Comunicaciones Industriales. I.E.S. HIMILCE LINARES - Departamento de Electricidad-Electrónica Profesor: José María Hurtado Torres TEMA 1

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1 Comunicaciones Industriales I.E.S. HIMILCE LINARES - Departamento de Electricidad-Electrónica Profesor: José María Hurtado Torres TEMA 1

2 DEFINICIONES Comunicación Telecomunicación Telecomunicaciones Teleinformática o Telemática Comunicaciones Industriales Actividad asociada con el intercambio de información. Deriva del latín communicare, que significa hacerlo común, compartir, dar a conocer. Actividad de comunicación a distancia. Deriva del griego tele que significa lejos, a distancia, y de comunicación. Disciplina que trata la transmisión y recepción de información que se desee comunicar a cierta distancia (datos, sonidos, imágenes,etc.). Disciplina o campo de la técnica que estudia la transmisión y recepción de información (telecomunicaciones) y el tratamiento de dicha información (informática). Disciplina o campo de las telecomunicaciones dedicada al estudio del intercambio de información (datos) entre equipos y dispositivos utilizados para las tareas de control de productos y procesos industriales. APLICACIÓN DEL COMPUTADOR A LAS TAREAS DE CONTROL Y GESTIÓN DE LA PRODUCCIÓN EVOLUCIÓN DE LAS COMUNICACIONES DIGITALES COMUNICACIONES INDUSTRIALES Funciones básicas: Tareas de control y gestión de la producción. Intercambio y transferencia de datos entre equipos. Control de las comunicaciones digitales. Coordinación y control de la producción. Monitorización de los procesos. Control distribuido. Etc.

3 Antecedentes Históricos

4 El Sistema CIM (Computer Integrated Manufacturing) El sistema CIM podemos definirlo como un sistema de fabricación que pretende la integración e interrelación de todas las áreas de una empresa, mediante la aplicación de las últimas tecnologías informáticas y de comunicaciones. Este sistema pretende la integración de las técnicas CAE, CAD y CAM, sin olvidar otro aspectos como la comercialización, la distribución, servicio, control de calidad, etc. Sistema de fabricación tradicional Sistema de fabricación integral Diseño Descentralizado AYER Proceso Servicio Fabricación Control de calidad Planificación Logistica Almacenamiento Inventario Ventas HOY Total integración de todas las áreas de la empresa

5 Objetivos del sistema CIM Instalaciones flexibles. Gestión actualizada de almacenamiento. Rápidos y sencillos cambios en la producción. Gestión y control de compras optimizada. Distribución óptima de tareas. Gestión y control total de la calidad. Generación de diseños y proyectos integrada. Procesos de fabricación integrados. Tecnologías aplicadas en el entorno CIM: Ingeniería asistida por ordenador (CAE). Diseño asistido por ordenador (CAD). Fabricación asistida por ordenador (CAM). Control numérico (CNC) y Robótica. Instalaciones industriales de todo tipo. Sistemas de supervisión y control de la fabricación. Mecánica, Electricidad y Electrónica. Centralización de la información. Distribución de procesos jerarquizada. Gestión y control total de los procesos. Reducción de actuaciones en mantenimiento. Reducción de costes. Aumento de la productividad.

6 Pirámide CIM Niveles EMPRESA Planificación, gestión de recursos, I+D, estudio de costes, gestión administrativa, compras, ventas, comercialización, coordinación, productividad, planificación, etc. FÁBRICA Gestión de fábrica y administración de recursos: Control de datos, gestión del mantenimiento, inventario, ingenierías, etc. ÁREA Control y supervisión de niveles inferiores, coordinación de celdas de fabricación, transportes, control de líneas de fabricación, control de calidad, ensamblado, etc. CELDA Coordinación y control de elementos de los niveles inferiores. Celdas de fabricación. ESTACIÓN Mando y control de máquinas, control nivel inferior, información para niveles superiores. MÁQUINA Obtención de datos A/D para niveles superiores. Dispositivos de campo: sensores y actuadores.

