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Articulo de referencia

Autobús de campo

Un bus de campo es un miembro de una familia de redes de comunicación digital industrial [ 1 ] utilizadas para el control distribuido en tiempo real. Los perfiles de bus de camp...

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Un bus de campo es un miembro de una familia de redes de comunicación digital industrial [ 1 ] utilizadas para el control distribuido en tiempo real. Los perfiles de bus de campo están estandarizados por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) como IEC 61784/61158.

Un sistema industrial automatizado complejo se estructura típicamente en niveles jerárquicos como un sistema de control distribuido (DCS). En esta jerarquía, los niveles superiores para la gestión de la producción están conectados al nivel de control directo de los controladores lógicos programables (PLC) a través de un sistema de comunicaciones no crítico en tiempo real (por ejemplo, Ethernet ). El bus de campo [ 2 ] conecta los PLC del nivel de control directo con los componentes de la planta a nivel de campo, como sensores , actuadores , motores eléctricos , luces de consola, interruptores , válvulas y contactores . También reemplaza las conexiones directas a través de bucles de corriente o señales de E/S digitales . Por lo tanto, los requisitos para un bus de campo son críticos en tiempo real y sensibles al costo. Desde el nuevo milenio, se han establecido varios buses de campo basados ​​en Ethernet en tiempo real . Estos tienen el potencial de reemplazar a los buses de campo tradicionales a largo plazo.

Descripción

Un bus de campo es un sistema de red industrial para el control distribuido en tiempo real. Permite conectar instrumentos en una planta de fabricación. Un bus de campo funciona sobre una estructura de red que normalmente admite topologías de red en cadena , estrella, anillo, rama y árbol . Anteriormente, los ordenadores se conectaban mediante RS-232 ( conexiones serie ), mediante las cuales solo dos dispositivos podían comunicarse. Esto sería el equivalente al esquema de comunicación de 4-20 mA que se utiliza actualmente , el cual requiere que cada dispositivo tenga su propio punto de comunicación a nivel del controlador. En cambio, el bus de campo es el equivalente a las conexiones LAN actuales , que solo requieren un punto de comunicación a nivel del controlador y permiten conectar múltiples puntos analógicos y digitales simultáneamente. Esto reduce tanto la longitud como el número total de cables necesarios. Además, dado que los dispositivos que se comunican a través de un bus de campo requieren un microprocesador , normalmente un mismo dispositivo proporciona múltiples puntos de comunicación. Algunos dispositivos de bus de campo ahora admiten esquemas de control como el control PID en el propio dispositivo, en lugar de obligar al controlador a realizar el procesamiento.

Historia

La principal motivación para utilizar un bus de campo en un sistema de control distribuido es reducir los costos de instalación y mantenimiento sin comprometer la alta disponibilidad y confiabilidad del sistema de automatización. El objetivo es utilizar un cable de dos hilos y una configuración sencilla para dispositivos de campo de diferentes fabricantes. Según la aplicación, el número de sensores y actuadores varía desde cientos en una sola máquina hasta varios miles distribuidos en una planta de gran tamaño. La historia del bus de campo demuestra cómo se han abordado estos objetivos a lo largo del tiempo.

Precursores de los buses de campo

Bus de interfaz de propósito general (GPIB)

Podría decirse que la tecnología precursora del bus de campo es HP-IB, tal como se describe en IEEE 488 [ 3 ] en 1975. "Se la conoció como el Bus de Interfaz de Propósito General (GPIB) y se convirtió en un estándar de facto para el control de instrumentos automatizados e industriales".

El GPIB tiene su principal aplicación en mediciones automatizadas con instrumentos de diferentes fabricantes. Se trata de un bus paralelo con un cable y un conector de 24 hilos, con una longitud máxima de cable de 20 metros.

Bitbus

Tarjeta controladora Bitbus con procesador Intel 8044

La tecnología de bus de campo más antigua y de uso común es Bitbus. Bitbus fue creada por Intel Corporation para mejorar el uso de sistemas Multibus en sistemas industriales, separando las funciones de E/S lentas del acceso a memoria más rápido. En 1983, Intel creó el microcontrolador Bitbus 8044 añadiendo firmware de bus de campo a su microcontrolador 8051 existente. Bitbus utiliza EIA-485 en la capa física , con dos pares trenzados: uno para datos y otro para reloj y señales. El uso de SDLC en la capa de enlace de datos permite 250 nodos en un segmento con una distancia total de 13,2  km. Bitbus tiene un nodo maestro y múltiples esclavos, que solo responden a las solicitudes del maestro. Bitbus no define el enrutamiento en la capa de red . El 8044 solo permite un paquete de datos relativamente pequeño (13 bytes), pero integra un conjunto eficiente de tareas RAC (acceso y control remoto) y la capacidad de desarrollar tareas RAC personalizadas. En 1990, el IEEE adoptó Bitbus como el Bus de Control Serie del Sistema de Microcontroladores (IEEE-1118). [ 4 ] [ 5 ]

Actualmente, BITBUS es mantenido por el BEUG - Grupo Europeo de Usuarios de BITBUS. [ 6 ]

Redes informáticas para la automatización

Las redes de oficina no son realmente adecuadas para aplicaciones de automatización, ya que carecen de la latencia de transmisión máxima permitida. ARCNET , concebida ya en 1975 para la conectividad de oficinas, utiliza un mecanismo de token y, por lo tanto, encontró aplicaciones posteriores en la industria.

