Sesión 26b - Comunicaciones Indsutriales.pdf

1Jos Ignacio Armesto QuirogaJos Ignacio Armesto Quiroga

Dpto. Ingeniera de Sistemas y AutomticaDpto. Ingeniera de Sistemas y Automtica

UNIVERSIDADE DE VIGOUNIVERSIDADE DE VIGO

E. T. S. Ingenieros IndustrialesE. T. S. Ingenieros Industriales

Instalacin de Sistemas de

Automatizacin y Datos

5 Curso 5 Curso

Orientacin Instalaciones y ConstruccinOrientacin Instalaciones y Construccin

2Tema 6 Tema 6

COMUNICACIONES INDUSTRIALES

(4 horas)

3Tema 6.Tema 6.

Comunicaciones Industriales.Comunicaciones Industriales.

Introduccin Redes de comunicaciones industriales. Clasificacin

Redes de datos: Redes de empresa. Redes de fbrica y clula.

Redes de control: Redes de controladores. Redes de sensores-actuadores.

Familias de redes industriales.

4Comunicaciones Industriales.Comunicaciones Industriales.

Introduccin.Introduccin.

Se pueden definir las Comunicaciones Industrialescomo: rea de la tecnologa que estudia la transmisin de informacin entre circuitos y sistemas electrnicos utilizados para llevar a cabo tareas de control y gestin del ciclo de vidade los productos industriales

Deben resolver la problemtica de la transferencia de informacin entre los equipos de control del mismo nivel y entre los correspondientes a los niveles contiguos de la pirmide CIM.

En la dcada de 1980, las comunicaciones industriales comenzaron a realizarse mediante comunicaciones digitales punto a punto para, posteriormente, evolucionar hacia la aplicacin de redes multipunto.



Modelo OSI desarrollado por la ISO para la conexin de sistemas informticos abiertos



Sistema de fabricacin flexible:

Conjunto de mquinas e instalaciones, enlazadas entre s mediante sistemas de transporte y control, que es capaz de producir una variedad de productos dentro de una gama.

Sistema de Fabricacin Flexible



Comunicaciones industriales. Necesidad:

La automatizacin integrada de la produccin se realiza mediante un conjunto de dispositivos y sistemas de control y gestin de proceso asociados a diferentes niveles y que han de estar intercomunicados.

1

2

Nivel

4

3

Tipo de SistemaElectrnico de Control

Computador de planta

Parmetro

Tiempo de

respuesta

Relacin (%) de

tareas Gestin/Control

Operatividad

exigible (%)

De das a segundos 95-100/0-5 > 10

Controlador de rea De minutos a segundos 90-95/5-10 < 10

Controlador de clulaDe segundos

a milisegundos80-90/10-20 80-90

Controlador de procesoDe milisegundos

a microsegundos5-10/90-95 90-95



En los niveles superiores de la pirmide CIM se trabaja frecuentemente con grandes volmenes de datos, aunque el tiempo de respuesta no es en general crtico y se sita entre pocos segundos hasta minutos o incluso horas.

Por el contrario, los sistemas electrnicos de control utilizados en los niveles inferiores de las fases de produccin trabajan en tiempo real y debido a ello se les exigen tiempos de transmisin mucho ms rpidos y, sobre todo, un comportamiento determinista de las comunicaciones, aunque los volmenes de informacin a transmitir son, en general, menos elevados.


Clasificacin de las Redes Industriales.Clasificacin de las Redes Industriales.

Las diferentes caractersticas (por ejemplo, tiempos de respuesta) exigidas al sistema de comunicaciones de cada uno de los niveles hacen que sea diferente el tipo de red de comunicaciones necesaria para implementarlo.

REDES DECOMUNICACIONESINDUSTRIALES

Redes de datosu ofimticas

Redes de controlo de campo

Redes de empresa y fbrica

Redes de clula

De funcionalidad limitada

De alta funcionalidad

Redes de sensores-

actuadores

Redes de controladores

10


Redes de datos.Redes de datos.

Se consideran redes de datos las dedicadas al establecimiento de las comunicaciones entre los equipos informticos que conforman los niveles de empresa, fbrica, rea y, en ocasiones, de clula de la pirmide CIM.

