Act 18: Lección Evaluativa Capítulo 9. Nombre de curso: AUTOMATIZACION INDUSTRIAL E-LEARNING

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1 Act 18: Lección Evaluativa Capítulo 9 Nombre de curso: AUTOMATIZACION INDUSTRIAL E-LEARNING Temáticas revisadas: CAPITULO 9 Estrategia de aprendizaje: Aprendizaje Autónomo o Individual Aspectos generales: Este trabajo se compone de una lectura y unas preguntas sobre la lectura. Medios De Comunicaciones PROFIBUS La historia del PROFIBUS comienza con un proyecto de la asociación PROFIBUS apoyado por el gobierno en 1987 en Alemania. En el contexto de este empeño, 21 compañías e institutos unieron esfuerzos y crearan un proyecto estratégico para fieldbus. El objetivo era estabilizar un barramiento de campo bitserial, cuyo requisito básico era la estandarización de la interfaz de dispositivo de campo. Por esta razón, los miembros relevantes de las compañías del ZVEI (Asociación Central de la Industria Eléctrica) concordaron en apoyar un concepto técnico de mutuo interés para manufactura y automatización de procesos. El primer paso fue la especificación del protocolo de comunicaciones complejas PROFIBUS FMS (Especificación de Mensajes Fieldbus), que fue proyectado para la exigencia de tareas de comunicación. Un paso adelante fue la conclusión, en 1993, de la especificación de una variante más sencilla e rápida, el PROFIBUS-DP (Periferia Descentralizada), un protocolo disponible hoy en tres versiones funcionales, el DP-V0, DP-V1 y DP-V2. Basado en estos dos protocolos de comunicación juntado al desarrollo de varios perfiles de aplicaciones orientadas y un número de dispositivos de crecimiento rápido, el PROFIBUS empezó su avance, inicialmente en automatización de manufactura y, desde el 1995, en la automatización de procesos, con la introducción del PROFIBUS-PA. Actualmente, el PROFIBUS es el barramiento de campo líder en el mercado mundial. El PROFIBUS es un estándar de red de campo abierto, independiente de proveedores, donde la interfaz entre ellos posibilita una amplia aplicación en procesos, manufactura y automatización predial. Este estándar es garantizado según las normas EN y EN Desde enero de 2000, el

2 PROFIBUS se estableció firmemente con el IEC 61158, al lado de otros siete fieldbuses. El IED61158 se divide en siete partes, nombradas a , que incluyen las especificaciones según el modelo OSI. En esta versión hubo la expansión que incluyó el DPV-2. Mundialmente, los usuarios pueden ahora tener como referencia un estándar internacional de protocolo abierto, cuyo desarrollo buscó y todavía busca reducción de costos, flexibilidad, fiabilidad, seguridad, orientación hacia el futuro, interoperabilidad, compatibilidad con las más distintas aplicaciones y múltiples proveedores. Hoy en día estimase al rededor de 30 millones de nudos instalados con tecnología PROFIBUS y más de 1000 fábricas con tecnología PROFIBUS-PA. Son 24 organizaciones regionales (RPAs) y 35 Centros de Competencia en PROFIBUS (PCCs), ubicados estratégicamente en varios países, ofreciendo soporte a sus usuarios, incluso en Brasil, en asociación con el FIPAI de la Escuela de Ingeniería de São Carlos-USP, donde existe el único PCC de América Latina. En términos de comunicación, los controladores programables, tales como CLPs y PCs mantienen contacto entre ellos, necesitando, por lo tanto, que grandes paquetes de datos se transfieran en innombrables y poderosas funciones de comunicación. Además, la integración eficiente con los sistemas de comunicación corporativos existentes, Intranet, Internet y Ethernet, son requisitos absolutamente obligatorios. Esta necesidad se suple con los protocolos PROFIBUS FMS y PROFINet. Ejemplo de red Profibus con variantes Profibus-DP y Profibus-PA La arquitectura PROFIBUS se divide en tres variantes principales:

