Protocolos en la industria.

Protocolos en la industria.
sistema supervisorio

jueves, 25 de marzo de 2010

Profinet


Aunque intuitivamente nos podemos dar cuenta que Profinet es Profibus en Ethernet, es mucho más que la mera integración de un protocolo en otro. Este nuevo concepto (estandarizado según IEC 61158/61784-1 y 61158/61784-2) integra las reconocidas prestaciones de Profibus DP (determinismo, isocro-nismo, diagnóstico, acceso a I/Os remotas y a información de proceso) sobre protocolos TCP/IP en tecnología Ethernet, permitiendo de este modo convivir las aplicaciones IT con la transmisión de información crítica. Para ello, la transmisión, basada en nuevos desarrollos de chips denominados ERTEC (Enhanced Real Time Ethernet Controller), reservan un rango de transmisión de la trama TCP/IP para la parte del telegrama crítico-determinístico, para, a continuación, seguir con la transmisión de otros protocolos.
Por otra parte, Profinet mantiene el mismo sistema simple de configuración, parametrización y diagnóstico que una red Profibus DP actual, de modo que las inversiones de capacitación y know-how invertido se garantizan en la nueva tecnología.
Dos conceptos sostienen este estándar: Profinet I/O como solución para el acceso determínistico y en tiempo real de señales distribuidas (similar a Profibus DP); y establecer el medio de comunicación para las nuevas plataformas de desarrollos de plantas industriales (Component Based Automation).


PROFIBUS EN LA INDUSTRIA

PROFIBUS



PROFIBUS es un estándar de comunicaciones para buses de campo. Deriva de las palabras PROcess FIeld BUS.


ORIGEN

Fue un proyecto desarrollado entre los años 1987-1990 por las empresas alemanas Bosch, Klöckner Möller y Siemens, y por otras como ABB, AEG, Honeywell, Landis & Gyr, Phoenix Contact, Rheinmetall, RMP, Sauter-cumulus y Schleicher. En 1989 la norma alemana DIN19245 adoptó el estándar Profibus, partes 1 y 2 (la parte 3, Profibus-DP no fue definida hasta 1993). Profibus fue confirmada como norma europea en 1996 como EN50170.


VERSIONES


Profibus tiene tres versiones o variantes (de más simple a más compleja):
Profibus DP (Periferia Descentralizada; Descentralised Peripherals),desarrollada en 1993, es la más extendida. Está orientada a control a nivel sensor/actuador.
Profibus FMS, diseñada para control a nivel de célula. Si bien fue la primera versión de Profibus, es una versión prácticamente obsoleta.
Profibus PA, es la solución integrada para control a nivel de proceso.


MEDIOS FISICOS DE CONEXION

Profibus tiene, conforme al estándar, cinco diferentes tecnologías de transmisión, que son identificadas como:


RS-485
MBP
RS-485 IS
MBP IS
Fibra óptica


RS-485 utiliza un par de cobre trenzado apantallado, y permite velocidades entre 9.6 kbps y 12 Mbps. Hasta 32 estaciones, o más si se utilizan repetidores.
MBP (Manchester Coding y Bus Powered) es transmisión sincrónica con una velocidad fija de 31.25 Kbps.


Las versiones IS son intrínsicamente seguras, utilizadas en zonas clasificadas.


Fibra óptica incluye versiones de fibra de vidrio multimodo y monomodo, fibra plástica y fibra HCS.


Profibus DP está actualmente disponible en tres versiones:


DP-V0. Provee las funcionalidades básicas incluyendo transferencia cíclica de datos, diagnóstico de estaciones, módulos y canales, y soporte de interrupciones
DP-V1. Agrega comunicación acíclica de datos, orientada a transferencia de parámetros, operación y visualización
DP-V2. Permite comunicaciones entre esclavos. Está orientada a tecnología de drives, permitiendo alta velocidad para sincronización entre ejes en aplicaciones complejas.


Desde el punto de vista del control de las comunicaciones, el protocolo Profibus es maestro esclavo, pero permite:


Aplicaciones mono maestro. Un sólo maestro está activo en el bus, usualmente un PLC. Los demás dispositivos son esclavos. Este esquema es el que permite los ciclos de lectura más cortos
Aplicaciones multi maestro. Permite más de un maestro. Pueden ser aplicaciones de sistemas independientes, en que cada maestro tenga sus propios esclavos. U otro tipo de configuraciones con dispositivos de diagnóstico y otros.


