ENSAYOMdulo: Redes IndustrialesAutor: Adrin Gabriel Vargas Machuca Del SaltoNivel: 9no ElectrnicaFecha: 12/04/2015

LA PIRAMIDE DE LA AUTOMATIZACIONEl proceso de automatizacin de la industria sigue un avanzado y acelerado ndice de crecimiento desde sus inicios como pequeas fbricas en su mayora con procesos manuales hasta las mega factoras actuales que llevan casi todo los procesos a la automatizacin por sofisticados mecanismos electromecnicos, lo que requiere de un planteamiento del sistema de comunicacin para enlazar los diversos actuadores del sistema con los controladores que se encuentran alejados de los procesos para brindar mayor seguridad al operador y aumentar la eficiencia de la produccin.Al hablar de redes de comunicacin de datos, resulta imposible no reconocer la complejidad del asunto dado que no se puede pasar por alto el diseo de la red de computadores y todo lo que esto significa. En pos de reducir la complejidad de dicha red y aumentar la eficiencia de las comunicaciones industriales, se divide las comunicaciones por niveles o capas desde el nivel inferior, hasta el superior lo que le permite a las redes de los niveles inferiores enfocarse en solucionar los eventos propios de estos niveles y a medida que se sube de nivel, partir de la solucin previa de la red anterior, sin tener que preocuparse por los problemas o dificultades ya abordados en niveles anteriores. [1]Esta divisin por capas de la red de control industrial se conoce como la pirmide de la automatizacin. Generalmente se puede dividir en la capa de gestin, la de control, de campo y proceso y finalmente entrada y salida.Los niveles inferiores de entrada y salida se manejan a velocidades relativamente bajas en comparacin a los niveles superiores, sin embargo su velocidad de respuesta es extremadamente rpida, en el orden de los nanosegundos para dar fiabilidad a los procesos que se estn controlando o midiendo. En este nivel se puede encontrar tanto actuadores del tipo mecnicos, neumticos, elctricos, etc. Adems de tener tambin toda la gama de sensores industriales; es decir, estn las maquinas que se encargan de realizar el trabajo especfico de la empresa, lo cual tiene lugar en el propio campo operacional. Dado que es un nivel en el que los elementos estn realmente cerca del trabajo fsico de los actuadores, los elementos, el cableado de comunicaciones requiere de un tratamiento especial en cuanto a durabilidad y resistencia a condiciones extremas de trabajo, acorde a las necesidades de la industria, lo que les dan un costo relativamente mayor. Se pretende el reemplazo de cables tradicionales por buses de campo de funcionamiento simple pero efectivo de forma que todos los procesos se encuentren descentralizados para evitar la congestin en el bus de campo y mejorar considerablemente el tiempo de respuesta. Entre los estndares de comunicaciones de estos niveles los ms extendidos son modbus, fielbus y profibus. Este ltimo estndar de comunicacin entre dispositivos industriales antes mencionados de esta capa se caracteriza por ser el ms extendido a nivel mundial, siendo su procedencia de Alemania, creado por la unin de varias compaas, entre ellas la reconocida Siemens. [2]Al pasar al nivel inmediato superior podemos notar que se compone principalmente de controladores lgicos programables y computadores que estn destinados para controlar los procesos en la misma planta industrial pero desde una distancia prudente de los actuadores, para asegurar su vida til y maximizar la seguridad de los operarios. En este nivel se puede observar que consta de un bus de datos intermedio con el nivel inmediato inferior, el cual sirve de canal para conectar todos los dispositivos de campo como actuadores y sensores y los elementos de control industrial como PLC y computadores ubicados estratgicamente para monitorear los procesos y controlar de forma oportuna las eventualidades que pudieran darse de forma segura y eficaz.En este nivel denominado de campo y proceso se tiene una red todava de tipo netamente industrial con caractersticas de velocidad superiores, debido a las propiedades de trfico que se genera entre PLCs y computadores, dado que se transmiten datos no solo de estado, sino tambin de control y supervisin. Se puede tener tambin redes de caractersticas superiores como son Ethernet.En el nivel superior de control se manejan velocidades superiores debido al trfico de datos denso, sin embargo esto hace que se vea afectado la velocidad de respuesta de la red, dejndola en el orden de las milsimas de segundo. Desde este nivel se logra unir las diferentes estaciones de trabajo para cuestiones de soporte, gestin, control y diseo de los procesos efectuados en el nivel inferior, siendo los equipos utilizados para el efecto controladores industriales de gama alta, al igual que ordenadores de escritorios robustos para gestionar de