UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE GUTIERREZ ZAMORA

ASIGNATURASISTEMAS AUTOMATIZADOS Y REDES INDUSTRIALESENSAYOREDES INDUSTRIALES

GRUPO901 - A

ALUMNOJorge Luis Gonzlez Vargas13ING2037

DOCENTEING. EUSTACIO GUTIRREZ PORRAS

REDES INDUSTRIALES

Da con da los procesos industriales se han ido haciendo cada vez ms complejos y con mltiples variables a controlar, produciendo con esto mucha ms informacin que manejar para el correcto funcionamiento de estos.En las plantas industriales cuentan con sistemas de equipos digitales, software y hardware para monitorear los procesos y todos los datos obtenidos durante los mismos. En la actualidad es de vital importancia el completo entendimiento e integracin de estos sistemas para la comunicacin y toma de decisiones dentro de los procesos productivos. A los distintos tipos de dispositivos y terminales conectados entre s para compartir datos se les denomina red o red industrial.

TOPOLOGAS DE REDES A las formas en la que estos se encuentran enlazados se les denominan topologas de red. Existen distintas topologas de red y cada una de ellas tiene diversas ventajas y/o prestaciones, pero la eleccin de la que se utilizar ser determinada por el usuario dependiendo de sus necesidades y varan en cuanto a del costo la fiabilidad del trfico de datos y el rendimiento.Como se dijo antes, existen diferentes topologas de red, algunas de ellas son bsicas mientras que otras son combinaciones de estas. A continuacin se describirn los tipos de topologas y sus caractersticas.

Jerrquica

Fig.1 Topologa Jerrquica La computadora de mayor jerarqua controla la red Las computadoras con jerarqua suelen ocasionar cuellos de botella Si se estropea una computadora con jerarqua se corta la comunicacin que depende de ella. Fcil agregar o quitar nuevos equipos de cmputo.

Anillo

Fig. 2 Topologa anillo Un nico canal con repetidores de seal en cada computadora (retardo) La informacin viaja en un sentido del anillo Diferentes modos de conexin: escucha, trasmite, cortocircuito

Bus

Fig. 3 Topologa Bus Existe un nico canal fsico que conecta las computadoras Problemas si hay un fallo en el canal (a veces se duplica) Todas las Computadoras pueden escuchar lo que enva cualquier ordenador conectadoEstrella

Fig. 4 Topologa Estrella

Las computadoras se conectan a un HUB o concentrador. El concentrador controla el acceso al medio fsico. Es fcil agregar o quitar Computadoras. No permite el trfico entre dispositivos.

Malla

Fig. 5 Topologa Malla Existen diferentes caminos para enviar la informacin de una Computadora a otra. Fiable, inmunidad a fallos y cuellos de botella. Si un componente falla o est ocupada se vuelve a encaminar el trfico.

PROTOCOLOS DE COMUNICACIN Adems de estos tipos de conectar los dispositivos necesitamos de los protocolos de comunicacin que son un conjunto de normas que permiten el intercambio de datos entre los diferentes dispositivos que estn conectados en la red. Es decir estos van a ser el medio por el cual nuestros equipos se van a poder comunicar y entender de manera adecuada (entablar una conversacin por decirlo de alguna forma), siempre y cuando estn conectados bajo las mismas normas o protocolo. Dentro de las ventajas que nos dan los protocolos estn: Permitir localizar un ordenador de forma inequvoca. Permitir realizar una conexin con otro ordenador. Permitir intercambiar informacin entre ordenadores de forma segura, independiente del tipo de maquinas que estn conectadas (PC, Mac, PLC, CNC, sensores...). Abstraer a los usuarios de los enlaces utilizados (red telefnica, radioenlaces, satlite...) para el intercambio de informacin. Permitir liberar la conexin de forma ordenada.