Se clasifican por lo tanto en:

Redes de empresa y fbrica

Redes de clula

11



En este nivel se ejecutan, entre otras, las siguientes aplicaciones informticas:

Programas ERP (Enterprise Resource Planning)

Programas MES (Manufacturing Execution Systems)

Programas CAD/CAM/CAE (Computer Aided Design / Manufacturing / Engineering)

Herramientas de aplicacin general que permiten el trabajo en grupo (Groupware) del personal de todas las reas de la empresa

Redes de empresa y fbrica (I):

12



Cuando los sistemas enlazados estn situados en la misma planta o emplazamientos prximos, o sea en redes de rea local (LAN, Local Area Networks), la red ms utilizada es Ethernet TCP/IP (Ethernet fue diseado por Bob Metcalf en PARC Xerox - 1972/3). Se estima que actualmente lo utiliza ms del 80% de las comunicaciones en este sector.

Para comunicar entre s las distintas sedes de una empresa se utilizan redes de rea metropolitana (MAN, Metropolitan AreaNetworks) y extensa (WAN, Wide Area Networks); un ejemplo de ellas es la red mundial conocida como Internet.

Redes de empresa y fbrica (II):

13



Las redes de empresa no han sido diseadas, al menos inicialmente, para satisfacer determinados requisitos que son propios del ambiente industrial, entre los que destacan:

Funcionamiento en ambientes hostiles (perturbaciones FEM, temperaturas extremas, polvo y suciedad, )

Gran seguridad en el intercambio de datos en un intervalo cuyo lmite superior se fija con exactitud (determinismo) para poder trabajar correctamente en tiempo real.

Elevada fiabilidad y disponibilidad de las redes de comunicacin, mediante la utilizacin de dispositivos electrnicos, medios fsicos redundantes y/o protocolos de comunicacin que dispongan de mecanismos avanzados para deteccin y correccin de errores

Redes de clula (I):

14



Por ello, en las dos ltimas dcadas del siglo XX se acrecent el inters por desarrollar redes de comunicacinespecficamente diseadas para entornos industriales y que diesen soporte a la intercomunicacin entre las operaciones del nivel de fbrica y las del nivel de empresa.

Fue GM la que, a mediados de los 80, desarroll la red MAP(Manufacturing Automation Protocol). Posteriormente, en 1986 surge en el seno de la empresa BOEING la red TOP (Technicaland Office Protocol).

De la unin de ambos surgi el proyecto de red MAP/TOP,que contemplaba la capacidad de intercomunicacin de los sistemas de control (MAP) con los de oficina de (TOP).

Redes de clula (II):

15



El protocolo ms importante de la capa de aplicacin de una red MAP (o derivadas de ella) es el conocido como MMS (ManufacturingMessage Specification). Fue diseado para facilitar la monitorizacin y gestin de sistemas de control de procesos de fabricacin (CNCs, robots, PLCs, ).

A pesar de sus caractersticas, la red MAP casi no se utilizaactualmente por:

Cubre adecuadamente los requisitos solicitados, pero la robustez de sus protocolos proporciona, en la prctica, tiempos de respuestaen la comunicacin relativamente elevados para los exigidos en el nivel de planta o fbrica.

Su especificacin es tan vaga en algunos aspectos que se ha hecho muy complejo y difcil el desarrollo de interfaces, con lo que ello implica en costes comerciales.

Redes de clula (III):

16



En la actualidad, constituye una lnea de I+D+i de gran auge la adaptacin y redefinicin de las tecnologas que son normas de facto en las redes de datos para poder utilizarlas en el mbito del control de procesos. Surgen las conocidas como redes Industrial Ethernet, cuya capa de enlace est basada en la tcnica Ethernet y cuyos protocolos bsicos de comunicacin se fundamentan en TCP/IP.

