Sistemas de Automatización Industrial: buses de campo, PLC, fibra óptica y diagnóstico PROFIBUS

Planificador

Planificador: análisis de información procedente del proceso de producción. En periodos largos, grandes cantidades de datos son transmitidos aquí en rasgos amplios.

Control de procesos

Control procesos: coordinación de una única producción. El nivel de célula se plantea en términos de trabajo y datos programados y se decide cómo debe llevarse a cabo la producción. Se realiza a través de un ordenador de control.

Nivel de campo

Campo: nos encontramos con elementos programables para motorización y control en lazo abierto y cerrado, tales como PLC o PCs industriales.

Celda de fabricación

Célula: integra las células de fabricación que son controladas desde un ordenador o desde PLCs. El objetivo principal es comunicar sistemas inteligentes.

Actuador

Actuador: parte integrante del nivel de campo e integra el proceso técnico con el controlador. Esto se produce a través de simples dispositivos de campo (sensores y actuadores).

INTERBUS

INTERBUS: se desarrolló por la compañía con el objetivo de evitar costes en el cableado punto a punto de la periferia del PLC. No quiere representar un medio de comunicación universal, sino permitir que simples PLCs o sistemas de automatización de procesos estén conectados a su periferia. La potencia de Interbus radica en su alta eficacia de transmisión, con paquetes de datos muy pequeños por nodo. Es un nivel jerárquico más bajo.

AS‑I (Actuator Sensor Interface)

AS‑I: se ajusta a los requisitos del nivel más bajo. Opera actuadores y sensores con el primer nivel de control y los sustituye por módulos de cables, armarios de distribución y terminales de conexión. Es un estándar abierto; AS‑I es especialmente sencillo en la manipulación de datos. Los elementos de campo se conectan directamente a un cable plano de dos hilos sin apantallar. Es rápido, sencillo, rentable y una aplicación segura con futuro.

CAN‑BUS

CAN‑BUS: sistema de bus inicialmente desarrollado por Bosch junto con Intel para reducir módulos de cableado en la industria. El bus CAN también se ha perfeccionado y utilizado en los automatismos industriales para la comunicación en el ámbito de los buses de campo. El bus CAN es un bus abierto y estándar en el que los aparatos de diferentes fabricantes se comunican entre sí.

Equipotencialidad

Equipotencialidad: una diferencia de potencial entre dos sistemas ocurre, por ejemplo, con diferentes redes. Si la malla de un cable se conecta entre dos puntos finales y está conectada a dos sistemas con alimentaciones no referenciadas, puede producir una corriente a través de la malla.

Posibilidades de diagnóstico DP (PROFIBUS DP)

Posibilidades de diagnóstico DP: está previsto para aumentar la seguridad de funcionamiento de un sistema maestro DP aplicando los estados de los esclavos DP. El diagnóstico elimina fallos en la puesta en marcha y en el funcionamiento de estaciones DP en la red PROFIBUS. El primer objetivo es obtener información sobre las posibles causas de la anomalía. Entre los mecanismos se encuentran:

  • Bloque de organización necesario, alarma de diagnóstico OB82: si un producto con capacidad de diagnóstico detecta un error, solicita una alarma de diagnóstico a la CPU; se llama al OB82.
  • Bloque de organización necesario, alarma de diagnóstico OB86: se detecta un fallo de ampliación; se llama al OB86.

Bloque OB1

Bloque OB1: módulo que se ejecuta cíclicamente:

  • Se ejecuta en cada scan y tiene prioridad más baja.
  • Contiene el programa cíclico en sí mismo o bien lo organiza.
  • Cuando el sistema operativo (SO) llama a otro OB, la ejecución cíclica se interrumpe.
  • Después continúa la ejecución del OB1 en el punto de interrupción.

Fibra óptica

Fibra óptica: los datos se propagan mediante haces de luz. La estructura consta de un núcleo recubierto por una envoltura (cladding), que regula la luz dentro del cable; a su vez está rodeada por una funda que protege del exterior. Es el medio más instalado para redes WAN.

  • Núcleo: plástico o vidrio.
  • Envoltura (cladding): vidrio de menor pureza que el del núcleo.
  • Cubierta: plástico protector.

Funciona transmitiendo por cada hilo un haz de luz emitido por un diodo LED o por un láser. Es inmune a las interferencias electromagnéticas y puede alcanzar velocidades de hasta varios Gbps. Los empalmes son costosos y su ejecución requiere cuidado.

Ventajas

  • Adecuada para largas distancias.
  • Inmune al ruido electromagnético (EMI) y a las perturbaciones causadas por cables adyacentes (diafonía).
  • Permite transferir mayor cantidad de datos.

Desventajas

  • No apta para espacios reducidos en algunas aplicaciones.
  • Requiere dispositivos especiales que emitan y reciban la señal luminosa, así como herramientas y conocimientos específicos.

Tipos

  • Monomodo: un único haz de luz que viaja en línea recta; normalmente usa láseres; permite enlaces muy largos (repetidor de ~200 km en condiciones específicas).
  • Multimodo: varios haces de luz viajando con distintos ángulos de incidencia por el mismo hilo; usa LEDs; más empleado en instalaciones interiores y distancias inferiores al kilómetro.

Dispositivos de red básicos

  • HUB: conecta ordenadores entre sí en topología estrella mediante RJ45. No es inteligente: no procesa ni direcciona. Cuando un equipo transmite, el HUB envía la información a todos los equipos; las NIC la rechazan si no son el destinatario.
  • SWITCH: similar al HUB pero detecta el destinatario y envía tramas solo al puerto correspondiente.
  • BRIDGE: permite conectar dos subredes con distintos niveles de red; direcciona entre ordenadores de la misma subred.
  • ROUTER: une redes diferentes (por ejemplo LANs) y realiza la interconexión a través de WAN, como Internet. Emplea diferentes protocolos TCP/IP; TCP se encarga de dividir la información en paquetes e IP se encarga de la direccionamiento entre equipos.
  • MODEM: puede emplearse para que todos los ordenadores de una pequeña red se comuniquen con el exterior a través de un único módem. Solo uno se conecta al módem; luego se interconectan entre ellos mediante un switch.
  • FIREWALL: hardware y software asociados que actúan como barrera entre dos redes (interna y pública). Proporciona seguridad para los usuarios, impidiendo accesos no autorizados a sus datos desde el exterior.
  • SERVIDOR proxy: software instalado en el servidor de una red que permite controlar las acciones y accesos de todos los ordenadores (ordenadores) de la red.

V. ISLAVES

V. ISLAVES:

  • Acoplamiento sencillo de CPU con PROFIBUS.
  • Comunicación en tiempo real con diferentes CPU.
  • Procesamiento distribuido.
  • Alivio del maestro DP al distribuir la capacidad de procesamiento.
  • Desacoplamiento de procesos parciales.

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