Protocolo de automatización de la fabricación (MAP)

El Protocolo de Automatización de Manufactura (MAP) fue una implementación de protocolos compatibles con OSI en tecnología de automatización, iniciada por General Motors en 1984. MAP se convirtió en una propuesta de estandarización de redes LAN respaldada por muchos fabricantes y se utilizó principalmente en la automatización de fábricas. MAP utilizaba el  bus de token IEEE 802.4 de 10 Mbit/s como medio de transmisión.

Debido a su alcance y complejidad, MAP no logró un gran avance. Para reducir la complejidad y alcanzar un procesamiento más rápido con menos recursos, se desarrolló en 1988 la arquitectura de rendimiento mejorado (EPA) MAP. Este MiniMap [ 7 ] contiene únicamente los niveles 1, 2 y 7 del modelo de referencia básico de interconexión de sistemas abiertos (OSI). Este atajo fue adoptado por definiciones posteriores de bus de campo.

El logro más importante de MAP es la Especificación de Mensajes de Fabricación (MMS, por sus siglas en inglés), la capa de aplicación de MAP.

Especificación del mensaje de fabricación (MMS)

La Especificación de Mensajes de Fabricación (MMS) es una norma internacional ISO 9506 [ 8 ] que trata sobre un protocolo de aplicación y servicios para transferir datos de procesos en tiempo real e información de control de supervisión entre dispositivos en red o aplicaciones informáticas, publicada como una primera versión en 1986.

Ha servido de modelo para numerosos desarrollos posteriores en otras estandarizaciones de comunicación industrial, como FMS para Profibus o SDO para CANopen . Todavía se utiliza como posible capa de aplicación, por ejemplo, para la automatización de empresas eléctricas en las normas IEC 61850 .

Buses de campo para la automatización de la fabricación

En el ámbito de la automatización industrial , los requisitos para un bus de campo son admitir tiempos de respuesta cortos, transmitiendo solo unos pocos bits o bytes a una distancia no superior a unos cientos de metros.

MODBUS

En 1979, Modicon (ahora Schneider Electric ) definió un bus serie para conectar sus controladores lógicos programables (PLC), denominado Modbus . En su primera versión, Modbus utilizaba un cable de dos hilos con señales UART EIA 485. El protocolo en sí es muy sencillo, con una configuración maestro/esclavo , y el número de tipos de datos se limita a los que los PLC de la época entendían. No obstante, Modbus (con su versión Modbus-TCP) sigue siendo una de las redes industriales más utilizadas, principalmente en el sector de la automatización de edificios.

PROFIBUS

Un proyecto de investigación con el apoyo financiero del gobierno alemán definió en 1987 el bus de campo PROFIBUS basado en la Especificación de Mensajes de Bus de Campo (FMS). [ 9 ] En aplicaciones prácticas, resultó demasiado complejo de manejar en campo. En 1994, Siemens propuso una capa de aplicación modificada con el nombre de Periferia Descentralizada (DP), que tuvo una buena acogida en la industria manufacturera. A partir de 2016, Profibus es uno de los buses de campo más instalados del mundo [ 10 ] y alcanzó los 60 millones de nodos instalados en 2018. [ 11 ]

INTERBUS

En 1987, Phoenix Contact desarrolló un bus serie para conectar entradas y salidas distribuidas espacialmente a un controlador centralizado. [ 12 ] El controlador envía una trama a través de un anillo físico, que contiene todos los datos de entrada y salida. El cable tiene 5 hilos: además de la señal de tierra, dos hilos para la trama de salida y dos hilos para la trama de retorno. Con este cable es posible tener toda la instalación en una topología de árbol . [ 13 ]

El INTERBUS tuvo un gran éxito en la industria manufacturera, con más de 22,9 millones de dispositivos instalados en campo. El Interbus se unió a la tecnología Profinet para el bus de campo basado en Ethernet Profinet y ahora el INTERBUS es mantenido por Profibus Nutzerorganisation eV [ 14 ].

PODER

Durante la década de 1980, para resolver los problemas de comunicación entre los distintos sistemas de control de los automóviles, la empresa alemana Robert Bosch GmbH desarrolló la red CAN (Controller Area Network ). El concepto de CAN se basaba en que todos los dispositivos se podían conectar mediante un único conjunto de cables, y que cada dispositivo conectado podía intercambiar datos libremente con cualquier otro. CAN pronto se extendió al mercado de la automatización industrial (junto con muchos otros).

DeviceNet fue desarrollado por la empresa estadounidense Allen-Bradley (ahora propiedad de Rockwell Automation ) y la ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) como un estándar de bus de campo abierto basado en el protocolo CAN. DeviceNet está estandarizado en la norma europea EN 50325-2. La especificación y el mantenimiento del estándar DeviceNet son responsabilidad de la ODVA. Al igual que ControlNet y EtherNet/IP, DeviceNet pertenece a la familia de redes basadas en CIP. CIP ( Common Industrial Protocol ) constituye la capa de aplicación común de estas tres redes industriales. Por lo tanto, DeviceNet, ControlNet y Ethernet/IP están bien coordinados y proporcionan al usuario un sistema de comunicación escalonado para el nivel de gestión (EtherNet/IP), el nivel de celda (ControlNet) y el nivel de campo (DeviceNet). DeviceNet es un sistema de bus orientado a objetos y opera según el método productor/consumidor. Los dispositivos DeviceNet pueden ser clientes (maestros), servidores (esclavos) o ambos. Los clientes y servidores pueden ser productores, consumidores o ambos.

