ct_197 el bus de campo una aproximacion al usuario

7/23/2019 Ct_197 El Bus de Campo Una Aproximacion Al Usuario

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Cuaderno Técnico nº 197

El bus de campo:una aproximación al usuario

J-C. Orsini



Cuaderno Técnico Schneider n° 197 / p. 2

La Biblioteca Técnica constituye una colección de títulos que recogen las novedades electrotécnicasy electrónicas. Están destinados a Ingenieros y Técnicos que precisen una información específica omás amplia, que complemente la de los catálogos, guías de producto o noticias técnicas.

Estos documentos ayudan a conocer mejor los fenómenos que se presentan en las instalaciones, lossistemas y equipos eléctricos. Cada uno trata en profundidad un tema concreto del campo de lasredes eléctricas, protecciones, control y mando y de los automatismos industriales.

Puede accederse a estas publicaciones en Internet:

http://www.schneiderelectric.es

Igualmente pueden solicitarse ejemplares en cualquier delegación comercial de Schneider ElectricEspaña S.A. o bien dirigirse a:

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La colección de Cuadernos Técnicos forma parte de la «Biblioteca Técnica» de Schneider ElectricEspaña S.A.

Advertencia

Los autores declinan toda responsabilidad derivada de la incorrecta utilización de las informaciones y esquemas

reproducidos en la presente obra y no serán responsables de eventuales errores u omisiones, ni de las consecuencias

de la aplicación de las informaciones o esquemas contenidos en la presente edición.

La reproducción total o parcial de este Cuaderno Técnico está autorizada haciendo la mención obligatoria:

«Reproducción del Cuaderno Técnico nº 197 de Schneider Electric».



Cuaderno Técnico no 197

Jean-Christophe ORSINI

Diplomado en el Institut National desTélécommunications en 1987, entró enSchneider Electric en 1988, en el campo de losautomatismos. Participó en el desarrollo devarios adaptadores de comunicaciones de losautómatas Schneider Electric a diversas redes.Durante cuatro años estuvo trabajando paraampliar la conectividad de los autómatasSchneider.

Trad.: J.M. Giró

Original francés: marzo 2000

Versión española: enero 2003





Terminología

Adaptador o interface de comunicaciones:

Componente o circuito electrónico que permitela conexión de un equipo a una red.

Ancho de banda: Medida de extensión de labanda de frecuencias en la que se transmitenlas señales con una atenuación inferior a 3 db(decibelios). Por extrapolación, designa labanda máxima útil que soporta el medio.

AS-i: (Actuator Sensor Interface): Norma debus de campo de nivel 0 (o bus de captador yactuador).

ASIC: (Application Specific Integrated Circuit):Circuito integrado –componente electrónico– dedicado a una aplicación específica –por

ejemplo, la gestión de un protocolo decomunicaciones– por oposición a un circuitogeneralista, como un micropocesador.

CAN: (Controller Area Network): Una familia deredes muy utilizada en la industria del automóvilque posibilitan conexiones a a bajo coste.

C.I.M.: (Computer Integrated Manufacturing):Concepto de unidades de produccióninformatizadas. Define la jerarquía de losequipos y redes utilizadas, desde losordenadores de gestión conectados a las redespúblicas hasta los captadores y accionadoresconectados a un bus de campo.

Device Net: Bus de campo basado en latecnología CAN.

Equipo: Designa en este Cuaderno todoproducto informático conectado al bus:autómatas, variadores de velocidad,distribuidores neumáticos, robots, interfaceshombre/máquina, etc.

Ethernet: Norma de redes basada en elprincipio de acceso al medio CSMA/CD.

FIP/WorldFIP: (Factory InstrumentationProtocol): Bus de campo que abarca los niveles1 y 2 (norma europea EN 50-170).

IB-S: Abreviatura para el Interbus-S.Interbus-S: Norma de bus de campo de niveles0 y 1.

Java: Lenguaje informático orientado al objeto.

LAN: (Local Area Network): Red de área local.

Medio: Soporte físico de la comunicación (partrenzado, cable coaxial, fibra óptica).

Mensaje: Información intercambiada en una reda través de servicios definidos en un protocolode mensajería: lectura, escritura, telecarga departes de memoria, ficheros, etc.

Objeto de un automatismo: Representación

modelizada y estructurada que describe lasfunciones, los servicios ofrecidos y elcomportamiento de un automatismo.

Profibus: Bus de campo incluido en la normaeuropea EN50-170, que cubre los niveles 1 y 2.

Protocolo: Relativo a una capa ISO, designalas reglas de diálogo entre capas del mismonivel de otras unidades comunicantes.

Red de empresa: Red local utilizada en lasaplicaciones ofimáticas y de gestión.

Red local: Red limitada a una zona que nosobrepasa algunos kilómetros; en general, setrata de redes restringidas a un edificio oempresa, es decir, que se queda en un dominioprivado y no llegan al dominio público. Poroposición, se habla de WAN (Wide AreaNetwork) para referirse a redes como la RedTelefónica Conmutada o la Red Internet.

Red local industrial: Red local utilizada en unentorno industrial (producción...).

RLI: abreviatura de Red Local Industrial.

Servicios: Reglas de diálogo entre dos capasadyacentes. Por ejemplo, servicio dedireccionamiento ofrecido por la capa 3 (red) ala capa 4 (transporte).

TCP/IP: (Transport Control Protocol/ InternetworkProtocol): De facto, estándar popularizado porlas redes Ethernet e Internet, que cubren lascapas ISO 4 (TCP) y 3 (IP).

Trama: Secuencia de bits o caracteres emitidosde forma ininterrumpida por un equipo en unared y cuyo conjunto constituye una informacióncoherente interpretable por el o los destinatarios(mensajes, preguntas o respuestas, difusión deun valor...). La longitud (por ejemplo, el númerode bits o de caracteres) de la trama es siemprelimitada.

Variable: Información estructurada,

característica de un proceso, transportada poruna red (velocidad de un motor, posición de unmóvil, etc.).

WAN: Wide Area Network. Por oposición a LAN,red que abarca una zona extensa, generalmenteuna red pública: Red Telefónica Conmutada,Internet... Nótese que, desde hace algunosaños, se habla también de MAN (MetropolitanArea Network); se trata de redes rápidas quecubren algunas decenas, o hasta centenas, dekilómetros (zonas metropolitanas).





Estos últimos años, para reemplazar el cableado tradicional de las entradas ysalidas de los autómatas programables industriales, han aparecido lastecnologías de las redes del tipo «bus de campo». En consecuencia, lasarquitecturas de los automatismos han evolucionado profundamente. Elpresente Cuaderno Técnico aborda este tema para aproximar al usuario a laaplicación de los buses de campo en la industria de producción. Así mismo,además de los criterios de coste y de prestaciones, este estudio centra laatención de los prescriptores y diseñadores en las necesidades deinteroperatividad y de durabilidad.

Si se desea, podrá anticiparse a la lectura de este documento, la del CuadernoTécnico nº 147 «Iniciación a la redes de comunicaciones digitales».

Índice

1 Introducción 1.1 Un poco de historia p. 6

1.2 Evolución actual p. 6

1.3 Evolución de un bus de campo p. 10

2 Prestaciones al mejor coste 2.1 El coste p. 11

2.2 Cualidades técnicas p. 13

2.3 Optimización coste-prestaciones p. 16

3 La interoperatividad 3.1 Definiciones p. 203.2 ¿Cuáles son las garantías de funcionamiento? p. 21

4 La perennidad 4.1 Riesgos p. 24

4.2 Tendencias p. 24

4.3 Garantía de perennidad p. 26

5 Conclusión p. 27

Anexo Procedimientos de acceso al medio p. 28

Fraccionamiento de la banda pasante p. 29

El modelo OSI de la ISO p. 30

Bibliografía p. 32




1 Introducción

1.1 Un poco de historia

Para empezar, es interesante colocar lanaciente historia de los buses de campo en la joven historia de los autómatas programables.

Aparición del autómata

En los años 60, el coste de los componenteselectrónicos bajó a un valor que permitiósustituir ventajosamente la circuitería cableada

de los automastimos con relés. Aparecieron losmódulos de lógica cableada con transistores,como el MOG de Merlin Gerin y el Téléstatique1 de Telemecanique. Como eran muy sencillosde montar, sedujeron rápidamente a losdiseñadores de automatismos. En 1965, eltransistor de germanio fue sustituido por el desilicio, lo que originó el SILIMOG, que fueaplaudido por los clientes hasta ya entrados losaños 80.

En 1968, Modicon inventó el concepto deautómata programable: un único equiporesponde a una gama muy amplia denecesidades y además simplifica toda la cadenadel automatismo. Su gran flexibilidad deutilización tiene grandes ventajas a lo largo detoda la vida de la instalación.

Poco a poco fueron apareciendo las redes, alprincipio bajo la forma de conexiones serie. Losprotocolos fueron dando forma a losintercambios de información. Así Modbus(1979), contracción de MODicom BUS, paso aconvertirse de hecho en un estándar. Sin

embargo, estos primeros elementos se limitan alos casos en que el cableado «todo o nada» noes suficiente:

conexiones entre autómatas,

conexiones entre ordenadores,

supervisión,

conexión de consolas de programación.

Nacimiento del bus de campo

Puesto que seguía la reducción de costes de laelectrónica –especialmente gracias a lautilización de ASICs en los productos–, lastécnicas de redes (CT 147) pasaron a serventajosas respecto a las conexiones hilo a hilopara conectar las entradas y salidas de unautómata: esto son precisamente los buses decampo (Figura 1).

Así se observa por ejemplo la aparición denormas como la WorldFIP y Profibus o inclusola red Modbus Plus.

En 1993, Telemecanique comercializa unaprimera oferta industrial completa basada en lanorma WorldFIP para la operación remota delas entradas y salidas del autómata (FIPIO) y lasincronización entre autómatas (FIPWAY).Siemens propone una oferta similar basada enla norma Profibus. En este mismo momento,Modicon comercializa la red Modbus Plus,verdadero unificador de los equipos.