En un ambiente multimaestro, pueden haber dos tipos de maestros:


DPM1. DP Master Class 1. Es un controlador central que intercambia información con sus esclavos en forma cíclica. Típicamente un PLC.
DPM2. DP Master Class 2. Son estaciones de operación, configuración o ingeniería. Tienen acceso activo al bus, pero su conexión no es necesariamente permanente.


Analicemos primeramente la situación más simple. Un solo maestro DPM1 y usando DP-V0. Este proceso pasa por tres fases: Parametrización, configuración y transferencia de datos. Durante los dos primeros se define la forma en que se hará la comunicación, y esto esto es verificado por errores y consistencia, para luego pasar a la fase de transmisión.


Adicional a los comandos a una estación, el DPM1 puede enviar comandos a un grupo o a todos los esclavos. Estos se conocen como comandos multicaste, y son utilizados para funciones de sincronización.


DPV1 por otro lado, agrega las transferencias acíclicas. Estas son realizadas en paralelo a la comunicación cíclica, pero en un esquema de menor prioridad.
DPV2 permite a su vez comunicaciones esclavo-esclavo. Uno de los esclavos se define como emisor ("publisher") y uno o más esclavos como suscriptores. El emisor envía un mensaje, que es recibido directamente por todos los suscriptores, sin necesidad de pasar por el maestro.

DPV2 tiene otras funciones, como comunicación isocrónica, control de reloj, y carga y descarga de datos.

lunes, 22 de marzo de 2010

MODBUS® TCP/IP

Modbus/TCP es un protocolo de comunicación diseñado para permitir a equipos industriales tales como Controladores Lógicos Programables (PLCs), computadores, drivers para motores y otros tipos de dispositivos físicos de entrada/salida comunicarse sobre una red.
Modbus/TCP fue introducido por Schneider Automation como una variante de la familia de protocolos MODBUS, ampliamente usada para la supervisión y el control de equipo de automatización. Específicamente el protocolo define el uso de mensajes MODBUS en un entorno intranet o internet usando los protocolos TCP/IP.

De este modo, Modbus-TCP se puede utilizar en Internet, de hecho, este fue uno de los objetivos que motivó su desarrollo (la especificación del protocolo se ha remitido a la IETF=Internet Engineering Task Force). En la práctica, un dispositivo instalado en Europa podría ser direccionado desde EEUU o cualquier otra parte del mundo.

MODBUS® TCP/IP se ha convertido en un estándar industrial de facto debido a su simplicidad, bajo coste, necesidades mínimas en cuanto a componentes de hardware, y sobre todo a que se trata de un protocolo abierto.

En la actualidad hay cientos de dispositivos MODBUS® TCP/IP disponibles en el mercado. Se emplea para intercambiar información entre dispositivos, así como monitorizarlos y gestionarlos. También se emplea para la gestión de entradas/salidas distribuidas, siendo el protocolo más popular entre los fabricantes de este tipo de componentes.

La combinación de una red física versátil y escalable como Ethernet con el estándar universal de interredes TCP/IP y una representación de datos independiente de fabricante, como MODBUS®, proporciona una red abierta y accesible para el intercambio de datos de proceso.

El protocolo Modbus TCP

Modbus/TCP simplemente encapsula una trama Modbus en un segmento TCP. TCP proporciona un servicio orientado a conexión fiable, lo que significa que toda consulta espera una respuesta.


Prestaciones de un sistemas MODBUS TCP/IP
Las prestaciones dependen básicamente de la red y el hardware. Si se usa MODBUS® TCP/IP sobre Internet, las prestaciones serán las correspondientes a tiempos de respuesta en Internet, que no siempre serán las deseables para un sistema de control. Sin embargo pueden ser suficientes para la comunicación destinada a depuración y mantenimiento, evitando así desplazamientos al lugar de la instalación.
Si disponemos de una Intranet de altas prestaciones con conmutadores Ethernet de alta velocidad, la situación es totalmente diferente.

Ventajas

Las ventajas para los instaladores o empresas de automatización son innumerables:
• Realizar reparaciones o mantenimiento remoto desde la oficina utilizando un PC, reduciendo así los costes y mejorando el servicio al cliente.
• El ingeniero de mantenimiento puede entrar al sistema de control de la planta desde su casa, evitando desplazamientos.
• Permite realizar la gestión de sistemas distribuidos geográficamente mediante el empleo de las tecnologías de Internet/Intranet actualmente disponibles.