CANopen fue desarrollado por la CiA ( CAN in Automation ), la asociación de usuarios y fabricantes de CANopen, y ha sido estandarizado como norma europea EN 50325-4 desde finales de 2002. CANopen utiliza las capas 1 y 2 del estándar CAN (ISO 11898-2) y extensiones en lo que respecta a la asignación de pines, las velocidades de transmisión y la capa de aplicación.

Buses de campo para la automatización de procesos

En la automatización de procesos, tradicionalmente la mayoría de los transmisores de campo se conectan a través de un bucle de corriente de 4-20 mA al dispositivo de control. Esto permite no solo transmitir el valor medido con el nivel de corriente, sino también proporcionar la energía eléctrica necesaria al dispositivo de campo con un solo cable de dos hilos de más de mil metros de longitud. Estos sistemas también se instalan en áreas peligrosas. Según NAMUR, un bus de campo en estas aplicaciones debe cumplir con estos requisitos. [ 15 ] Una norma especial para instrumentación, IEC/EN 60079-27, describe los requisitos para el concepto de bus de campo intrínsecamente seguro (FISCO) para instalaciones en zonas 0, 1 o 2.

WorldFIP

El estándar FIP se basa en una iniciativa francesa de 1982 para realizar un análisis de requisitos para un futuro estándar de bus de campo. Este estudio dio lugar a la iniciativa europea Eureka para un estándar de bus de campo en junio de 1986, en la que participaron 13 socios. El grupo de desarrollo (redes locales industriales) elaboró ​​la primera propuesta para su estandarización en Francia. El nombre del bus de campo FIP se denominó originalmente abreviatura de la expresión francesa "Flux d'Information vers le Processus", aunque posteriormente se le conoció con el nombre en inglés "Factory Instrumentation Protocol".

FIP perdió terreno frente a Profibus, que se impuso en el mercado europeo durante la década siguiente; la página web de WorldFIP no ha publicado ningún comunicado de prensa desde 2002. El protocolo más similar a FIP se encuentra actualmente en el Wire Train Bus para vagones de tren. Sin embargo, un subconjunto específico de WorldFIP, conocido como protocolo FIPIO, se utiliza ampliamente en componentes de maquinaria.

Foundation Fieldbus (FF)

Foundation Fieldbus fue desarrollado durante muchos años por la Sociedad Internacional de Automatización (ISA) como SP50. Actualmente, Foundation Fieldbus cuenta con una creciente base instalada en numerosas aplicaciones de procesos pesados, como refinerías, petroquímicas, generación de energía e incluso en los sectores de alimentos y bebidas, productos farmacéuticos y aplicaciones nucleares. [ 16 ]

A partir del 1 de enero de 2015, la Fundación Fieldbus pasó a formar parte del nuevo Grupo FieldComm. [ 17 ]

PROFIBUS-PA

Profibus PA (automatización de procesos) se utiliza para la comunicación entre instrumentos de medición y de proceso, actuadores y sistemas de control de procesos o PLC / DCS en ingeniería de procesos. Profibus PA es una versión de Profibus con capa física adecuada para la automatización de procesos, en la que varios segmentos (segmentos PA) con instrumentos de campo se pueden conectar a Profibus DP mediante acopladores. El cable de bus de dos hilos de estos segmentos se encarga no solo de la comunicación, sino también de la alimentación de los participantes ( tecnología de transmisión MBP ). Otra característica especial de Profibus PA es el perfil de dispositivo ampliamente utilizado "PA Devices" (PA Profile), [ 18 ] en el que las funciones más importantes de los dispositivos de campo están estandarizadas entre fabricantes.

Buses de campo para la automatización de edificios

El mercado de la automatización de edificios también tiene requisitos diferentes para la aplicación de un bus de campo:

El BatiBUS , definido en 1989 y utilizado principalmente en Francia, el Instabus se extendió al European Installation Bus (EIB) y el European Home Systems Protocol (EHS) se fusionó en 1999 con el estándar Konnex (KNX) EN 50090 (ISO/IEC 14543-3). En 2020, 495 empresas miembro ofrecían 8000 productos con interfaces KNX en 190 países de todo el mundo. [ 19 ]

LonWorks

Remontándonos a la década de 1980, a diferencia de otras redes, LonWorks es el resultado del trabajo de científicos informáticos de Echelon Corporation . En 1999, el protocolo de comunicaciones (entonces conocido como LonTalk) se presentó a ANSI y fue aceptado como estándar para redes de control (ANSI/CEA-709.1-B), y en 2005 como EN 14908 (estándar europeo de automatización de edificios). El protocolo también es una de las capas físicas/de enlace de datos del estándar BACnet ASHRAE/ANSI para la automatización de edificios.

BACnet

El estándar BACnet fue desarrollado inicialmente y ahora es mantenido por la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado ( ASHRAE ) desde 1987. BACnet es un estándar nacional estadounidense ( ANSI ) 135 desde 1995, un estándar europeo, un estándar nacional en muchos países y el estándar global ISO 16484 desde 2003. [ 20 ] En 2017, BACnet tenía una cuota de mercado del 60 % en el mercado de automatización de edificios. [ 21 ]

Normalización

Aunque la tecnología de bus de campo existe desde 1988, con la finalización del estándar ISA S50.02, el desarrollo del estándar internacional llevó muchos años. En 1999, el comité de estándares IEC SC65C/WG6 se reunió para resolver las discrepancias en el borrador del estándar IEC de bus de campo. El resultado de esta reunión fue la versión inicial del estándar IEC 61158, con ocho conjuntos de protocolos diferentes denominados "Tipos".