BUSES DE CAMPO Entre los protocolos de comunicacin ms utilizados dentro de la industrial se encuentran los buses de campo que son medios de comunicacin, que, como ya se dijo anteriormente permiten el enlace de dispositivos o equipos involucrados dentro del proceso.Existen dos tipos de buses de campo: los propietarios y los abiertos.Los propietarios son propiedad de una sola compaa y por lo tanto son utilizados por determinado tipo de maquina o equipo hecho por cierto fabricante.Los abiertos son aquellos libres y por lo tanto nos dan la posibilidad de conectar, reemplazar y comunicar distintos equipos de diferentes marcas o proveedores.El objetivo de un bus de campo es sustituir las conexiones punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de control a travs del tradicional lazo de corriente de 4-20mA o 0 a 10V DC, segn corresponda. Generalmente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo como PLCs, transductores, actuadores, sensores y equipos de supervisin. Varios grupos han intentado generar e imponer una norma que permita la integracin de equipos de distintos proveedores. Sin embargo, hasta la fecha no existe un bus de campo universal. A continuacin se describen los tipos de buses que se utilizan ms en el rea industrial, tanto en las naves industriales que es donde se llevan a cabo los procesos como en rea administrativa.

EthernetEthernet (tambin conocido comoestndar IEEE 802.3) es un estndar de transmisin de datos para redes de rea local que se basa en el siguiente principio: Todos los equipos en una red Ethernet estn conectados a la misma lnea de comunicacin compuesta por cables cilndricos.

Ethernet es una red de rea local (LAN). Esta es una red de medios compartidos, donde todos los mensajes se envan a todos los puntos de conexin dentro de la red. Ethernet conecta hasta 1.024 nodos a 10 Mbits por segundo sobre un par telefnico trenzado, un cable coaxial y una fibra ptica.La transmisin y la comunicacin se lleva a cabo por medio de la utilizacin un protocolo denominadoCSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detectque significa que es un protocolo de acceso mltiple que monitorea la portadora:deteccin de portadoray deteccin de colisiones).Con este protocolo cualquier equipo est autorizado a transmitir a travs de la lnea en cualquier momento y sin ninguna prioridad entre ellos. Esta comunicacin se realiza de manera simple: Cada equipo verifica que no haya ninguna comunicacin en la lnea antes de transmitir. Si dos equipos transmiten simultneamente, entonces se produce una colisin (o sea, varias tramas de datos se ubican en la lnea al mismo tiempo). Los dos equipos interrumpen su comunicacin y esperan un perodo de tiempo aleatorio, luego una vez que el primero ha excedido el perodo de tiempo, puede volver a transmitir.Se distinguen diferentes variantes de tecnologa Ethernet segn el tipo y el dimetro de los cables utilizados: 10Base2: el cable que se usa es un cable coaxial delgado, llamadothin Ethernet. 10Base5: el cable que se usa es un cable coaxial grueso, llamadothick Ethernet. 10Base-T: se utilizan dos cables trenzados (la T significatwisted pair) y alcanza una velocidad de 10 Mbps. 100Base-FX: permite alcanzar una velocidad de 100 Mbps al usar una fibra ptica multimodo (la F es porFiber). 100Base-TX: es similar al 10Base-T pero con una velocidad 10 veces mayor (100 Mbps). 1000Base-T: utiliza dos pares de cables trenzados de categora 5 y permite una velocidad de 1 gigabite por segundo. 1000Base-SX: se basa en fibra ptica multimodo y utiliza una longitud de onda corta (la S es porshort) de 850 nanmetros (770 a 860 nm). 1000Base-LX: se basa en fibra ptica multimodo y utiliza una longitud de onda larga (la L es porlong) de 1350 nanmetros (1270 a 1355 nm).