1.2 Evolución actual

Pasados algunos años, muchas aplicacioneshan adoptado el bus de campo. Esta espinadorsal de la arquitectura del automatismo pasaa ser un medio extraordinariamente potente deintercambio, de visualización y de flexibilidadpara los equipos conectados a él.

El bus de campo lleva a una modificaciónprogresiva de la arquitectura de losautomatismos:

supresión de cables de entrada/salida,

desaparición de interfaces entrada/salida,

desaparición de la conexión serie de cadaentrada/salida.

Más allá de estos detalles de arquitectura, hayque destacar otros dos puntos:

la descentralización y el reparto de lainteligencia,

la aparición de nuevas tecnologías(Internet...).




Supresión de los cables entrada/salida

En una primera etapa, al salir las interfacesentrada/salida de los autómatas que sesituaban lo más cerca posible de los captadoresy actuadores, las ganancias se obtenían delahorro de coste en cableado (figura 1).

Desaparición de los interfaces entrada/salida

Pero, una vez pasada esta etapa, los usuarioscomprendieron enseguida la ventaja de tenerconectado directamente al bus también loscaptadores y actuadores. El bus pasó a

utilizarse como medio de interconexión de losequipos, lo que resultaba especialmente útilpara los equipos heterogéneos por su origen opor su tipo, como por ejemplo:

distribuidores neumáticos,

variadores de velocidad y unidades de controlde ejes,

máquinas de soldar y de atornillar,

diversos dispositivos de identificación,

interfaces hombre-máquina,

Conexionesserie

Conexionesserie

Captadores-actuadorespróximos al PLC

Captadores-actuadoresdistantes

Bus decampo

yconexiones

serie Interfacesde entradas/salidas

Conexioneshilo a hilo

y conexionesserie

Fig. 1: Conexión de las interfaces entrada/salida.




equipos o herramientas específicas para untrabajo determinado,

elementos de pesaje,

visualizadores o displays...

A veces, esta capacidad de conexión justifica lautilización de un bus de campo incluso parapequeñas distancias, debido a su flexibilidad y asus posibilidades de evolución (Figura 2).

En efecto:

algunos de estos elementos (variadores develocidad, máquinas de atornillar... )necesitaban a la vez una conexión para lasentradas/salidas TOR (todo o nada) y unaconexión serie para la conexión con elautómata: el bus de campo sustituye a las

dos... la necesidad de estanqueidad de otrosequipos convertía el cableado tradicional enespecialmente caro,

Los buses tipo AS-i ofrecen muchas mássoluciones y mucho más económicas que elcableado tradicional para la conexión decaptadores y actuadores –botoneras depulsadores, columnas luminosas, arranque demotores, etc.– incluso para distancias cortas.

La instalación se convierte en una especie de juego de construcción alrededor del cable dered. Se ha convertido en el estándar de

cableado sustituyendo las conexiones hilo a hilode 0 a 24 V o de 4 a 20 mA.

Además, la evolución hacia este tipo de busesproporciona por añadidura una gran cantidad deinformación de diagnóstico detallado sobre loscaptadores y actuadores, en cualquier punto dela instalación.

Desaparición de las conexiones seriededicadas

El verdadero canal de comunicación así creadopermite transportar informaciones muchomayores. Esto lleva a los usuarios a utilizarlos

para las funciones que utilizarían antes mediosde comunicación específicos:

parametraje,

herramientas de diagnóstico,

carga de programas,

diálogo con el operador, etc.

Por ejemplo, la conexión serie dedicada que seutilizaba antes para el diálogo con el operadorse suprime para dejar paso al bus de campo.Este canal le da acceso a cualquier punto de lainstalación, no ya sólo a los datos del autómata,

sino también a los de todos los equiposconectados: micro-autómata, etc... (Figura 3).Esto, evidentemente, queda limitado por lasprestaciones del bus considerado: un único tipode red no será adecuado para todas lasnecesidades.

Conexionesserie

Bus decampo

Interfaces deentradas/salidas

Interfaceintegrada en

el variador de velocidad.La conexión serie desaparece.

Interface de redintegrada en laválvula motorizada

Fig. 2: Desaparición de las interfaces de entradas/

salidas.




Descentralización y reparto de la inteligencia

Más allá de esta evolución de la arquitectura, elbus de campo abre la puerta a ladescentralización, o sea, a la distribución de la

inteligencia (ampliar estos conceptos en elCuaderno Técnico nº 186, § 3.1):

La descentralización de la inteligenciapermite:

Mayor modularidad del diseño. Elespecialista puede trabajar en su propio campode actividad y ofrecer una interface al diseñadordel conjunto. Esta modularidad es una ventajapara la calidad del montaje y por tanto para elcontrol de los costes de cualquier desarrolloposterior.

Una mejor capacidad de respuesta del

automatismo gracias a la utilización de nano opicoautómatas, colocados lo más cerca posibledel proceso.

Más resistente a fallos o averías. Se puedenprever localmente los funcionamientosdegradados al producirse una avería.

El reparto de la inteligencia entre los diversosequipos permite mejorar las prestaciones,puesto que se puede dejar a cada uno de losequipos del automatismo el proceso de lainformación para el que está mejor dotado, loque mejora las posibilidades de reutilizacióntanto de los equipos como del software. Esta

descentralización puede llegar hasta el límite dela desaparición de cualquier unidad central deproceso, pero esta situación está actualmentefrenada por la complejidad de los procesos deinstalación.

Nuevas tecnologías

Actualmente, las tecnologías de Internet, por sugran difusión, han transtornado el paisajeinformático. Esta confusa situación, que llegahasta los automatismos, induce a la codicia y ala sobrevaloración de la importancia de losdiversos programas, CORBA, JAVA, ACTIVEX…, todavía en fase de desarrollo.

Centrándonos en las redes, se aprecia unabipolarización: por una parte, la capacidad deEthernet para llegar hasta los buses de campo,por otra, la consolidación de posiciones dealgunos buses de nivel 0, como AS-i. Hay querecordar también la irrupción de componentesde redes de gran difusión (por ejemplo: CAN,utilizado en la industria del automóvil).

Bus decampo

Las interfacede red estánintegradasincluso enlos elementosmás simples

Fig. 3: Desaparición de las conexiones serie dedicadas.




1.3 Evolución de un bus de campo

¿Pero, cómo debe de actuar el usuario ante

esta evolución tecnológica? ¿Cómo saber quépuede aportarle o qué hay que tener en cuentaal elegir los automatismos?

Este Cuaderno, al analizar las necesidades yexigencias, mejora la capacidad de evaluacióndel usuario.

La preguntas que se hace el experto en automa-tismos al diseñar una aplicación concreta de busde campo giran siempre alrededor de cuatroaspectos:

coste,

prestaciones,

interoperatividad,

perennidad.

El coste

Lo primero que ha llevado a la aparición del busde campo es la posibilidad de ahorro en loscostes. La primera pregunta de todas las que eltécnico en automatismos ha de responder es:«¿Será económicamente ventajosa la utilizaciónde un bus de campo en mi trabajo?».

Prestaciones

Se trata, ante todo, de una exigencia: «Sidecido que un determinado bus de campo eseconómicamente ventajoso ¿quién me aseguraque sus prestaciones satisfarán las exigenciasde mi aplicación?».

Interoperatividad

Si la respuesta al análisis de las cuestionesanteriores es positiva, hay que estar seguro deque los diversos elementos del automatismonecesarios para un montaje concreto sonrealmente capaces de funcionar conjuntamentesegún las necesidades del trabajo: «¿quégarantía hay que tener antes de la adquisición yprueba de los componentes?».

Perennidad

Por último, una vez aceptada la validez y laversatilidad de la instalación de un bus decampo, no conviene olvidar la duraciónrequerida para este tipo de instalación: larentabilidad de las inversiones necesita unacierta prudencia ante las nuevas tecnologías.Aunque actualmente la tecnología de este tipode bus de campo está perfectamenteconsolidada, el multiplicarlos excesivamentepuede no garantizar siempre la rentabilidad delas inversiones que requiere.

Los dos primeros criterios, coste y prestaciones,sirven para realizar un análisis técnico-económico de las instalaciones con bus decampo. Los dos siguientes, interoperatividad yperennidad, reflejan sobre todo la confianza delos usuarios: ¡hay que tener en cuenta el

análisis del mercado, las estrategias de losfabricantes y su respeto a las normas ...!

Evidentemente, conseguir establecer unestándar en el mercado es la mejor garantía deconfianza.




2 Prestaciones al mejor coste

2.1 El coste

Al analizar el impacto en términos de coste deun bus de campo, es importante tener en cuentacada etapa de la vida de una instalaciónautomatizada, desde su diseño hasta sudesmontaje o desmantelación.

Diseño

La simplicidad del sistema de conexiones que

hay que instalar en el caso de un bus de campo(respecto al cableado tradicional) favorece elahorro en el esquema de cableado. Lamodularidad del diseño (trabajo en paralelo devarios expertos) simplifica considerablemente elestudio.

Por contra, la introducción de una nuevatecnología y de nuevos componentes no sueleser posible sin una formación específica, lo queproduce nuevos gastos. De ahí la importanciade no utilizar normas o tecnologías diferentesmás que cuando esté claramente justificado porcoste o por prestaciones.

Suministro, instalación y puesta en servicioLas ganancias de coste se consiguenprecisamente cuando la instalación está enmarcha:

Reducción de costes de cableado.

Reducción de plazos de entrega, sinónimo deahorro, por:

disminución de trabajos de cableado,

modularidad de las pruebas,

configuración, ajustes y telecarga fáciles,

mejora de las capacidades de diagnósticoCuando el bus de campo se utiliza para sustituirlas conexiones antes dedicadasespecíficamente al diálogo hombre-máquina, seobtiene herramientas de diagnóstico,programación o parametraje:

supresión de ciertos adaptadores decomunicación específicos,

supresión de cables de redes dedicadas.