Esta forma de estándar se desarrolló inicialmente para el Mercado Común Europeo , se centra menos en la uniformidad y logra su propósito principal : la eliminación de las restricciones al comercio entre naciones. Los asuntos de uniformidad ahora se dejan en manos de los consorcios internacionales que respaldan cada uno de los tipos de estándares de bus de campo. Casi inmediatamente después de su aprobación, el trabajo de desarrollo de estándares de la IEC cesó y el comité se disolvió. Se formó un nuevo comité de la IEC, SC65C/MT-9, para resolver los conflictos de forma y fondo dentro de las más de 4000 páginas de la norma IEC 61158. El trabajo sobre los tipos de protocolo mencionados está prácticamente terminado. Se están aceptando nuevos protocolos, como los de buses de campo de seguridad o los buses de campo Ethernet en tiempo real, en la definición del estándar internacional de bus de campo durante un ciclo de mantenimiento típico de 5 años. En la versión de 2008 del estándar, los tipos de bus de campo se reorganizan en familias de perfiles de comunicación (CPF). [ 22 ]

Estructura de los estándares de bus de campo

Existían numerosas tecnologías competidoras para los buses de campo, y la esperanza inicial de contar con un único mecanismo de comunicaciones unificado no se ha materializado. Esto no debería sorprender, ya que la tecnología de buses de campo requiere una implementación diferente en distintas aplicaciones; los buses de campo para la industria automotriz son funcionalmente diferentes de los buses de campo para el control de plantas de proceso.

IEC 61158: Redes de comunicación industrial - Especificación de bus de campo

En junio de 1999, el Comité de Acción (CA) de la IEC decidió adoptar una nueva estructura para los estándares de bus de campo, comenzando con una primera edición válida el 1 de enero de 2000, a tiempo para el nuevo milenio: Existe un amplio estándar IEC 61158, donde todos los buses de campo encuentran su lugar. [ 23 ] Han decidido que la estructura de IEC 61158 se mantiene según diferentes capas, divididas en servicios y protocolos. Los buses de campo individuales se incorporan a esta estructura como diferentes tipos.

La norma IEC 61158 Redes de comunicación industrial - Especificaciones de bus de campo se divide en las siguientes partes:

  • IEC 61158-1 Parte 1: Descripción general y orientación para las series IEC 61158 e IEC 61784
  • IEC 61158-2 PhL: Parte 2: Especificación de la capa física y definición del servicio
  • IEC 61158-3-x DLL: Parte 3-x: Definición de servicio de la capa de enlace de datos - Elementos de tipo x
  • IEC 61158-4-x DLL: Parte 4-x: Especificación del protocolo de la capa de enlace de datos - Elementos de tipo x
  • IEC 61158-5-x AL: Parte 5-x: Definición de servicio de capa de aplicación - Elementos de tipo x
  • IEC 61158-6-x AL: Parte 6-x: Especificación del protocolo de la capa de aplicación - Elementos de tipo x

Cada parte aún contiene varios miles de páginas. Por lo tanto, estas partes se han subdividido en subpartes. Los protocolos individuales simplemente se han numerado según su tipo. De este modo, cada tipo de protocolo tiene su propia subparte, si es necesario.

Para encontrar la subparte correspondiente de las partes individuales de la norma IEC 61158, es necesario conocer el tipo de protocolo correspondiente para una familia específica.

En la edición de 2019 de la norma IEC 61158 se especifican hasta 26 tipos diferentes de protocolos. En la estandarización IEC 61158, se evita el uso de nombres de marcas y se reemplazan por términos técnicos y abreviaturas. Por ejemplo, Ethernet se reemplaza por el término técnicamente correcto CSMA/CD o una referencia a la norma ISO 8802.3 correspondiente. Lo mismo ocurre con los nombres de los buses de campo, que se reemplazan por números de tipo. Por lo tanto, el lector nunca encontrará una designación como PROFIBUS o DeviceNet en toda la norma IEC 61158 para buses de campo. En la sección « Conformidad con IEC 61784» se proporciona una tabla de referencia completa.

IEC 61784: Redes de comunicación industrial - Perfiles

Resulta evidente que esta recopilación de estándares de bus de campo en la norma IEC 61158 no es adecuada para su implementación. Debe complementarse con instrucciones de uso. Estas instrucciones muestran cómo y qué partes de la norma IEC 61158 pueden ensamblarse para formar un sistema funcional. Estas instrucciones de ensamblaje se han recopilado posteriormente como perfiles de bus de campo IEC 61784.

Según la norma IEC 61158-1 [ 24 ], la norma IEC 61784 se divide en las siguientes partes:

  • Conjuntos de perfiles IEC 61784-1 para la fabricación continua y discreta en relación con el uso de buses de campo en sistemas de control industrial.
  • IEC 61784-2 Perfiles adicionales para redes de comunicación basadas en ISO/IEC 8802 3 en aplicaciones en tiempo real
  • IEC 61784-3 Buses de campo de seguridad funcional: reglas generales y definiciones de perfiles
  • IEC 61784-3-n Buses de campo de seguridad funcional: Especificaciones adicionales para CPF n
  • IEC 61784-5-n Instalación de buses de campo - Perfiles de instalación para CPF n

