Mecatrónica : Redes industriales: INTERBUS

Una red industrial es aquella que se encarga de comunicar a dispositivos, módulos y células de fabricación que operan de modo secuencial, a través de un medio común y hablen entre sí. Este medio de intercomunicación de equipos permite el enlace entre las funciones de ingeniería y planificación con las de control de producción en planta y secuencia de operaciones.

Beneficios de una red industrial

· Dispositivos inteligentes (funcionalidad y ejecución)

· Simplificación de cableado de las nuevas instalaciones

· Reducción de costo en cableado y cajas de conexión

· Aplicable a todo tipo de sistema de manufactura

· Optimización de los procesos existentes

Buses de campo en las redes industriales

Un bus de campo simplifica la instalación de máquinas y equipamiento industrial utilizado en procesos de producción, que conectan dispositivos de campo como actuadores, controlador de velocidad, terminales de operador con los sistemas de control. Mejorando la calidad y cantidad en el flujo de datos. Físicamente podemos considerar a un bus como un conjunto de conductores que conectan conjuntamente varios circuitos para permitir el intercambio de datos.

Los bus de campo trabajan en tiempo real, con una transmisión en serie sobre un bus digital de datos con capacidad de interconectar controladores de dispositivos de entrada y salida. El dispositivo de control hace de “Maestro” y las unidades de

Entradas/Salidas de “Esclavos”

INTERBUS

Uno de los sistemas de bus de campo más extendidos del mundo es INTERBUS. Asume dos funciones en la técnica de automatización. Por un lado, INTERBUS transmite datos entre el PLC el software o, por ejemplo, controles de robots. Por el otro lado, el sistema conecta actuadores, sensores, paneles de mando y accionamientos en el campo.

El sistema abierto de bus de campo INTERBUS conecta toda la periferia de procesos con todos los mandos convencionales. A través del cable bus serial se conectan en red los sensores y actuadores, se controlan máquinas y partes de instalaciones y se enlaza con sistemas jerárquicamente superiores. Para la implementación de interfaces esclavo-maestro INTERBUS.

Con la nueva generación de soluciones de interfaz INTERBUS, se cumplen los requisitos cada vez más exigentes en la técnica de la automatización. Realice funciones esclavo-maestro con soluciones ASIC (Application Specific Integrated Circuit) o FPGA (Field Programmable Gate Array) de Phoenix Contact. Así asegurará la disponibilidad de la tecnología INTERBUS para su instalación a largo plazo y a bajo coste.

Historia

Fue diseñado a mediados de los 80’s por Phoenix Contact y varias instituciones alemanas para simplificar el cableado de las señales en aplicaciones industriales, desde 1987 está disponible en la técnica de la automatización. El sistema abierto se ha establecido ya como transmisión en serie de datos en el ámbito de los sensores/actuadores.

En 1990 Phoenix Contact libera las especificaciones e INTERBUS se convierte en el primer bus independiente del fabricante. En 1994 se convierte en un estándar alemán y, en 1998, en estándar europeo. Cumple las normas europeas EN 50254, la internacional IEC 61158 y la nacional DIN 19258.

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Características generales

· Es un bus de serie diseñado para transmitir datos entre diferentes tipos de dispositivos de control y unidades de E/S (entrada/salida). Cada dispositivo amplifica la señal de entrada y la envía a través del enlace al siguiente, solo puede existir un “Maestro INTERBUS” por cada red.

· Cada dispositivo de la red intercambia datos con el maestro a través de sus registros de datos internos, que forman parte del registro de desplazamiento global que forma la red completa.

· Este tipo de bus puede transmitir una serie síncrona a 500Kbps y alcanzar una distancia entre nodos de 400m.

· Cable serial para dar de alta, permite conectar directamente nuestro ordenador con la tarjeta controladora (9 pines), permite dar de alta mis dispositivos.

· Éste tipo de bus tiene dos tipos de conexiones; M12 (5 pines) y rápida (fibra óptica)

Redes Ópticas

En lugar de conducir señales eléctricas, la fibra óptica conduce ondas de luz. El cable de fibra óptica consta de los siguientes elementos:

· Núcleo Centro de la fibra y medio por el que se transmiten las señales ópticas (luz). Su diámetro oscila entre 5 y 200 micras.

· Revestimiento Material óptico que rodea el núcleo y que provoca la reflexión de la luz procedente del núcleo que lo golpea, manteniendo la señal óptica en el núcleo. El revestimiento aumenta el diámetro de la fibra de vidrio hasta un rango comprendido entre 125 y 230 micras.

Conectores

Los conectores para cable de fibra óptica son muy variados, pero en las redes Industriales se utilizan básicamente los tipos siguientes:

1. SC conector simplex para multimodo, 2 km, o monomodo, 15/40 km

2. LC conector dúplex para monomodo, 15/40 km

3. MTRJ conector dúplex para multimodo, 2 km, o monomodo, 15/40 km

4. ST conector simplex para multimodo, 2 km

5. BFOC se utiliza a veces en la industria para equipos con Fast- Ethernet.

6. Para Ethernet de 10 Mbit/s se halla estandarizado el conector BFOC, a partir de

Fast-Ethernet el Dúplex-SC (DSC)

Tipos de Fibra Óptica

1. Monomodo (SMF)

Por lo general, está formada por un núcleo de 9 micras de diámetro y, cuando se utiliza con luz de 1300 nm, permite la propagación en un haz de luz simple. La ventaja de este sistema es que los pulsos de luz no se distorsionan debido a que las ondas sigan trayectos distintos a través del núcleo. Se puede utilizar para distancias mucho mayores y con anchos de banda superiores.

