CURSO INTRODUCCION A LOS BUSES DE CAMPO

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1 CURSO INTRODUCCION A LOS BUSES DE CAMPO Fabiana Ferreira Laboratorio de Electrónica Industrial Dto. de Electrónica Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires

2 Índice del curso INTRODUCCION BUSES DE DISPOSITIVOS BUSES DE CAMPO NUEVAS TECNOLOGIAS Conclusiones 2

3 Red industrial Red de tiempo real utilizada en un sistema de producción para conectar distintos procesos de aplicación con el propósito de asegurar la explotación de la instalación (comando, supervisión, mantenimiento y gestión) Red de controladores Red de supervisión Red de campo Red de campo + contr ol distr ibuido 3

4 Bus de campo o Fieldbus: Clasificación de redes Red local industrial que conecta dispositivos de campo con equipos que soportan procesos de aplicación con necesidad de acceder a estos dispositivos Equipos conectados: Dispositivos de campo: captadores, actuadores, Elementos HMI Equipos que soportan procesos de aplicación: controladores (PLC, CPU de DCS, CN, Robot), Computadoras, Sistemas HMI Red de celda o red intermediaria: Conecta entre sí los equipos de comando y control pertenecientes a un islote de producción Equipos conectados: controladores Red de sala de comando Transmite al operador los datos necesarios para conducir el proceso y al proceso los cambios de consigna, parámetros, etc. emitidos por el operador Equipos conectados: PLC, DCS, Robots, CN con sistemas de supervisión Red de fábrica: Interconecta todos los sectores y servicios de una fabrica: líneas de producción, almacén, control de calidad,servicio generales, ingeniería Equipos conectados: computadoras Red de larga distancia Conecta puntos de producción con sistemas de supervisión y control Núcleo de sistemas SCADA Equipos conectados: RTU s, PC s, Computadoras 4

5 Clasificación de buses de campo Ctrl. de Procesos Ctrl Lógico Sensorbus: Funciones DEVICEBUS SENSORBUS Información transmitida en bits Variables digitales FIELDBUS Bit Byte Paquetes Conectan captadores, actuadores, botoneras, interruptores, etc. con un controlador central Función : distribuir E/S digitales ASi, FlexIO Tipo de datos Fieldbus: Información transmitida en palabras o tablas Variables analógicas y algunas digitales Conectan dispositivos, controladores, Pc s. Función : Repartir la aplicación. FF, Profibus, WorldFIP, ControlNet Devicebus: Información transmitida en bytes Variables digitales y algunas analógicas Conectan dispositivos, controladores, Pc s. Función : Compartir dispositivos de campo entre varios equipos de control y comando. CAN, Device Net, SDS,DWF 5

6 Buses de campo Field Bus Control Bus Device Bus Sensor Bus P lant P rocess Unit Smart Device Block I / O Bit I/ O FOUNDATION Fieldbus World FIP PROFIBUS PA ECHELON Modbus + / DH+ ControlNet PROFIBUS FMS PROFIBUS DP DeviceNet SDS Interbus S SensoPlex AS i Seriplex Impacc 6

7 Normas IEC Fieldbus IEC TC65/SC65C/WG Norma IEC Capa Física 1996 IEC Draft de DLL(FIP) Rechazado 12/96 3/1998 Draft DLL aprobado ( similar a ISA TR50.02 partes 3 y 4) 1999 a 2000 Se terminan de aprobar las restantes partes IEC , Introduction IEC , Physical Layer Specification and Service definition IEC , Data Link Service Definition IEC , Data Link Protocol Specification IEC , Application Layer protocol Specification IEC 61784, Profile Sets for Continuos and discrete manufacturing Tipos nor ma IEC: 1 FOUNDATION Fieldbus 2 ControlNet ( ControlNet, Ethernet/IP) 3 Profibus (DP y FMS) 4 P NET (multipoint, point to point) 5 FOUNDATION Fieldbus HSE 6 SwiftNet (openal, real Time AL) 7 WorldFIP (MPSy MCS, subsetmms, part of MPS) 8 Interbus ( generic, extended, reduced 6/2) 7