7 Pirámide CIM. Niveles para automatización. Fabrica Planta Ordenadores, Servidores, redes LAN/WAN, Internet Gran volumen de datos. Velocidad de respuesta pequeña. Ethernet. PCs, Servidores, redes LAN, Internet. Gran volumen de datos. Red de Datos Velocidad de respuesta mediana. LAN Industrial (PROFINET), Ethernet y Sistemas SCADA Célula Campo Proceso PLCs gama alta, PCs, CNC, Robots, HMI, Scada. LAN Industrial (profinet). Buses de campo. Volumen medio de datos. Velocidad de respuesta Grande. PLCs gama alta, PCs, CNC, Robots, HMI, Scada. LAN Industrial (profinet). Buses de campo. Volumen medio de datos. Velocidad de respuesta Alta. Red de Control PLCs, PC, HMI, sensores, actuadores. Buses de campo y de dispositivos. Volumen pequeño de datos. Respuesta instantánea.

8 Pirámide CIM. Niveles de comunicación industrial. Otras redes, Internet RED DE DATOS NIVEL DE FABRICA Gestión de producción Supervisión y Control de procesos. Comunicaciones de factoría, factoría-celdas y otras redes CNC DCS NIVEL DE CELDA Intercomunicación. Supervisión. Control. Manipuladores, Robots, CNC, Grupos de máquinas. PLC s. NIVEL DE CAMPO Máquina aislada. Control y Coordinación. Sensores, Actuadores, PLC s. Comunicaciones de celda, celda-factoría. Controladores. I/O Sensor PLC Comunicaciones de campo: sensores y actuadores M Drive Transmitter RED DE CONTROLADORES BUS DE CAMPO Field device

9 Redes y Buses industriales REDES INDUSTRIALES Ofimática. Gestión de producción y Procesos. Supervisión y Control Tipos: Redes LAN y WAN Ethernet, Ethernet industrial, PROFINET Equipos: Ordenadores, PLC, Servidores, etc. BUSES DE CAMPO Intercomunicación. Supervisión. Control. Tipos: CompoBus D, Profibus, Interbus-S, WorldFip, ModCon, Profinet, Modbus. Equipos: PC, PLC, Máquinas, Tarjetas, panales HMI y SCADA, Robots, CNC, Instrumentación, etc. BUSES DE DISPOSITIVO Simplificación de cableado. Conexión de Sensores y Actuadores Tipos: CompoBus-S, AS-Interface, DeviceNet, CANopen, Profibus DP, InterBus-S Equipos: PLC, HMI, Sensores, Actuadores, accionamientos.

10 Redes y Buses industriales. Posicionamiento.

11 Redes y Buses industriales. Comparativa.

12 Redes y Buses industriales de SIEMENS.

13 Redes y Buses industriales de SIEMENS.

14 Panorámica EQUIPOS SIEMENS. S5-95U S S7-200 S7-400 PLC Logo S7-300 S KTP-600 HMI PC card

15 Panorámica PLCs otros fabricantes. CQM de Omron TSX17 de telemecanique PLC09 de Schneider CP1H de Omron CPM2A de Omron

16 Elementos necesarios para la comunicación Emisor/receptor Canal de comunicación Mensajes Protocolo Código Suministro y recepción de la información. En comunicaciones electrónicas son los equipos emisores y receptores de la señal. Medio o soporte físico capaz de propagar la información. En las comunicaciones electrónicas se utilizan medios capaces de propagar señales eléctricas (cable, aire, fibra óptica, infrarrojos, etc.). Contienen la Información que se transfieren entre emisor y receptor (sonidos, datos, imágenes, etc.) Conjunto de normas y reglas comunes que posibiliten la comunicación. Lenguaje común utilizado en la comunicación.

17 Sistemas electrónicos de comunicación 1. Fuente de información. Donde se genera la información y se transforma en mensaje. 2. Transductor (de entrada). Convierte el mensaje en una señal eléctrica (voltaje o corriente). 3. Transmisor. Adapta la señal de entrada al medio de transmisión (cable, aire, F.O., etc.) 4. Medio. Medio físico que une el transmisor con el receptor. La señal toma la forma de ondas electromagnéticas, las cuales se deterioran debido al ruido, distorsión y atenuación. 5. Receptor. Recupera la señal del medio y realiza las operaciones inversas del transmisor. 6. Transductor (de salida). Convierte la señal de salida en un mensaje para el destinatario. 7. Destinatario. Destinatario de la información. El transmisor, el medio y el receptor constituyen el sistema de transmisión.