forma eficiente y amigable los diversos procesos efectuados y llevar de igual manera el reporte estadstico de todos los eventos dados. La red que se utiliza en este nivel para dar comunicacin y acceso a los equipos a todas las tareas de mantenimiento y control son del tipo LAN, las cuales manejan con conocidos estndares de comunicacin de Ethernet y el protocolo de comunicacin de TCP/IP, el cual es un derivado del modelo OSI. [3]Finalmente se tiene el nivel de gestin que viene a ser parte de los altos mandos de la compaa, el cual est destinado a monitorear de manera sistematizada los procesos, ayuda a aplicar eficazmente las polticas que rigen a la misma y brindar la debida retroalimentacin final del proceso industrial para llevar a cabo las distintas tareas de marketing, finanzas, etc. En el nivel cumbre se tienen redes del tipo de acceso WAN para dar ingreso a la compaa desde cualquier parte del mundo, por lo que su velocidad con protocolos como Ethernet puede llegar fcilmente al orden de los Gigabits por segundo, considerando que el trfico de informacin engloba no solamente los datos, estadsticas y control de todos los sistemas de los niveles inferiores, sino que tambin se tiene el empaquetado de las tramas generadas propias al protocolo de los niveles inferiores. Se tienen tiempos de respuesta relativamente elevados, hablando ya de segundos, sin embargo este retraso en los tiempos de respuesta son manejables ya que no representan un riesgo a la compaa en cuanto a perdida de la informacin o ms importante an a fallos en los procesos que se dan en el nivel inferior, lo cual si sera un problema mayor si hablamos de un tiempo de respuesta retardado en actuadores como motores, calderas, sensores u otros.Al hablar de los niveles de la pirmide de la automatizacin hablamos de enlaces de datos que interconectan los dispositivos, desde el nivel ms bajo hasta el de gestin. Para enlazar los dispositivos de los primeros niveles se usan los denominados buses de campo, los cuales deben ser bidireccionales en la comunicacin; es decir, full dplex para transmitir el estado y control de cada uno de los dispositivos industriales como actuadores, sensores, mdulos de entrada y salida, controladores de velocidad y los dispositivos de control con los terminales de operador como son computadores, controladores lgicos programables. Siendo estas redes multipunto y fcilmente escalables es preciso hacerlas de sistema abierto, para que se puedan comunicar con todo tipo de marcas de dispositivos industriales, terminales de operador y sistemas de control antes mencionados. [4]Entre las caractersticas principales de los buses de campo tenemos que deben ser del tipo determinstico, lo que significa que los mensajes que se envan lleguen de forma inmediata en tiempo real, evitando as retrasos en los procesos, lo que en un sistema automtico es crtico y puede desembocar en una catstrofe para la empresa.Adems de ser buses del tipo determinstico, deben ser sistemas robustos que resistan las condiciones extremas de operacin del ambiente de trabajo industrial, brindando al mismo tiempo la facilidad de instalacin y mantenimiento futuro, sin que ello implique elevar los costos de adquisicin, mantenimiento o modificacin. Los buses de datos ms extendidos por el mundo industrial son: DeviceNet, WorldFip, Fudation FielBus, Modbus, Interbus y Profibus. Actualmente todos los dispositivos de los principales fabricantes industriales tienen una interfaz especfica para profibus con el estndar mundial IEC 61158. Esta aceptacin y adopcin del estndar que ofrece profibus se debe en su mayora a los distintas tecnologas de buses de campo que posee para solucionar todos los problemas que se puedan generar en un entorno industrial, siendo la plataforma ideal para transmitir datos tanto de forma determinstica, en tiempo real, como tambin gran cantidad de datos para procesos largos y demorosos. Para cumplir de forma eficiente y cubrir todas las necesidades de la industria contempornea se tienen tres versiones compatibles entre s que conforman la familia de bus ms usado, Profibus. Las tres importantes familias son: Profibus-DP, Profibus-PA y Profibus-FMS que significan periferia descentralizada, automatizacin de procesos y especificacin de mensajes Fielbus respectivamente.El primero de la familia Profibus se encuentra optimizado para soportar grandes velocidades a un costo pequeo, transmitiendo pequeas cantidades de datos y ofreciendo el llamado Plug and Play que permite la facilidad de conectar los dispositivos industriales a la red del bus de datos y empezar a funcionar sin la necesidad de configuraciones o instalaciones extras que haran del proceso de conexin algo demorado y peligroso dado la ubicacin de los elementos del primer nivel de la pirmide de la automatizacin. Posee tambin la comunicacin de datos de forma cclica y est pensado