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•Desde 1940 a 1965 la instrumentación de procesos estaba basada en el estándar de señalización neumática 3-15 psi.• De 1960 a 1990: estándar análogico de corriente 4-20 mA.• De 1980 a la fecha: comunicaciones digitales y analogica

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BUSES de CAMPO

• Historia cronológica• Fines de los ’70 Modbus de Modicon• 1982- Se inicia Grupo de trabajo FIP• 1983-P-Net (Dinamarca)• 1984-CAN• 1985- Grupo Profibus• 1985- Inicio trabajos de Normalización

Internacional:ISA SP50,IEC TC65/SC65C• 1994-Fielbus Foundation

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Consorcios y organizacionesProblemas en normalización ===> especificaciones

de distintos proyectos:• Fielbus Foundation• ISP : Interoperable System Project• PTO: Profibus Trade Organisation• ODVA: Open Device Net Vendor Association• World FIP.......Etc.

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Niveles de red

Redde planta

Automatización gerencial• Mainframes • Gerenciamiento

Red LANSistemas de supervisión y control• DCSs, PLCs, PCs• SCADA, Sistemas de supervisión

Red FieldbusInstrumentación y Control• Transmisores, Controladores• Válvulas, Actuadores

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PROTOCOLOS DE COMUNICACION

AS-INTERFACE

Resumen:

El protocolo AS-I fue creado en Alemania en 1,994 por unconsorcio de suministradores de automatizaciónindustrial. Originalmente desarrollado para ser unmétodo de bajo costo de direccionamiento de sensoresdiscretos en aplicaciones de automatización de fabricas,AS-I ha ganado gran aceptación en industrias de procesogracias a su potente capacidad, simplicidad en lainstalación y operación y por su bajo costo agregado alos dispositivos.Cada segmento de AS-I puede conectar hasta 31dispositivos (124 entradas y 124 salidas) con la versión2.0 y 64 dispositivos (248 entradas y 186 salidas) con laversión 2.1Tanto la señal como la alimentación son transportadas endos hilos, hasta 8 amperios a 30VDC están disponiblespara dispositivos de campo tales como válvulassolenoide.

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Red AS-I Puntos destacados

Promotor de la tecnología: Consorcio AS-I

Año de introducción: 1993

Apertura: Múltiples vendedores, mas de 800 productos, 150 vendedores

Tipo de red: Sensor Bus

Medio Físico: Cable de 2 hilos(plano o redondo)

Topología de red: Bus, anillo, árbol, estrella

Distancia Máxima:

-Máxima distancia: 300 metros-Máxima dstancia con repetidores: 900 metros(max. 2 repetidores puede ser usado)

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Ventajas:

-Tecnología fácil de entender-Muy bajo costo agregado por dispositivo-Bajo costo de instalación-Red de alta velocidad para el nivel de dispositivos de tiposensor-Capacidad para integrar dispositivos convencionales hacia lared AS-I-Fácil direccionamiento para los dispositivos: Capacidad deauto-direccionamiento sobre la mayoría de los masters-Fácilmente expandible con rediseño de la red-No requiere terminadores de red o requerimientos especiales deapantallamiento siendo aun asi menos susceptible ainterferencia por RFI que otras redes.

Métodos de Comunicación

-Maestro-esclavo con encuesta cíclica-Manchester Bit Codificado implementado vía modulación de pulso alternado

Propiedades de la transmisión-Latente 5 ms max. sobre un segmento totalmente cargado

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Desventajas:

-No disponible para aplicaciones de seguridad intrínseca-Cableado limitado a 100 metros-v2.0 soporta solo dispositivos discretos(v2.1 tiene limitado soporteanálogo)-No hay control en el campo-Limitada calidad de datos y estado de mensajes-Limitado soporte análogo-Requiere una especifica fuente de alimentación AS-I para unaislamiento de la comunicación del bus-Limitada capacidad de redundancia

Amplia variedad de masters/gateways disponibles para PLC’s,DCS’s, PC’s-Alimentación y comunicaion del bus sobre el mismo par dehilos-Amplia variedad de topología disponibles incluyendo punto apunto, línea, árbol y anillo

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Cuando usar AS-I ?

Hablando de forma muy general recomendamos usar AS-Icuando:-La poblacion de los dispositivos son todos discretos-Plantas no son intrínsecamente seguras-Limitaciones en la longitud del cableado no son un problema-Usuarios desean lo ultimo en simplicidad-Dispositivos discretos existentes necesiten ser incorporadoshacia un medio basado en bus-Dispositivos convencionales discretos necesitan sr incorporadoshacia una red de tipo bus-Gran numero de dispositivos discretos necesitan serincorporados de forma rentable hacia una red existente de nivel de control vía un dispositivo gateway.