IEC 61784-1: Perfiles de bus de campo

La norma IEC 61784 Parte 1 [ 25 ] , denominada Conjuntos de perfiles para la fabricación continua y discreta en relación con el uso de buses de campo en sistemas de control industrial, enumera todos los buses de campo propuestos por los organismos nacionales de normalización. En la primera edición de 2003 se introdujeron 7 familias de perfiles de comunicación (CPF) diferentes:

Swiftnet, ampliamente utilizado en la construcción de aeronaves (Boeing), se incluyó en la primera edición del estándar. Posteriormente, esto resultó ser un error y, en la edición 2 de 2007, este protocolo se eliminó del estándar. Al mismo tiempo, se añadieron CPF 8 CC-Link , el protocolo CPF 9 HART y CPF 16 SERCOS . En la edición 4 de 2014, se incluyó el último bus de campo, CPF 19 MECHATROLINK, en el estándar. La edición 5 de 2019 fue simplemente una revisión de mantenimiento sin la adición de ningún perfil nuevo.

Consulte la lista de protocolos de automatización para buses de campo que no están incluidos en esta norma.

IEC 61784-2: Ethernet en tiempo real

Ya en la edición 2 del perfil fieldbus se incluyen los primeros perfiles basados ​​en Ethernet como capa física. [ 26 ] Todos estos nuevos protocolos Ethernet en tiempo real (RTE) desarrollados se compilan en IEC 61784 Parte 2 [ 27 ] como perfiles adicionales para redes de comunicación basadas en ISO/IEC 8802 3 en aplicaciones en tiempo real . Aquí encontramos las soluciones Ethernet/IP , tres versiones de PROFINET IO - las clases A, B y C - y las soluciones de P-NET, [ 28 ] Vnet/IP [ 29 ] TCnet, [ 30 ] EtherCAT , Ethernet POWERLINK , Ethernet para automatización de plantas (EPA), y también MODBUS con un nuevo MODBUS-RTPS de publicación-suscripción en tiempo real y el perfil heredado MODBUS-TCP.

La solución SERCOS resulta interesante en este contexto. Esta red del campo del control de ejes tenía su propia norma, la IEC 61491. [ 31 ] Con la introducción de la solución SERCOS III basada en Ethernet , esta norma se ha desglosado y la parte de comunicación se ha integrado en la IEC 61158/61784. La parte de aplicación se ha integrado junto con otras soluciones de accionamiento en una norma de accionamiento especial, la IEC 61800-7.

Así pues, la lista de RTE para la primera edición en 2007 ya es larga:

2010:

2019:

2023:

En 2010 se publicó una segunda edición que incluía CPF 17 RAPIEnet y CPF 18 SafetyNET p . En la tercera edición (2014), se añadió la versión Industrial Ethernet (IE) de CC-Link . Las dos familias de perfiles CPF 20 ADS-net [ 32 ] y CPF 19 FL-net [ 33 ] se añadieron a la cuarta edición en 2019.

Para obtener más detalles sobre estos RTE, consulte el artículo sobre Ethernet industrial .

IEC 61784-3: Seguridad

Para la seguridad funcional , diferentes consorcios han desarrollado distintos protocolos para aplicaciones de seguridad hasta el Nivel de Integridad de Seguridad 3 (SIL) según la norma IEC 61508 o el Nivel de Rendimiento "e" (PL) según la norma ISO 13849. La mayoría de las soluciones tienen en común que se basan en un canal negro y, por lo tanto, pueden transmitirse a través de diferentes buses de campo y redes. Dependiendo del perfil específico, el protocolo de seguridad proporciona medidas como contadores, CRC , eco, tiempo de espera, identificadores únicos de emisor y receptor o verificación cruzada.

La primera edición publicada en 2007 de la norma IEC 61784 Parte 3, [ 34 ] denominada Redes de comunicación industrial – Perfiles – Buses de campo de seguridad funcional incluye las Familias de perfiles de comunicación (CPF):

SERCOS también utiliza el protocolo de seguridad CIP . [ 36 ] En la segunda edición publicada en 2010 se añaden CPF adicionales al estándar:

En la tercera edición de 2016 se añadió el último perfil de seguridad, CPF 17 SafetyNET p . Se prevé la publicación de la nueva edición 4 en 2021. La norma cuenta ahora con 9 perfiles de seguridad diferentes, todos ellos incluidos y referenciados en la tabla de cumplimiento global de la siguiente sección.

Conformidad con la norma IEC 61784

Las familias de protocolos de cada marca se denominan Familias de Perfiles de Comunicación y se abrevian como CPF seguidas de un número. Cada familia de protocolos puede definir buses de campo, soluciones Ethernet en tiempo real, reglas de instalación y protocolos de seguridad funcional. Estas familias de perfiles se recogen en la norma IEC 61784 y se presentan en la siguiente tabla.

Como ejemplo, buscaremos los estándares para PROFIBUS-DP. Este pertenece a la familia CPF 3 y tiene el perfil CP 3/1. En la Tabla 5 encontramos que su alcance de protocolo está definido en IEC 61784 Parte 1. Utiliza el protocolo tipo 3, por lo que se requieren los documentos IEC 61158-3-3, 61158-4-3, 61158-5-3 y 61158-6-3 para las definiciones de protocolo. La interfaz física está definida en el estándar común 61158-2 bajo el tipo 3. Las normas de instalación se pueden encontrar en IEC 61784-5-3 en el Apéndice A. Se puede combinar con FSCP3/1 como PROFIsafe, que está definido en el estándar IEC 61784-3-3.