8 Consorcios y organizaciones Problemas en normalización ===> especificaciones de distintos proyectos: Fieldbus Foundation ISP : Interoperable System Project ( desaparecido) PTO: Profibus Trade Organisation ODVA: Open Device Net Vendor Association World FIP.Organisation...Etc. ASi CANbus DeviceNet FIPIO P Net LonWorks InterBus S BAC net WorldFIP PROFIBUS FOUNDATION Fieldbus Control Net Swift Net HART Modbus 8

9 BUSES DE DISPOSITIVOS Fabiana Ferreira Laboratorio de Electrónica Industrial Dto. de Electrónica Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires

10 Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Actuator Sensor Interface (ASi ASi) Fabiana Ferreira Labor ator io de Electr ónica Industr ial Dto. de Electr ónica

11 AS i en automatización Para conectar sensores y actuadores con controladores Nivel de control Maestro Nivel de campo: CAN DeviceNet FIP Interbus Profibus etc. Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Sensores y actuadores 11

12 Ahorro de cableado Cableado tradicional Con AS i M1 M2 M3 C1 C2 C3 Maestro C4 12

13 Maestro Esclavo Caracteristicas del bus AS i Hasta 31 esclavos por maestro 4 entradas y 4 salidas digitales por esclavo 4 bits de parametros adicionales por esclavo Max. 248 I/O digitales Posibilidad de I/O analógicas Direccionamiento electrónico de los esclavos Equipamiento : Master PLC o Gateway Esclavos Modulos para conexión de I/O Dispositivos con chip AS I integrado Fuente de 30,5 VDC Cable AS i u otro Datos y alimentación en el mismo cable Slave Slave Slave Host Slave Slave Slave Slave Master Slave Slave Slave AS i Power Supply 13

14 Maestro Esclavo El Maestro realiza un ciclo de polling Envía los valores de las salidas y recibe los valores de las entradas en el mismo ciclo Ciclo del orden de 5ms Host M a s t e r M a s t e r Calls SL 1 SL 2 SL31 SL S l a v e Answers 14

15 Extensión de la red Longitud máxima de todos los cables AS i en un segmento : 100m Se puede extender la red hasta 300m usando extender o repeater Solution A: 1 extender and 1 repeater Master Supply! Extender Supply Repeater Supply Slave Slave! Slave Slave Slave Segment max. 100 m Segment max. 100 m Segment max. 100 m Max. number of slaves over all is 31! 15

16 Direccionamiento y parametrización de esclavos Direccionamiento individual por ter minal Direccionamiento automático por el maestro Master Addressing unit Programming and service unit AS Interface Master Parametrización a distancia Slave 1 Slave 2 Slave 20 projected parameter actual parameter Up to 31x 4 data bits Slave 1 Slave AS i Slave 20 actual parameter Slave

17 Cableado Cable Plano Cable standard mechanical coded flat cable 1.5 mm² standard standard round round cable cable piercing connectors AS Interface electric mechanics 2,9 mm mm shielded shielded round round cable cable 17

18 Topología Estrella Linea Rama Arbol Controlador Maestro Controlador Controlador Maestro Maestro Controlador Maestro Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo 18

19 Conexión de sensores y actuadores convencionales: Modulos IP67 o IP20 D0 = Señal de sensor una toma D1 = Señal de sensor D2 = Señal de actuador 1 Carcasa de módulo IC esclavo AS Interface D3 = Señal de actuador P0 Watchdog Alimentación eléctrica Hasta 4 sensores y/o 4 actuadores 19

20 Conexión de esclavos integrados D0 = Señal conmutación D1 = Señal aviso una toma D2 = Indicación de disposición D3 = Función de prueba Carcasa común AS Interface Esclavo IC P0 = Temporizador P1 = Inversión P2 = Factor de impulsos P3 = Función especial Alimentación eléctrica Sensor o Actuador Esclavos con características complementarias, como parametrización, autotest Las funciones de diagnóstico de la red terminan en el esclavo Los actuadores en IP67 conmutan en el campo y no en el armario eléctrico 20