Sin embargo, hay que tener en cuenta elsobrecoste de los componentes delautomatismo. Por tanto, para valorar el impacto

global, el usuario debe de comparar los precios

de los mismos componentes de unautomatismo con montaje tradicional o con busde campo. No tiene que olvidar tener en cuentael conjunto de accesorios: cables, conectores,programas específicos, coste de la puesta enservicio, etc. A veces hay que anteponer ciertosdatos parciales, como el coste de un ASIC.Debe de evitarse un análisis incompleto en este

aspecto.

Explotación (operación y mantenimiento)

Existen diversos aspectos que facilitan elmantenimiento:

Cableado y conexiones cortas

Las longitudes de los cables y los trazadoscomplejos de éstos, así como el número deconexiones de cualquier tipo, fuente de averías,se reducen, con lo que aumenta la fiabilidad delas instalaciones. Esto depende de la elecciónde un bus de campo cuya inmunidad se debe deadaptar a las perturbaciones electromagnéticas

industriales.

Nuevas capacidades de diagnóstico

Incluso los captadores-actuadores más simplesproporcionan numerosas informaciones paradiagnóstico.

Mejor modularidad

La distribución de la inteligencia favorece lacolocación de autocontroles más precisos ymejora por tanto la resistencia a la averías y sucapacidad de evolución.

Estandarización de componentes

La variedad de medios de enrutamiento de lainformación se reduce: adaptadores decomunicaciones comunes a varios productos(figura 4), cable y conectores comunes a variascategorías de productos, sustitución de diversasconexiones con cable, conexiones serie, redesde gran rendimiento. Se reduce también el stockde recambios y, por tanto, los costes demantenimiento.

Coste de las averías

La disponibilidad de informaciones dediagnóstico permiten tanto evitar ciertas averíascomo reducir el tiempo de reparación. Además

se reduce el coste de las paradas de producción




Comunicador FIPIOo Modbus +

Módulos de entradas o salidas digitales Módulos de entradas o salidasanalógicas

Módulo mixto

Hilo a hilo

Explotación

0

Bus de campo

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Realización Estudio

debido a estas averías. Sin embargo, sólopermiten alcanzar estos objetivos los mediosbien integrados y una tecnología madura ycomprobada.

Renovación

La puesta en funcionamiento de una aplicación

se simplifica muchísimo con un bus de campo.Por ejemplo, en una gran fábrica deautomoción, fue posible cambiar todo elsistema de cableado de una máquina entre elviernes por la noche y el lunes por la mañana,y, por tanto, sin paros en la producción. Con uncableado tradicional, este tipo de actuaciónhubiera sido absolutamente imposible.

Desmantelamiento

También en este sentido, la utilización de unbus de campo permite reducir costes:

reducción de costes de retirada del cableado

anterior,

mayores posibilidades de reutilización delmaterial.

En el resumen del gráfico de la figura 5 sepuede ver el impacto en el coste de cada una delas diversas fases de vida de la instalación.

Sobre este tema se han publicado diversosestudios y los resultados de numerosasaplicaciones. Es posible recurrir a ellos paraprofundizar en el estudio de costes (bibliografía).

Pero, el análisis de los costes no puedesepararse del de las prestaciones.

Fig. 4: Un único adaptador comunicante FIPIO para el conjunto de módulos Schneider MOMENTUM.

Fig. 5: Impacto sobre los costes debido a la utilización

de un bus.




2.2 Cualidades técnicas

Exigencias

De entre las necesidades del usuario, hay quedistinguir:

Necesidades debidas al entorno de laaplicación:

alimentación de los equipos conectados,

número de captadores-actuadores,

distancias necesarias,

perturbaciones electromagnéticas,

elementos móviles,

exigencias topográficas,

estanqueidad,

entornos agresivos (sales, agua, ácidos ...),

ambientes explosivos, etc.

El usuario debe hacer una lista completa deestas necesidades, con las que el constructor-instalador debe de poder comprometerse. Apartir de aquí, la valoración de un bus con estalista de detalles no tiene mayor problema, yaque sus características están bien identificadas.Para algunos buses, las normas definen losniveles de compatibilidad que les afectan, loque es especialmente aplicable para lo que se

refiere a las exigencias relacionadas con elentorno.

Necesidades por los tiempos de respuesta:

tiempo de respuesta máxima, en función delnúmero de entradas/salidas,

caudal de datos necesario para la aplicación.

Los bus de campo han puesto en evidencia lanecesidad de cálculos de necesidades detiempos de respuesta, ya perfectamenteconocidos por los fabricantes de autómatas ensus arquitecturas tradicionales, basadas enmecanismos cíclicos. Profundizemos en esto.

Prestaciones de un bus de automatismo

Las exigencias de tiempo de un bus deautomatismos son diferentes de las de unaintrared de empresa o de una red pública(WAN), especialmente en dos sentidos:

Orden de magnitud

Los automatismos en la industria demanufacturación requieren con más frecuenciatiempos de respuesta cortos (del orden de ms aalgunas decenas de ms) para el enrutamientode informaciones cortas (binarias) quevelocidades importantes para la transferencia

de grandes cantidades de información. Para

grandes transferencias (carga de programas, ...)se admite una cierta lentitud siempre que lasordenes binarias (cierre de una válvula, porejemplo) continúen transmitiéndose en losmismos intervalos de tiempo.

Además, en ciertos casos, se necesitanprestaciones específicas, como por ejemplopara la sincronización de equipos.

Determinismo

Para el buen funcionamiento de una aplicaciónde automatismo, la transferencia de ciertosdatos debe de efectuarse en intervalos detiempo determinados. El bus de campo favorecela consecución de esta exigencia.

Para la visualización de una página en lapantalla del PC, un retraso de algunossegundos, un 1%, es perfectamente admisible.En cambio, ¡sería inadmisible este retraso en latransferencia de la información de una célula deseguridad de una barrera que estádescendiendo sobre un coche!.

El determinismo es una propiedad que permiteel cálculo teórico del tiempo máximogarantizado de transferencia del bus en funciónde las condiciones de utilización (número deequipos, ...).

Los procedimientos de un bus determinista seexplican en el anexo: algunos permitengarantizar este determinismo sobreinformaciones críticas garantizando tambiénintercambios menos prioritarios (diálogohombre-máquina, diagnóstico, ...).

La importancia del determinismo para las redesutilizadas en las aplicaciones de automatismosha sido objeto de numerosos debates en estosúltimos años.

Sin dudar de su importancia, no hay queconfundir determinismo y mecanismo de

seguridad. Hay que tener en cuenta también elhecho de que toda aplicación admite tasas deavería dependientes del material, del entorno...Así, en el ejemplo propuesto, independiente-mente de que el bus sea determinista o no, unmecanismo de seguridad prevé la parada de labarrera en caso de corte del medio. El únicoriesgo, con un bus no determinista, es que labarrera se pare no por el corte del medio sinodebido a un exceso de tráfico. Para evitar estasituación, es decir, que su probabilidad seamenor que la tasa de fallo admitida, simplementehay que limitar la tasa de carga en el bus nodeterminista. Por tanto, se puede utilizar un bus




no determinista con velocidades mayores,aunque con ciertos factores de coste tambiénmayores. La evolución técnica y su granextensión han hecho a este bus competitivo. De

hecho, Etherner, no determinista, después dehaber sustituido desde hace algunos años albus de «ficha virtual» 802.4 (token ring), estáhoy en día estudiándose, por las mismasrazones de coste, como posible bus de campo.

Criterios de evaluación

¿Qué calcular?

El usuario se enfrenta a menudo al cálculo decaracterísticas de tiempo. Debe de preguntarseen especial sobre la correspondencia de lascifras proporcionadas y sus necesidades.

Pueden encontrarse diferentes valores:

velocidad del medio físico,

tiempo de ciclo de la red,

tiempo de respuesta del automatismo en unaactuación concreta,

tiempo de respuesta total del proceso.

El usuario debe de privilegiar, de entre lasdiversas características de aplicación, aquéllasque son significativas para él. Típicamente, seinteresa por los tiempos de respuesta E/S(medir o calcular cuánto tarda en activarse unasalida después de la activación de la entrada)

precisando cada vez: el valor nominal,

el valor máximo garantizado.

Las informaciones sobre el tipo de respuestatemporal del medio físico o el tiempo de ciclo de

la red no deben de utilizarse más que despuésde un análisis más profundo.

Ciclos y prestaciones

La mayor parte de los buses de automatismosfuncionan con el principio de interrogacióncíclica: los datos se toman con la frecuencia deun ciclo repetido hasta el infinito. Cadainformación es «tratada» una vez por ciclo.

En el peor de los casos, cuando la toma deldato se produce justo antes del cambio deestado, éste último no se transmite hasta elciclo siguiente (Figura 6).

Ciertos buses, como WorldFIP, permiten definirun macro-ciclo que se descompone a su vez envarios elementales (Anexo). Así, ciertasinformaciones serán intercambiadas a cada

ciclo elemental mientras que otras lo harán endos ciclos elementales, o, incluso, una vez cadamacro-ciclo. Esto permite adaptar el período derefresco de cada información al tiempo derespuesta requerido.

También el programa del autómata secaracteriza por un tiempo de ciclo. Ciertoscaptadores-actuadores tienen un programa quefunciona con un mecanismo cíclico. Cada vezque se produce un suceso en la entrada de unode estos sistemas cíclicos, hay que esperar,como máximo, durante un ciclo completo deeste sistema antes de poder tratar lainformación. Por tanto, el tiempo de respuestaglobal máximo es la suma de los tiempos deciclo. Pero aquí puede haber un gran decalajeentre el tiempo máximo y el valor nominal,generado cuando el suceso se produce cadavez precisamente a la mitad un ciclo (Figura 7).

Señal usadapor el PLC

t (ms)20 40 60

Señal real

Instantes de lecturade sucesos

0

Fig. 6: Fluctuaciones de tiempo de respuesta con procedimiento cíclico.