Para evitar que el fabricante tenga que enumerar explícitamente todas estas normas, la referencia al perfil se especifica en la norma. En el caso de nuestro ejemplo para el PROFIBUS-DP, la especificación de las normas relevantes tendría que ser, por lo tanto,

Conformidad con IEC 61784-1 Ed.3:2019 CPF 3/1

IEC 62026: Interfaces controlador-dispositivo (CDI)

Los requisitos de las redes de bus de campo para aplicaciones de automatización de procesos (caudalímetros, transmisores de presión y otros dispositivos de medición y válvulas de control en industrias como el procesamiento de hidrocarburos y la generación de energía) difieren de los requisitos de las redes de bus de campo en aplicaciones de fabricación discreta, como la fabricación de automóviles, donde se utilizan numerosos sensores discretos, incluidos sensores de movimiento, sensores de posición, etc. A las redes de bus de campo discretas se las suele denominar "redes de dispositivos".

Ya en el año 2000, la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) decidió que el Comité Técnico TC 121 , Aparamenta y control de baja tensión, especificaría un conjunto de interfaces controlador-dispositivo (CDI) para cubrir las redes de dispositivos. Este conjunto de normas, con el número IEC 62026 [ 37 ], incluye en su edición actual de 2019 las siguientes partes:

Las siguientes piezas fueron retiradas en 2006 y ya no reciben mantenimiento:

  • IEC 62026-5: Parte 5: Sistema distribuido inteligente (SDS)
  • IEC 62026-6: Parte 6: Seriplex (Bus de control multiplexado en serie)

Ventaja de costos

La cantidad de cableado necesaria es mucho menor en las redes de bus de campo que en las  instalaciones de 4-20 mA. Esto se debe a que muchos dispositivos comparten el mismo conjunto de cables en una configuración multipunto, en lugar de requerir un conjunto de cables dedicado por dispositivo, como ocurre con los  dispositivos de 4-20 mA. Además, en una red de bus de campo se pueden comunicar varios parámetros por dispositivo, mientras que en una  conexión de 4-20 mA solo se puede transmitir un parámetro. Un bus de campo también proporciona una buena base para la creación de una estrategia de mantenimiento predictivo y proactivo. Los diagnósticos disponibles en los dispositivos de bus de campo se pueden utilizar para solucionar problemas antes de que se conviertan en problemas críticos. [ 38 ]

Redes de contactos

Aunque todas las tecnologías comparten el nombre genérico de bus de campo, los distintos buses de campo no son fácilmente intercambiables. Las diferencias entre ellos son tan profundas que no se pueden conectar fácilmente entre sí. [ 39 ] Para comprender las diferencias entre los estándares de bus de campo, es necesario entender cómo se diseñan las redes de bus de campo. Con referencia al modelo OSI , los estándares de bus de campo están determinados por el medio físico del cableado y las capas uno, dos y siete del modelo de referencia.

Para cada tecnología, los estándares del medio físico y de la capa física describen completamente, en detalle, la implementación de la temporización de bits, la sincronización, la codificación/decodificación, la velocidad de banda, la longitud del bus y la conexión física del transceptor a los cables de comunicación. El estándar de la capa de enlace de datos se encarga de especificar completamente cómo se ensamblan los mensajes listos para la transmisión por la capa física, el manejo de errores, el filtrado de mensajes y la arbitraje del bus, y cómo se implementarán estos estándares en el hardware. El estándar de la capa de aplicación, en general, define cómo las capas de comunicación de datos se interconectan con la aplicación que desea comunicarse. Describe las especificaciones de los mensajes, las implementaciones de gestión de red y la respuesta a la solicitud de servicios de la aplicación. Las capas tres a seis no se describen en los estándares de bus de campo. [ 40 ]

Características

Los distintos buses de campo ofrecen diferentes conjuntos de características y rendimiento. Resulta difícil realizar una comparación general del rendimiento de los buses de campo debido a las diferencias fundamentales en la metodología de transferencia de datos. En la tabla comparativa que aparece a continuación, simplemente se indica si el bus de campo en cuestión suele admitir ciclos de actualización de datos de 1 milisegundo o más rápidos.

Mercado

A partir de 2008En los sistemas de control de procesos, el mercado está dominado por Foundation Fieldbus y Profibus PA. [ 41 ] Ambas tecnologías utilizan la misma capa física ( modulación de corriente codificada en Manchester de  2 hilos a 31,25 kHz), pero no son intercambiables. Como regla general, las aplicaciones controladas y supervisadas por controladores lógicos programables (PLC) tienden a usar PROFIBUS, y las aplicaciones controladas y supervisadas por un sistema de control digital/distribuido (DCS) tienden a usar Foundation Fieldbus. La tecnología PROFIBUS es distribuida por Profibus International, con sede en Karlsruhe, Alemania. La tecnología Foundation Fieldbus es propiedad de Fieldbus Foundation, con sede en Austin, Texas, y es distribuida por esta misma empresa.