21 Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Controller Area Network (CAN) Fabiana Ferreira Gerardo Stola Labor ator io de Electr ónica Industr ial Dto. de Electr ónica

22 CAN (Controller Area Network) Creado a mediados de 1980, con el objetivo de brindar conexión y disminuir los costos de cableado entre dispositivos dentro de automóviles. Se difundió posteriormente a otras áreas, por ejemplo control de plantas industriales, aplicaciones domésticas, control de ascensores, control de sistemas de navegación, etcétera. Estándar ISO. Amplia disponibilidad de dispositivos comerciales. Alta difusión en la CEE (Alemania), Japón y EEUU 22

23 CAN y el modelo OSI Aplicación Presentación Sesión Transporte CAL CANopen PCAL Device Net SDS CAN King dom Documentos de CiA Red Enlace Física Especificación CAN CAN Phy (ISO 11898) ISO

24 Especificación CAN El protocolo abarca las capas física (parcialmente) y de enlace de datos. Velocidad hasta 1 Mbps. Protocolo de comunicaciones orientado a los mensajes Arbitraje por prioridad de mensajes (CSMA/AMP) Resolución de colisiones. Alta probabilidad de detección de errores. Capacidad de implementar control en tiempo real. Escalabilidad. PDU (protocol data unit): tramas (frames) de datos/ remotas/ de error/ de sobrecarga Especificaciones CAN (2 11 ) identificadores de objeto formato de tramas estándar CAN 2.0 más de 500 millones (2 29 ) de identificadores formato de tramas extendido 24

25 Arbitración Dos estados lógicos definidos dentro del bus: recesivo y dominante. Equivale a una compuerta lógica AND: 1 lógico y 0 lógico Nodo 1 Nodo 2 A B A.B Bus N 1 N 2 Bus A B A.B D D D D R D R D D R R R

26 Trama de datos recesivo dominante RTR Delimitadores 1 11/ Identifi_ cador de objeto de control Campo de Arbitraje Inicio de trama Campo Campo de datos Segmento CRC Campo de CRC Trama de datos Campo de fin de trama Ranura de ACK Campo de Acknowledge Espacio inter trama Tamaño mínimo de la trama de datos: 44 bits Tamaño máximo de la trama de datos: 111 bits Throughput = 58% del bitrate 26

27 Detección de errores Cuando una estación transmite una trama de error, el resto de las estaciones activas en la red replican con sendas tramas de error. La señalización del error queda formada por la concatenación de tramas de error de todas las estaciones activas. Globalización del error Distintas condiciones desencadenan la transmisión de una trama de error (errores detectables por protocolo): errores simples errores múltiples errores de bit errores de bitstuff errores de CRC errores de formato (en delimitadores del CRC y del ACK, y EOF) errores de ACK errores de sobrecarga errores de formato de la trama de sobrecarga errores por condición de sobrecarga inconsistente (detectables como errores de bittuffing, decrc o de formato) errores consecutivos múltiples errores sucesivos múltiples error orientado al transmisor error orientado al receptor 27

28 Estado de estaciones 28

29 Capa Física CAN Implementada en los controladores basadas en normas y especificaciones propietarias ISO11898 PMA 29

30 ISO Topología A 1Mbit/s Ld<0.3 m 30

31 Niveles del bus Condición recesiva : CAN_H < CAN_L + 0.5V Condición dominante: CAN_H >CAN_L + 0.9V 31

32 Nodo ISO La tensión diferencial en un nodo está dada por la corriente en la resistencia difer encial 32

33 Transceivers 33

34 Relación Velocidad longitud bus ISO especifica dist máx 1 km y per mite usar bridges o repeaters. Distancia máxima definida por: demora de los nodos y del bus diferencias entre el bit time quantum debidas a la diferencia entre los osciladores de los nodos Caída de señal por resistencia de cable y nodos 34