A grandes rasgos, estas redes tratan de redisear (en mayor o menor medida) el hardware y el software asociado a las capas inferiores de Ethernet para poder aplicarlo en los ambientes ms hostiles de los niveles de planta (redundancia, redefinicin de protocolos, mayores niveles de CEM, temperatura, humedad, vibraciones, )

Redes de clula (IV):

17



En lo que respecta a los protocolos de la capa de aplicacinque se debe utilizar en las redes Industrial Ethernet en combinacin con los protocolos de las capas inferiores, noexiste actualmente una solucin nica normalizada y estn propuestas diferentes soluciones como:

Modbus TCP

EtherNet/IP

PROFINet

EtherCat

Powerlink

FF HSE

Redes de clula (V):

http://ethernet.industrial-networking.com/ethernet/intro.asp

18



Tambin est en estudio la modificacin de la norma Ethernet a fin de reservar un cierto ancho de banda para las necesidades de comunicacin determinista de la planta(una de las propuestas, relacionada con PROFINet, denomina a esta solucin con el calificativo de Iscrona, IRT).

Redes de clula (VI):

Control de movimientos

Automatizacin de procesosServicios TIC generales

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Redes de control.Redes de control.

Suelen recibir el nombre genrico de buses de campo(Fieldbuses). Las redes de control resuelven los problemas de comunicacin en los niveles inferiores de la pirmide CIM. Se utilizan, por tanto, para comunicar entre ellos sistemas de control industrial y/o con dispositivos de campo.

Se clasifican en:

Redes de controladores

Redes de sensores-actuadores

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Histricamente, el desarrollo de esta clase de redes (que se produjo en la dcada de los 80) fue debido a la elevacin de la complejidad en la automatizacin de los sistemas industriales, que increment desmesuradamente el volumen de cableado que era preciso realizar para conectar a los equipos de control un elevado nmero de dispositivos sensores y actuadores mediante hilos independientes.

Para resolver el problema, surgi la idea de conectar cada grupo de dispositivos de campo a un procesador de comunicaciones y stos, a su vez y mediante otro procesador de comunicaciones, al sistema de control. Surgen as las redes de sensores-actuadores.

21



22



Cableado paralelo de sensores y actuadores Bus de campo de sensores y actuadores

23



Modelo OSI simplificado utilizado en la mayora de las redes de control

24



Este tipo de redes de control estn diseadas para realizar la comunicacin de varios sistemas electrnicos de control(PLCs, CNCs, robots, ) entre s.

Son, por lo general, redes de rea local de tipo principal-subordinado (master-slave) o productor-consumidor (producer-consumer) que poseen varios nodos principales(Multimaster Networks).

Los servicios de comunicacin que proporcionan permiten no slo el intercambio estructurado de informacin sino tambin llevar a cabo las tareas de diagnstico, programacin, carga, descarga y ejecucin y depuracin de los programas ejecutados en ellos.

Redes de controladores (I):

25



Redes de controladores (II):

PLC

I/O 1 I/O 2 I/O 3

every 500 msevery 2000 msevery 25 ms

PLCProductores

y

Consumidores

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Redes de controladores (III):

FMS

27



Redes de sensores-actuadores (I): En este grupo se encuentran las redes de campo diseados con

el objetivo especfico de intercomunicar los sistemas electrnicos de control con los dispositivos de campo conectados al proceso.

Funcionan en aplicaciones de tiempo real estricto en una pequea zona de la planta (tpicamente una mquina o clula). Los fabricantes suelen denominarlas redes de periferia distribuida (distributed periphery).

28



Han sido numerosos los fabricantes que han desarrollado este tipo de redes, que se diferencian en aspectos como:

La posibilidad de disponer de uno o ms nodos principales(master) en la red.

La comunicacin de datos de sensores y actuadores todo/nada(on/off) o analgicos.

La capacidad de diagnosis y/o parametrizacin de los sensores y actuadores.

Es frecuente, adems, que los fabricantes traten de normalizar el intercambio de informacin con los dispositivos de uso ms frecuente (perfiles de comunicacin).

Redes de sensores-actuadores (II):

29



Las redes de sensores-actuadores de capacidad funcional limitada han sido diseadas para integrar principalmente dispositivos todo-nada (fin de carrera, fotoclula, rel, ).

Se caracterizan por tener, en general, un nico nodo principal.

Como ejemplo de este tipo de redes se puede citar la red AS-i(Actuator Sensor Interface)

Redes de sensores-actuadores de capacidad limitada:

30



Las redes de sensores-actuadores de elevada capacidad funcional disponen de una capa de enlace adecuada para el envo eficiente de bloques de datos de mayor tamao que en el caso anterior.