Importancia del principio de acceso al medio

Según el procedimiento de acceso al medio delbus, la importancia del tiempo de ciclo del bus

podrá ser diferente. Por ejemplo, según el caso,la transmisión de la información al próximodestinatario desde la puesta a disposición de lainformación en el bus, puede llegar a tomarhasta un tiempo completo de ciclo (Figura 8).

Las comparaciones entre buses por suscaracterísticas de velocidad del medio o detiempo de ciclo son, por tanto, insuficientes

Actuador

a - Retraso mínimo de actuación b - Retraso máximo de actuación

t (ms)

Bus

Autómata

Orden del autómata

Fin de la actuación

0

a b

Árbitro del bus(mecanismo productor de consumidores) Maestro-esclavo

1 13

2 4

Anillo punto a punto(tipo interbus-S)

23

Se transmite la informacióny, en cuanto está disponible

en el bus, está accesiblea todo el conjunto deequipos conectados.

En cuanto la informaciónestá disponible en el bus,

está accesible para el maestro

(1 y 2 ).En cambio,si debe transmitirse a otro esclavo,

en el peor de los casos,se tendrá que esperar

otro ciclo completo(3 y, eventualmente 4).

Las informaciones circulanen una única trama

que circula de un equipo a otro.Un ciclo de red corresponde

al tiempo necesariopara dar una vuelta completa.

Cuando un equipoquiere transmitir una información,

ha de esperar, en el peor de los casos,el tiempo de un ciclo completo

antes de poder insertarla en la trama.Después, esta información tarda,

en el peor de los casos,un nuevo ciclo completo

antes de llegar al destinatario,dependiendo de las posiciones relativas

de emisor y receptor en el bucle.

–utilizadas a veces de modo excesivo– ypueden llevar a falsas conclusiones sobre eltiempo de respuesta si no se tienen en cuentalos principios de funcionamiento del bus.

Fiabilidad

La fiabilidad es un criterio de valoración de lacualidad. En el campo de la seguridad defuncionamiento, todo o casi todo se puedeevaluar y ciertamente tiene un precio. Unafiabilidad total, absoluta, tendría un precioinfinitamente elevado. En los casos críticos, en

Fig. 8: Importancia del tiempo de ciclo en los tiempos de respuesta, según el procedimiento de acceso al medio.

Fig. 7: Importancia de los ciclos sucesivos en el tiempo de respuesta.




los que la seguridad de funcionamiento es laprincipal exigencia del proyecto, esabsolutamente necesario realizar un estudio dela fiabilidad con un experto para poder tener una

confianza justificada en el sistema que seinstala.

En muchos otros casos, puede ser suficienteuna simple evaluación. El usuario debe demedir el riesgo y los medios que debe dedesplegar para estar cubierto. La noción deriesgo es un equilibrio entre el coste de unsuceso temido y la probabilidad de su aparición.

A priori, salvo con una arquitectura compleja ytolerante con las averías, un fallo del bus puedebloquear la totalidad de una aplicación.

Sin embargo, los buses de campo contribuyen amejorar la disponibilidad de la aplicación (y porello, a una reducción del coste total de unainstalación automatizada completa):

facilitando el diagnóstico (mediante informa-ciones de diagnóstico, herramientas debúsqueda de averías y con la simplificación delcableado),

separando las funciones,

facilitando (y haciendo por tanto más rápida)la sustitución de un módulo de proceso.

Sin embargo, no todos los buses ofrecen elmismo nivel de servicio en este aspecto:

Por una parte, la calidad del diagnósticovaría en cuanto a:

las informaciones proporcionadas,

los medios de acceso a esta información.

Por otra parte, la continuidad del servicio encaso de corte de tensión, desconexión o averíade un equipo varía de un bus a otro.

Ciertos buses son especialmente conocidos porsu capacidad de mantener la disponibilidad. Por

ejemplo, el bus Modbus+ tiene la cualidad, entreotras, de permitir la redundancia del mediofísico. Estas características constituyen uncriterio de elección para los usuarios. Cada unotiene que valorar la importancia en función desus necesidades.

2.3 Optimización coste-prestaciones

Límites tecnológicos actuales

Actualmente, una única red no sería capaz desatisfacer todas las necesidades de todas lasaplicaciones, especialmente, en cuanto a costey prestaciones, pero tampoco en cuanto aexigencias del entorno, equipos conectables,normalización...

Las tecnologías actuales permiten aportar unarespuesta satisfactoria en cuanto a coste parala conexión de equipos de entrada/salidasencillos, debido a que sólo requierentransmisiones de información limitadas, engeneral, a distancias limitadas. En cambio, paraequipos que necesitan volúmenes importantesde transmisión de datos, normalmente a

mayores distancias, el coste de las tecnologíasnecesarias, más elevado, es aceptable respectoal coste, también mayor, de estos equipos.

Los objetivos de coste y de prestaciones seunen por tanto y llevan a los fabricantes aproponer soluciones técnicas adaptadas a losniveles requeridos. Así se tiene una clasificaciónde las diversas soluciones de redes queconfirma los niveles de la pirámide C.I.M.

Clasificación de los bus de campo

El esquema de la figura 9 presenta el ámbito deaplicación de cada una de las principales

normas de buses de automatismos en cada unade las jerarquías. Las diversas características

quedan relacionadas de esta forma:

Características «objetivo»:

volumen y tipo de las informaciones atransmitir,

precio de los adaptadores de red,

tiempos de respuesta requeridos,

longitud máxima de las redes.

Clasificación asociada:

niveles de la pirámide C.I.M.,

nombre de las familias de redes,

ubicación dentro de una arquitectura típica.

Ciertamente, todos los valores no son más queórdenes de magnitud.

Esta clasificación permite comprenderrápidamente el objetivo de un bus o, dicho deotra manera, ver cómo hacer entrar nuestrasnecesidades en un bus de la lista. Sin embargo,requiere algunos comentarios para entenderla yusarla acertadamente:

No es discontinua. Su objetivo se limita aidentificar la zona en la que un bus asegura lamejor respuesta a la optimización de la razón




coste/prestaciones. Cuando uno se aleja de estazona, la razón va siendo progresivamente peor.

El usuario puede fijarse en las normas que

abarcan varios niveles. En efecto, cuantasmenos redes diferentes se usen:

menor es su inversión en:

– formación,

– estandarización de los equipos gestionados,

mayor es su libertad en la definición de lasarquitecturas de su automatismo,

– haciendo dialogar unos equipos con otros, deforma transparente,

– evitando accesos y programas específicosdedicados a administrar los intercambios...

Es también un seguro de perennidad de lasolución. Cuanto menos especializada, mejorpuede asegurar su propia rentabilidad por lamayor cantidad de equipos, y, por tanto, por loque se refiere al usuario, mejor asegura superennidad. Este es el caso de ModBus Plus,destacable por su aspecto unificador.

Son muchas las normas que responden enbuenas condiciones a las necesidades de losniveles 1 y 2, llegando a veces a la parte bajadel nivel 3 o a la parte alta del nivel 0.

Por el contrario, debido a las grandesexigencias de coste del nivel 0, los buses

Nivel 0: captadores-actuadoresSensorbus

Nivel 1: islas de automatismosDevicebus

Nivel 2: TallerFieldbus

Nivel 3:informática de empresasDatabus

Costes deconexión

n x ms 0,1 km

n x 10 ms km

n x 100 ms 10 km

n x s 100 km

Bits

Palabras

Mensajes

Ficheros

Tiempos derespuesta

Distanciasmáximas

Tipo deinformación

a intercambiar

Ethernet

Profibus FMS

Modbus+

FIPWAY

Device Net FIPIO

Profibus DP

IB-S

Sensor loop

AS-i

adecuados para este nivel raramente puedenpretender más que un ligero desbordamientohacia la parte baja del nivel 1.

El usuario debe prestar atención a no dejarseengañar por un pretendido bus universal que enrealidad no podría asegurar los compromisoscoste-prestaciones en todos los niveles. Másvale utilizar vías de paso entre niveles bienintegrada en el sistema autómata que un busdemasiado caro en un parte de la aplicación.Así, estas vías de paso entre niveles permiteninterconectar equipos AS-i a una arquitecturaFIPIO o Modbus Plus.

Conviene hacer algunas precisiones sobreaspectos confusos:

Perfil de comunicaciones

Con una misma norma, se esconden a vecesvariantes –perfiles de comunicaciones– quesegmentan los niveles de costes y deprestaciones buscados. El nivel de compatibi-lidad entre ellas es variable.

Tecnología

La mayor parte de los buses proponendiferentes soluciones técnicas –especialmentediferentes ASICs– para conectarse a un bus conun coste adecuado al producto conectado y asus prestaciones. Así pues, puede existir unelemento especialmente adaptado para el nivel1 y otro especialmente adaptado para el nivel 2.

Fig. 9: Clasificación de los buses de campo.




La existencia de varios componentes definidospermite al fabricante proponer productos conuna razón coste/prestaciones óptima.

El usuario debe entender bien las nociones quevamos a precisar a continuación. Por defecto,se puede descubrir a veces demasiado tardeque, detrás de una misma definicióndenominación, se esconden a veces dos busesdiferentes.

Perfiles de comunicaciones

Una norma de redes define las reglas parapermitir a los equipos configurados según ellacomunicarse entre si. Pero, la mayor parte denormas proponen, o autorizan por falta deprecisión, alternativas de funcionamientoperfectamente incompatibles entre sí, adaptada

cada una a un entorno de utilización diferente.La simple conformidad con la norma, rara vezgarantiza, por tanto, lo que busca el usuario, osea, la comunicación de los equipos entre si.

Un perfil de comunicaciones se base en unanorma de redes y aspira a definir, dentro delmarco de dicha norma:

por una parte, opciones (mediante lasdiversas alternativas propuestas por la norma),

por otra, eventualmente, los complementos ala norma, necesarios para garantizar lacomunicación entre equipos se ajustan al perfil.

Selecciona así el conjunto de características dela norma adaptadas a un contexto de utilizacióndado, por ejemplo, las entradas/salidas de unautómata (nivel 1) o la sincronización entreautómatas (nivel 2).