35 Velocidades recomendadas CiA DS 102 Todo módulo debe soportar 20 kbits/s Para más de 200m se recomienda el uso de optoacopladores Para longitud de más de 1 km se requiere bridge o repeater 35

36 Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires DeviceNet Fabiana Ferreira Labor ator io de Electr ónica Industr ial Dto. de Electr ónica

37 Qué es DeviceNet? Es un enlace de comunicación de bajo costo para conectar dispositivos industriales a una red y eliminar cableado costoso DeviceNet es una solución simple de comunicación en red que reduce el costo y tiempo para cablear e instalar dispositivos de automatización industrial, al mismo tiempo que provee intercambiabilidad de componentes similares de distintos fabricantes La especificación y el protocolo son abiertos Fines de carrera sensores fotoeléctricos sensores inductivos válvulas arrancadores de motores lectores de código de barras variadores de frecuencia paneles e interfases operador No hay que comprar licencias, HW o SW para conectar dispositivos La especificación se compra por u$s 250. Da licencia ilimitada para desarrollar productos. Cualquiera puede participar de ODVA Basado en CAN Usa los chips CAN Standard 37

38 Capas OSI ISO Layer 7 Application { ISO Layer 2 Data Link { ISO Layer 1 Physical ISO Layer 0 Media { { Application Layer Data Link Layer Physical Signaling Transceiver Transmission Media } } } DeviceNet Application Layer Specification CAN Protocol Specification DeviceNet Physical Layer Specification 38

39 Volumen 1 Protocolo de comunicación y Aplicación ( Capa 7) CAN y su uso en DN Capa Física y medio Volumen 2 Perfiles de Dispositivos para obtener interoperabilidad e intercambiabilidad entre productos similares Especificación DeviceNet Prestaciones del protocolo de comunicación Peer to peer Master Slave Productor Consumidor Hasta 64 MAC ID s (nodos) cada nodo infinitas I/O Modelo de Objetos Para Capa Física y medio la especificación define: Cada nodo se modela con una colección de objetos Un objeto provee una representación abstracta de un componente particular de un producto topologías/ puesta a tierra/ Medios físicos/ Terminadores/ Distribución de potencia 39

40 Productos DN Hardware Interfaces para controladores Scanner Modulo de comunicación Gateway I/O distribuidas Interfases con otras redes Interfases para PC s Sensores y actuadores Interfases operador Software Monitores y gestionadores de red Herramientas de diagnóstico Medio Físico 40

41 Medio Físico Señal y potencia (24VDC) en el mismo cable: Pares trenzados separados para para señal y potencia Cable fino o grueso en cualquier tipo de tramo Los nodos se pueden conectar y desconectar sin desconectar la potencia. Se pueden adicionar derivadores (Tap ) de potencia en cualquier punto de la red: posibilidad de fuentes redundantes Corriente nominal de tronco: 8A Se pueden conectar dispositivos con alimentación externa Ter minador de 121Ω en cada fin de tronco Admite varias Topologías Básica : Tronco (trunk) rama (drop line spur s) 41

42 Distancias punta a punta 42

43 CAN y DeviceNet usa sólo la data frame de CAN Requisitos para que los controladores CAN sean compatibles con DN Deben soportar tramas de 11 bits Velocidades de 125, 250 y 500 kbauds múltiples objetos de mensajes ( buffers y centros de mensajes) Posibilidad de mascaras en la trama Debe soportar el protocolo de fragmentación de DN 43

44 Uso de CAN ID 11 bits IDENTIFIER BITS HEX RANGE IDENTITY USAGE 0 Group 1 Msg ID Source MAC ID 000 3ff Message Group MAC ID 1 1 Group 3 Message ID Group 2 Message ID 400 5ff Message Group 2 Source MAC ID 600 7bf Message Group 3 Group 4 Message ID (0 2f) 7c0 7ef Message Group X X X X 7f0 7ff Invalid CAN Identifiers Hay 4 grupos de mensajes con distinta prioridad Grupo1 y Grupo 3 para emisión Grupo 2 : emisión y recepción 31 ID s por cada nodo N Grupo 1: ID 0 a1023 Par a establecer quien y Grupo 2: ID 1024 a 1535 cuando usa los ID s Grupo3: ID 1536 a 1983 Total de ID s: 2048 Sobran: 64 ID s CONEXIONES 44

