CLAUDIO RAMOS 2012

COMUNICACIÓN INDUSTRIAL

TENDENCIAS FUTURAS

ANTES DE ENTRAR EN EL TEMA, LISTAREMOS

AQUELLOS CONCEPTOS QUE CONSIDERO

FUNDAMENTALES PARA EL ANÁLISIS DE LAS REDES A

DESCRIBIR :

1.LO FUNDAMENTAL DE TI.

2.LA TRANSMISIÓN DE DATOS.

3. EL MODELO OSI.

4. FUNCION PROTOCOLOS.

5.EL MEDIO TRANSMISIÓN.

6.REDES DE ÁREA LOCAL.

7.SISTEMAS INALÁMBRICOS: Wi-Fi Y OTROS.

8.SISTEMAS TCP/IP.

PRERREQUISITOS

1. MUCHOS CONCEPTOS Y TÉCNICAS APLICADAS TALES COMO:

FDX, HDX, SX – SEÑALES – MODULACIONES – MUX TDM, SDH

TIPOS DE REDES (WAN, MAN, LAN, WLAN)

2. LA TRANSMISIÓN DE DATOS. SE JUSTIFICA PORQUE:

UNA RED INDUSTRIAL “ES UNA RED DE DATOS”.

DCE MODULA O CODIFICA.

SE BASAN EN OSI. SE APLICAN INT. DIGIT. RS.

SE APLICAN MISMOS TIPOS DE VELOCIDADES.

EN RELACION A NUMERACIÓN ANTERIOR:

3 A 6. LO FUNDAMENTAL DE OSI, FORMATOS Y FUNCIÓN

PROTOCOLOS, LAN SE APLICA CON MODIFICACIONES (802.3 802.4.5),

MEDIO DE TX: FIBRA, METÁLICO Y LIBRE CON ENLACES LÍNEA VISTA.

CONECTIVIDADES: BRIDGE, REPEATER, GATEWAY, ETC.

PROTOCOLOS TCP/IP Y OTROS, SISTEMAS Wi – Fi, ETC, ETC, ETC , etc.

ORGANISMOS DE ESTANDARIZACIÓN

IEC (COMISIÓN DE ELECTROTÉCNICA INTERNACIONAL) SEDE EN

GINEBRA. TRABAJA CON ITU-T, ISO, ETC, TEMAS PROPIOS Y TI.

PRINCIPALES OBJETIVOS:

INCREMENTAR LA EFICIENCIA DE LOS PROCESOS

INDUSTRIALES.

ASEGURAR E IMPLEMENTAR LA CALIDAD DE PRODUCTO Y

SERVICIOS MEDIANTE SUS NORMAS.

CONTRIBUIR A LA IMPLEMENTACIÓN DEL CONCEPTO DE

SALUD Y SEGURIDAD HUMANA.

CONTRIBUIR A LA PROTECCIÓN DEL AMBIENTE.

QUÉ ES UNA RED INDUSTRIAL ?

ES UN SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE DATOS CON . . . . . . .

CÓMO SE DIFERENCIA ENTRE UNA RED

CLÁSICA Y UNA RED INDUSTRIAL ?

PORQUE SUS USUARIOS , SUS . . . .SUS . . . .

1. ES ABIERTO

2. ES ABSTRACTO

3. ESTRUCTURADO EN 7 CAPAS O NIVELES

4. POSEE JERARQUÍA VERTICAL

5. ES INTELIGENTE SEGÚN LA JERARQUÍA

6. CREADO PARA SISTEMAS TELEINFORMÁTICOS

7. PROTOCOLOS ESTRATIFICADOS ES FUNCIÓN OSI

8. CAPA 7 SIEMPRE EXISTE

MODELO PARA LA INTERCONEXIÓN DE SISTEMAS

ABIERTOS (OSI)

OBJETIVOS Y CARACTERÍSTICAS DE OSI:

INTERCONECTAR TODO TIPO DE COMPUTADOR

PRINCIPAL OBJETIVO :