18 Sistema telemático simplificado Equipos terminales de datos (DTE, Data Terminal Equipment): Equipos emisores o receptores de datos y que realizan el control de la transmisión (control de errores, codificación, etc.). En este apartado se encuentran los PCs, PLCs, HMI, Sistemas Scada, etc. Equipos de comunicación de datos (DCE, Data Communications Equipment): Equipos hardware que tratan la señal de los DTE para realizar la adecuación de la señal y la coordinación de la comunicación a través del medio físico. Son dispositivos interface como los modem, tarjetas de red, switch, hardware E/S, pararelas, router, adaptadores de norma, etc.). Línea de transmisión (LT, Transmisión Line): Soporte o medio físico que une a los DCE. Este puede ser guiado o no guiado: (cable, F.O, infrarrojos, radiofrecuencia, etc.)

19 Dudas y cuestiones que se plantean: Qué informaciones se intercambiarán? Qué modo de comunicación utilizaremos? Cómo se gestionará dicha información? Qué lenguaje utilizaremos? Quién y cómo comienza el diálogo? Cómo realizar el intercambio de información? Qué elementos utilizaremos? Qué formato de señal utilizaremos? Quién puede transmitir en cada momento? Cómo empezará y terminará la comunicación? Qué medio físico utilizaremos? Qué problemas nos encontraremos? Qué normativas utilizaremos? Temas que hay que abordar: Señales: tipos y características. Medios de transmisión. Características. Perturbaciones en la transmisión. Métodos de transmisión de las señales. Modos de comunicación. Modos de sincronización. Métodos de detección de errores. Parámetros de la transmisión de datos. Tipos de redes de comunicación. Estructura de las Redes de comunicación. Normativa de las comunicaciones. Etc. Etc.

20 Organismos de normalización

21 Normas que afectan a las comunicaciones industriales

22 El modelo OSI El Modelo OSI (Modelo de Referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos), creado por la ISO, es un estándar formado por 7 capas, y define las fases por las que deben pasar los datos para viajar de un dispositivo a otro en una red de comunicaciones. Funcionamiento del modelo OSI: Queremos enviar un fichero «datos» desde el equipo «Transmisión» al equipo «Recepción». El fichero «datos» entra en la capa de «Aplicación», donde se añade la cabecera y aumenta el tamaño; a continuación pasa a la capa de «Presentación» y se añade otra cabecera más, y así sucesivamente hasta la capa «Físico», que conecta con el equipo «Recepción». El fichero «datos» es ahora bastante más grande. Ahora el fichero «datos» entra al equipo «Recepción» por la capa «Físico» y se suprime la cabecera correspondiente a esa capa; a continuación, en la capa de «Enlace» se suprime su cabecera, y así hasta la capa de «Aplicación», en que el fichero «datos» llega al usuario final.

23 El modelo OSI. Niveles o Capas FLUJO DE DATOS - REDES APLICACIONES - PROTOCOLOS ÁREA DE ACTUACIÓN DE LOS BUSES DE CAMPO TEMA 1. Introducción a los Sistemas de Comunicación Industrial Nivel 7. APLICACIÓN: Utilización de los datos. Nivel 6. PRESENTACIÓN: Representación y encriptación de los datos. Nivel 5. SESIÓN: Para el control del inicio y finalización de la conexión. Nivel 4. TRANSPORTE: División de los datos en paquetes de envío. Protocolos TCP en Ethernet. Nivel 3. RED: Interviene en el direccionamiento de paquetes de datos cuando hay varias redes. Protocolos IP en Ethernet. Buses de campo y Profinet. Nivel 2. ENLACE: Estructuración del paquete o trama de datos y envío a la capa Física. Control y detección de errores. Control de acceso al medio. Nivel 1. FÍSICA: Se encarga de la transmisión de bit de datos al canal de comunicación. Define los niveles de la señal eléctrica según la norma utilizada. Adecúa la señal al medio utilizado (cable, FO, radiofrecuencia, etc.). Codificación y decodificación de datos. Controla la velocidad de transmisión.

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