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MODBUS

Resumen:

El protocolo Modbus fue originalmente desarrollado porMODICON en 1978 para intercambiar información entreproductos a nivel de piso de planta. Este protocolo llego a serde facto un estándar para intercambio de datos e informaciónde comunicación entre sistemas PLC’s.

Dispositivos Modbus se comunican sobre una red serial en untipo de relación Master esclavo usando uno de dos modos detransmisión: ASCII(Estándar americano para intercambio deinformación) o RTU(Unidad de terminal remota)En el modo ASCII, dos bytes de 8 bits de información sonenviados como dos caracteres ASCII. La primera ventaja delmodo ASCII es la flexibilidad de la secuencia del tiempo. Unintervalo entre caracteres superior a un segundo puede ocurrirsin causar errores en la comunicación.

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En el modo RTU los datos son enviados como dos caractereshexadecimales de 4 bits proporcionando una alta relacion de bitsde entrada y salida comparado al modo ASCII para la mismarazón de baudiosMejoras a Modbus incluyen los protocolos Modbus Plus yModbus TCP, ambos permiten que la información Modbus seaencapsulada en una estructura de red para soportarcomunicaciones punto a punto.Modbus Plus se comunica via un simple par de hilos trenzados yusa una secuencia de paso de testigo para secuencias decomunicación por punto . Modbus TCP es un estándar abiertodiseñado para facilitar la transferencia de mensajes Modbususando el protocolo TCP/IP y estándares redes Ethermet

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Red Modbus Puntos destacados:

Tipo de red:

-ASCII/RTU Bus de dispositivos-ModbusPlus Bus de control

Medio Físico: Par trenzado apantallado en un cable apantallado

Topologia de red: Bus, árbol, estrella con ramificaciones

Cantidad Max. de dispositivos

ASCII /RTU Comunicaciones uno a unoModbusPlus 32 (hasta 64 con repetidor)

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Distancia Maxima

Modbus ASCII 350mModbusPlus 1500m (6000 metros con repetidores) hasta 3repetidores pueden usarse(mínimo 1 m entre dispositivos)Metodos de ComunicaciónASCII/RTU Maestro –esclavo ciclo de pregunta-respuesta LRC- Chequeo de error para ASCII CRC- chequeo de error para RTUModbusPlus Punto a punto(Anillo lógico de paso de testigo)

Uso Primario

ASCII/RTU Comunicaciones seriales para PLC, variadores defrecuencia, sistemas de control etc..ModbusPlus Uniendo Modbus y/o dispositivos RS232/RS485 enuna red punto a puntoAlimentación: 12VDC, no usada para los dispositivosAlimentación y Comunicaciones solamente sobre bus 12VDC,max. 300mA(100mA tipico)

Alimentación de dispositivos Los dispositivos deben seralimentados separadamente del bus de comunicaciones

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Ventajas:

-Protocolo bien entendido y documentado-Protocolo ampliamente soportado por muchos PLC,DCS ysistemas de procesos-Protocolo es ya usado en muchas fabricas

Desventajas:

-Limitado uso como bus de dispositivos-Limitadas capacidades de diagnostico para las aplicaciones dedispositivos-Alimentación separada requerida para la operación de losdispositivos

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Cuando usar Modbus?

Hablando en términos generales se recomienda usar Modbuscuando:

-La población de los dispositivos son ante todo discretos-Usuarios finales ya tienen un sistema de control existente quesoporta Modbus-Usuarios finales tienen un sistema de control tradicional que nosoporta otros protocolos de comunicación-Plantas no son intrínsecamente seguras

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DEVICENET

Resumen:

DeviceNet es un protocolo basado en la capa 7 del protocoloCAN originalmente desarrollado por Allen Bradley. Laoperación del DeviceNet es basado en un modelo decomunicación orientado a objetos, DeviceNet es mantenida porla ODVA(Open DeviceNet Vendor Association)

DeviceNet es diseñada para conectar dispositivos simples demúltiples suministradores los cuales cumplen con los estándaresde la red DeviceNet.Cada segmento DeviceNet puede conectar hasta 64 dispositivos.Este es un sistema de 4 hilos entregando 8 Amperios a 24VDC,suficiente para dispositivos de campo tales como válvulassolenoides. Los cuatro hilos transportan señal y alimentacióntípicamente sobre un simple cable. Múltiples fuentes dealimentación pueden ser usados para redundancia yrequerimientos de potencia adicional.

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DeviceNet usa una línea troncal(bus) con cables sueltos conectandodispositivos, la línea troncal requiere un terminador de 121 ohmios al finaldel bus.

