INTERBUS
El desarrollo del control distribuido en la industria va
paralelo al de las comunicaciones. Cada vez es más necesario disponer de
dispositivos inteligentes para realizar el control o la supervisión remota, tanto de procesos de fabricación
como de almacenamiento o distribución. Los sistemas o redes de comunicación
empleados en entornos industriales se encuentran sometidos a una problemática
específica que condiciona enormemente su diseño y los diferencia de las redes de
datos o redes ofimáticas.
Existen diferentes niveles de comunicación, cada uno de
ellos con diferentes necesidades. Podemos hablar de 2 tipos de redes: redes de
control y redes de datos.
Las redes de datos están orientadas al transporte de
grandes paquetes de datos, que aparecen de forma esporádica (baja carga), y con
un gran ancho de banda para permitir el envió rápido de una gran cantidad de
datos. En contraste, las redes de control se enfrentan a un tráfico formado por
un gran número de pequeños paquetes, intercambiados con frecuencia entre un
alto número de estaciones que forman la red y que muchas veces trabajan en
tiempo real.
BUS DE CAMPO
Es un término genérico que describe un conjunto de redes
de comunicación para uso industrial, cuyo objetivo es sustituir las conexiones
punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de control.
Típicamente son redes digitales, bidireccionales,
multipunto, montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo
como PLCs, transductores, actuadores y sensores. Cada dispositivo de campo
incorpora cierta capacidad de proceso, que lo convierte en un dispositivo
inteligente, manteniendo siempre un coste bajo. Cada uno de estos elementos
será capaz de ejecutar funciones simples de auto diagnóstico, control o
mantenimiento, así como de comunicarse bidireccionalmente a través del bus.
El objetivo es remplazar los sistemas de control
centralizados por redes para control distribuido para mejorar la calidad del
producto, reducir costes y mejorar la eficiencia. Para ello se basan en que la
información que envían o reciben los dispositivos de campo es digital, lo que
resulta mucho más preciso que si recurre a métodos analógicos.
Además, cada dispositivo de campo es un dispositivo
inteligente y puede llevar a cabo funciones propias de control, mantenimiento y
diagnóstico. De esta forma cada nodo de la red puede informar en caso de fallo
del dispositivo asociado, y en general sobre cualquier anomalía asociada al
dispositivo. Esta motorización permite aumentar la eficiencia del sistema y
reducir la cantidad de horas de mantenimiento necesarias.
Los bus de campo trabajan en tiempo real, con una
transmisión en serie sobre un bus digital de datos con capacidad de
interconectar controladores de dispositivos de entrada y salida. El
dispositivo de control hace de “Maestro” y las unidades de Entradas/Salidas de
“Esclavos.
INTERBUS:
El sistema INTERBUS es un desarrollo propio de Phoenix
Contact. Desde 1987 está disponible en la técnica de la automatización. El
sistema abierto se ha establecido ya como transmisión en serie de datos en el
ámbito de los sensores/actuadores.
El principal campo de aplicación de este sistema de bus era la
velocidad optimizada de la transmisión en tiempo-determinista de los datos del sensor-actuador
(datos de proceso). En los siguientes años, una amplia y variada gama de
componentes de bus y dispositivos de campo serían desarrollados por
Phoenix Contact y otros fabricantes. Interbus-S se convirtió en uno delos
líderes mundiales en sistemas de buses de campo en la automatización industrial
En 1990 Phoenix Contact libera las especificaciones e
INTERBUS se convierte en el primer bus independiente del fabricante. En 1994 se
convierte en un estándar alemán y, en 1998, en estándar europeo (DIN 19 258).
DIAGRAMA/ TOPOLOGIA DE FUNCIONAMIENTO.
Este sistema se basa en un esquema maestro-esclavo
pudiendo existir un maestro Interbus por cada red. El maestro del bus actúa
simultáneamente como interfaz en los niveles superiores de la jerarquía de
comunicaciones. Utiliza una topología en anillo, es decir todos los
dispositivos están conectados formando un camino cerrado y comunicación
mediante un registro de desplazamiento en cada nodo. Se pueden enlazar buses
periféricos al principal. El anillo principal es el que parte del maestro,
aunque pueden formarse otros anillos para adaptarse a la estructura particular
de cada sistema. Este tipo de conexiones se lleva a cabo mediante unos equipos
denominados módulos terminadores de bus.
Las lineas de recepcion y envió de datos están contenidas dentro de un mismo cable que une todos los dispositivos. De esta forma el sistema tiene el aspecto físico de un bus o un árbol.