Véase también

Referencias

  1. ↑ IEC 61158-1:2019 Redes de comunicación industrial – Especificaciones de bus de campo – Parte 1: Descripción general y guía para las series IEC 61158 e IEC 61784. Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). Abril de 2019. pág.  11.
  2. ↑ "autobús" . Electropedia . Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). 2013. Definición 351-56-10.
  3. ↑ "El bus de interfaz Hewlett-Packard (HP-IB) GPIB IEEE-488 IEC625" . www.hp9845.net .
  4. ↑ Hunziker, Robin; Schreier, Paul G. (agosto de 1993). "Los buses de campo compiten por la atención de los ingenieros y comienzan a obtener apoyo comercial". Personal Engineering & Instrumentation News . 10 (8). Rye, NH: PEC Inc.: 35–37 . ISSN 0748-0016 . 
  5. ↑ Zurawski, Richard, ed. (2005). Manual de tecnología de comunicación industrial . Serie de tecnología industrial. Vol. 1. Boca Raton, FL: CRC Press. pp. 7–10 . ISBN   0849330777LCCN 2004057922. Consultado el 4 de febrero de 2013 . 
  6. ↑ Sitio web de la comunidad Bitbus/Fieldbus.
  7. ↑ Shankar, Lall Maskara (junio de 2015). "Implementación del protocolo de automatización de minifabricación para ordenadores personales" . IETE Technical Review . 8 (4): 218– 226. doi : 10.1080/02564602.1991.11438756 . Consultado el 13 de mayo de 2020 .
  8. ↑ "Sistemas de automatización industrial - Especificación de mensajes de fabricación" . Organización Internacional de Normalización (ISO). 2003. ISO 9506. Consultado el 13 de mayo de 2020 .
  9. ^ Bender, Klaus (1990). PROFIBUS: el bus de campo para la automatización . Múnich Viena: Carl Hanser Verlag. ISBN 3-446-16170-8.
  10. ↑ "Cuotas de mercado de redes industriales 2016 según HMS" . Automation inside. 1 de marzo de 2016. Consultado el 25 de mayo de 2020 .
  11. ↑ "Más de 20 millones de dispositivos PROFINET en el mercado" . Comunicado de prensa . Profinet International. 2018-04-20 . Consultado el 2020-05-27 .
  12. ↑ Baginski, Alfredo; Müller, Martín (1998). INTERBUS. Grundlagen und Praxis . Hüthig Verlag Heidelberg. ISBN 3-7785-2471-2.
  13. ↑ Busing, Alejandro; Meyer, Holger (2002). INTERBUS-Praxisbuch – Projektierung, Programmierung, Anwendung, Diagnose . Hüthig Verlag Heidelberg. ISBN 3-7785-2862-9.
  14. ↑ "INTERBUS" . Phoenix Contact Electronics GmbH . Consultado el 21 de mayo de 2020 .
  15. ↑ "NE 074 Requisitos de Fieldbus" . Comunicación NAMUR AK 2.6. 05/12/2016 . Consultado el 27/05/2020 .
  16. ↑ "Fieldbus Foundation" . Fieldbus Foundation. 2006. Consultado el 13 de mayo de 2020 .
  17. ↑ "UNA VISIÓN UNIFICADA PARA UNA INDUSTRIA MÁS INTELIGENTE" . FieldComm Group . Consultado el 13 de junio de 2020 .
  18. ↑ "Tecnología y aplicación PROFIBUS - Descripción del sistema" . PI (Profibus y Profinet International). 2016. Consultado el 13 de junio de 2020 .
  19. ↑ "Asociación KNX Asociación KNX [ Sitio web oficial ] " .
  20. ↑ "Sistemas de automatización y control de edificios (BACS) — Parte 5: Protocolo de comunicación de datos" . ISO/TC 205 Diseño del entorno de los edificios. 2017. ISO 16484-5 . Consultado el 26 de mayo de 2020 .
  21. ↑ "Adopción de mercado de BACnet" (PDF) . Oficina Ejecutiva Internacional de BACnet. 2018. Archivado del original (PDF) el 31 de julio de 2020. Consultado el 26 de mayo de 2020 .
  22. ↑ "Comparación de tecnologías IEC 61158" (PDF) . Fieldbus, Inc. 13 de noviembre de 2008. Consultado el 11 de mayo de 2020 .
  23. ↑ Felser, Max (2002). "Los estándares Fieldbus: historia y estructuras" .
  24. ↑ "Redes de comunicación industrial - Especificaciones de bus de campo - Descripción general y guía para las series IEC 61158 e IEC 61784" . IEC TC 65/SC 65C. 2019. IEC 61158-1 . Consultado el 10 de mayo de 2020 .
  25. ↑ "Redes de comunicación industrial - Perfiles Parte 1: Perfiles de bus de campo" . IEC TC 65/SC 65C. 2019. IEC 61784-1 . Consultado el 28 de abril de 2020 .
  26. ↑ Felser, Max (2009). "Ethernet en tiempo real para aplicaciones de automatización" .
  27. ↑ "Redes de comunicación industrial - Perfiles - Parte 2: Perfiles de bus de campo adicionales para redes en tiempo real basados ​​en ISO/IEC/IEEE 8802-3" . IEC TC 65/SC 65C. 2019. IEC 61784-2 . Consultado el 28 de abril de 2020 .
  28. 1 2 "Organización Internacional de Usuarios de P-NET" . P-NET Dinamarca. 2019. Recuperado el 11 de mayo de 2020 .
  29. 1 2 Demachi, Kouji (2005). "SISTEMA DE RED DE PLANTA EN TIEMPO REAL Vnet/IP" (PDF) . Informe técnico de Yokogawa.
  30. 1 2 "TCnet red de información y control de tiempo crítico" . Toshiba Infrastructure Systems & Solution Corporation. 2007. Archivado del original el 17 de octubre de 2016. Recuperado el 11 de mayo de 2020 .
  31. ↑ "Equipos eléctricos de máquinas industriales - Enlace de datos serie para comunicación en tiempo real entre controles y accionamientos" . IEC TC 22/SC 22G. 2002. IEC 61491 (retirada el 31/12/2014) . Consultado el 28/04/2020 .
  32. ↑ "Red de sistema autónomo descentralizado (ADS-net), concepto de sistema" . Hitachi . Consultado el 11 de mayo de 2020 .
  33. ↑ "Introducción a FL-net" . Asociación Japonesa de Fabricantes Eléctricos (JEMA) . Consultado el 11 de mayo de 2020 .
  34. ↑ "Redes de comunicación industrial – Perfiles – Buses de campo de seguridad funcional" . IEC TC 65/SC 65C. 2016. IEC 61784-3 . Consultado el 11 de mayo de 2020 .
  35. ↑ "FOUNDATION Fieldbus Safety Instrumented Functions Forge the Future of Process Safety" (PDF) . fieldbus.org . ARC Advisory Group. 2008. Archivado del original (PDF) el 31 de julio de 2020.
  36. ↑ "Seguridad CIP en la especificación SERCOS" . Design World. 2008. Consultado el 5 de febrero de 2010 .
  37. ↑ "Aparamenta y equipos de control de baja tensión - Interfaces controlador-dispositivo (CDI)" . IEC TC 121/SC 121A. 2019. IEC 62026. Consultado el 11 de mayo de 2020 .
  38. ↑ "Herramientas prácticas de bus de campo que facilitan el mantenimiento predictivo" . 15 de julio de 2007.
  39. ↑ Bury (1999)
  40. ↑ Farsi, M.; Barbosa, MB (2000). Implementación de CANopen: Aplicación a redes industriales . Computers and Communications. Research Studies Press Ltd. ISBN 9780863802478.
  41. ↑ "Anuncio de Fieldbus Foundation" (PDF) . Fieldbus Report . Fieldbus Foundation. Primavera de 2008. pág. 36. Archivado del original (PDF) el 26 de junio de 2016. Consultado el 24 de julio de 2013 . 