Para el usuario, esto es una mejor garantía deinteroperatividad. Además, le permiteaprovechar las ventajas de la no-multiplicaciónde tipos de redes, a condición, sin embargo, deque haya entendido perfectamente lo queaportan estos perfiles y las limitacionesasociadas.

En concreto:

¿Las herramientas de cableado (cable,conectores...) son las mismas para cada perfil?,

¿en qué medida los equipos conformes cadauno a un perfil diferente del mismo bus, puedeninteroperar? ¿Hay, por defecto, compatibilidadpara un sub-conjunto del protocolo?

En caso de respuesta negativa, esto obliga autilizar dos buses diferentes.

Ejemplo de perfil de comunicaciones

Sobre la base de la norma WorldFip, se handefinido y ofrecido dos perfiles en los productosSchneider Electric:

FIPIO, bus de entrada/salida de autómata(nivel 1),

FIPWAY, bus de sincronización (nivel 2).

La definición de estos perfiles integrados en lossistemas de autómatas, ofrece al usuario unagarantía sobre la compatibilidad defuncionamiento, sin que haya necesidad de queel cliente profundice en su conocimiento de lanorma WorldFip.

En este ejemplo, los equipos FIPIO y FIPWAYno se pueden conectar a una misma red, pero:

las herramientas de cableado son lasmismas en los dos casos,

los dos perfiles se basan en los intercambiosde variables y mensajes de la norma WorldFip:

las variables son diferentes en los dos casos:

– E/S autómatas, para FIPIO,

– informaciones de sincronización en el casode FIPWAY;

en cambio, pueden encaminarse los mismosmensajes de un perfil a otro, por el contrario,pueden enrutarse de un perfil a otro. La únicadiferencia está en la banda pasante disponiblepara cada grupo de mensajes:

– estrecha en FIPIO, – ancha en FIPWAY.

Esto permite: transmitir los mensajes de formatransparente de FIPIO a FIPWAY y viceversa,

conectar las consolas de programaciónindistintamente sobre FIPIO o FIPWAY,

parametrizar los equipos –o la conexión dediálogo con el operador– utilizando mensajeríaconfigurada, indistintamente, en FIPIO oFIPWAY,

utilizar herramientas de diagnóstico idénticas –analizador de red, por ejemplo– sobre FIPIO oFIPWAY indistintamente, limitando las

necesidades de formación del usuario.Para la norma Profibus, Profibus DP y ProfibusFMS ofrece una cobertura similar.

Tecnología

Aquí se utiliza este término para designar loscomponentes físicos y lógicos (hard y soft) quepermiten asegurar el funcionamiento de unproducto conforme a una norma y/o un perfil decomunicación.

Una misma norma puede ser soportada por dostecnologías (componentes) diferentes, adaptán-dose mejor a las necesidades de comunicación

de cada equipo:




los equipos conectados a niveles más bajosno proporcionan necesariamente todas lasfunciones propuestas pero todos dispondrán decentros comunes que les permitirán dialogar,

las necesidades de intercambios deinformación, importantes en cantidad ydiversidad, de los equipos más complejos noobligan a costes elevados para los equipos mássimples.

Cada equipo para conectarse utiliza unatecnología –componentes– que depende desus propias necesidades de intercambio y nodel bus.

Además, esto es similar a la noción de perfil:los componentes se especificarán confrecuencia para soportar todos o parte de losperfiles en una norma.

Costes

El PLC, gracias a los componentes FIPIU o FULLFIP,dispone de todas las posibilidades ofrecidas por el busFIP, incluso la función de arbitraje del bus lo que lepermite manejar el acceso al medio físico de todoslos equipos conectados

Diálogo hombre-máquina efectuado con componentesFIPIU: esto permite acceder mediante mensajes a todala memoria del PLC para poder ver una gran variedadde informaciones necesarias para el operador.

Variadores de velocidad controlados por algunaspalabras de entrada/salida y parametrizables conunas decenas de palabras de configuración.Se conecta con la ayuda de un componenteFIPCO controlado por un microprocesador de lafamilia 8051. Los intercambios resultan muy simplesaunque de mayor tamaño.

Módulo que maneja 8 entradas digitales y 8 salidasdigitales TON (= todo o nada) conectadas al busmediante componentes MicroFip, sin microprocesador.Es una solución de muy bajo coste, pero quesólo maneja las informaciones de entrada/salida TON.

Ejemplo sobre las tecnologías:

La norma WorldFip utiliza 3 tipos decomponentes:

FULLFIP y FIPIU, que soportan todas lasposibilidades en la norma, incluso la mensajeríay las funciones de arbitraje del bus,

FIPCO, que maneja el intercambio devariables sin restricciones (excepto el arbitrajedel bus y la mensajería). Ha de estar controladopor un microprocesador,

MICROFIP, que permite conectar undispositivo simple (sólo entradas y salidas) sinun microcontrolador.

La figura 10 muestra la utilización de estosdiferentes componentes en el caso de un bus deentradas/salidas remotas de un autómata.

Fig. 10: Optimización de la razón coste/prestaciones utilizando componentes apropiados.




3.1 Definiciones

3 La interoperatividad

Después de haber escogido un bus, o visto suscaracterísticas, conviene asegurarse de que losdiversos equipos a conectar pueden funcionarconjuntamente asegurando los intercambiosrequeridos para la aplicación prevista. Se habla

Ejemplo

Estas definiciones se explican utilizando comoejemplos un variador de velocidad que dialogacon un PLC o autómata a través de una redWorldFip:

Dos palabras de entrada al variador:

orden de marcha/paro del motor,

consigna de velocidad.

Tres palabras de salida del variador:

estado real del motor (en marcha/parado),

consigna de velocidad aplicada al motor,

medida de la velocidad del motor.

Además, este variador para funcionar debe derecibir los parámetros del autómata.

Conformidad

La conformidad con una norma indicasimplemente el hecho de respetar susprescripciones. Esto no es en ningún caso unagarantía de buen funcionamiento entre equiposen el marco de una aplicación con autómatas.

la norma puede proponer opciones: el buenfuncionamiento de dos equipos supone laelección de las mismas opciones o, por lomenos, de opciones compatibles.

Ejemplo: pueden elegirse la velocidad delmedio, el tipo de acceso a las variables (sea pordirección física o mediante un nombre) o la listade servicios soportados.

La norma puede tener huecos o vacíos en lasespecificaciones dejando a cada equipo unmargen de interpretación. Es suficiente que, endos equipos, un mismo punto haya sidointerpretado de manera diferente, para queambos no sean operativos conjuntamente.

Ciertas normas sólo tratan sobre una parte

de las capas ISO (anexo) y por tanto no puedenpor sí mismas conseguir que dos equipos seintercambien información. Por ejemplo, Ethernet(ó 8802.3) trata exclusivamente de los niveles ocapas 1 y 2 mientras que TCP/IP de las capas 3y 4. En el ejemplo propuesto, la conformidad delvariador significa que comunica sus entradas/ salidas y los parámetros mediante tramasconformes con la norma WorldFip.

Los parámetros, por ejemplo, pueden serintercambiados mediante variables o mensajesWorldFip: es este caso como en otros, elvariador es «conforme».

Interoperatividad

La interoperatividad es la facultad de dosequipos de dialogar. Sin embargo, para sercompletamente utilizable por el usuario, estanoción debe de precisarse: en efecto, dosequipos pueden interoperar muy bien ciertosservicios y no otros. El usuario debe dedeterminar si los servicios y funciones para losque los equipos interoperan, satisfacen lasnecesidades de su aplicación.

Para facilitar esta necesidad, algunos busesdefinen los perfiles de comunicación (verapartado 2.3) que precisan las opciones

elegidas y las características exactas de lasinformaciones intercambiadas.

En el ejemplo propuesto, el variador y elautómata no pueden intercomunicarse, aunquelos dos sean conformes a la misma norma, si:

el variador recibe sus parámetros mediantetramas de mensajería,

el autómata sólo procesa las variables.

de «interoperatividad» para calificar el «buenfuncionamiento» del conjunto.

Pero antes de avanzar, hay que definir y aclararlos términos que se van a utilizar.




La intercambiabilidad

La intercambiabilidad designa la posibilidad desustituir un equipo por otro del mismo tipo,asegurando las mismas funciones y

proporcionando los mismos servicios en el bus:por ejemplo, refiriéndolos al caso en cuestión,un determinado variador de velocidad podrá ono ser sustituido por otro sin modificación de laaplicación de los automatismos, es decir, sintocar el programa de funcionamiento delautómata. Además de la interoperatividad delautómata con cualquier variador, se necesitaque la naturaleza y el tipo de informaciones aintercambiar con el autómata sean idénticasindependientemente del variador utilizado.

Esta noción requiere algo más que laconformidad con un protocolo de red. En efecto,

supone definir la lista, la estructura y lascaracterísticas (naturaleza y tipo) de lasinformaciones procesadas por el conjunto de losequipos de un cierto tipo. Esta es la noción delperfil del equipo.

Para volver al ejemplo propuesto, supongamosque el variador cambia el estado de susentradas mediante una variable WorldFip quecontiene primero la orden de marcha/paro y acontinuación la consigna de velocidad.

3.2 ¿Cuáles son las garantías de funcionamiento?

Objetivo

El usuario debe de obtener garantías respecto a:

interoperatividad, antes que nada, paraasegurar el buen funcionamiento de laaplicación prevista,

la conformidad a una norma de bus paraasegurar que el buen funcionamiento no estálimitado a esa utilización concreta y ofrecer las

mejores garantías en caso de evolucióntecnológica: utilización de nuevos servicios,intercambio del producto, etc.

intercambiabilidad, eventualmente, para tenerla posibilidad de cambiar de producto, inclusode proveedor, por ejemplo, debido a unaactualización o una reparación.

¿Qué medios hay para conseguir todo este tipode garantías? Esto es precisamente lo que seva a detallar en los siguientes párrafos.