2. Multimodo (MMF)

En la fibra multimodo, el diámetro del núcleo suele ser de 50 o 62,5 micras. La distorsión de los pulsos de luz es mayor, por lo que las distancias de transmisión deben ser mucho más cortas que en el cable de fibra monomodo.

La principal ventaja del cable de fibra óptica es que es inmune a las interferencias eléctricas y magnéticas. Por lo tanto, es una solución excelente para los entornos industriales rigurosos, garantiza unas transmisiones seguras y ofrece una capacidad de transmisión muy alta.

Las fibras ópticas se fabrican de:

1. Vidrio para grandes distancias o altas velocidades

2. Plástico: barato; sólo para distancias cortas y bajas velocidades

3. Centro de vidrio y camisa de plástico – sólo para buses de campo

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Existen 3 tipos de fuentes de luz:

1. LEDs – precio favorable, sólo para fibra Multimodo

2. ELEDs – precio favorable, más barato que los Leds, no se requieren medidas de protección láser

3. Láser, diodos láser LD

Sus ventajas

· Instalación y puesta en marcha simples mediante configuración automática de todos los participantes en el circuito

· Aumento de la disponibilidad de la instalación gracias a un diagnóstico de fallos de gran precisión y comprensible

· Transmisión de datos fiable gracias a su estructura física

· Ahorro en espacio: chips de protocolo de mínimo tamaño en la tecnología de bus de campo

· Alta seguridad en CEM por su transmisión estable de datos

· Alta eficiencia de protocolo - la información se transmite con pocas cabeceras de protocolo

Elementos básicos INTERBUS

· Capa física

· Tarjeta controladora

Se comunica con el Maestro y controla y monitoriza el tráfico de datos, además transfiere los datos de salida con los módulos correspondientes.

Recibe los datos de entrada y puede visualizar los datos de diagnostico y error que son transmitidos al elemento del sistema.

· Bus remoto

La tarjeta controladora se conecta al bus remoto. Los datos se transmiten físicamente a través de:

· Cables de cobre ( estándar RS-485)

· Fibra Óptica

· Infrarrojos

· Módulos terminales de bus

Se conectan al bus remoto y dividen al sistema en segmentos individuales. Hacen la función de amplificadores (repetidores) de señal además de aislar eléctricamente los segmentos del bus.

· Capa de enlace

Garantiza la integridad de los datos y permite el soporte de dos tipos de tramas: datos de procesos y parámetros de identificación. Es determinista: garantiza un tiempo máximo para el transporte de datos.

· Acceso al medio: Cada dispositivo tiene reservado un slot de tiempo adecuado para su función dentro del sistema, el tiempo de ciclo es la suma de los tiempos asignados a cada dispositivo. Pueden definirse slots adicionalmente para la transmisión de bloques de datos en modo de conexión. Se podrán enviar grandes bloques de datos a través de INTERBUS sin alterar el tiempo de ciclo para los datos de proceso.

· Identificación: Los ciclos de identificación permiten la administración del bus. Cada dispositivo tiene un código de identificación que indica el tipo de dispositivo de que se trata, y el tamaño de su bloque de datos.

La configuración del bus se lleva a cabo por una secuencia de ciclos de identificación, el maestro empieza a leer en orden, la identificación de los dispositivos conectados. En función de estas lecturas se configura la trama que circulara en el ciclo de datos.

Se ejecuta cuando el sistema arranca, permitiendo al maestro recoger información de los dispositivos de la red. Cada dispositivo se identifica mediante un código y el tamaño de su bloque de datos.

· Tipos de módulos

1. Controlador o Maestro del bus: Controla el tráfico y realiza labores de diagnóstico.

2. Dispositivos remotos (remote bus devices): Que tienen su propia fuente de alimentación y funcionan como repetidores (hasta 13 Km entre ellos). Pueden alimentar un grupo de módulos de E/S.

Componentes INTERBUS

· RACK UR2. El RACK UR2, interconecta, da soporte y energiza a todos sus slots (área donde se montan algunos elementos de la red).

· PS 407 10A. Se coloca en el slot 1 y 2 del RACK. La PS 407 10A, energiza al RACK

· CPU 416-2. Se coloca en el slot 3. La CPU tiene funcionalidad proxy. A través del programa lógico cargado desde la computadora, recibe, almacena y envía paquetes de datos en la red donde se encuentre conectada.

· Tarjeta controladora IBS. Se ubica en el slot 6 y 7 del RACK UR2. Ésta funge como herramienta de control y diagnóstico de la red INTERBUS.

· Convertidor de Medios IBS OPTOSB-MA/M/L-LK-OPC. Colocado en el puerto X2 de la Tarjeta Controladora. El Convertidor de Medios se encarga de la interoperabilidad entre la fibra óptica y la red de cobre.

· Ruggedline. Trabaja según la lógica del programa de Entradas y Salidas de señal.

· Acoplador de bus. Es en el acoplador de bus donde se conecta la fibra óptica y la alimentación del mismo modulo.

· Power-IN. Se encarga de alimentar a las Entradas o salidas digitales.

· Modulo de Entradas Digitales. Modulo donde se conectan las señales de entradas originadas en interruptores de fin de carrera o interruptores de proximidad por ejemplo.

· Modulo de Salidas Digitales. Modulo donde se realiza la conexión de actuadores digitales, tales como válvulas electromagnéticas, contactores o dispositivos ópticos de aviso.