La estructura de anillo ofrece 2 ventajas. La primera es
que permite el envió y recepción simultanea de datos. En segundo lugar, la
capacidad de auto diagnóstico del sistema se ve mejorada, ya que la conexión de
cada nodo a la red es activa, sin embargo. Interbus es muy sensible a corte
completo de comunicación al abrirse el anillo en cualquiera de los nodos. Es muy apropiado para
comunicación determinista a alta velocidad, es muy difícil una filosofía de
comunicación orientada
a eventos.
VELOCIDAD DE TRANSMISIÓN Y DISTANCIAS
Debido a la estructura del anillo y a que es necesario
transportar la masa de las señales lógicas, Interbus requiere un cable de cinco
hilos para interconectar dos estaciones. Con un velocidad de transmisión de 500
kbits, pueden alcanzarse distancias de hasta 400 metros entre dispositivos.
Cada dispositivo actúa como repetidor que permite extender el sistema hasta 12
km. Para facilitar el funcionamiento de Interbus, el número máximo de
estaciones está limitado a 512.
La información de direccionamiento no se incluye en los
mensajes, los datos se hacen circular por la red.
PROTOCOLO DE TRANSMISIÓN
El protocolo de transmisión de Interbus se estructura en
3 capas que corresponden con capas del modelo OSI.
CAPA FISICA:
La capa 1 es la capa física: Es la encargada de la
topología de la red y de las conexiones globales de la computadora a la red,
medio físico como la forma en la que se transmite la información.
La capa física se basa en el estándar RS-485.
Elementos básicos en la capa física:
- Tarjeta Controladora
- Bus remoto
Los datos se transfieren físicamente a través de cable de cobre, fibra óptica e infrarrojos.
Puede transportar la alimentación de los módulos I/O y sensores, ademas de las lineas de transmisión de datos.
- Módulos Terminales de Bus
Dividen al sistema en segmentos individuales por lo que permiten desconectar ramificaciones del anillo durante la operación.
Hacen la función de amplificadores (repetidores) de señal.
Aíslan electricamente los segmentos del bus.
- Subanillos
Respecto a las especificaciones técnicas:
1.- Distancia entre dispositivos 2cm
2.-De 19,2 v a 30 v
3.-Alimentación y datos van por el mismo cable.
CAPA DE ENLACE:
La capa 2 se
corresponde con la capa de enlace. Se ocupa del direccionamiento físico, del
acceso al medio, de la detección de errores, de la distribución ordenada de
tramas y del control del flujo. Permite también el soporte de 2 tipos de datos,
por una parte los datos correspondientes a procesos cíclicos, y por otra parte
datos que aparecen asíncronamente. La capa de enlace es determinista, es decir,
garantiza un tiempo máximo para el transporte de datos entre dispositivos.
Cada dispositivo tiene reservado un slot de tiempo
adecuado para su función dentro del sistema. El tiempo de ciclo es la suma de
los tiempos asignados a cada dispositivo. Pueden definirse slots adicionales
para la transmisión de bloques de datos en modo conexión. De esta forma pueden
enviarse grandes bloques de datos a través de Interbus, sin alterar el tiempo
de ciclo para los datos del proceso.
Nota: trama es la
unidad de medida de información en la capa 2 : la capa de enlace, que no es más
que la segmentación de los datos trasladándolos por medio de paquetes.
Cada dispositivo se
une al anillo mediante un registro cuya longitud depende de la cantidad de
información que debe transmitir. Los datos provenientes de las distintas
estaciones van llegando al master en función de su posición dentro del anillo.
Cada ciclo de transmisión comienza con una secuencia de datos que contiene la
palabra de datos loopback seguida de los datos de salida de los distintos
dispositivos, en la línea de salida. Durante el envió de datos, el flujo de
retorno entra al maestro como flujo de entrada. Tras el envió de la trama
completa, se envían 32 bits. Debido a la estructura de conexiones punto a punto,
el cálculo siempre se hace entre cada 2 nodos, por lo que no es necesario dar
una vuelta completa al anillo. Por último se envía una palabra de control para
indicar el estado de cada dispositivo. Si no hubo errores comienza un nuevo
ciclo.
CAPA DE APLICACIÓN:
La tercera de las capas de Interbus corresponde a la
etapa de aplicación.
En el maestro se ejecuta de forma cíclica un programa que
actualiza continuamente los datos correspondientes a los distintos procesos
conectados a la red, y los deja accesibles para el sistema de control, de modo
que por ejemplo un PLC puede acceder a ellos de forma sencilla mediante
instrucciones de entrada y salida.
El uso de técnicas de acceso directo a memoria evita el
uso de servicios que necesitan grandes bloques de datos, lo que facilita la
consecución del tiempo real. El acceso desde ordenadores re realiza mediante
drivers.
IDENTIFICACIÓN DE DISPOSITIVOS DE INTERBUS:
RACK UR2:
Energiza e interconecta los 9 slots con los que cuenta. En este componente se montan algunos elementos de la red.
PS 407 10 A.