45 Master Slave predefinido Es un conjunto de identificadores de conexión Los objetos de conexión están preconfigurados en el momento de inicializar el sistema Lo único que falta es que el maestro se declare propietario de las conexiones Se utilizan mensajes del grupo 2 Permite usar 8 bits Permite usar todas la conexiones de I/O IDENTIFIER BITS DESCRIPTION Group 1 Source MAC ID Message ID Group Source MAC ID Slave's I/O Messages Change of State or CyclicMessage Source MAC ID Slave's I/O Bit Strobe Response Message Source MAC ID Slave's I/O Poll Response Message Group MAC ID Message ID Group 2 Messages 1 0 Source MAC ID Master's I/O Bit Strobe Command Message 1 0 Source MAC ID Reserved for Master's Use Use is TBD 1 0 Source MAC ID Master'sChg of state/cyclic acknowledge msgs 1 0 Source MAC ID Slave's Explicit Response Messages 1 0 Destination MAC ID Master's Connected Explicit Request Messages 1 0 Destination MAC ID Master's I/O Poll Cmd/Chg of State/Cyclic Msgs 1 0 Destination MAC ID Destination MAC ID Group 2 Only Unconnected Explicit Req.. Msgs 1 Duplicate MAC ID Check Messages 45

46 Distribución de ID s ID s por cada nodo N Grupo 1: 16 ID por nodo M. 64+N con Mε [0,15 Grupo 2: 8 ID por nodo M N.8 con Mε [0,7 Grupo 3: 16 ID por nodo M. 64+N+1536 con Mε [0,6 TOTAL: 31 ID 3 reservados para conexiones 1 reservado para detección ID duplicado Grupo 1: ID 0 a1023 Grupo 2: ID 1024 a 1535 Grupo3: ID 1536 a 1983 Total de ID s: 2048 (0 2047) Sobran: 64 ID s Para establecer quien y cuando usa los ID s CONEXIONES 46

47 Fragmentación Para mensajes más largos de 8 bytes Se incluye 1 byte de protocolo de fragmentación tanto en mensajes de I/O como explícitos 47

48 Conexión de I/O Modelo de cooperación Productor consumidor Transmisión de los datos Maestro Esclavo (predefinido): Dispositivos sencillos (sin APL)/ Sin CNF/El MAC ID incluye ID de destino Por Cambio de Estado: Cíclica: Emite cuando cambia a llega el Heartbeat Tiempos configurables 48

49 Control and Information Protocol (CIP) Modelo Objetos protocolo de mensajería perfiles de dispositivos Servicios Gestión de datos Figura 11 de CIP White paper 49

50 Cada nodo se modela como una colección de objetos representación abstracta de un componente particular dentro de un producto lo que no está descripto como objeto no es visible a través del CIP Los objetos se estructuran en Clases: el mismo tipo de componente sistema Instancia: representación real de un objeto dentro de una clase Atributos: variables que describen el objeto Una instancia o una clase tiene atributos, provee servicios e implementa compor tamientos Modelo de Objetos 50

51 Tipos de conexiones Conexiones de I/O o de mensajería implícita proveen caminos dedicados entre una aplicación productora y una o más aplicaciones consumidoras Para datos orientados a control, de tiempo crítico. De mensajería explícita Provee un camino punto a punto multipropósito entre dos dispositivos Tipo REQ ANS 51

52 Protocolo de mensajería CIP es un protocolo orientado a conexión Una conexión CIP provee un camino entre múltiples aplicaciones Cuando una conexión se establece, se le asigna a la transmisiones asociadas un conexión Id (CID) si es unidireccional o dos CID si es bi direccional El formato del CID depende de la red 52

