REDES INDUSTRIALES1. DEFINICIONFsicamente podemos considerar a un[endnoteRef:1] bus como un conjunto de conductores que conectan conjuntamente varios circuitos para permitir el intercambio de datos. Contrario a una conexin punto a punto donde solo dos dispositivos intercambian informacin, un bus consta normalmente de un nmero de usuarios superior, adems que generalmente un bus transmite datos en modo serial, a excepcin de algn protocolo de bus particular como SCSI o IEEE-488, utilizado para interconexin de instrumentos de medicin, que no es el caso de los buses tratados como buses de campo. [1: bus conjunto de conductores que conectan conjuntamente varios circuitos para permitir el intercambio de datos, consta normalmente de un nmero de usuarios superior, transmite datos en modo serial, a excepcin de algn protocolo de bus particular]

Tipo de dispositivos de Redes Industriales Volumen de Datos Tiempo de Transmisin Frecuencia de Transmisin

Tabla.- Requisitos de comunicacin de sistemas de automatizacin industrialPara una transmisin serial es suficiente un nmero de cables muy limitado, generalmente dos o tres conductores y la debida proteccin contra las perturbaciones externas para permitir su tendido en ambientes de ruido industrial2. CLASIFICACIONLas redes industriales se clasifican en diferentes categoras basndose en la funcionalidad y que son:

2.1 Buses actuadores y sensoresInicialmente se usan un sensor y un bus actuador en conexin simple, dispositivos discretos con inteligencia limitada, como un fotosensor, un switch limitador o una vlvula solenoide, controladores y consolas terminales.

2.2 Buses de campo y dispositivos calientesEstas redes se distinguen por la forma como manejan el tamao del mensaje y el tiempo de respuesta. En general, estas redes conectan dispositivos inteligentes en una sola red distribuida Estas redes ofrecen altos niveles de diagnstico y capacidad de configuracin, generalmente al nivel del poder de procesamiento de los dispositivos ms inteligentes. Son las redes ms sofisticadas que trabajan con control distribuido real entre dispositivos inteligentes.3. COMPONENTES PARA LA INTERCONEXION DE REDESEn grandes redes industriales, un simple cable no es suficiente para conectar el conjunto de todos los nodos de la red. Deben definirse topologas y diseos de redes para proveer un aislamiento y conocer los requerimientos de funcionamiento.Cuando se disea un tipo de red, en esta se incorporan todos los dispositivos necesarios para un correcto funcionamiento de sta, pero es posible que esta red con el tiempo deba ser ampliada, deba conectar otras redes del mismo o diferentes tipo, etc. Para cubrir estas necesidades existen una serie de dispositivos auxiliares para que la red pueda alcanzar esos objetivos de interconexin, elementos como: El puente o bridge El repetidor o repeater La pasarela o gateway El encaminador o router