MEDIO DE TRANSMISIÓN

1 FISICA

2 ENLACE

3 RED

4 TRANSPORTE

5 SESIÓN

6 PRESENTACIÓN

7 APLICACIÓN FORMATOS DE PROTOCOLOS :

Header Payload Trailer

Header Payload

PROTOCOLOS ORIENTADOS A LA CONEXIÓN

GARANTIZAN LA CORRECTA RECEPCIÓN DE LOS

DATOS

PROTOCOLOS NO ORIENTADOS A LA CONEXIÓN

NO GARANTIZAN

MODELO OSI Y PROTOCOLOS

PROTOCOLO : CONJUNTO DE REGLAS QUE PERMITEN LA COMUNICACIÓN

DE DATOS

SIN PROTOCOLOS NO HAY COMUNICACIÓN

PROTOCOLOOS OPERAN HORIZONTALMENTE

1 FISICA

2 ENLACE

3 RED

4 TRANSPORTE

5 SESIÓN

6 PRESENTACIÓN

7 APLICACIÓN

1 FISICA

2 ENLACE

3 RED

1 FISICA

2 ENLACE

3 RED

4 TRANSPORTE

5 SESIÓN

6 PRESENTACIÓN

7 APLICACIÓN

MEDIO DE TRANSMISION

PC A PC B ROUTER

P4

P3

MODELO OSI Y PROTOCOLOS

USUARIO

FINAL A

USUARIO

FINAL B

1 FISICA

2 ENLACE

3 RED

4 TRANSPORTE

5 SESIÓN

6 PRESENTACIÓN

7 APLICACIÓN

1 FISICA

2 ENLACE

3 RED

4 TRANSPORTE

5 SESIÓN

6 PRESENTACIÓN

7 APLICACIÓN

MEDIO DE TRANSMISION

MODELO OSI EN REDES INDUSTRIALES

USUARIO

FINAL A

USUARIO

FINAL B

CONTROLADOR SENSOR

CAPAS

3 A 6

CORTOCIRCUITADAS

CAPAS

3 A 6

CORTOCIRCUITADAS

ENCAPSULAMIENTOS EN RED INDUSTRIAL

MEDIO DE TRANSMISIÓN

FISICA

ENLACE

INFO USUARIO

APLICACIÓN

CAPAS

CORTOCIRCUITADAS

F I S I C A

HEADER PAYLOAD TRAILER

MEDIO DE TRANSMISIÓN

HEADER

DATA

DATA

VELOCIDADES Y CICLOS DE COMUNICACIÓN

EN REDES INDUSTRIALES

EN CIERTA TRANSMISIÓN :

VELOCIDAD BINARIA: D = 1 Mb/s

VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN:

V = 270.000 Km/s = 2,7*108 m/s

NO CONFUNDIR ESTO CON LA COMPARACIÓN ENTRE :

VELOCIDAD BINARIA [bit/seg]

VELOCIDAD DE MODULACIÓN [simb/seg] o [Baud]

LUEGO, PARA UNA RED INDUSTRIAL CON UNA LONGITUD DE 800 METROS ENTRE PLC Y SENSOR, Y TRAMA DE 100 BYTE, DEMORA EN TRANSMITIRSE 80μseg. PERO, EL TIEMPO DE PROPAGACIÓN ES DE 3μseg.

LUEGO, EXISTE GRAN

CANTIDAD DE TIEMPO LIBRE ! !

QUÉ HERRAMIENTAS O PUNTOS DE

PARTIDA ELIGIREMOS?

NOS APOYAREMOS COMO PUNTOS DE PARTIDA, EN TRES

CONCEPTOS O PARÁMETROS QUE CONSIDERO SON

IMPORTANTES EN NUESTRO OBJETIVO. ELLOS SON :

MENSAJES DE :

Mbyte

Kbyte

Byte

PROFIBUS PA:

- Diseñado para automatización de procesos, permitiendo la conexión de

sensores y actuadores, incluso en áreas especialmente protegidas.