DeviceNet soporta los modelos de comunicación de red Maestro-esclavo,Punto a punto y multi master, los datos puedes ser transferidos sobre unciclo o cambio de base de estado usando el paradigma Productor-Consumidor que conserva el ancho de banda de la red. DeviceNet es muycomúnmente usado para comunicaciones entre los sistemas de supervisióncon CCM’s y variadores de frecuencia

Red DeviceNet Puntos Destacados:

Tipo de red: Device Bus(Bus de dispositivos)

Medio Físico: Dos pares trenzados apantallados contenidos enun cable grueso, delgado o plano apantallado.

Topología de red: Bus con drops(ramales)

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Cantidad máxima de dispositivos: 62 dispositivos por segmento

Distancia Máxima: (Usando cable grueso)

-Máxima distancia con repetidores: 6,000 m125kbps - 500m250kbps - 250m500kbps - 100mUsando cable delgado se puede conseguir distancias de 100 m apesar de la razón de transferencia de datos

Uso Primario:

Centros de control de motores, variadores de frecuencia,aplicaciones remotas I/O

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Ventajas:

-Excelente soporte para CCM’s, variadores de frecuencia y convencional I/O-Costo moderado por dispositivos-Bajo costo de instalación-Módulos I/O permitidos para integración convencional discreta y análoga-Velocidades de transmisión relativamente rápidas-Alimentación y señal sobre el mismo cable-Hasta 64 nodos direccionables-Amplia variedad de topología disponibles incluyendo troncal, lineal, derivaciones-Doble detección de direccionamiento de nodos-Soporta algunos diagnósticos de dispositivos

Desventajas:

-Esclavos solo pueden ser controlados por un master-No soporta instalaciones intrínsecamente seguras

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PROFIBUS

Resumen:

El protocolo Profibus fue creado en 1989 en Alemania por un consorcio desuministradores de automatización de fabricas, originalmentedesarrollado para aplicaciones de manufactura discreta esto se haexpandido hacia automatización de procesos y aplicaciones empresariales.Profibus engloba diferentes especificaciones de un protocolo de busindustrial incluyendo Profibus DP, Profibus PA, Profibus FMS y Profinet.Profibus DP es un bus de nivel de dispositivos soporta señales discretas yanálogas. Profibus ha extendido el uso para items como I/O remotos,centro de control de motores y variadores de frecuencia.Profibus DP comunica a velocidades desde 9.6kbps hasta 12Mbps sobredistancias de 100 a 1,200 metros. Profibus nativamente no soportainstalaciones intrínsecamente seguras.

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Profibus PA es un bus generalmente usado parainstrumentación a nivel de proceso. Profibus PA comunica a31.25kbps y tiene una distancia máxima de 1.900 metros porsegmento. Profibus PA es diseñado para soportar aplicacionesintrínsecamente seguras.Profibus FMS es un bus de control generalmente usado paracomunicaciones entre sistemas DCS y PLC mientras quePROFInet es un protocolo que esta siendo desarrollado parapermitir las comunicaciones de Profibus a través de redesethernet.

Red Profibus Puntos destacados:

Tipos de red:

DP Bus de dispositivosPA Red de control de procesosFMS Red de control a nivel de célula

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Medio Físico: Par trenzado, fibra

Topología de Red: Bus, estrella, anillo

Máxima cantidad de dispositivos

DP Max. 126 estaciones sobre un bus (máximo de 244 bytesde entrada y salida de datos posibles por cada esclavo)PA 32 nodos por segmento, 4-6 por segmento repetidodependiendo de los requerimientos de potencia de losdispositivos y del tipo de barrera I.S. usada.

Distancia Máxima:

DP 93.75 Kbps y menos – 1200 metros 500Kbps – 400 metros

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Métodos de Comunicación:

DP Punto a punto, multicast o cíclico maestro-esclavo(usasecuencia de paso de testigo)PA Cliente/servidor, Publicista/suscriptor, eventoscomunicaciones pueden ser de tipo programado o no.

Uso Primario

DP Usado para señales discretas y análogas para PLC,variadores de frecuencia, comunicaciones remotas a través deI/OPA Dispositivos análogos y discretos para control de procesos

1.5Mbps – 200 metros 12Mbps – 100 metros

PA 1,900 metrosMax. distancia con repetidores 9,500 metros(máximo 4repetidores pueden ser usados)

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Ventajas:

-Ampliamente aceptado con 1,100 compañías miembros alrededor delmundo-Soporte de red a nivel de dispositivo, control de procesos y ethernet-Interfaces están disponibles para variadores de frecuencia yaplicaciones de centros de control de motores(Profibus DP)-Instrumentación de procesos disponible con dispositivos Profibus PA-Aplicaciones de tipo empresarial con PROFInet-Instalaciones intrínsecamente seguras disponibles para intrumentosProfibus PA-Gateways permiten integración directa para Profibus PA hacia redesProfibus DP-Gateways disponibles para soportar redes de sensores tipo AS-I-Interfaces Host disponibles para la mayoria de sistemas PLC, DCS yPC’s-Mas de 2,000 productos disponibles.