3.1 BridgeCon un puente la conexin entre dos diferentes secciones de red, puede tener diferentes caractersticas elctricas y protocolos; adems puede enlazar dos redes diferentes.3.2 RepetidorEl repetidor o amplificador es un dispositivo que intensifica las seales elctricas para que puedan viajar grandes distancias entre nodos. Con este dispositivo se pueden conectar un gran nmero de nodos a la red; adems, se pueden adaptar a diferentes medios fsicos como cable coaxial o fibra ptica.3.3 GatewayUn gateway es similar a un puente, ya que suministra interoperabilidad entre buses y diferentes tipos de protocolos; adems, las aplicaciones pueden comunicarse a travs de l.3.4 EnrutadoresEs un switch "enrutador" de paquetes de comunicacin entre diferentes segmentos de red que definen la ruta hacia donde se transmite la informacin.4. TOPOLOGASLos sistemas industriales usualmente consisten en dos o ms dispositivos. Como un sistema industrial puede ser bastante grande, debe considerarse la topologa de la red. Las topologas ms comunes son: red bus, red estrella y red hbrida.5. BENEFICIOS DE UNA RED INDUSTRIAL Reduccin de cableado (fsicamente) Dispositivos inteligentes (funcionalidad y ejecucin) Control distribuido (flexibilidad) Simplificacin de cableado de las nuevas instalaciones Reduccin de costo en cableado y cajas de conexin Aplicable a todo tipo de sistema de manufactura Incremento de la confiabilidad de los sistemas de produccin Optimizacin de los procesos existentes6. BUSES DE CAMPOLa inclusin de microprocesadores en numerosos equipos de terreno, permite su integracin a redes con importantes ventajas, como la mayor precisin derivada de la integracin digital de las mediciones, mayor y mejor disponibilidad de informacin de los dispositivos, ahorro en el tendido de cables, diagnstico remoto de componentes, y disminucin del tamao de la sala de control, entre otros. Los buses de datos que permiten la integracin de equipos digitales de terreno, se denominan genricamente Fieldbuses o Buses de Campo. 6.1 DEFINICIONUn bus de campo es un sistema de transmisin de informacin (datos) que simplifica enormemente la instalacin y operacin de mquinas y equipamientos industriales utilizados en procesos de produccin.6.2 OBJETIVOEl objetivo de un bus de campo es sustituir las conexiones punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de control a travs del tradicional bucle de corriente de 4-20 mA.Tpicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo como PLCs/PACs, transductores, actuadores y sensores. Cada dispositivo de campo incorpora cierta capacidad de proceso, que lo convierte en un dispositivo inteligente, manteniendo siempre un costo bajo. Cada uno de estos elementos ser capaz de ejecutar funciones simples de diagnstico, control o mantenimiento, as como de comunicarse bidireccionalmente a travs del bus.Ejemplos: AS-interface CAN Ethernet/Ip Modbus Profibus6.3 ETHERNET6.3.1 Conceptos BsicosEthernet (pronunciado /irnt/ en ingls) es un estndar de redes de rea local para computadores con acceso al medio por deteccin de la onda portadora y con deteccin de colisiones (CSMA/CD CSMA/CA). Su nombre viene del concepto fsico de ether. Ethernet define las caractersticas de cableado y sealizacin de nivel fsico y los formatos de tramas de datos del nivel de enlace de datos del modelo OSI.6.3.1.1 Red de rea LocalLa topologa de red define la estructura de una red. Una parte de la definicin topolgica es la topologa fsica, que es la disposicin real de los cables o medios. La otra parte es la topologa lgica, que define la forma en que los hosts acceden a los medios para enviar datos. Las topologas ms comnmente usadas son las siguientes:6.3.1.1.1 Topologa FsicaUna topologa de bus usa solo un cable backbone que debe terminarse en ambos extremos. Todos los hosts se conectan directamente a este backbone. Su funcionamiento es simple y es muy fcil de instalar, pero es muy sensible a problemas de trfico, y un fallo o una rotura en el cable interrumpe todas las transmisiones.La topologa de anillo conecta los nodos punto a punto, formando un anillo fsico y consiste en conectar varios nodos a una red que tiene una serie de repetidores. Cuando un nodo transmite informacin a otro la informacin pasa por cada repetidor hasta llegar al nodo deseado. El problema principal de esta topologa es que los repetidores son unidireccionales (siempre van en el mismo sentido). Despus de pasar los datos enviados a otro nodo por dicho nodo, continua circulando por la red hasta llegar de nuevo al nodo de origen, donde es eliminado. Esta topologa no tiene problemas por la congestin de trfico, pero si hay una rotura de un enlace, se producira un fallo general en la red.La topologa en estrella conecta todos los nodos con un nodo central. El nodo central conecta directamente con los nodos, envindoles la informacin del nodo de origen, constituyendo una red punto a punto. Si falla un nodo, la red sigue funcionando, excepto si falla el nodo central, que las transmisiones quedan interrumpidas.Una topologa en estrella extendida conecta estrellas individuales entre s mediante la conexin de hubs o switches. Esta topologa puede extender el alcance y la cobertura de la red.Una topologa jerrquica es similar a una estrella extendida. Pero en lugar de conectar los HUBs o switches entre s, el sistema se conecta con un computador que controla el trfico de la topologa.La topologa de malla se implementa para proporcionar la mayor proteccin posible para evitar una interrupcin del servicio. El uso de una topologa de malla en los sistemas de control en red de una planta nuclear sera un ejemplo excelente. En esta topologa, cada host tiene sus propias conexiones con los dems hosts. Aunque Internet cuenta con mltiples rutas hacia cualquier ubicacin, no adopta la topologa de malla completa.La topologa de rbol tiene varias terminales conectadas de forma que la red se ramifica desde un servidor base. Un fallo o rotura en el cable interrumpe las transmisiones.6.3.1.1.2 Topologa LgicaLa topologa lgica de una red es la forma en que los hosts se comunican a travs del medio. Los dos tipos ms comunes de topologas lgicas son broadcast y transmisin de tokens.La topologa broadcast simplemente significa que cada host enva sus datos hacia todos los dems hosts del medio de red. No existe una orden que las estaciones deban seguir para utilizar la red. Es por orden de llegada, es como funciona Ethernet.La topologa transmisin de tokens controla el acceso a la red mediante la transmisin de un token electrnico a cada host de forma secuencial. Cuando un host recibe el token, ese host puede enviar datos a travs de la red. Si el host no tiene ningn dato para enviar, transmite el token al siguiente host y el proceso se vuelve a repetir. Dos ejemplos de redes que utilizan la transmisin de tokens son Token Ring y la Interfaz de datos distribuida por fibra (FDDI). Arcnet es una variacin de Token Ring y FDDI. Arcnet es la transmisin de tokens en una topologa de bus.