-Ciclo del bus < 10 mseg.

PROFIBUS DP:

- Optimizado para mayor velocidad.

- Diseñada especialmente para la comunicación entre los sistemas de control

de automatismos y las entradas/salidas distribuidas.

- Ciclo del bus < 10 mseg.

PROFIBUS FMS:

- Nuevas funciones en modelo OSI.

- Tareas de comunicación desde un nivel mayor.

- Difusión de Telegramas.

- Posibilidad de uso en tareas de comunicación complejas y extensas.

- Sistema multimaestro con paso de token.

- Ciclo del bus < 100 mseg.

PROFIBUS

P

INFORMACION 8 BIT

SP ST

• START ES SIEMPRE UN CERO LÓGICO.

• STOP ES SIEMPRE UN UNO LOGICO.

• PUEDE HABER UN BIT DE PARIDAD P.

• ENTRE DOS MENSAJES (TRAMAS) DEBE HABER UN 1 LÓGICO PROLONGADO,

EQUIVALENTE A 33 PERÍODOS DE BIT (ES DECIR 3 CARACTERES).

CÓDIGO DE INFORMACIÓN EN ASÍNCRONO Y METODO DE

TRANSMISIÓN

PROFIBUS

LOS PROTOCOLOS CONSTITUYEN MENSAGES QUE SE

TRANSMITEN MEDIANTE CÓDIGO DE LÍNEA MANCHESTER

TOPOLOGÍA FÍSICA ES BUS, TOPOLOGÍA LÓGICA ES ANILLO (TOKEN).

ESTO MISMO SE PODRÍA LOGRAR CON UN SISTEMA INALÁMBRICO, CAMBIANDO LAS

FRECUENCIAS DE LAS PORTADORES, SEGÚN UNA ASIGNACIÓN DINÁMICA DE MAESTRO A LOS

CONTROLADORES (TOKEN).

NODOS PASIVOS, ESCLAVOS

NODOS ACTIVOS

MAESTRO 2

MAESTRO 1

S A Tx S S A S

Tx/Rx Tx/Rx

MAESTRO 3

PROFIBUS FMS

MAESTRO FLOTANTE

TIPO DE

TRAMA

DA SA CON

TROL

CRC FIN DE

TRAMA

3 BYTES

A)

TIPO DE

TRAMA

DA SA CON

TROL

CRC FIN DE

TRAMA

DATOS

11 BYTES

B)

TT DA SA CON

TROL

CRC FIN DE

TRAMA

DATOS CONTROL

LLC

TT

HEADER 4 A 249 BYTES

C)

SON TRES LOS FORMATOS DE PROTOCOLOS :

A) LONGITUD FIJA SIN CAMPO DE DATOS.

B) LONGITUD FIJA CON CAMPO DE DATOS.

C) LONGITUD VARIABLE CON CAMPO DE DATOS

PROFIBUS

TT

DIRECCIONES

CRC FIN

TRAMA

HEADER PAYLOAD TRAILER

TRAMA DIFUSIÓN CÍCLICA. UN SOLO ENVÍO EN TRANSMISIÓN HACIA LOS

ESCLAVOS.

CADA ESCLAVO RECONOCE EL SUYO Y RESPONDE.

LOS TAMAÑOS DE CADA TELEGRAMA SON PEQUEÑOS.

POSTERIORMENTE HA CRECIDO EL TAMAÑO SEGÚN NECESIDADES.

TELEGRAMA

ESCLAVO 1

TELEGRAMA

ESCLAVO 2

TELEGRAMA

ESCLAVO N

PROFIBUS

SISTEMA DIFUSIÓN TELEGRAMAS

DIFUSION Y RESPUESTA TELEGRAMAS

PROFIBUS

T H T AMBIENTE

MAESTRO

AMBIENTE

ESCLAVO

T

1

R

1

T

2

R

2

1 2 3 4 5 6 CAMPOS :

3A

CR

LF

0 – 3F CHECK

SUM

CODIGOS

FUNCIÓN

COD SUBFUNC

Y DATOS

UN

CARACTER

1 BYTE 2 BYTES

UN CAR. UN CAR.