Estos mensajes ms complejos permiten que, mediante ellas, se puedan configurar, calibrar e incluso programardispositivos de campo (Field Devices) ms inteligentesque los todo/nada (codificadores absolutos, sensores de temperatura, presin o caudal, variadores de velocidad, servovlvulas, etc.).

Redes de sensores-actuadores de elevada capacidad (I):

31



Redes de sensores-actuadores de elevada capacidad (II):

32


Familias de redes industriales.Familias de redes industriales.

CNC

PC/VME

VME/PC

PLC DCS

Area

Controller

Ethernet/TCP/IP TCP/IP/Ethernet

PROFIBUS-FMS

PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA

Factory

level

Bus Cycle

Time

< 1000 ms

Cell

Level

Bus Cycle

Time

< 100 ms

Field

Level

Bus Cycle-

Time

< 10 ms

CNCCNC

PC/VMEPC/VME

VME/PCVME/PC

PLCPLC DCSDCS

Area

Controller

Area

Controller

Ethernet/TCP/IP TCP/IP/Ethernet

PROFIBUS-FMS

PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA

Factory

level

Bus Cycle

Time

< 1000 ms

Cell

Level

Bus Cycle

Time

< 100 ms

Field

Level

Bus Cycle-

Time

< 10 ms

Una familia de redes industriales es un conjunto de redes de datos y de control que comparten alguna/s de la/s capa/s del modelo OSI.

Su objetivo es utilizar una base comn y, a partir de ella, implementar un conjunto de funcionalidades que satisfagan los requisitos propios de cada nivel CIM.

Familia de redes PROFIBUS Familia de redes NETLINX (CIP)

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Red ASRed AS--i de i de sensoressensores--actuadoresactuadores. .

Contenidos de la presentacinContenidos de la presentacin

1. Introduccin2. Caractersticas generales3. Capa fsica de la red AS-i4. Capa de enlace de la red AS-i5. Capa de aplicacin de la red AS-i6. Componentes funcionales de una red AS-i7. Implantacin de una red AS-i8. Ejemplo de aplicacin

34


IntroduccinIntroduccin

1. Introduccin

2. Caractersticas generales

3. Capa Fsica de AS-i

4. Capa de Enlace de AS-i

5. Capa de Aplicacin AS-i

6. Componentes funcionales

7. Implant. de una red AS-i

8. Ejemplo de aplicacin

Red o bus de campo AS-i:

AS-i: Actuator-Sensor Interface (EN 50295). Su diseo fue realizado originariamente por 11 fabricantes de sensores, actuadores y sistemas de control.

Permite la interconexin, mediante un nico canal de comunicacin, de un sistema de control (Autmata Programable, Control Numrico, Computador Industrial, Robot, etc.) y un mximo* de 31 nodos que constituyen procesadores de comunicaciones, a cada uno de los cuales se pueden conectar, como mximo*, 4 sensores y 4 actuadores todo/nada.

* En su versin inicial (1.0). En la versin 2.1: 62 nodos y 4E/3S

35



Diagrama de bloques de una red AS-i:Estacin

principal

(master)

Nodo

subordinado

(slave)

1. Introduccin








36



Ejemplos tpicos de aplicacin industrial de AS-i:

Manutencin

industrial

Ensamblaje

de piezas

Dosificacin

y embalajeTransporte

de producto

1. Introduccin








37


Caractersticas generalesCaractersticas generales

Requisitos industriales de la red AS-i:

Mximo nivel de descentralizacin: el objetivo es reducir al mnimo el cableado existente entre el nodo subordinado y el sensor, llegando a fusionarlos en un nico componente.

Mxima flexibilidad en la topologa: debe permitir cualquier tipo de configuracin topolgica para simplificar al mximo su tendido en mquinas, facilitar la reconfiguracin del sistema, etc.

Simplicidad en la instalacin y puesta en marcha: debe disponer de un sistema de conexionado rpido y fiable, tcnicas de configuracin sencilla de la red, etc.

Normalizacin elctrica y mecnica: de este modo se garantizaal mximo la modularidad e intercambiabilidad de los componentes.

En todo caso, uno de los objetivos es que sea una red de bajocoste, pero sin perder por ello caractersticas industriales.