6.3.1.2 CSMA/CD (Mtodo de Acceso por contencin, aleatorio y no determinstico )

Es un mtodo de acceso a la red. El mtodo de acceso a red es la manera de controlar el trfico de menajes por la red. Este mtodo permite que cualquier usuario empiece a transmitir en cualquier momento siempre que el camino o medio fsico no est ocupado.

Este tipo de mtodo utiliza topologa en bus; su seal se propaga por toda la red y llega a todos los ordenadores. Este sistema de enviar la seal se le conoce como broadcast.

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detec) opera bajo el principio de escuchar antes de hablar, de manera similar a la radio de los taxis. Est diseado para redes que comparten el medio de transmisin. Cuando una estacin quiere enviar datos, primero escucha el canal para ver si alguien est transmitiendo, si es as espera que se libere para poder transmitir.

6.3.1.3 Trama de DatosEn redes una trama es una unidad de envo de datos. Es una serie sucesiva de bits, organizados en forma cclica, que transportan informacin y que permiten en la recepcin extraer esta informacin. Viene a ser el equivalente de paquete de datos o Paquete de red, en el Nivel de enlace de datos del modelo OSI.Normalmente una trama constar de cabecera, datos y cola. En la cola suele estar algn chequeo de errores. En la cabecera habr campos de control de protocolo. La parte de datos es la que quiera transmitir en nivel de comunicacin superior, tpicamente el Nivel de red.Para delimitar una trama se pueden emplear cuatro mtodos, el tracker:1. por conteo de caracteres: al principio de la trama se pone el nmero de bytes que representa el principio y fin de las tramas. Habitualmente se emplean STX (Start of Transmission: ASCII #2) para empezar y ETX (End of Transmission: ASCII #3) para terminar. Si se quieren transmitir datos arbitrarios se recurre a secuencias de escape para distinguir los datos de los caracteres de control.2. por secuencias de bits: en comunicaciones orientadas a bit, se puede emplear una secuencia de bits para indicar el principio y fin de una trama. Se suele emplear el "guion", 01111110, en transmisin siempre que aparezcan cinco unos seguidos se rellena con un cero; en recepcin siempre que tras cinco unos aparezca un cero se elimina.3. por violacin del nivel fsico: se trata de introducir una seal, o nivel de seal, que no se corresponda ni con un "1" ni con un "0". Por ejemplo si la codificacin fsica es bipolar se puede usar el nivel de 0 voltios, o en Codificacin Manchester se puede tener la seal a nivel alto o bajo durante todo el tiempo de bit (evitando la transicin de niveles caracterstica de este sistema).4. El estndar de facto evolucion hacia varios estndares oficiales, como son:1. FR Forum (Asociacin de Fabricantes): Cisco, DEC, Stratacom y Nortel.2. ANSI: fuente de normativas Frame-Relay.3. ITU-T: tambin dispone de normativa tcnica de la tecnologa Frame-Relay.