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Deventajas:

-Profibus DP no soporta instalaciones intrínsecamente seguras-No tiene capacidades de control en el campoComentario:Profibus es el único protocolo de bus que ofrece diferentes soluciones paraautomatización de procesos(PA), automatización de fabrica(DP) yempresarial(PROFInet)Profibus es bien aceptado en muchos tipos de industrias especialmente enEuropa, pero no ha sido muy popular en Norte America

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FIELDBUS FOUNDATION

Resumen:

El protocolo Fieldbus Foundation fue creado en 1,994 por un grupo desuministradores de automatización de procesos, a diferencia de otros protocolos,FF fue desarrollado específicamente para las industrias de proceso, por tanto escapaz de manejar todas las complejidades de la administración de procesosincluyendo variables de proceso, control de procesos deterministicos en tiemporeal y diagnosticos.Caracteristicas de Foundation Fieldbus son seguridad intrínseca, longitud decableado amplio, y entrega de blocks de datos sobre un sistema de dos hilos. Enaplicaciones intrínsecamente seguras solamente 83mA de corriente estadisponible para cada segmento, es importante también que los dispositivos decampo consuman poca corriente.

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Foundation Fieldbus es el ideal reemplazo digital del tradicionalestándar análogo de 4-20mA aunque este fue hechoespecíficamente para instrumentos análogos tales como válvulasde control y transmisores, es a menudo apropiado también paraválvulas on/off.

Red Foundation Fieldbus Puntos destacados:

Tipo de red: Red de control de procesos

Medio Físico: Par trenzado, fibra

Topología de red: Estrella, bus

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Distancia Máxima:

-Máxima distancia 1,900 metros-Máxima distancia con repetidores 9,500 metros(máximo 4 repetidores pueden serusados)

Máximo numero de dispositivos:

32 nodos por segmento(16 nodos por segmento sobre el mismosistema host

Máximo numero de dispositivos usando seguridad intrínseca

4-6 por segmento repetido dependiendo de los requerimientos depotencia de los dispositivos y el tipo de barrera de seguridadintrínseca usada.

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Ventajas:

-Excelente soporte para señales análogas I/O-Incorpora dispositivos discretos hacia los mismos segmentos-Proporciona capacidades de control en el campo-Proporciona opciones de redundancia para la alimentación y comunicación de losdispositivos

Metodos de comunicación:

-Cliente/servidor, Publicista/suscriptor, eventos-Comunicaciones programadas y no programadas

Uso Primario:

Usado para dispositivos de control de procesos análogos ydiscretos

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-Disponible para instalaciones intrínsecamente seguras-Ampliamente soportado por fabricantes de control de procesos-Completa comunicación digital para los transmisores microprocesados-Elimina imprecisiones de conversiones A/D y D/A de representativas señales análogascomo 4-20mA-Elimina la calibración de señales representativas necesarias para mejorar la precision-Elimina ajustes en los limites de los rangos altos y bajos a nivel de dispositivos-Dispositivos contienen informaciones de diagnósticos y capacidades de alarma-Certificación de interoperabilidad asegura que varios dispositivos de campo trabajencon una variedad de sistemas host sin importar el fabricante.

Desventajas:

-Limitado requerimiento de potencia en aplicacionesintrínsecamente seguras extendido para instalaciones de tipoFISCO.-Entrenamiento para puesta en marcha, resolución deproblemas y calibración podría ser requerido.-Requiere apropiado aterramiento y aislamiento de potenciapara evitar errores de comunicación en la red.

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Comentarios:

-FF esta hecho para control de procesos(FF fue hecho por los mas grandesfabricantes lideres de equipos de control de procesos del mundo)-FF esta probado a nivel mundial siendo implementado exitosamente enaproximadamente 25 paises.-FF es intrínsecamente seguro

PLANT HIGHWAY (HSE)

BRIDGE

FIELDBUS H1


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OperaciónOperación MantenimientoMantenimiento AdministraciónAdministraciónIngenieríaIngeniería

Hub/Switch

Linking Devices

PLCLinking Devices

Bridge

4-20mA+HART4-20mA+HART

FIELDBUS HSEFIELDBUS HSE

FIELDBUS H1FIELDBUS H1 FIELDBUS H1FIELDBUS H1

E/S DISCRETAS

E/SE/SMODBUSMODBUS

Integración de la información

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COMENTARIO

• Los Sistemas de Comunicación proporcionan el esqueleto sobre el se articulan las estrategias de automatización

• Los sistemas de comunicación industrial son mecanismos de intercambio de datos distribuidos en una organización industrial

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