para trabajar con los sistemas de control de automatismos en los procesos de manufactura. El segundo en la familia de Profibus es el PA, que significa Automatizacin de procesos, que no es ms que una ampliacin de la tecnologa anterior pero con ciertos detalles que lo hacen especialmente diseado para ambientes con mayor nmero de riesgos como son ambientes con riesgo de explosiones usando la tecnologa MBP segn el estndar IEC 1158-2. Ofrece la facilidad de instalacin al contar solamente con dos cables por los cuales viajan los datos y tambin y el suministro de corriente a los dispositivos, pudiendo as conectar sensores y actuadores a una lnea de bus comn en lugares o reas de mayor proteccin. Esta tecnologa viene a ser el reemplazo inmediato a la tecnologa en lazo 4 a 20 mA en instrumentacin y control.La ltima tecnologa pero no menos importante denominada Especificacin de mensajes Fielbus se caracteriza por dar comunicacin a un gran nmero de terminales de control como pueden ser Controladores lgicos programables y computadores, manejando as gran cantidad de datos de forma acclica en donde el tiempo de comunicacin no es un factor clave para la misma, dando soporte de comunicacin entre estaciones inteligentes par a par.Para que se pueda dar la comunicacin sin problemas se tienen repetidores ubicados estratgicamente en la red a fin de regenerar la seal en ambas direcciones, otro elemento importante en la comunicacin son los nodos, parte esencial del bus de datos y se caracterizan por ser de dos tipos: activos y pasivos. La ubicacin predeterminada de los regeneradores suele ser entre un nivel y su inmediato interior en los casos que se requiere dar una ampliacin a la topologa de la pirmide de automatizacin.En los buses de datos ubicados a lo largo de cada nivel de la pirmide, objeto de anlisis, se ubican de manera inequvoca resistores que eliminan las seales que puedan quedar dando vueltas en el bus de campo de manera que se puedan evitar reflexiones en la lnea de comunicacin al tratarse de un bus, de igual manera que se trabaja con las topologas de bus en cable coaxial.Los nodos activos tiene la facultad de poder actuar como maestro del bus, pudiendo as de esta forma tomar control total del bus de campo. Por otra parte los nodos pasivos si se pueden comunicar con los nodos activos pero no se pueden comunicar entre s, lo que los convierte en nodos esclavos sin la factibilidad de poder controlar el bus de datos. El acceso al bus de datos se da a nivel de capa de enlace segn el modelo OSI, conocido comnmente como MAC o Control de Acceso al Medio el cual, determina en que momento una estacin puede o no hacer uso del bus de datos. El modelo de Profibus MAC hace uso de comunicaciones maestro y maestro-esclavo, siendo idntico este protocolo para los tres perfiles de Profibus PA, DP y MFS lo que permite la comunicacin transparente sin ninguna traba de los tres elementos de la familia Profibus en una misma red. Tanto DP como FMS se pueden combinar en el mismo cable, dado que usan para su comunicacin el mismo medio fsico ya sea RS-458 o fibra ptica, dependiendo de las caractersticas de entorno y del tamao de la informacin que la red vaya a manejar. [5]Para terminar podemos afirmar que la pirmide de la automatizacin sigue un complejo pero ordenado proceso de estructuracin a travs de diversos dispositivos de control y operacin que le permiten a una empresa monitorear y dar soporte a sus diferentes factoras desde cualquier parte del mundo, maximizando la eficiencia y minimizando los riegos para los operarios, cuenta adems con redes robustas que no solo poseen las seguridades necesarias para operar bajo condiciones adversas propias del campo industrial sino tambin ofrecen versatilidad al ser del tipo abiertas para dar conexin inmediata a diversos tipos de dispositivo industriales de diferentes marcas y modelos, lo que permite la expansin sistemtica de la empresa sin incurrir en limitaciones por incompatibilidad de equipos y dems. Finamente la pirmide brinda con sus niveles de automatizacin facilidad de diseo e implementacin al tiempo que aumenta la eficiencia a la hora de detectar posibles fallos en la red e incluso aislarlos estratgicamente de manera que no tenga ninguna repercusin en el resto de la red.

Referencias[1] Jimnez Manuel, Universidad Politcnica de Cartagena, Redes Industriales, Tema 6: Introduccin a las redes industriales, pgs: 1-12.[2] Rockwell Automation, Pgina autorizada de Productos Allen Bradley y Rockwell Software, www.ab.com, consultado abril 2015[3] Data-Linc Group, Industrial Data Communications, Products Data-Linc, www.datalinc.com, consultado abril 2015.[4] PLC Artculos, www.euskalnet.net/m.ubiria/ARTICULOS.htm, Abril 2015[5] Mdulos Comunicaciones y Red en Controladores Lgicos Programables disponible en http://www.geocities.com/ingenieria_control/control3.htm, Abril 2015