Se coloca en el slot numero 1 y 2 del RACK. Este elemento es quien energiza al RACK UR2.
IDENTIFICACIÓN DE DISPOSITIVOS DE INTERBUS:
RACK UR2:
Energiza e interconecta los 9 slots con los que cuenta. En este componente se montan algunos elementos de la red.
PS 407 10 A.
Se coloca en el slot numero 1 y 2 del RACK. Este elemento es quien energiza al RACK UR2.
CPU 416-2
Se coloca en el slot numero 3. La CPU tiene funcionalidad de proxy. A través del programa lógico cargado desde la computadora, recibe, almacena y envía paquetes de datos en la red donde se encuentra conectada.
TARJETA CONTROLADORA IBS:
Se ubica en el slot 6 y 7 del RACK UR2. Esta funge como herramienta de control y diagnostico en la red INTERBUS.
CONVERTIDOR DE MEDIOS IBS OPTOSB- MA/M/L-LK-OPC:
Colocado en el puerto X2 de la tarjeta controladora. Se encarga de la interoperabilidad entre la fibra optica y la red de cobre.
DISPOSITIVOS REGGERDLINES:
Son direccionamientos de entradas y salidas de una palabra.
ACOPLADOR DE BUS:
En este elemento en donde se conecta la fibra óptica y la alimentación del mismo modulo.
POWER-IN:
Se encarga de alimentar a las entradas o salidas digitales.
MODULO DE ENTRADAS DIGITALES:
Modulo donde se conectan las señales de entradas originadas en interruptores de fin de carrera o interruptores de proximidad.
MODULO DE SALIDAS DIGITALES:
Modulo donde se realiza la conexión de actuadores digitales, tales como válvulas electromagnéticas, contactores o dispositivos ópticos de aviso.
REDUNDANCIAS:
Es un estado de coincidencia o exceso,es decir como mínimo se
dispone de una fuente de alimentación adicional.
- Redundancia "n+1"
: 3 fuentes de alimentación funcionan con un corriente nominal
de 10A cada una para alimentar 20A en total.
- Redundancia
"1+1" : Se conectan 2 módulos en paralelo con 20 A
- Redundancia
"1+1": se conectan 2 módulos en paralelo con 20A cada uno en el
lado de la salida para alimentar una carga de 20A. Si aparece un defecto
interno en un dispositivo o se produce un fallo, el segundo dispositivo
asume automáticamente la alimentación completa.
Redundancia al 100% en caso de corto circuito:
Los diodos o modulos de redundancia desacoplan las fuentes de alimentacion conectadas en paralelo. Solo entonces, en caso de cortocircuito una de las fuentes de alimentacion continua suministrando al otro dispositivo toda la potencia. Ahora, la carga se alimenta a las tuberias incluso en caso de corto circuito.
SOFTWARE DE ADMINISTRACIÓN
SIMATIC STEP 7
Es un software de programación de PLC (CONTROL LÓGICO PROGRAMABLE) de Siemens.
Es el mas conocido del mundo y el mas utilizado en la automatización industrial. Los autómatas SIMATIC constituyen un standard en la zona, compitiendo en primera linea con otros sistemas de programación y control lógico de autómatas, según la norma IEC 61131-3.
IBSCMD
Es la interface para la configuración, operación, monitoreo y diagnostico de campo para los dispositivos.
Las funciones complejas son claramente estructuradas y organizadas. Todos los dispositivos pueden ser parametrizados, operados y diagnosticados desde una central de localización.
DIAG-NETSCAN:
Facilita el control simultaneo de la red Interbus con varias tarjetas controladoras/varios controladores.
Así, por ejemplo, las calidades de transmisión de todos los tramos de fibra óptica de una instalación completa están constantemente controladas. En el control también pueden incluirse buses subordinados, conectados a través de acopladores de sistema.
MONITOREO Y FALLOS:
En el arranque del sistema se ejecuta un diagnostico a modo de función estándar. Cuando la rutina de diagnostico no pueda determinar claramente el lugar de error, pero si se pueda delimitar un ámbito, se detiene la transmisión de datos en el bus.
Cuando se presente un fallo en el sistema de bus, se arranca de forma automática una rutina de diagnostico en la tarjeta de conexión, con la que se intentara poner el bus en funcionamiento segmento por segmento, para localizar así el fallo.
Cuando se reconozca un fallo en el bus remoto, se detiene la trasmisión de datos en el bus.
Los fallos del controlador son perturbaciones de mayor prioridad.
Varios tipos de diagnosticos del sistema estan disponibles para el usuario, funciones de diagnostico estan integradas en los dispositivos Interbus, el diagnostico del panel frontal esta disponible en las tarjetas controladoras y los errores tambien pueden ser detectados en el PC, escribiendo CMD.
bibliografia:
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