Asociaciones

La mayor parte de los buses de campo estánpromovidos por grupos que asocian a losfabricantes de productos para conectar a buses(o susceptibles de serlo). Algunos de estosgrupos o asociaciones reúnen también aclientes y usuarios, lo que constituyeevidentemente una ventaja. Hay, por ejemplo,grupos que estudian las normas Profibus,

WorldFip, Device Net, Interbus-S, AS-i.

Estas asociaciones contribuyen a la promociónde la norma correspondiente y de lastecnologías asociadas y permiten asegurar elrespeto a la norma de cada uno de susmiembros.

Sin embargo, su forma de funcionar es muyvariable. Muchas están esencialmente movidaspor algún gran fabricante concreto deautómatas y a ella se unen los fabricantes delos equipos periféricos del los PLC.

Otro variador de velocidad que cambia susentradas mediante la misma variable pero en laque la consigna de velocidad está antes que laorden marcha/paro, interopera también con el

autómata, pero no es intercambiable con elprimer variador. Un perfil de equipo que definala semántica de cada una de las palabras de lasentradas/salidas de un variador permiteasegurar la intercambiabilidad. Pero esto impideque el usuario se beneficie de las funcionesespecíficas disponibles para ciertos productos.Así, ciertos fabricantes ven en esto un freno alas posibilidades de enriquecimiento de suoferta. En cambio, ciertos usuarios piensan quees una esperanza de intercambiabilidad.

Es evidente que, para equipos complejos comolos variadores de velocidad, el número deparámetros que entran en juego, especialmentepara actuaciones en tiempo real, hacen de laintercambiabilidad un objetivo difícil dealcanzar.

Un perfil de un equipo puede definirseindependientemente de la red a utilizar: essuficiente después precisar para cada red, losobjetos de comunicación utilizados (tipos detramas: mensajes, variables...) para cambiar losobjetos funcionales definidos en el perfil delequipo.

Los variadores de Schneider Electriccorresponden al perfil de equipo DRIVECOM.




La ventaja es que la garantía de este fabricantees la mejor seguridad de buen funcionamientode la asociación y elimina cualquier divergenciaentre miembros. Por el contrario, esto reduce

las posibilidades de esta norma de llegar aconvertirse en un estándar compartido por otrosfabricantes de autómatas. Un caso particular esel del club de Interbus-S, promovido porPhœnix, que es fabricante de productosperiféricos y no de autómatas.

Entre estas asociaciones, se puede destacar elbuen funcionamiento del consorcio AS-i, del queforman parte Schneider Electric y Siemens. Estaasociación agrupa a los mejores fabricantesque, no sólo son miembros, sino que tambiénaportan extensos catálogos de productosconcurrentes y ha sabido gestionar la evoluciónde la norma y su respeto a los productos.

Ciertas asociaciones proponen certificados deconformidad. Esto contribuye a limitar losriesgos, pero no es una garantía deinteroperatividad.

Organismos de normalización

Ciertos buses son conformes a las normasinternacionales (ISO, CEI...) o nacionales(IEEE, UTE...). Esto constituye para el usuarioun garantía de calidad y puede ser importanteen los mercados públicos.

Sin embargo, la evolución constante de las

tecnologías de bus es a menudo difícilmentecompatible con el consenso, y por tanto, con losplazos necesarios de elaboración de una norma.

Los fracasos en las normas también han sidonumerosos. En el mundo de los automatismos,hay que citar la norma MMS. Reclamada por losusuarios, aplicada a Ethernet por la mayoría deproveedores, nunca ha alcanzado unaimportancia real. Sin embargo, a pesar de losdefectos de juventud, tolerables, respondíaconvenientemente a las necesidades de muchasaplicaciones. Actualmente, casi todas lasaplicaciones utilizan mensajerías propias. ¿Erareal la necesidad de una mensajería

normalizada?

Notoriedad

Numerosas redes propietarias se han convertido«normas de hecho».

En el mundo industrial, esto se ha cumplido,después de varios años, para Modbus/JBus,Unitelway…

Esto es cierto también en el mundo de lainformática con «normas de hecho» comoTCP/IP que se han desarrollado muchísimo endetrimento de las normas ISO o equivalentes.

La aparición de una «norma de hecho» debido ala penetración de una tecnología en el mercado(industria en general o sectores importantes dela industria, como la del automóvil...) es una

muestra de buen funcionamiento de losproductos que a ella se ajustan.

Por ejemplo, los componentes CAN, utilizadosen el sector de automóvil, son interesantes porel bajo coste en el sector del automatismo.

Igualmente, un cierto número de tecnologíasvenidas del sector de la informática, querepresentan un mercado mucho más importanteque el sector del automatismo, han penetradoen el mundo industrial. Es también por ejemplo,en otro campo, el caso de los PC's, que hansustituido las consolas especializadas paraprogramas de autómatas.

Asimismo, la norma ISO 8802.4, dedicada a losautomatismos para redes de nivel 2, no hapodido resistir la penetración de Ethernet (ISO8802.3). Ciertas ventajas de la 8802.4 para losautomatismos, no han conseguido convencer,debido a:

la enorme base de redes Ethernet yainstaladas en la fábricas para las necesidadesde la informática de gestión,

las reducciones de coste y las múltiplesherramientas disponibles para Ethernet,creadas por efecto del volumen propio delmercado de la informática de empresas.

En resumen, la notoriedad de un estándar,sinónimo de volumen, y por tanto de retorno deexperiencias; es, para el usuario, un aval debuen funcionamiento. El volumen del catálogode productos compatibles es un buen indicador.

Garantías de un constructor o fabricante

Por último, una de las mejores garantías debuen funcionamiento de equipos heterogéneosen el marco de una instalación distribuida es lagarantía que ofrece un gran fabricante. Estosupone muy claramente la voluntad de esteconstructor de abrir sus arquitecturas. Es

actualmente el caso de los principalesproveedores de automatismos programables –Rockwell, Schneider Electric o Siemens– quecontrolan una tecnología de bus de campo,integrada de forma privilegiada en susproductos:

CPU de autómatas que incorpora la conexiónal bus,

una gama muy extensa de módulos E/S TON(todo o nada), analógicas IP20 e IP65,




numerosos equipos conectables, del propiofabricante y de la competencia, a veces, suscompetidores:

distribuidores neumáticos, indicadores o codificadores de posición,

variadores de velocidad y equipos de controlde ejes,

robots,

identificadores: lectores de código de barras,captadores inductivos, etc.,

productos para diálogo hombre-máquina,

productos específicos para una actividaddeterminada: atornillado, soldadura, etc.,

sistemas de visualización.

intercambios de E/S e información dediagnóstico perfectamente integrados en ellenguaje y las herramientas de programación yde diagnóstico, tanto para los productos delfabricante como para los de la competencia.

Por esto, los fabricantes han lanzado almercado programas de cooperación paraacompañar a los fabricantes de productos deautomatismos susceptibles de conectarse a subus. Así, Schneider Electric, con los programasModconnect para Modbus Plus y Fipconnectpara FIP (actualmente fusionadas en SchneiderAlliances), propone a su competencia

soluciones de hard y de soft para facilitar eldesarrollo de sus conexiones pero también testde interoperatividad que aportan a los clientescomunes todas las garantías de buenfuncionamiento.

En efecto, en este contexto, es preferible que latecnología del bus de campo desarrollada porun fabricante sea una norma garantizada por unorganismo oficial y soportada por un club oasociación en la que participen numerosasempresas, incluidos los usuarios. Asimismo, lacredibilidad de la estrategia de apertura suponeque permite la conexión de productos de supropia competencia. Pero además, si hayimplicación técnica y financiera de un granfabricante, éste:

aporta las garantías de funcionamiento delbus que controla, especialmente sobre aspectosdel sistema y de la prestación global, lo que esimposible con soluciones demasiadoheterogéneas,

puede asegurar, además, el soporte técniconecesario,

al implicarse con la validación de equipos,incluidos los de terceras personas, hace máscreíble para el cliente su motivación parasatisfacerle.

Esta implicación permite evitar las situaciones,frecuentes en materia de redes, en las que cadauno de los proveedores de los productosconectados a la red hace responsable a losotros de los fallos de funcionamiento.

Finalmente, esta solución permite limitar lamultiplicación de proveedores a sólo lasnecesidades reales, es decir, llamar a un nuevoproveedor únicamente cuando aporta unafunción nueva y específica en una instalacióndada, por ejemplo:

Usuario de un producto neumático o desoldadura cuando el fabricante del autómata noofrece esta gama de productos.

Elegir un producto corriente para un productodel fabricante de autómatas cuando el productode la competencia tiene ventajas funcionales,técnicas o económicas respecto al productoequivalente del fabricante del autómatas.

Al apoyarse en la lógica de fabricación de unaarquitectura de autómatas propuesta por ungran fabricante de autómatas, se consigueevitar adaptaciones costosas en equipos, enformación y en control general:

vías de acceso entre capas,

diversidad de herramientas...

La interoperatividad actualmente

En un próximo pasado, la interoperatividad y laconformidad con las normas han sido unapreocupación sólo de los usuarios, porquetenían que hacer frente a los fallos defuncionamiento.

Actualmente, ya no es así:

madurez de la tecnologías de las redes en elmundo industrial,

asunción previa de estos riesgos por los

fabricantes mediante test más rigurosos(conformidad e interoperatividad de los diversosequipos, incluidos los de la competencia),

normas mejor definidas,

frecuentemente, garantía de un granfabricante sobre la tecnología que produce.

La intercambiabilidad sólo está en sus primerosbalbuceos.




Habiendo sido identificadas una o variastecnología del bus de campo sobre criterios decoste y de prestaciones y las garantías de buenfuncionamiento obtenidas de la aplicación deautomatismos previsto con esta tecnología, elusuario debe de asegurar la pennidad de laaplicación y especialmente la pennidad de latecnología del bus de campo.

Se trata, para el experto en automatismos, detener la seguridad de que los productos queutiliza tendrán una esperanza de vida (decomercialización y después de mantenimiento)compatible con sus necesidades.