53 Objetos en un dispositivo Por lo menos un objeto de conexión un objeto identidad uno o más objetos red Un objeto enrutador de mensajes 46 clases de objetos divididos en tres tipos: Objetos de uso general Objetos específicos de aplicación Objetos específicos de red Librería de objetos 53

54 Objetos aplicación Register Object Discrete Input Point Register Object Discrete Input Point Object Discrete Output Point Object Analog Input Point Object Analog Output Point Object Presence Sensing Object Group Object Discrete Input Group Object Discrete Output Group Object Discrete Group Object Analog Input Group Object Analog Output Group Object Analog Group Object Position Sensor Object Position Controller Supervisor Object Position Controller Object Block Sequencer Object Command Block Object Motor Data Object Control Supervisor Object AC/DC Drive Object Overload Object Softstart Object Selection Object S Device Supervisor Object S Analog Sensor Object S Analog Actor Object S Single Stage Controller Object S Gas Calibration Object Trip Point Object 54

55 Perfiles de dispositivos Todos lo dispositivos del mismo tipo deben tener una identidad común e igual modo de comunicación. Interoperabilidad e Intercambiabilidad Definición del modelo de objetos Esquema con tipo y cantidad de objetos Como cada objeto modifica el comportamiento Interfases de cada objeto Definición del formato de datos de I/O Definición del objeto de ensamblado Dirección de los componentes de datos deseados Definición del los parámetros configurables y de las interfaces públicas a esos parámetros Esta información se incluye en la EDS 55

56 Perfiles de dispositivos definidos Los desarrolladores de dispositivos deben usar un perfil Si un dispositivo no cae en un perfil especializado debe usar el perfil de dispositivo genérico o el especifico de fabricante El perfil usado y que partes de él están implementados debe ser descripto en la documentación usuario del dispositivo Cada perfil consiste en un conjunto de objetos Define uno o más formatos de I/O incluyendo el significado de cada bit o byte en la trama Generic Device AC Drives Motor Overload Limit Switch Inductive Proximity Switch Photoelectric Sensor General Purpose Discrete I/O Resolver Communication Adapter ControlNet Programmable Logic Controller Position Controller DC Drives Contactor Motor Starter Soft Start Human Machine Interface Mass Flow Controller Pneumatic Valves Vacuum Pressure Gauge ControlNet Physical Layer 56

57 Electronic Data Sheet (EDS) Archivo ASCII Provee una descripción de los atributos del dispositivo Según perfil de Dispositivo Atributos públicos correspondientes al perfil de dispositivo Atributos específicos del fabricante PERFIL DE VARIADOR CA A B Mitsubishi Magnetek start/stop start/stop start/stop fwd/rev fwd/rev fwd/rev accel/decel accel/decel accel/decel Adicional Fabricante A B Mitsubishi Magnetek eng. units foreign lang. (none) power calc. temp. calc. 57

58 BUSES DE CAMPO Fabiana Ferreira Laboratorio de Electrónica Industrial Dto. de Electrónica Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires

59 Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires FOUNDATION Fieldbus Fabiana Ferreira Labor ator io de Electr ónica Industr ial Dto. de Electr ónica

60 Fieldbus Control System (FCS) 60

61 Distribución del Control DCS with AMS Fieldbus Host Controller I.S. Fieldbus I/O Subsystem HF HF HF AMS System I.S. I.S. I.S ma + HART I.S. = Intrinsically Safe AI = Analog Input AO = Analog Output PID = Proportional Integral Derivative Controller 61

62 FF y el modelo OSI 62

63 H1 Baja velocidad para control de procesos (Reemplaza la tecnología 4 20 ma) Redes FF HSE Alta velocidad para supervisión y otros niveles 100 Mbit/s HIGH SPEED ETHERNET Kbit/s Alimentación por el bus Opción Seguridad Intrínseca Hasta 1900 metros 63