Profibus (Process Field Bus):Este es un estndar de red de campo abierto e independiente de proveedores, donde la interfaz de ellos permite amplia aplicacin en procesos, fabricacin y automatizacin. Es un bus de campo de alta velocidad para control de procesos normalizada en Europa por EN 50170.Existen tres perfiles:Profibus DP (Decentralized Periphery).Orientado a sensores/actuadores enlazados a procesadores (PLCs) o terminales.Profibus PA (Process Automation).Para control de proceso, cumple normas especiales de seguridad para la industria qumica (IEC 11158-2, seguridad intrnseca).Profibus FMS (Fieldbus Message Specification).Para comunicacin entre clulas de proceso o equipos de automatizacin.

El medio fsico utilizado en Profibus es el RS486 es la tecnologa de, aunque la fibra ptica pueda usarse en largas distancias (ms de 80 km). En seguida vienen las principales caractersticas: Transmisin asncrona NRZ. Baud rates de 9.6 kBit/s a 12 Mbit/s, seleccionable. Par torcido con blindaje. Estaciones por seccin, mx. 127 estaciones. Distancia segn la tasa de transmisin (tabla 1). 12 MBit/s = 100 m; 1.5 MBit/s = 400m; < 187.5 kBit/s = 1000 m. Distancia extensible hasta 10 km con el uso de repetidoras. Conector D-Sub de 9 Pinos.

Device NetEs un bus de campo utilizado en los primeros niveles de automatizacin para comunicar equipos que pueden ser de diferentes marcas o fabricantes. Se pueden conectar dispositivos un tanto simples como sensores fotoelctricos, magnticos, , pulsadores y de alto nivel como PLCs, computadores, etc. Una cualidad es que provee informacin adicional a la red, la cual puede ser desplegada para visin del usuario.Consiste en un bus principal de hasta 500m con derivaciones de hasta 5m en donde van conectados los dispositivos de la red. En una red Device Net se pueden conectar hasta 64 nodos y cada uno puede soportar un nmero infinito de E/S.Algunas de sus caractersticas son: Alta inmunidad al ruido. Permite comunicacin dentro de un gran rango de temperatura. Proporciona informacin de diagnstico para llevar a cabo acciones preventivas y soluciones a problemas. Velocidad permitida de 500 Kbps. La conexin puede ser en par trenzado y fibra ptica. Permite la comunicacin maestro esclavo, multimaestro y punto a punto.

Fig. 6 Sistema Device Net

AS-I (Interfase Sensor Actuador)Es un sistema que simplifica la conexin entre sensores, actuadores y dems dispositivos conectados a un cable bifilar comn. Su objetivo es el de ser un sistema ms econmico para el nivel ms bajo de la automatizacin.Dentro de los beneficios que presta estn: Es de tipo abierto. Productos fabricados en serie. Existen para aplicaciones especiales. Moderna tecnologa de interconexin. Elevada utilidad de los productos. Diagnostico de fallas completas y precisas.Este sistema presenta las siguientes caractersticas: Permite comunicacin maestro - esclavo. Permite un mximo de 31 esclavos por maestro acoplado a un mismo cable. Dos cables desprotegidos, bifilar sin apantallar, para datos y energa (30 VDC/8 A mx.) alrededor del cable plano AS-I. Mxima longitud de cable de 100m por maestro o 300 m con 2 repetidores en ramales paralelos. Tasa de transmisin de 167 Kbit/seg. Tiempo de ciclo de mximo 5 segundos con 31 dispositivos. 4 bits direccionales por parmetro.

Fig. 7 Bus AS-I

CanEste es un bus de campo desarrollado para el intercambio de informacin entre unidades de control del automvil. Permite compartir gran cantidad de informacin entre las unidades de control conectadas para reducir sensores y la cantidad de cableado requerida.