3 PROFIBUS DP El PROFIBUS DP es la solución de alta velocidad del PROFIBUS. Su desarrollo se optimizó especialmente para sistemas de control donde se destaca el acceso a los dispositivos de entrada/salida distribuidos y el se utiliza en sustitución a los sistemas convencionales 4 a 20 ma, HART o en transmisión de 24 V. a través de medio físico RS-485 o fibra óptica. Necesita menos que 2 m para transmisión de 1 kbyte de entrada y salida y se utiliza largamente en controles con tempo crítico. Actualmente, 90% de las aplicaciones envolviendo esclavos Profibus utilizan el PROFIBUS DP, variante disponible en tres versiones,dp-v0, DP-V1 e DP-V2. Cada versión evolucionó según el avance tecnológico y la demanda por nuevas aplicaciones a través del tiempo. Versiones del Profibus PROFIBUS PA PROFIBUS PA es la solución de PROFIBUS que satisface a los requisitos de la automatización de procesos que posibilita la conexión de sistemas de automatización y de control de procesos con equipos de campo, tales como: transmisores de presión y de temperatura, conversores, posicionadores, etc. El puede sustituir el estándar 4 a 20 ma.

4 Otros beneficios potenciales de utilización de esa tecnología abarcan ventajas funcionales tales como transmisión de informaciones fiables, tratamiento del estatus de las variables, sistema de seguridad en casos de falla, equipos con capacidad de diagnóstico automático, capacidad de alcance de los equipos, alta resolución en mediciones, integración con control discreto en alta velocidad, aplicaciones en cualquiera sector, etc. Además de los beneficios económicos pertinentes a instalaciones (reducción hasta 40% en relación a los sistemas convencionales, costos de mantenimiento (reducción hasta 25% en comparación con los sistemas convencionales, menor tiempo de puesta en marcha ofrecen un aumento importante en funcionalidad y seguridad. El PROFIBUS PA posibilita medición y control a través de una línea de dos cables simples. También permite alimentar los equipos de campo en áreas intrínsecamente seguras, y el mantenimiento y la conexión/desconexión de equipos mismo durante la operación sin interferir en otras estaciones en áreas potencialmente explosivas. El PROFIBUS PA se ha desarrollado en cooperación con los usuarios de NAMUR, la Industria de Control y Proceso, cumpliendo con la exigencias especiales de esa área de aplicación: El perfil original de la aplicación para la automatización del proceso e interoperabilidad de los equipos de campo de diferentes fabricantes. Adición y remoción de estaciones de barramientos mismo en áreas intrínsecamente seguras, sin influencia de otras estaciones. La comunicación transparente a través de los acopladores del barramiento de automatización del proceso PROFIBUS PA y del barramiento de automatización industrial PROFIBUS-DP. Alimentación y transmisión de datos a través del mismo par de cables, basándose en la tecnología IEC Uso en áreas potencialmente explosivas con blindaje tipo intrínsecamente segura o sin seguridad intrínseca. Las conexiones de los transmisores, conversores y posicionadores en una red PROFIBUS DP se hacen a través de un acoplador DP/PA. El par de hilos cruzados se usan en la alimentación y la comunicación de datos de cada equipo, facilitando la instalación y resultando en bajo costo de hardware, menos tiempo de iniciación, mantenimiento sin problemas, bajo costo de software de ingeniería, y alta confianza en la operación. La arquitectura y la filosofía del protocolo PROFIBUS garantizan a cada estación envuelta en el cambio de datos cíclicos tiempo suficiente a la ejecución de la tarea de comunicación en un intervalo de tiempo definido. Para eso, utilizase el procedimiento de pasaje de token, usado por estaciones amos del barramiento al comunicarse entre ellas, y el procedimiento amo-esclavo para comunicación con las estaciones esclavas. El mensaje de token (un frame especial para el pasaje del derecho de acceso de un amo a otro) debe circular, una vez a cada amo dentro del mismo tiempo máximo de rotación definido que es configurable. En el

5 PROFIBUS el procedimiento de pasaje del token se usa solamente entre los amos. Comunicación Multimaster Comunicación Maestro-Esclavo.