N BYTES UN BYTE

CAMPO DE DATOS

MAESTRO CONSULTA A CADA ESCLAVO.

POLLING EN CICLOS. LOS ESCLAVOS RESPONDEN A TURNO.

TRAMA ASCII POSEE 6 CAMPOS (TRAMA RTU SIN CAMPOS 1, 5, 6).

FUNCIÓN TRAMAS

MODBUS

MODBUS-PLUS

LOS NODOS SE PUEDEN COMUNICAR ENTRE DIFERENTES REDES, ATRAVESANDO

BRIDGES.

EL TOKEN “NO ATRAVIESA BRIDGES”, LOS MENSAJES SÍ.

EL TOKEN SE APROVECHA COMO MENSAJERO, QUE PERMITE RÁPIDAS ACCIONES, TALES

COMO ACTUALIZACIÓN DE ALARMAS, VALORES PREDETERMINADOS Y OTROS.

UN DISPOSITIVO SOSTIENE EL TOKEN MIENTRAS ENVÍA UN MENSAJE.

CIP

PROTOCOLOS UTILIZADOS SEGÚN OSI

CIP:

PROTOCOLO

INDUSTRIAL

COMÚN

CAN:

PROTOCOLO

CONTROLADOR

EN AREA DE

RED

TCP:

PROTOCOLO

CONTROL DE

TRANSMISIÓN

IP:

PROTOCOLO

INTERNET

DEVICENET

CON LA ESTANDARIZACIÓN IEC 61158/61784-1 Y 61158/61784-2 SUELE

DECIRSE QUE PROFINET ES EQUIVALENTE A PROFIBUS EN ETHERNET.

TIEMPO REAL CON VELOCIDADES A 100Mb/s Y 1 Gb/s.

SE TRABAJA CON PROFIBUS DP.

PROPIEDADES DE TIEMPO (μseg) PARA CONTROL DE MOVIMIENTOS Y TI.

CAMINO FACIL

NO !!

PROFINET

RESPALDO TIA, AUTOMATIZACIÓN TOTALMENTE INTEGRADA, ES PROFIBUS &

PROFINET INTERNACIONAL.

PROFINET ADMITE HASTA 1440 BYTES/TELEGRAMA, POR CADA

DISPOSITIVOS DE CAMPO, SUPERANDO LO CONVENCIONAL.

DENTRO DE LA COMPATIBILIDAD TI, ACEPTA FUNCIONES CON SNMP.

VARIOS TIPOS DE CONFIGURACIONES SE PUEDEN REALIZAR COMO DE

COSTUMBRE, TALES COMO:

ESTACIONES DE PERIFERIA DESCENTRALIZADA ET200S, ET200M ET-PRO.

IO-DEVICES, QUE ES EQUIVALENTE A LA ANTERIOR, CON STEP7.

PROFINET CBA PERMITE MAPEAR TODA UNA APLICACIÓN DE BUS DE CAMPO

COMO COMPONENTE PROFINET.

ESTO ES UTIL A LA HORA DE AMPLIAR UNA PLANTA YA EXISTENTE POR MEDIO

DE PROFINET.

PROFINET

SU SISTEMA ISÓCRONO DISTINGUE:

NO BASARSE EN TIEMPO REAL CON TCP/IP Y UDP/IP.

EN CAMBIO UTILIZA IRT (ISOCHRONOUS REAL TIME), LA QUE ES

ASISTIDA POR HARDWARE Y APROVECHA INTERVALOS ENTRE DATOS

STANDARD.

SE EMPLEA EN SISTEMAS EXIGENTES CON Δt CRITICOS, TALES COMO

CONTROL DE MOVIMIENTOS.