6.3.1.4 Modelo OSIEthernet se tom como base para la redaccin del estndar internacional IEEE 802.3, siendo usualmente tomados como sinnimos. Se diferencian en uno de los campos de la trama de datos. Sin embargo, las tramas Ethernet e IEEE 802.3 pueden coexistir en la misma red.

6.4 APLICACIN: CONEXIN EN RED EtherNet/IP de Controlador MicroLogix 1500 y el variador de velocidad PowerFlexIO 700

Elementos de Red EtherNet/IP PLC MicroLogix 1500 Driver SLC Ethernet/IP Mdulo ENI (Ethernet Network Interface) EtherNet/IP Adapter 20-COMM-E

Converter

EtherNet/IP PROFIBUS

The converters EtherNet/IP - PROFIBUS allow to connect the EtherNet/IP to PROFIBUS and vice versa. The converterHD67593allows to communicate with one or morePROFIBUSslaves (sensors, valves, drivers, etc) from/to theEtherNet/IP.(For example, a PLC Rockwell with a PROFIBUS driver and other PROFIBUS devices).

The converterHD67594allow to aPROFIBUSmaster to interact with theEtherNet/IP.(For example, a Siemens PLC and/or another PROFIBUS Master, with a PLC Allen Bradley)

Connecting Ethernet/IP VIM to MicroLogix using 1761 NET-ENIPrinter FriendlyE-mail PageDownload PDFBy Adisa Shaljani, submitted on August 18th, 2009. Product Family:DeltaV Virtual IO Module Category:Application Notes SKU:IOD-4102This application note describes how to connect and configure the VIM Network Gateway to talk to a Rockwell MicroLogix 1500 PLC.The Rockwell 1761-NET-ENI module is used as an Ethernet/IP to DF1 gateway. The 1761-NET-ENI can also be used to interface to other DF1 devices, e.g., SLC 504 and PLC5/XXl. Configuration parameters for the DeltaV, VIM, and 1761-NET-ENI are shown below:

VIMNet ConfigurationConfigure the VIM using the VIMNet Explorer as described in the VIM Ethernet/IP manual. Here, a brief example is given.Step 1:Add an Ethernet/IP VIM placeholder. Select an IP address and subnet mask which matches the requirements of your network.

Step 2: Next, commission the Ethernet/IP VIM placeholder to the physical VIM card. Decommissioned VIM cards appear in the Decommissioned list of the VIMNet Explorer.

Step 3: Select a Card/Port and add a device as shown below.Step 4: Enter the device address and IP address. Use the IP address of the 1761 NET-ENI here.Step 5: Upload the configuration to the VIM. Right mouse click on the VIM placeholder and select VIM Configuration Upload as shown below. This completes the VIM configuration.