1. Introduccin








38


Capa Capa FsicaFsica de la red ASde la red AS--ii

1. Introduccin








Cable de conexin AS-i:

Aunque puede utilizarse cable redondo convencional de dos hilos sin trenzar ni apantallar, la norma AS-i define y recomienda el empleo de un cable plano de color amarillo con gua de posicionamiento (DIN VDE 0295, clase 6) y un perfil especial queimpide la inversin de polaridad en la conexin.

- Perfil asimtrico - Autocicatrizante- Flexible- Proteccin IP65

39


Capa Fsica de la red ASCapa Fsica de la red AS--ii

1. Introduccin








Cable de conexin AS-i (cont.):

Por este cable circulan tanto las seales que soportan el intercambio de informacin como la corriente continua de 30Vdc que se puede utilizar para alimentar a dispositivos de campo de bajo consumo presentes en el sistema (hasta 8A).

Se han desarrollado variantes del cable plano que permiten aprovechar esta tecnologa de conexionado para otros fines:

Negro alimentacin a 24 Vdc

Rojo alimentacin a 230 Vac

Amarillo datos y alimentacin a 30 Vdc

40



1. Introduccin








Mtodo de conexin AS-i:

El mtodo definido por la norma consiste en la perforacin del aislamiento del cable plano AS-i por medio de unas cuchillasque penetran en la cubierta de goma y establecen contacto con los dos hilos (mtodo Vampiro ).

41



1. Introduccin








Proceso de modulacin de la seal AS-i (cont.):

Proceso

de la

Modulacin

APM

Cdigo NRZ

Cdigo autosincronizado

valor medio constante

Impulsos de corriente

(procesador de

comunicacin)

Modulacin por Impulsos

de tensin (circuito de

desacoplo, cable AS-i)

Detec. flancos negativos

Detec. flancos positivos

Cdigo Manchester

Cdigo NRZ

42



1. Introduccin








Proceso de modulacin de la seal AS-i (cont.):

Esta tcnica de modulacin, junto con:

las caractersticas elctricas del cable de comunicacin

las topologas de red soportadas

la distancia mxima de transmisin

hacen que la duracin de cada bit pueda ser, a lo sumo, (con los requisitos exigidos) de 6 microsegundos.

Por todo ello, la velocidad de transmisin de informacin en la red de campo AS-i se ha normalizado en 167 Kbits/segundo.

pausa 0 0 1 0 pausa

6 s

43


Capa de Capa de EnlaceEnlace de la red ASde la red AS--ii

1. Introduccin








Control de acceso al medio:

La red AS-i sigue el esquema de comunicacin principal/subordinado (master/slave).

En cada red AS-i existe un nico procesador principal (AS-i master) que se comunica con los procesadores o nodos subordinados (AS-i slaves) presentes en la red.

El procesador principal consulta, de forma cclica y por turno(cyclical polling), a todos los nodos subordinados. En cada ciclo, el procesador recibe informacin sobre el estado de los sensores y actualiza la informacin de los actuadoresconectados a cada nodo subordinado.

Para ello se produce un intercambio de mensajes, entre el procesador principal y los subordinados.

44



1. Introduccin








Control de acceso al medio. Consulta cclica:

Ciclo de consultas/respuestas a/de los subordinados de la red AS-i

Procesador principal (master) de la red AS-i

...1 2 3 4 5 n

nodos subordinados (slaves) de la red AS-i

Consulta del principal Pausa Respuesta del subordinado Pausa ...

Estructura general de un intercambio de mensajes en AS-i

45



1. Introduccin








Control lgico:

La subcapa de control lgico establece:

La forma de identificar funcionalmente y direccionar los procesadores de comunicacin subordinados

La forma de parametrizar los procesadores subordinados.

Los modos de funcionamiento (mquina de estados) del propio procesador de comunicaciones principal.

La estructura de los mensajes utilizados para llevar a cabo las funciones que controlan el intercambio de informacin.

El formato de las rdenes de protocolo de enlace de la red de comunicaciones AS-i.

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1. Introduccin








Identificacin funcional de los subordinados:

Todos los mdulos subordinados al bus AS-i se definen mediante dos combinaciones binarias de 4 bits que constituyen un perfil AS-i(AS-i profile). Dichas combinaciones se denominan.