SE UTILIZAN RETARDOS MÁXIMOS DE 250μseg (+ 1μseg). POR EJ, UN

CICLO DE CONTROL DE POSICIÓN DE 1ms.

AMBOS TIPOS DE TRANSMISIÓN DE DATOS COEXISTEN SIN

INCONVENIENTES.

STANDARD IRT STANDARD IRT STANDARD IRT STANDARD IRT

t

PROFINET

Δt MAYORES Δt CRITICOS

PROFINET

SISTEMA CENTRALIZADO. SINAMIC S 120:

SISTEMA MODULAR APLICACIONES MONO Y

MULTIEJE, CONTROL VECTORIAL Y SERVO,

FUNCIONES POSICIONAMIENTO Y SAFETY

INTEGRADO. SWITCH INTEGRADO

SISTEMA DISTRIBUIDO. SIMOTION D: SISTEMA

DE CONTROL DE MOVIMIENTO,

ACCIONAMIENTO/VARIADOR FLEXIBLE Y

ESCALABLE, INTEGRADO CON SINMAIC S 120,

SWITCH INTEGRADO DE 4 PUERTAS.

PROFINET

VERSATILIDAD TOPOLÓGICA Y CONXIÓN TI

EN BASE A INDUSTRIAL ETHERNET, PROTOCOLOS TCP/UDP/IP, PROFINET

SOPORTA ESTÁNDARES TI, Y POR LO TANTO ACCESOS WEB.

ESTO PERMITE LA CONEXIÓN CON REDES GIGABIT CON ACCESOS GIGAPOP

Y GESTIÓN DE REDES SNMP.

POR EJEMPLO, ES POSIBLE OBTENER SUPERVISIÓN, DIAGNÓSTICOS Y

RESPUESTAS MEDIA-COMMUNICATION DESDE LUGARES DISTANTES.

EL ESQUEMA SIGUIENTE MUESTRA UNA ARQUITECTURA ILUSTRATIVA.

PROFINET

∆t CICLO

CANTIDAD

ESTACIONES

JITTER

RESERVA

PARA TI

1 ms

272

< 1ms

50%

50%

50%

128

500 μs

250 μs

< 1ms

< 1ms

56

PROFINET

VALORES CICLOS Y OTRAS

CARACTERÍSTICAS

VISIÓN PARCIAL DE UNA TENDENCIA ACTUAL, APROVECHANDO COMUNICACIONES

INALÁMBRICAS.

INALAMBRICO

SISTEMAS TI Y WIRELESS

APLICADAS A REDES

INDUSTRIALES

TI

BUS (ESTRELLA

ANILLO)

BUS (ANILLO LOGICO)

BUS

BUS

BUS

BUS

BUS (STAR – RING)

PROFIBUS DP PA

PROFIBUS FMS

MODBUS

MODBUS PLUS

DEVICENET

ETHERNET

PROFINET

RED

SIEMENS

SIEMENS

MODICON

MODICON

ALLEN

BRADLEY

IEEE 802.3

(XEROX)

SIEMENS

ORIGEN

PAR - FIBRA

PAR - FIBRA

PAR

PAR

PAR

PAR - FIBRA

PAR - FIBRA

MEDIO (*)

12 Mb/s

SOLO DP

19200 Kb/s

1 Mb/s

100 Mb/s

1 Gb/s

VELOCIDAD

MAXIMA

IS - PA MANCHESTER

MULTIMAESTRO

(SISTEMA

TOKEN)

ORIGEN

LAN ETHERNET

SISTEMA

TOKEN

3 ACCESOS

EN OSI

SIN COLISIONES

SISTEMA IRT

CICLO 250 μs

OTROS

500 Kb/s

12 Mb/s

FIELDBUS

FOUNDATION

BOSCH

BUS

BUS

2 Mb/s H2 H1 – H2 FMS

MANCHESTER

TOPOLOGIA

(*) EVENTUAL ONDA EM)

ALGUNAS REDES DE DATOS INDUSTRIALES