Protocolo Modbus

Modbus es un protocolo de comunicaciones situado en el nivel 7 del Modelo OSI, basado en la arquitectura maestro/esclavo o cliente/servidor, Debido a que fue incluido en los PLCs de la prestigiosa firma Modicon en 1979, ha resultado un estándar de facto para el enlace serie entre dispositivos industriales. Puede, por tanto, implementarse con diversos tipos de conexión física y cada fabricante suele suministrar un software de aplicación propio, que permite parametrizar sus productos.

Es el que goza de mayor disponibilidad para la conexión de dispositivos electrónicos industriales. Las razones por las cuales el uso de Modbus es superior a otros protocolos de comunicaciones son:

*Es público
*Su implementación es fácil y requiere poco desarrollo
*Maneja bloques de datos sin suponer restricciones
*Este protocolo define la estructura de los mensajes que los PLCs reconocen, sin importar el tipo de red sobre la cual se comunican.
*Describe el proceso que el controlador utiliza para solicitar acceso a otro dispositivo, cómo responde a los requerimientos de otros controladores y cómo se detectan y reportan los errores de comunicación.
*Establece un formato común para la distribución y el contenido de los registros o campos de los mensajes.
*Se trata de un protocolo abierto, es decir que se encuentra disponible en forma gratuita la forma de funcionamiento del mismo en el sitio de Internet: www.modbus.org

Modbus permite el control de una red de dispositivos, por ejemplo un sistema de medida de temperatura y humedad, y comunicar los resultados a un ordenador. Modbus también se usa para la conexión de un ordenador de supervisión con una unidad remota (RTU) en sistemas de supervisión adquisición de datos (SCADA).

Medio Físico
El medio físico de conexión puede ser un bus semidúplex (half duplex) (RS-485 o fibra óptica) o dúplex (full duplex) (RS-422, BC 0-20mA o fibra óptica) Existen versiones del protocolo Modbus para puerto serie y Ethernet (Modbus/TCP).
La comunicación es asíncrona y las velocidades de transmisión previstas van desde los 75 baudios a 19.200 baudios. La máxima distancia entre estaciones depende del nivel físico, pudiendo alcanzar hasta 1200 m sin repetidores.
Acceso al Medio
La estructura lógica es del tipo maestro-esclavo, con acceso al medio controlado por el maestro. El número máximo de estaciones previsto es de 63 esclavos más una estación maestra.

Los intercambios de mensajes pueden ser de dos tipos:
• Intercambios punto a punto, que comportan siempre dos mensajes: una demanda del maestro y una respuesta del esclavo (puede ser simplemente un reconocimiento («acknowledge»).
• Mensajes difundidos. Estos consisten en una comunicación unidireccional del maestro a todos los esclavos. Este tipo de mensajes no tiene respuesta por parte de los esclavos y se suelen emplear para mandar datos comunes de configuración, reset, etc.

Protocolo
La codificación de datos dentro de la trama puede hacerse en modo ASCII o puramente binario, según el estándar RTU (Remote Transmission Unit). En cualquiera de los dos casos, cada mensaje obedece a una trama que contiene cuatro campos principales, según se muestra en la figura 1.








La versión Modbus/TCP es muy semejante al formato RTU, pero estableciendo la transmisión mediante paquetes TCP/IP.
Modbus Plus (Modbus+ o MB+), es una versión extendida del protocolo que permanece propietaria de Modicon. Dada la naturaleza de la red precisa un coprocesador dedicado para el control de la misma. Con una velocidad de 1 Mbit/s en un par trenzado sus especificaciones son muy semejantes al estándar EIA/RS-485 aunque no guarda compatibilidad con este.

jueves, 18 de marzo de 2010

TRABAJO DE EXPOSICION

LOGICA COMPUTACIONAL 19/02/10

Estos fueron los principales puntos de la tercera clase:
  1. Repaso rapido de lo visto en la clase anterior.
  2. Aplicacion en la vida real del metodo de resolucion de problemas.
  3. socializacion de lectura Datos, variables y constantes.
  4. Quiz del metodo de resolucion de problemas con el objetivo de calcular el promedio y porcentaje de votos de tres candidatos en una eleccion.
  5. Resolucion del quiz.

Finalmente presentamos un segundo quiz utilizando de nuevo el metodo de resolucion problemas esta vez para calcular el costo total de la factura del agua.

lunes, 15 de marzo de 2010

FieldBus Foundation




Es un protocolo que persigue la estandarización de los protocolos de comunicación digital, al menos esa fue la idea de la organización Fieldbus Foundation, creada en 1994 (Kaschel) para desarrollar un bus de campo universal. Sin embargo, aunque el número de usuarios del pretendido estándar se ha incrementado en los últimos años, los resultados obtenidos hasta el momento distan grandemente de lo esperado. Foundation Fieldbus es un protocolo de comunicación digital bidireccional. Está orientado sobretodo a las industrias de proceso continuo.