64 Niveles de señal y codificación 64

65 Partes de la trama 65

66 Conexiones físicas TOPOLOGÍAS Bus con derivaciones Punto a punto Daisy Chain Árbol Dispositivos 32 dispositivos con alimentación separada. 12 dispositivos alimentados por el bus, más una interface. 4 dispositivos por barrera Intrínseca. pueden conectarse o desconectarse en funcionamiento. Alimentación 9 32 VDC Filtro adaptador de impedancia permite la utilización de fuentes convencionales Regula la tensión en el fieldbus, para mantenerla estable ante la conexión y desconexión de dispositivos 18 +/ 2 V., salida 300 ma. Terminador incluído. Montaje en riel o panel. Indicación de falla 66

67 Limitaciones 67

68 Por Arbitraje controlado : Link Active Scheduler (LAS) o Arbitrador de Bus Determinístico y centralizado Dos tipos de dispositivos: Básicos: no pueden ser LAS Link Master ( pueden ser LAS) Dos tipos de comunicaciones: cíclica o sincrónica (scheduled) aciclica o asincrónica( unscheduled) Modelo Editor Suscriptor (publisher Suscriber) MAC LAS Gestión Comunicación cíclica : con lista de los datos cíclicos Variable Periodicidad Tipo Tiempo (ms) (microseg) A 5 INT B 10 INT C 15 OSTR D 20 UNS E 30 SFPOINT 290 Pasaje del Token Mantenimiento Live List Sincronización de tiempo La comunicación cíclica es la tarea prioritaria Las demás tareas se hacen en el tiempo que queda libre entre intercambios cíclicos 68

69 Comunicación Comunicación cíclica Comunicación acíclica 69

70 Scan del LAS Si el LAS cae, alguno de los otros nodos Link Master se convierte en LAS: BLAS (Backup LAS) Sincronización temporal Periódicamente el LAS distribuye un mensaje Time Distribution (TD ) para que todas las estaciones se sincronicen Lista de vivos (Live List) Incluye todos los dispositivos que responden al PT ( si luego de tres intentos no responden se los saca de la lista) Periódicamente se manda un mensaje de prueba de nodo (PN) 70 Si la estación emite una respuesta (Probe Response PR), se agrega a la lista.

71 Fieldbus Access Sublayer Los servicios de la FAS son descriptos por VIRTUAL COMMUNICATION RELATIONSHIPS (VCRs) CLIENTE SERVIDOR pto a pto por colas 1 El cliente recibe el PT y envia la REQ 2 El servidor envia la ANS cuando recibe el PT Uso: para ajustes de variables y gestión de alarmas DISTRIBUCION DE REPORTES uno a muchos 1 Cuando el emisor recibe el PT, envía el reporte a una dirección de grupo 2 Los nodos de ese grupo reciben el reporte. Uso: notificaciones para HMI EDITOR SUSCRIPTOR uno a muchos por buffer 1 El CD puede ser gestionado por el LAS o por una estación suscriptora con el Token Uso: Datos de control 71

72 Capa Usuario La aplicación del usuario accede a la red mediante bloques que representan diferentes funciones de aplicación Bloque de recursos: Describe características del dispositivo:nombre, fabricante, numero de serie Uno por dispositivo Bloques Función (FB) Definen la estrategia de control Sus I/O se vinculadan en el bus Su ejecución está scheduled Varios FB en una UA Bloques Transductores Uno por cada bloque de I/O :.(Fecha de calibración/ Unidades de conversión/ 72 Precisión

73 Las funciones de un dispositivo se determinan por los FBs Bloques función 73

74 Bloques función 74

75 Ejemplo estrategia de control 75

76 Objetos Los datos que se transmiten el bus son descriptos por un descriptor de objeto Las descripciones de objetos se agrupan en un diccionario de objetos (OD) El objeto se identifica por su nro de orden en el OD Del 1 al 255 se encuentran los tipos standard: booleano, entero, flotante, cadena de bits, estructura de datos 76

77 VFD de aplicación usuario Dispositivo de campo virtual VFD Para ver en forma remota los datos locales del dispositivo descriptos en el OD. VFD de gestión de red: provee acceso a la base de información de gestión de red (NMIB) y a la base de información de gestión de sistema (SMIB) Datos de NMIB VCR, Variables dinámicas y estáticas, Tablas de LAS (si es link master) Datos de SMIB tag de dispositivos, direccionamiento, schedules 77