Fig. 8 Sistema CANCaractersticas: Permite una distancia de hasta 1000 metros a 50 Kbits. Tiene una velocidad mxima permitida de 1 Mbits con una distancia de 40 metros. Al ser multiplexada reduce el cableado y elimina las conexiones punto a punto. Permite la operatividad y comunicacin con diferentes equipos de distintos fabricantes. ModbusEs un protocolo de transmisin de datos y comunicaciones basado en la arquitectura maestro esclavo con control centralizado que puede comunicarse con una o varias estacione remotas para obtener los datos directos de campo para la supervisin y control del proceso:Caractersticas Los nodos no transmite informacin si la peticin del nodo maestro. La conexin fsica puede ser configurada en: RS-232, RS-422, RS-485 Dependiendo el modo de comunicacin RTU o ASCII se definir el tipo de comunicacin, as como los parmetros como velocidad, paridad, modo, etc.

Fig. 9 Sistema Modbus

En la imagen siguiente se muestra una comparacin de los diferentes tipos de buses

INTEGRACIN DE UNA RED INDUSTRIAL Podemos definir a una red de industrial como un protocolo de comunicacin para la medicin, supervisin y el control de procesos por medio de equipos y dispositivos conectados e interrelacionados para comunicarse en una mismaplataforma. Anteriormente se hablo de lo que es una topologa de red, los protocolos de comunicacin y los buses para campo. Estos tres instrumentos son necesarios y se complementan uno con otro para lograr o montar una red industrial.Una red industrial est compuesta por una variedad de dispositivos controladores, sensores, transmisores y dems equipos que son utilizados para obtener informacin sobre las variables controladas dentro de los procesos productivos. Estos equipos pueden ser repetidores, enrutadores, bridge, gateway, controladores y elementos de entrada y salida. Aunque estos dispositivos estn relaciones y comunicados entre s tambin estn divididos y organizados en 3 diferentes niveles de jerarquizacin para poder gestionar y organizar de manera adecuada la informacin.Estos niveles son: El nivel de sensores y actuadores, tambin llamado el nivel de campo El nivel intermedio tambin conocido como nivel de clula, de proceso o de fabricacin El nivel superior o de gestinEstn representados en una pirmide denominada pirmide de la automatizacin que se muestra a continuacin.

Fig. 10 Pirmide de la automatizacin Enseguida se describe de mejor manera cada uno de los niveles de esta pirmide.

Nivel inferior Este es el nivel de Bus de campo, tambin llamado nivel de sensores y actuadores, es el ms prximo al proceso y se encarga de la integracin de pequeos automatismos (PLC compactos, multiplexores de entradas y salidas, controladores PID, equipos de medicin, etc). Generalmente, en el nivel ms alto de estas redes, se suelen encontrar uno o varios PLCs modulares de gama alta, que pueden actuar como maestro de la red o en estructuras de maestro flotante. Una gran cantidad de los dispositivos conectados suministra o necesita seales binarias. La cantidad de datos necesaria en este nivel no es muy elevada, sin embargo, la velocidad y la frecuencia de transmisin debe ser muy grande. El conjunto constituye lo que suele llamarse clula de fabricacin.

Nivel medio de fabricacinEste nivel se encuentra jerrquicamente encima del anterior y se encarga normalmente de enlazar clulas de fabricacin en grupos ms grandes. En este nivel se suelen encontrar los autmatas de gama alta, mquinas de control numrico y computadoras dedicadas a las tareas de diseo, control de calidad, etc.

Nivel alto o de gestinEn este nivel, se conectan entre s las PCs y las estaciones de trabajo de la instalacin. A veces, incluso se conectan PCs de diferentes instalaciones o se conectan PCs con estaciones de trabajo remotas. Todos estos equipos se encargan de supervisar y gestionar todo el proceso. El volumen de datos se mueve en el entorno de mega bites, la velocidad de transmisin es muy alta, pero normalmente la frecuencia de transmisin no es muy elevada.

Fig. 11 Integracin de red industrial (Ethernet)

Para lograr una correcta integracin de una red industrial se deben de compaginar los tres niveles para llevar a cabo la comunicacin y transferencia de datos para y cumplir con los procesos productivos con total control en la planta.