A diferencia de HART, que se aplica solo a los dispositivos de campo, Fieldbus se extiende al DCS. Fieldbus nació como una idea “conéctelo y úselo”: permite conectar equipos sin necesidad de una configuración previa en la red. Fieldbus admite la conexión de hasta 32 dispositivos a un único par de cables en contraposición con los sistemas DCS convencionales que requieren que cada dispositivo se conecte a un par de cables. Esto reduce los requerimientos de cableado y accesorios para equipo de control. Fieldbus facilita el mantenimiento puesto que los dispositivos Foundation Fieldbus tienen la capacidad de realizar su propio autodiagnóstico y pueden determinar el estado de su medición de salida y alertar al sistema de control sobre problemas de dispositivos; asimismo, tienen la capacidad de analizar las señales ruidosas filtradas en un proceso y utilizar la información obtenida para detectar problemas de proceso y dispositivos (Scout y Felts, 2004).

Como ya se mencionó, la interoperabilidad es otra de las ventajas que proporcionan los sistemas Fieldbus: un instrumento que es certificado Fieldbus puede ser conectado y utilizado en cualquier sistema Fieldbus, sin importar el fabricante.

La Fundación Fieldbus es una organización de más de 120 compañías que fabrican más del 80% de productos Fieldbus a nivel mundial. Fieldbus es una red industrial diseñada específicamente para aplicaciones de control de procesos distribuidos, creada sobre tecnologías existentes siempre que sea posible, incluyendo trabajo conjunto con ISA, IEC, Profibus, FIP, y HART.

Fieldbus define una Capa de Usuario única basada en bloques de funciones que permiten al usuario comunicarse y programar dispositivos Fieldbus como PLCs, sensores y actuadores autónomos (puntos de Entrada/Salida ó E/S), permitiendo distribuir el control en la red.

Los dispositivos de campo son alimentados a través del bus Fieldbus cuando la potencia requerida para el funcionamiento lo permite. Puede comunicar grandes volúmenes de información, ideal para aplicaciones con varios lazos complejos de control de procesos y automatización.


La alta velocidad, el multipunto, todos los protocolos digitales que son desarrollados por la Fieldbus Foundation no significan el fin de HART. El Fieldbus (bus de campo) será el catalizador de una nueva arquitectura de sistemas de control y permitirán al usuario decidir dónde ocurrirá el proceso de control.
Cual es la diferencia entre HART y Fieldbus?


Esto es como responder "cual es la diferencia entre un neumático de auto y uno de bicicleta?". La intensión de HART es solo la comunicación mientras que Fieldbus es actualmente un sistema que incluye la arquitectura para el desarrollo de estrategias de control, etc.
No solo es mejor, sino que es radicalmente diferente. Mas aun, entender Fieldbus como un 4-20mA digital o un DCS mucho mejor es como representarse un ordenador como una maquina de escribir mas moderna. No puede tampoco compararse con un protocolo "inteligente" para transmisores. Trate de imaginar: Un sistema obsoleto que contenga todas las señales separadas, amplificadores, tarjetas de entrada, salida, CPU, convertidores I/P, y toda la malla de cables interconectados, esto es casi casi …. un DCS.
Un sistema donde todo el control, alarmas, cálculos, selección, totalización y mucho mas son realizadas por un microprocesador en los dispositivos.
Fieldbus tiene la capacidad de simular valores de entradas, salidas o status haciendo posible para una sola persona desde el cuarto de control probar la respuesta del sistema a las fallas y condiciones del proceso las cuales serian de otra manera peligrosas y difíciles de poder probar. La facilidad de realizar estas pruebas off-line dotan al sistema de una gran seguridad. Dos personas, equipadas con radio serán siempre necesarias si no hay simulación, una en lo alto de un tanque o sobre los conductos en el campo con un simulador, por ejemplo y otro desde el cuarto de control obteniendo datos de la prueba.
Esta facilidad evita la exposición a ambientes peligrosos y de alto riesgo tanto para los operadores como para el personal de puesta en marcha.
Los dispositivos Fieldbus actuales tendrán un precio que puede ser elevado inicialmente en comparación con los instrumentos convencionales o inteligentes, la reducción en dispositivos y cableado, las bandejas de conducción y las cajas de conexiones harán el sistema aun mas barato. Los fabricantes no podrán mas descansar sobre una tecnología propietaria para mantener los precios impuestos. La abierta competencia en el nivel del Fieldbus reducirá también los precios.