Los productos y equipos de automatismosutilizados representan una parte, en generalbaja, del coste global de la instalación. Estainstalación es muy costosa y no está previstapara ser cambiada a corto plazo: su esperanzade vida es del orden de 10 a 20 años. Por elcontrario, los productos de automatismos seapoyan cada vez más –especialmente con la

introducción del bus de campo– en tecnologíaselectrónicas e informáticas cuya duraciónprevista es netamente inferior y su evoluciónpermanente. Visto el incesante progreso de laelectrónica ¿quién puede predecir con certeza siuna sola de las tecnologías actuales se utilizarátodavía dentro de 20 años?

4 Perennidad

4.1 Riesgos

Antes de hablar de la perennidad, es necesarioprecisar los caminos por los que evolucionan

las tecnologías.Actualmente se presentan tres tendencias.

Aumento del campo de aplicación de losbuses

Una primera tendencia es la capacidadcreciente de los buses de abarcar varios nivelesde la pirámide C.I.M. Cada bus intentaevolucionar para ampliar su campo deaplicación y por tanto, en la práctica, sumercado potencial. Es la respuesta, dentro delos límites de la tecnología, a la demanda idealde los usuarios de disponer de una red única,universal y que responda al todo el conjunto desus necesidades.

Teniendo en cuenta las posibilidades técnicasactuales, la principal tendencia consiste en unaextensión del bus de nivel 0 hacia la parte bajadel nivel 1, paralelamente a una extensión delbus de nivel 3 hacia el nivel 2.

Así, el bus AS-i evoluciona para poder gestionarlas informaciones analógicas mientras que lautilización de Ethernet, muy extendida en elnivel 3, se intenta ir aplicando al nivel 2 y hastaal nivel 1.

Se han hecho estudios sobre la capacidad deresponder a las necesidades de estos niveles,

para beneficiarse la reducción de costes debidoa la gran difusión de esta tecnología.

Ya desde ahora está disponible un adaptadorEthernet para módulos E/S de la familiaMOMENTUM de Shneider Electric. A la vez, losbuses de campo de nivel 1 y 2, que estánampliamente implantados en la industria ysatisfacen convenientemente las necesidadesde los usuarios, evolucionan para abarcar uncampo de aplicaciones más amplio:

aumento de la velocidad del medio, paramejorar las prestaciones y abarcar mejor elnivel 2 y hasta la parte baja del 3,

nuevos componentes, conectores... menoscaros y de utilización más simple, paraextenderse hasta la parte alta del nivel 0,

catálogo cada vez más amplio de productosadaptados a entornos específicos:

productos estancos,

módulos compatibles con atmósferasexplosivas,

cables resistentes a todo tipo de entornosagresivos (medios salinos, ácidos, aceites,rayos solares...) etc.,

4.2 Tendencias




tener en cuenta el protocolo TCP/IP parapoder entrar en Internet y beneficiarse de laextensa tecnología a bajo coste que leacompaña, pero conservando las características

adaptadas del entorno industrial.

Por tanto, es difícil decir en este momento cuálserá la evolución de este punto. Los fabricantesestudian los diversos caminos que se presentan.

Perfil del equipo

Actualmente las tecnologías de bus de campoestán muy extendidas y aportan ya másbeneficios que los previstos inicialmente. Elmercado está por tanto maduro para pasar a laetapa siguiente, si los usuarios encuentran en élnuevos beneficios, especialmente en coste.

Está en marcha un trabajo de normalización de

perfiles de equipos, en el que Schneiderparticipa, con número cada vez mayor deequipos. Por tanto, hay que esperar unamultiplicación de soluciones que respondan alos perfiles de los equipos. Además, estosperfiles permiten la definición de objetos deequipos de automatismos de alto nivel quepodrán facilitar el trabajo de los usuarios:

programación,

mantenimiento,

interoperatividad,

intercambiabilidad, etc.

Reparto de la inteligencia

Por último, después de haber podido convertiren remotas las E/S y, con frecuencia, haberconseguido la descentralización de lainteligencia, el bus de campo abre actualmentela vía al reparto de la inteligencia.

En efecto, originariamente, el conceptoautómata programable es, ante todo, unordenador que dispone de interfaces E/S. Siestas interfaces pueden, de ahora en adelante,comunicar con un ordenador mediante una red,el autómata –-simplemente dotado de una

interface de red– pierde toda particularidad.

En realidad este razonamiento es un pocosimplista. Veamos. El PC no tiene integradosciertos valores de uso en autómatas como larobustez o la perennidad. Pero existen yaciertos autómatas para PC que permitenavanzar en este sentido sin corte (pensandosiempre en la duración del equipo) y lautilización de buses de campo amplía todavíamás esta tendencia.

La arquitectura del automatismo se haceconverger hacia un bus de campo en el queestán conectados:

los diversos componentes del automatismosque integran toda o parte de la inteligencia delautómata,

las intefaces hombre-máquina,

el terminal de programación, que a través delbus, reparte el programa entre los diferentescomponentes del automatismo,

eventualmente, una unidad central de PLC,que puede colocarse cuando los componentesdel automatismo no están en condiciones deintegrar la inteligencia de proceso requerida(Figura 11).

Bus de campo

Fig. 11: Inteligencia repartida en los componentes de

automatismo.




4.3 Garantía de perennidad

La importancia de un estándar, referida a las

garantías de buen funcionamiento, ya se havalorado. La aparición de un estándar de hechoque penetra ampliamente en el mercadoconstituye igualmente una garantía deperennidad. Pero, todo estándar, aunque muyextendido, está amenazado de evolucionar o dedesaparecer. Esto se constata todo los días enla informática donde los estándares másextendidos se abandonan porque la perennidadno constituye una gran exigencia en estecampo.

Ante los cambios evolutivos, el controlsimultáneo de los estudios de programación yde las tecnologías de red utilizadas pasan a sermás que nunca fundamentales en el mundo delos automatismos. El usuario debe poderapoyarse en una empresa capaz deproporcionar, junto con sus competidores, unsistema completo, capaz de asegurar el buenfuncionamiento y el mantenimiento correctivo yevolutivo.

Frente a la multiplicidad de equiposheterogéneos y a la carrera tecnológica actual,las necesidades de perennidad se mantienen.Los fabricantes de autómatas, conscientes de laimportancia de esta necesidad en sus clientes,saben responder con largos plazo de

comercialización y de mantenimiento. Enperjuicio de la evolución permanente de la

tecnología en las que ellos se apoyan, saben

también, cuando es necesario, asegurar«migraciones suaves» hacia esta nuevastecnologías mediante todo tipo de soluciones:

conversión de aplicaciones automatizadas,

adaptaciones y vías de acceso fáciles,

mantenimiento de la tecnología anterior enparalelo con la nueva en cada uno de losnuevos productos.

Por ejemplo, las esperanza de vida de losprotocolos de comunicación como Modbus notiene nada igual en el mundo informático.

La evolución de las sociedades, cuyo oficio noestá centrado en el suministro de solucionesglobales de automatimos ni en las necesidadesde perennidad que se esperan, que no aportanmás que el control de un producto y no el delbus al que se conectan, puede llevar al usuarioa deber tratar él mismo la obsolescencia conunos costes prohibitivos.

Generalizando, los elementos materiales y desoftware de los automatimos están condenadosa ser infravalorados por la llegada de lastecnologías que se utilizan en el mundo deInternet. Pero, en este contexto, el experto enautómatas tendrá todavía más la necesidad de

un interlocutor fiable, que controle a la vezestos nuevos materiales y programas y lasnecesidades específicas de este oficio.




5 Conclusión

El autómata programable ha supuesto unarevolución al introducir las tecnologíaselectrónicas e informáticas en el corazón de lossistemas de control de los procesosautomatizados. El bus de campo se haconvertido en otro elemento revolucionario alaplicarse a estas mismas tecnologías, ytambién esta tecnología de redes que llega yahasta los mismos captadores y actuadores.Presentes en el conjunto del proceso, son labase de un enorme potencial de evolución:

ya han revolucionado, en sucesivas etapas,las arquitecturas, aportando ventajas jamásimaginadas al principio. Los compromisostécnico-económicos mantienen todavía por elmomento soluciones tradicionales en paralelo,

más recientemente, se ha replanteado elproceso mismo de la información:descentralización y reparto de la inteligencia.Esto necesita, además de tecnología, un trabajode normalización: ya se ha empezado y nocesará a lo largo de los próximos años,

en fin, estas tecnologías arrastran consigomuchísimas innovaciones que pueden

revolucionar los automatimos: Java, Corba,Internet, Active X…

Paralelamente con las últimas evolucionesaportadas por las tecnologías, se puede percibiruna cierta racionalización de la oferta: el

usuario de felicitará por ello. Un aumento de lasprestaciones de los buses y por tanto de sucampo de aplicación es inevitable, aunque elbus universal, capaz de responder a todas lasnecesidades, sin duda que no existirá jamás.

Ante este desarrollo, el usuario debe en efectohacer prueba de prudencia y tener en cuenta lasnecesidades específicas de su oficio (entorno,perennidad). Pero a la vez ha de estar atento ano perder el tren...

En especial la perennidad no debe deconfundirse con el inmovilismo. Para el usuario,la perennidad es:

la garantía de disponibilidad de susproductos durante largo tiempo,

pero también (y puede ser sobre todo) esrentable para el usuario la utilización desoluciones de migración suave hacia una nuevacuando se considere conveniente.

Al invertir en tecnologías basadas en el bus decampo:

obtendrá desde ese momento ventajas

demostradas (reducción de costes, flexibilidad,capacidad de diagnóstico...),

estará mejor preparado para juzgar sobrecada una de las evoluciones rápidas futuras,para influir sobre ellas e, incluso, para exigirlasa sus proveedores, en vez de sufrirlas.




Anexo

Este apartado explica el principio de base dealgunos de los procedimientos de acceso almedio más frecuentes. Se distingue entreprocedimientos deterministas y nodeterministas.