Cdigo de entrada/salida (I/O Code ): especifica el tipo de dispositivos de campo conectables a cada uno de sus terminales de conexin (E, S, E/Sy E/S/NU ).

Cdigo de identificacin (ID Code ): define su funcionalidad, es decir, el tipo de dispositivo de campo para el que ha sido diseado. Algunos cdigos ya estn normalizados por la asociacin AS-i (arrancador de motor, electrovlvula con sensor de posicin, libre, etc.).

El fabricante de un determinado mdulo AS-i subordinado debe introducir (dentro de su procesador de comunicaciones) el perfil AS-icorrespondiente al tipo de mdulo.

47



1. Introduccin








Identificacin funcional de los subordinados (cont.):

Cdigos de E/S

establecidos por

la asociacin

AS-i

48



1. Introduccin








Equipo preparado para funcionarED3

Aviso proteccin magnetotrmicaED2

Activar/desactivar MotorSD0

Realimentacin estado actuacinED1

SignificadoTipoBit de datos

IO/Code: D (3E/1S)

ID Code: 1

Perfil AS-i S-D.1 establecido por la asociacin para un

dispositivo arrancador de motor (directo, no inversor)

Identificacin funcional de los subordinados (cont.):

49



1. Introduccin








Programador de

direcciones AS-i

Mdulo AS-i

(dir. de fbrica)

0 1-31*

Mdulo AS-i

(dir. modificada)

Identificacin de direccin de los subordinados:

Adems de su perfil AS-i, cada mdulo subordinado tiene asociada una combinacin binaria de 5 bits, que establece su direccin AS-i(Address) dentro de la red.

El fabricante suministra los mdulos con la direccin por defecto (0) y el usuario la cambia por la correspondiente a la direccin que dicho mdulo deba tener en la aplicacin concreta (entre 1 y 31*).

* En su versin inicial (1.0). Hasta 62 en la versin 2.1

50



1. Introduccin








Parametrizacin de los subordinados:

En la norma AS-i est previsto que se puedan establecer diferentesmodos de operacin de los dispositivos de campo conectados a la red. Para ello, el procesador de comunicaciones principal puede enviar una combinacin binaria de 4 bits a cada subordinado, que se denomina:

Parmetro (Parameter ): variable que sirve para modificar las caractersticas de funcionamiento de un sensor o actuador.

Ejemplo: Sensor AS-i de distancia basado en ultrasonidos. Variacin del rango de medida en funcin del parmetro AS-i.

Dmax = f (Parmetro AS-i)Dmin

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1. Introduccin








Funcionamiento del procesador Principal:El procesador de comunicaciones principal (master) lleva a cabo las siguientes funciones bsicas: Inicializacin de la red

Deteccin e identificacin de los mdulos subordinados conectados a la misma.

Transmisin de los parmetros de configuracin y activacin de los subordinados.

Intercambio cclico de los datos de Entrada/Salida.

Diagnstico o gestin de la red (estado de los procesadores subordinados, fallo de alimentacin, ...)

Transmisin de los fallos detectados al sistema de control.

Asignacin de nuevas direcciones a los subordinados en caso de cambio de configuracin (por ejemplo, sustitucin de un mdulo AS-i).

52



1. Introduccin








Procesador Principal. Diagrama de bloques:Para poder realizar estas acciones, el procesador de comunicaciones principal (AS-i master) es bsicamente un procesador digitalconectado con el sistema de control a travs de una memoria de acceso aleatorio doble (Dual-Port RAM), con la red AS-i a travs de un interfaz de comunicaciones y, opcionalmente, con el usuario (configuracin).

53



1. Introduccin








Procesador Principal. Modos de funcionamiento:

1 2 3

CM

SET

1 2 3

CM

SET

Proyecto

de red:

1 2 3

SI

NO

Modo de

Configuracin

Modo

Protegido

Procesador

principal AS-i

-> E2PROM

54



1. Introduccin








Procesador Principal. Modos de funcionamiento (cont.):

Cuando el procesador principal se encuentra en modo protegido, posee adems la capacidad de realizar direccionamiento automtico(automatic addressing) de mdulos subordinados.

Esta capacidad consiste en asignarle direccin, de forma transparente para el usuario, a un nico mdulo subordinado nuevo en la red (con la direccin 0) que sustituya a otro defectuoso con el que comparte idntica configuracin (I/O Code - ID Code).