DeltaV ConfigurationThe DeltaV configuration starts with auto-sensing the IO cards, where four Programmable Serial Cards are inserted in the designated slots.Browse the DeltaV I/O tree for the same card where you configured a device in the VIMNet Explorer. In the VIMNet Explorer, we configured a device under C57/P01.Right mouse click on Port1 and go to Properties. Check the checkbox to enable this port as shown below.

Click on the Advanced tab. The following dialog will appear. Select retry count, message timeout and transmit delay according to their application. Also select the Mode as Master.

The parameters under the Communications tab are not used for the VIM communications. Leave these at their default values.

Configure a Serial Device under the enabled port. Right mouse click and select the New Serial Device menu option. The following dialog will appear.

Specify the description, and select the same device address as configured in the VIMNet Explorer.Next, configure datasets under the Serial Device. To add a new dataset, right mouse click on the Serial Device and select New Dataset menu option. The following dialog will appear:

On the DeltaV tab select the DeltaV data type.

On the PLC tab the user will select the device data type, starting address (offset), and number of values. In examples below, the device data type is 11, which works for the MicroLogix, SLC 5XX and other Logix PLCs.

The special data tab is used to specify the file type and number. In our example, we are reading from the N7 data file. Special Data 1 is 7 to indicate N file type. And Special Data 2 is 7 for file 7.

Lastly, download the Programmable Serial Driver. This will download the dataset configuration to the VIM.Once the Programmable Serial Cards have been downloaded, the DeltaV Diagnostics can be used to examine the communication status. If communications are healthy, the users can view the dataset register values as shown below.

Next example shown below is the dataset used to read data from B3 file.

On the DeltaV tab, select the DeltaV data type.

On the PLC tab, specify the device data type 11 for the MicroLogix, starting address and number of values to read/write from PLC.

The special data tab is used to specify the file type and number. In our example, we are reading from the B3 data file.

Again, download the Programmable Serial Cards and check the communication status using the DeltaV Diagnostics. The dataset register values can be viewed as shown below.

Next example shown below is the dataset used to read data from F8 file.

On the DeltaV tab, the user needs to select the DeltaV data type.

On the PLC tab, specify the device data type 11 for the MicroLogix, starting address and number of values to read/write from the PLC. For floating point datasets, the maximum number of values is 50.

The special data tab is used to specify the file type and number. In our example, we are reading from the F8 data file.

Lastly, view the dataset register values from the DeltaV Diagnostics as shown below.

PLC ConfigurationUse the RSLogix 500 to configure the channel properties. We will connect the 1761-NET-ENI to the MicroLogix Ch0 or Ch1 ports via RS-232. If connecting to Ch0, use the prefabricated cable 1761-CBL-AM02. Or if connecting to Ch1, use the prefabricated cable 1761-CBL-PM02. Both cables are available from Rockwell.Configure the MicroLogix 1500 channel communication parameters as shown below.

ENI Utility ConfigurationUse the Rockwell ENI Utility to configure the ENI module. Connect a COM port in your PC to the ENI module using the 1761-CBL-PM02 cable. This cable has a 9-pin D connector on one end, and a round mini-Din connector on the other. The round mini-Din side connects to the ENI module.The following screen shows the main dialog of the Utility. Specify the ENI series, 232 baud rate, IP address and subnet mask. In our example we used an ENI Series D interface. The baud rate that was configured in the PLC and ENI was set to 19200. The Ethernet Speed/Duplex parameter was set to Auto Negotiate. The IP address for the ENI module was specified as 10.22.6.54.

Select the Utility Settings tab. Then select the PC COM port you are connected to. Specify the baud rate.

All other tabs in the ENI Utility were left with default values as screens show below.

After all the parameters are configured as shown in screens above, click File-Save to save the configuration to disk for future use. Then upload the new configuration into ENI by clicking on ENI ROM.Lastly, Disconnect the ENI cable from the PC, and then cycle power to reset the ENI module. Connect the cable between the ENI and the MicroLogix to complete the connections as shown in architecture above.