Procedimientos deterministas

Maestro-escalvo

En un procedimiento de acceso al medio de tipomaestro-esclavo, un único equipo, el maestro,tiene la iniciativa de todos los cambios; losotros equipos son esclavos, se conforman concontestar cuando el maestro les pregunta. Esteprincipio se encuentra en un gran número deredes basadas en una conexión serie del tipoRS485 con protocolos Modbus. En este caso,las cambios son programados por el usuario, ysi aparecen sucesos de aplicación aleatoriosque pueden desencadenar estos cambios, la redno es determinista. Por el contrario, se puedeapoyar sobre este mecanismo para definir unarevisión cíclica del maestro de los datos sobreun determinado número de equipos.

El tiempo necesario para interrogar al conjuntode equipos constituye un tiempo de ciclo, quees el intervalo máximo para cada equipo parapoder transmitir sus informaciones. Este es elprincipio utilizado, por ejemplo, en el bus AS-i.

Arbitraje del bus

El procedimiento es muy parecido al anterior(procedimiento maestro-esclavo con definiciónde ciclo de búsqueda de equipos) en cuanto aque un único equipo, árbitro del bus, atribuye elderecho de palabra por turno, cíclico para cada

uno de los otros equipos. La principal diferencia

es que cada uno de los equipos, cuando utilizasu derecho de palabra, puede direccionar susinformaciones a cualquier otro equipo o inclusoa todos a la vez (difusión).

Este es el principio utilizado, por ejemplo, poren el bus WorldFIP.

Bus token ring (ficha virtual)

Este procedimiento está definido en la norma8802.4. Una ficha (token), correspondiente a underecho de palabra, pasa de estación enestación, según un orden determinado. Cadaestación puede emitir hacia cualquier otraestación, puesto que posee la ficha, pero nopuede leerla más que durante un tiempolimitado, definido por la configuración. Es elprincipio que utilizan las redes Modbus Plus.

Procedimientos no deterministas

CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection.

Se trata del principio de acceso al medio físicoutilizado en el bus de tipo Ethernet (norma ISO8802.3).

Un equipo que desea emitir una trama, intentatransmitir después de verificar que no va ahaber colisión (por ejemplo, que otro equipo noesté intentando emitir a la vez). En caso decolisión, hace una nueva tentativa después deun lapso de tiempo de duración aleatoria.

Así, el momento de transferencia de una tramadepende de este retraso, después del cual seevita la colisión: es pues una funciónestadística del número de equipos que están

intentando emitir tramas, y por tanto, de lacarga de la red.

Procedimientos de acceso al medio




Algunos buses permiten garantizar los plazos

de transferencia de ciertas informaciones(típicamente entradas/salidas transmitidas a/deun autómata) reservando una parte de la bandapasante para hacer pasar datos cuyo retraso detransferencia no es crítico.

Ilustración con WorldFIP

El bus WorldFIP se basa en que, el equipo quehace de árbitro (control) del bus, desarrolla unciclo de red o un macro-ciclo, compuesto porciclos elementales de la misma duración y deestructura idéntica.

La duración de un ciclo elemental se fracciona

en unidades elementales de tiempo asignadas: al tráfico cíclico (o periódico) de variables y/omensajes,

al tráfico aperiódico de variables,

al tráfico aperiódico de mensajes,

al mantenimiento de la sincronización detodos los ciclos elementales.

Cada parte del tráfico cíclico se reparte una sola

vez y para todo un dato del proceso: porejemplo, entradas/salidas de equipos. Encambio, el tráfico aperiódico corresponde a untiempo asignado pero utilizado únicamente bajodemanda (Figura 12).

Así, el ancho de banda de una red WorldFIP sereparte para tres tipos de intercambios:

las variables cíclicas (o periódicas), para lasfunciones de control y mando de los tiemposcríticos,

las variables aperiódicas, transmitidas bajodemanda de cambio de estado,

la mensajería, también aperiódica, para lasfunciones de teledescarga (download) y demantenimiento.

La parte de la banda pasante asignada a cadauno de estos flujos es un elemento importantede una configuración WorldFIP. Al privilegiaruno u otro de estos flujos se estáespecializando una red o para una aplicación detipo automatismo reflejo o para una

t

A

B

C

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F

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E D

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E

CE1

CE : Ciclo elementalLas letras A, B C D E y F designan variables cíclicas

CE2

Ancho de banda

100%

CE3

Macrociclo n

CE4 CE5 CE6 CE1 CE2 CE3 CE4 CE5 CE6

Macrociclo n + 1

I n t e

r c a m

b i o s a perió d i c o s

+ r e

l l e n o

Fig. 12: El macro-ciclo WorldFIP.

Fraccionamiento de la banda pasante




coordinación entre equipos de control y diálogohombre-máquina.

Se puede así comparar una red WorldFIP tubo

por el que circulan diferentes tipos de datos, enel que «el nivel» de cada tipo está determinadopor la configuración (Figura 13).

Ilustración con Interbus-S

Se trata de un procedimiento «anillo punto apunto», una única trama circula de equipo enequipo.

A cada pasada de la trama, cada equipo lee laparte que contiene los items de sus entradas yescribe en la parte reservada a los de sussalidas. Además de esto, la trama contiene de 0a 4 palabras de 16 bits que pueden contener unfragmento de mensaje (4 palabras resultan

insuficientes para transmitir la totalidad de unmensaje) que permite la transmisión de talfragmento en cada ciclo del bus.

Por ejemplo, para un canal de mensajes de unapalabra, si el ciclo tiene 32 esclavos y 1024 E/S,la velocidad por esclavo es de 256 octetos/s,

Ilustración con MODBUS PLUSAsí mismo MODBUS PLUS ofrecesimultáneamente las funcionalidades quenecesitan un procedimiento determinista, comola actualización de entradas/salidas, y otras queno tienen esta exigencia, como la programaciónen línea. Las «sesiones lógicas» aseguran unprocedimiento propio y por tanto dedicado adiferentes funciones.

Caso del AS-i

En cambio, en AS-i, todos los intercambios soncíclicos: las entradas/salidas de los equipos

circulan una vez cada 5 ms mientras que losparámetros de cada equipo circulan una vezcada 31 ciclos. A este tráfico no puede añadirseningún otro adicional. De hecho, AS-i nosoporta mensajería. Evidentemente, éste no essu cometido.

Fig. 13: WorldFIP: un tubo con nivel de agua regulable. Illustración: FIPIO o FIPWAY.

El modelo OSI de la ISO

El modelo OSI (Open System Interconnection)definidos por la ISO (International StandardOrganization) separa las funciones en unsistema comunicante en 7 capas. Estas capastienen funciones asignadas desde las máspróximas a la red (cable, ...) hasta las funcionesmás próximas a las necesidades de

comunicación de un equipo (naturaleza ysentido de las informaciones intercambiadas)(Figura 14).

El principal objetivo de este fraccionamiento esel permitir cambiar la norma de una capaindependientemente de las otras. Así, porejemplo, una conexión con par trenzado puede

Mensajes y variablesaperódicas.

Tráfico cursado bajo demanda,disponible como el aire en un tubo.

FIPWAY FIPIO

Variables cíclicas(tiempo crítico),

tráfico incompresible,como el agua en un tubo.




ser localmente sustituida por una conexión defibra óptica para atravesar una zona sujeta aperturbaciones electromagnéticas, manteniendoidénticas todas las demás capas: contenido de

las informaciones, direccionamiento de lamensajería, procedimiento de acceso al mediofísico, ...

Fig. 14: El modelo OSI.

Sin embargo, no todas las redes utilizan todaslas capas. Precisamente, el bus de campo es uncaso particular que en la mayor parte de vecesse apoya en 3 capas: 1, 2 y 7. Esto simplifica el

funcionamiento de los adaptadores y permitealtas prestaciones a bajo coste.

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Conexiónde datos

Medio físico

7

6

5

4

3

2

1

sub-capa LLC

sub-capa MAC

Define la naturaleza de las informacionesintercambiadas: mensajes, transferencia de ficheros,...

Define la representación de las informaciones:codificación (si la capa 7 trata la semántica,la capa 6 trata la gramática), eventualmente,compresión o encriptación de la información.

Gestiona la noción de sección, intervalo detiempo durante el cual dos equipos estáncomunicados (noción de enchufar - desenchufar)y reanudación correcta después de una interrupción.

Transporta la información de un extremo a otroentre dos estaciones distantes: segmentaciónde tramas...

Gestiona el direccionamiento de las informaciones:quién es el destinatario de los mensajes enviados,número de equipo o estación, sobre qué red...

Gestiona el control y el flujo de las informaciones.CRC y reintentos asociados...

Gestiona el reparto de acceso al medio físico(CSMA/CD, arbitraje de bus…)

Define la naturaleza del soporte físico de la

comunicación y la codificación de la información:tipo de cable, transmisión herciana, conectores,señales eléctricas, codificación binaria de la información, ...



Bibliografía

Cuadernos Técnicos Schneider Electric

n Iniciación a las redes de comunicacionesdigitales. E. KŒNIG. Cuaderno Técnico nº 147.

Obras diversas

Les réseaux locaux industriels. F. LEPAGE,Hermès - Traité des nouvelles technologies.Série Automatique.

Les bus de terrain. G. FAGES, SchneiderElectric, Collection Technique.

Direcciones en Internet

Sitios generalistas (contienen numerososenlaces -links)

http://cran.esstin.u-nancy.fr/CRAN/Cran/ ESSTIN/FieldBus.html

http://www.fieldbus.com

http://www.infoside.de

http://www.shipstar.com

http://www.industrial-networking.com

Sitios relativos a los principales busus paraautomatismos

http://www.as-interface.com

http://www.can-cia.de

http://www.controlnet.org

http://www.devicenet.org

http://www.industrialethernet.com

http://www.industrial-ethernet.com

http://www.fieldbus.org

http://www.worldfip.org

http://www.interbusclub.com

http://www.modbus.org

http://www.profibus.com

Sitios Schneider Electric

http://www.schneider-electric.com

http://www.schneiderautomation.com

http://www.schneideralliances.com

http://www.schneiderelectric.es

http://www.transparentfactory.com

ct_197 el bus de campo una aproximacion al usuario

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