1 2 3

CM

SET

Proyecto

de red:

1 2 3 03

Modo

Protegido

(F-7)(F-7)

55



1. Introduccin








Procesador Principal. Etapas de funcionamiento:

ETAPA DE FUNCIONAMIENTO CCLICO NORMAL

Fase de

inclusin de

subordinados

Fase de

gestin de la red

Fase de

intercambio de

datos

Fase de

deteccin de

subordinados

Fase de

activacin de

subordinados

ETAPA DE COMIENZO DE OPERACIN

ETAPA DEINICIALIZACIN

56



1. Introduccin








Formato de los mensajes AS-i:El proceso de comunicacin se lleva a cabo mediante el intercambio de informacin entre el procesador de comunicaciones principal y cada uno de los subordinados a travs de mensajes con la siguiente estructura:

La unidad de tiempo para el envo de un bit de informacin es de 6 s. Por lo tanto, el tiempo dedicado por lo general a una transaccin de informacin con un mdulo subordinado del sistema es de:

(14 + 4 + 7 + 1) * 6 s = 26 * 6 s = 156 s

Consulta del principal Pausa Respuesta del subordinado Pausa ...

14 3 a 10 7 1 a 2 Tiempo(intervalo en bits)

57



1. Introduccin








rdenes del protocolo de enlace de AS-i: El procesador de comunicaciones principal de la red AS-i

puede enviar a los subordinados 9 tipos de rdenes distintas:

1. Intercambio de datos (Data Exchange )2. Escritura de parmetros (Write Parameter )

3. Asignacin de direccin (Assign Address )4. Supresin de direccin (Delete Address )

5. Inicializacin (Reset )6. Lectura de la configuracin de E/S (Read I/O Configuration )7. Lectura del cdigo de identificacin (Read ID Code )8. Lectura de estado (Read Status )9. Lectura y puesta a cero del estado (Read and Reset Status )

58


Capa de Capa de AplicacinAplicacin de la red ASde la red AS--ii

1. Introduccin








Capa de Aplicacin de AS-i:

Est constituida por un conjunto de tablas de informacincompartidas (a travs de, por ejemplo, una memoria de acceso aleatorio doble - Dual Port RAM) entre el sistema de control y el procesador de comunicaciones principal.

De acuerdo con la norma AS-i, se establecen 4 tipos diferentes de tablas:

1. Tablas de datos de usuario (User Data )2. Tablas de datos de configuracin (Configuration Data )3. Tablas de datos de conf. permanente (Permanent Config. Data )4. Tabla de indicadores de estado AS-i (AS-i flags )

59


Comp. Funcionales de la red ASComp. Funcionales de la red AS--ii

1. Introduccin








Componentes Funcionales de una red AS-i: De forma general, entre los elementos ms significativos que se

puede encontrar en una red AS-i destacan:

1. Fuente de alimentacin AS-i

2. Mdulos de conexin o acoplamiento

3. Mdulos electrnicos de usuario (o mdulos de E/S)

4. Sensores/actuadores con circuito integrado AS-i

5. Aparatos de diagnstico y direccionamiento AS-i

6. Repetidores AS-i

7. Mdulos principales AS-i

8. Mdulos pasarela AS-i

60



1. Introduccin








Fuente de alimentacin AS-i: La transmisin conjunta de datos y energa hace necesario que lafuente de alimentacin disponga de un circuito de desacoplo que disponga de una elevada impedancia en la banda de frecuencia utilizada para transmitir la informacin.

Diagrama de bloques

de una fuente de

alimentacin AS-i

Fuentes AS-i

comerciales con

grados de proteccin

desde IP20 hasta IP67

61



1. Introduccin








Mdulos de conexin o acoplamiento: Son las bases a las que se conectan los mdulos electrnicos de usuario. Su misin es el establecimiento de conexin entre estosltimos con el cable AS-i amarillo y, opcionalmente, con la alimentacin auxiliar.

Mdulos de

conexin para

cable plano AS-i

o cable redondo

convencional

62



1. Introduccin








Mdulos electrnicos de usuario (o mdulos de E/S): Contienen los circuitos electrnicos de un procesador de comunicaciones subordinado necesarios para poder conectar sensores y actuadores tradicionales a la red.