6 El procedimiento amo-esclavo posibilita al amo que esté activo (el que tiene el token ) acceder a sus esclavos (a través de los servicios de lectura y escritura). PROFINET El PROFInet es una red estandarizada por PROFIBUS Internacional según la IEC y la IEC Es una de las catorce redes de Ethernet industrial. Básicamente hay dos tipos de redesprofinet: PROFInet IO y PROFInet CBA. El PROFInet IO se utiliza en aplicaciones rápidas de tiempo real y el PROFInet CBA se utiliza donde el tiempo no es urgente, tal como en la conversión a la red PROFIBUS-DP. El PROFInet es un concepto de información amplio que surgió como resultado de la tendencia de la tecnología de automatización para máquinas reutilizables y modulares en fábricas con inteligencia distribuida. Sus características satisfacen puntos-claves de las demandas de la tecnología de automatización: Comunicación compatible entre los diversos niveles de supervisión desde el campo hasta los niveles corporativos usando la Ethernet ; Gran cantidad de fabricantes de un protocolo y sistema abierto; Utiliza el estándar IT; Integración con sistemas PROFIBUS sin necesidad de cambios. El PROFInet fue definido según su Physical Layer ISO/IEC8802-3, y su DataLink Layer según el TCP/UDP/IP/Ethernet da ISO/IEC Su principal foco, que revela las diferencias entre el mercado común de redes Ethernet, es la aplicación de objetos ya en uso y probados en software de tecnologías de automatización. Tras esta idea, las máquinas y fábricas pueden dividirse en módulos tecnológicos, cada uno de ellos con sus características y compromisos mecánicos, eléctricoelectrónicos y software de aplicaciones. Cada módulo entonces se encapsula según los componentes PROFInet y pueden accederse vía interfaces universales, además de interconectarse en varias aplicaciones. Entienda el concepto de componentes como la idea de reutilización de unidades de software. En este sentido el PROFInet utiliza componentes COM (Component Object Model) y su expansión, el DCOM (Distributed Component Object Model), para sistemas distribuidos. Por lo tanto, todos los objectos son idénticos y tienen la misma aparencia. Este tipo de sistema distribuido de automatización habilita proyectos modulares de máquinas y fábricas con soporte a la reutilización de piezas de máquinas y fábricas, lo que garantiza interoperabilidad y reducción de problemas. La integración de sectores PROFIBUS en PROFInet se hace implementando proxies, lo que asegura que todo el espectro de productos PROFIBUS pueden implementarse sin cambios, garantizando al usuario protección máxima a sus

7 inversiones. Además, la tecnología Proxy permite la integración con otros tipos de fieldbus. Creación e interconexión de componentes. Estructura de dispositivo PROFInet

8 Modelo de migración PROFInet El PROFINET tiene tres modelos distintos de operación, siendo dos de ellos de tiempo real. El primer modelo se basa en la arquitectura TCP/IP pura, utilizando la Ethernet en los estratos 1 y 2, el IP en el estrato 3 y el TCP o UDP en el estrato 4. Esa arquitectura se denomina Non-real time (Non-RT), pues su tiempo de procesamiento es cercano de los 100 m. La más importante aplicación de ese tipo de comunicación es la configuración de la red o al comunicarse con los Proxies, utilizando el PROFInet CBA. Los Proxies son conversores de protocolos (por ejemplo, de PROFInet a PROFIBUS-DP o de PROFInet a HART, FF, etc).

9 PROFInet tiene tres modelos distintos de operación Proxy PROFInet/PROFIBUS-DP e PROFInet/HART, PROFInet/FF

10 El segundo modelo se basa en el llamado Soft Real Time (SRT) y caracterizase por ser un canal directo entre el estrato de la Ethernet y la aplicación. Al eliminar varios niveles de protocolo, hay una reducción en la largura de los telegramas transmitidos, requiriendo menos tiempo de transmisión de datos en la red. En este caso, se puede utilizar dos tipos de PROFInet y CBA. El tercer modelo se basa en el concepto de Isochronous Real Time (IRT), para aplicaciones de tiempo crítico de respuesta inferior a 1 ms. Un ejemplo típico de esta aplicación es el control de movimiento de robots, cuyo tiempo de actualización de datos debe ser corto. En este caso se usa solamente el PROFInet. PROFInet CBA e IO proporcionando flexibilidad máxima a las aplicaciones El PROFinet se ha desarrollado con su formato original para proporcionar acceso a las informaciones de datos a través de los servicios estándar de la WEB.

11 Es posible acceder a las informaciones de datos del PROFInet a través de los servicios estándar de la WEB. Además, la tecnología del PROFInet posibilita fácil integración con el sistema MES (Manufacturing Execution Systems). PROFInet y MES Enlaces:

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