFIBUS-PA Permite, en el área de la automatización de procesos, la conexión de los sistemas electrónicos de control del proceso con los dispositivos de campo, y reemplaza a los tradicionales sistemas de transmisión de información analógica mediante el bucle de corriente de 4 a 20 ma. Además de tiempos de respuesta deterministas en la comunicación con los dispositivos de campo, posee el siguiente conjunto de características: Técnicas de comunicación intrínsecamente seguras. Alimentación de los dispositivos de campo a través del propio medio de comunicación. Transmisión de datos muy fiable. Interoperabilidad de los dispositivos de diferentes fabricantes. Tema 17-90

46 RED PROFIBUS-PA Puente (Bridge) entre una red PROFIBUS-DP y una red PROFIBUS-PA MES / ERP Ethernet Ethernet Industrial Interfaces Estándar A.P. Controller S7-400 PROFIBUS-DP (RS-485) Nivel H2 DP/PA Segment Coupler Zona no intrínsecamente segura E/S Remotas Accionamientos Nivel H1 PROFIBUS-PA 31,25 kbit/s Zona intrínsecamente segura Dispositivos de campo PROFIBUS-PA Tema RED PROFIBUS-FMS Utiliza el mismo protocolo a nivel físico y de enlace de datos que la red PROFIBUS- DP y su protocolo a nivel de aplicación está orientado a los requisitos exigidos para llevar a cabo la comunicación entre los sistemas electrónicos de control de los niveles de estación, célula e incluso fábrica de la pirámide CIM. La capa de aplicación de PROFIBUS-FMS se divide en dos secciones denominadas FMS (acrónimo de FieldBus Message Specification) y LLI (acrónimo de Lower Layer Interface). FMS describe los objetos de comunicación, los servicios de aplicación y los modelos resultantes desde el punto de vista de cada perfil de comunicación y LLI, por su parte, sirve para adaptar las funciones de aplicación a la las diferentes características del nivel FDL. Ha sido sustituida por las redes integradas Tema 17-92

47 RED PROFIBUS-FMS Proceso de usuario Application Layer Interface (ALI) Servicios de petición Gestión de objetos Servicios de recepción Field Message Specification (FMS) Capa de Aplicación Codificación Interpretación Lower Layer Interface (LLI) Asociación a servicios FDL Asociación a servicios FMS Capas PHY y FDL Tema PRINCIPALES ELEMENTOS Unidades de entrada/salida remota Sensores/actuadores con recursos de comunicación integrados. Módulos principales. Módulos pasarela. Repetidores y módulos de enlace. Tema 17-94

48 UNIDADES DE ENTRADA/SALIDA REMOTA Facilitan la comunicación entre los dispositivos sensores y actuadores que forman parte del nivel de proceso de la pirámide CIM, y los controladores del nivel jerárquico superior. Tema UNIDADES DE ENTRADA/SALIDA REMOTA Circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) que implementan PCS. Tema 17-96

49 SENSORES/ACTUADORES CON RECURSOS DE COMUNICACIÓN (PCS) INTEGRADOS Tema MÓDULOS PRINCIPALES (MASTER MODULES) Tema 17-98

50 MÓDULOS PASARELA (GATEWAY) Tema REPETIDORES Y MÓDULOS DE ENLACE Tema

51 [MAND 09, capítulo 9, página 706] INTRODUCCIÓN Las redes industriales estudiadas en los apartados anteriores se caracterizan por: - Cada una de ellas posee las características adecuadas para dar respuesta solamente a los requisitos de la comunicación de un único nivel de la pirámide CIM. - Utilizan módulos hardware diferentes lo que encarece el coste del sistema de control distribuido. Estas limitaciones ponen en evidencia el interés de que exista una sola RED INDUSTRIALUNIVERSAL Tema DEFINICIÓN Una RED INDUSTRIAL INTEGRADA O UNIVERSAL es una red de comunicaciones que da respuesta a las comunicaciones de los diferentes niveles de la pirámide CIM con un canal único de comunicaciones. Sustituye por lo tanto a las redes de sensores, a las redes de control y a las redes de empresa. Para ello debe cumplir los siguientes requisitos (Requirements): - Ser compatible con diferentes normas de comunicaciones digitales: TCP/IP, UDP, SNMP, FTP, etc. - Facilitar la implantacion de sistemas de control industrial distribuidos. - Ser fácil de integrar con las redes industriales existentes. - Ser ampliable (Scalable) en tiempo real. Tema

52 RED ETHERNET INDUSTRIAL (INDUSTRIAL ETHERNET) Es una red integrada universal basada en la red Ethernet (802.3) que facilita tres tipos de comunicaciones: - Comunicaciones que no se realizan en tiempo real (Tiempo de respuesta superior a 10ms). Se la conoce como NRT (Non real Time). - Comunicaciones en tiempo real (Tiempo de respuesta comprendido entre 1ms y 10ms). Se denominan RT (Real Time). - Comunicaciones en tiempo real especiales (Tiempo de respuesta inferior a 1ms). Se denominan IRT (Isochronous Real Time). Son necesarias para controlar movimientos a distancia. Cada fabricante o consorcios de fabricantes han desarrollado su propia red Ethernet Industrial. Ejemplo: PROFINET desarrollada por Siemens y Phoenix Contac. Tema Datos de aplicación general Datos de elementos estáticos Datos de elementos móviles Tema