Diferentes mdulos de usuario de una red AS-i en formatos desde IP20 hasta IP67

63

4 EA (PT-100)

IP65

2 EA/SA (0..10V/4..20mA)

IP202 EA (0..20mA)

IP67



1. Introduccin








Mdulos de E/S analgicos: La nueva especificacin 2.1 de AS-i facilita la manipulacin de variables analgicas (con hasta 16 bits de resolucin). Es posible el intercambio de hasta 124 datos analgicos.

Deteccin de mdulos analgicos e intercambio de datosrealizado de forma automtica por el procesador de comunicaciones principal.

64



1. Introduccin








Sensores/actuadores con circuito integrado AS-i: Se comercializan tambin sensores y actuadores inteligentes que, adems de realizar su funcin esencial, incorporan en su interior el procesador de comunicaciones subordinado AS-i:

Diferentes tipos de sensores y actuadores inteligentes conectables a AS-i.

65



1. Introduccin








Aparatos de diagnstico y direccionamiento AS-i: Equipos especializados en el direccionamiento, puesta en marcha y diagnstico de una red AS-i.

Diferentes sistemas de direccionamiento y diagnstico de una red AS-i.

66



1. Introduccin








Repetidores AS-i: Los repetidores reproducen y amplifican las seales AS-i que circulan, de forma bidireccional, por los segmentos AS-i que interconectan.

Aplicacin de repetidores en una red AS-i.

Repetidor

Fuente AS-i

21 3 4 5 6

L1

N

ASI+

ASI

-

SIEMENSPOWER SUPPL Y

ASI +

ASI -

Schi rm

Sc hi rm

Repetidor

21 3 4 5 6

L1

N

ASI+

ASI

-

SIEMENSPOWER SUPPLY

ASI +

ASI -

Schi rm

Sc hi rm

Mx. 100mpor segmento

AS-i

Mdulo E/S

Procesador

principal

67



1. Introduccin








Mdulos principales y pasarelas AS-i:

Cada fabricante comercializa versiones especficas del Procesador de Comunicaciones principal (AS-i master) para sus equipos de control (Autmatas Programables, Sistemas de Control Numrico, Robots, Computadores Industriales, etc.).

Las pasarelas o gateways son mdulos principales que incorporan los circuitos electrnicos adecuados para convertir la red AS-i en un simple nudo de comunicaciones que realiza el intercambio de informacin entre la red AS-i y otra red de control o datos jerrquicamente superior. Son ejemplos tpicos de este tipo de soluciones las pasarelas AS-i/PROFIBUS, AS-i/Interbus, AS-i/Ethernet, etc.

Diversos procesadores principales y pasarelas AS-i.

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Implantacin de una red ASImplantacin de una red AS--ii

1. Introduccin








Consideraciones generales:

El sistema objeto de automatizacin debe disponer, preferentemente, de sensores y actuadores de tipo binario (todo/nada).

Est especialmente indicada para sistemas en los que la dispersin de los elementos de campo es elevada (es decir, se encuentran distribuidos a lo largo de un espacio relativamente amplio) y su densidad pequea (es decir, se encuentran concentrados en grupos de pequeo volumen de E/S).

Un dato significativo que puede condicionar asimismo la aplicacin de la red AS-i es su velocidad de respuesta. Si en el sistema existen seales que deben ser muestreadas a elevada cadencia (por ejemplo, mayor de 5 10 ms. para seales binarias) puede no ser adecuada.

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Implantacin de una red ASImplantacin de una red AS--ii

1. Introduccin








Consideraciones en el diseo de una red AS-i:

Determinacin del nmero de E/S existentes en la instalacin.

Estudio de las dimensiones y morfologa de la instalacin.

Estudio y seleccin del tipo de mdulos de usuario y/o dispositivos de campo con circuito AS-i integrado que se deseautilizar en la instalacin.

Estudio y seleccin de las fuentes de alimentacin auxiliar.

Definicin, disposicin y conexin de las redes electrotcnicas de seguridad asociadas al sistema.

Estudio de las distancias existentes entre la posicin definida para los nodos subordinados y cada uno de los sensores-actuadores.

Estudio de la normativa interna de automatizacin de la empresa.

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