78 Descripción de Dispositivos (DD) Se utiliza para agregar a los bloques función Standard parámetros y definiciones de comportamiento. Provee una descripción extendida de cada objeto en un VFD Provee información al sistema de control o al host para interpretar los datos del VFD Es como un driver para conectar el dispositivo Estan escritos en un lenguaje denominado Device Description Langage (DDL) Se convierten con una herramienta de soft llamada tokenizer 78

79 Scheduling de bloques función Para generar los schedules de los FB y el LAS se utiliza una herramienta de implementación. Macrociclo: es una ocurrencia del schedule completo para cada dispositivo Bloque Offset desde el tpo de arranque AI (Transmisor) 0 Comunicación AI (LAS) 20 PID (valvula) 30 Ao (válvula) 50 79

80 Macrociclo 80

81 Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires PROFIBUS Fabiana Ferreira PROCESS FIELD BUS Laboratorio de Electrónica Industrial Dto. de Electrónica

82 Rango de aplicación Red abierta para procesos ( Process Fieldbus) 3 protocolos: Decentralized Peripheral (DP) Field Messaging Specification (FMS) Process Automation (PA) 1987 : proyecto para fieldbus único Alem. Siemens, Robert Bosch y Klockner Moeller,... FMS se emitió en 1990, DP en 1993 y PA en 1995 Asociaciones de usuarios 16 grupos regionales unidos bajo PROFIBUS International PI PROFIBUS Nutzer Organization (PNO) PROFIBUS Trade Organization (PTO) U.S. 82

83 Comunicación Maestros o estaciones activas Pilotean la transmisión de datos Un maestro puede emitir libremente cuando posee el token Esclavos o estaciones pasivas Equipos periféricos ( bloc de E/S, válvulas, actuadores) No tiene derecho por sí mismos a acceder al bus Adquieren mensajes emitidos por otros o transmiten a requerimiento del maestro Tres opciones para Medio Físico: RS 485 Fibra óptica IEC

84 Hasta 32 nodos sin repetidores en un único segmento Extendible a 127 nodos con repetidores Distancias hasta 12 km 9.6 kbit/sec (1200 m), 1.5 Mbit/sec (200 m), 12 Mbit/sec (100 m) Usa conectores Standard de 9 pin D Dispos. Trunkline/Dropline Dispositivos aislados Tiene terminadores en cada extremo del bus. Capa Física con RS485 Baud Rate Max segment Max segment length in meters length in feet 9.6K K K K K M M M M A maximum of 9 RS 485 repeaters can be connected in series, but the use of more than 3 repeaters in series is not recommended cable type A : Impedance: 135 to 165, Conductor area > 0,34 mm² El blindaje debe ser conectado a masa mecánica en cada extremo Los conectores pueden retirarse y conectarse sin interrumpir el intercambio de datos 84

85 Fibra óptica Tipos de conductores disponibles Permite mayores distancias con mayores velocidades Evita problemas de EMI Segmentos en estrella o anillo Hay fabricantes que permiten la redundancia Existen acopladores RS485 FO 85

86 Capa Física PA IEC Instrum. p/ acoplador 9 (Eex) 32 (no ex) Acopladores de segmento: son convertidores de RS485 a IEC transparentes al protocolo Su utilización limita la velocidad máxima del segmento a kbits/s Acopladores de Enlace: Agrupan el conjunto de aparatos del segmento en un único esclavo RS485 La velocidad del segmento no está limitada 86

87 PA Hasta 32 nodos por segmento Se extiende hasta 126 nodos con 4 repetidores Velocidades Kbits/sec, 1.0Mbits/sec and 2.5Mbits/sec Kbits/sec permite seguridad intrínseca Doble par trenzado (blindado y no blindado) Varias topologías Seguridad intrínseca definida por modelo FISCO Para seguridad intrínseca una derivación puede tener como máximo 30 m Longitud de línea 87