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.
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
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.
Aplicaciones
Bibliografía