Bibliografía

  • Babb, Michael (enero de 1994). "¿Aprenderá el departamento de mantenimiento a apreciar Fieldbus?". Control Engineering . pág.  19.
  • Babb, Michael (julio de 1994). "Otro retraso en el bus de campo, el DPV de Schneider y los sistemas abiertos". Control Engineering . pág.  29.
  • Gokorsch, Steve (junio de 1994). "Otro escenario: el mantenimiento aprenderá a amar Fieldbus". Control Engineering . págs. 112–114 . 
  • Gunnel, Jeff (marzo de 1994). "Los enlaces de analizadores pueden usar bus de campo". Control e instrumentación . págs. 33–35 . 
  • Hodgkinson, Geoff (1994). "¿Comunicación? ¿Estamos escuchando?". Ingeniería de Procesos, Suplemento de Instrumentación 1994. págs. s19– s21. 
  • Jones, Jeremy (agosto de 1992). "¿Podrá sobrevivir Fieldbus?". Control and Instrumentation . págs. 25–26 . 
  • Kerridge, Brian (28 de abril de 1994). "Los proveedores de redes se unen en torno al estándar Fieldbus". EDN . págs. 45–46 . 
  • Rathje, J. (septiembre de 1994). "Namur dice sí a la tecnología Fieldbus y a la promesa de reducir costos". Control and Instrumentation . págs. 33–34 . 
  • Reeve, Alan (agosto de 1993). "Fieldbus : ¿participan los usuarios?". Control e instrumentación . págs. 25-26 . 
  • Spear, Mike (abril de 1994). "Una visión de planta del uso de Fieldbus". Ingeniería de procesos . págs. 38–39 . 
  • Spear, Mike (abril de 1994). "¿Fieldbus listo para comenzar la última vuelta?". Ingeniería de procesos . pág.  37.
  • Chatha, Andrew (mayo de 1994). "Fieldbus: La base de los sistemas de control de campo". Control Engineering . págs. 47–50 . 
  • Furness, Harry (enero de 1994). "Las comunicaciones digitales proporcionan...". Control Engineering . págs. 23–25 . 
  • Furness, Harry (marzo de 1994). "Fieldbus: Las diferencias comienzan desde abajo hacia arriba". Control Engineering . págs. 49–51 . 
  • Fouhy, Ken (septiembre de 1993). "Fieldbus sale a la carretera". Ingeniería química . págs. 37–41 . 
  • Johnson, Dick (diciembre de 1994). "El futuro del bus de campo en el hito de 1995". Control Engineering . págs. 49–52 . 
  • Loose, Graham (mayo de 1994). "¿Cuándo puede la industria de procesos utilizar el bus de campo?". Control e instrumentación . págs. 63–65 . 
  • Spear, Mike (marzo de 1993). "Fieldbus se enfrenta a sus primeras pruebas". Ingeniería de procesos . pág.  36.
  • Lasher, Richard J. (julio de 1994). "Avances en Fieldbus y sus implicaciones". Control Engineering . págs. 33–35 . 
  • Pierson, Lynda L. (noviembre de 1994). "Unos estándares de bus de campo más amplios mejorarán la funcionalidad del sistema". Control Engineering . págs. 38–39 . 
  • Powell, James; Vandelinde, Henry (2009). Capturando el bus de campo de procesos: una introducción a PROFIBUS para la automatización de procesos .
  • Patel, Kirnesh (2013) Tecnología Foundation Fieldbus y sus aplicaciones
  • O'Neill, Mike (enero de 2007). "Avances en Fieldbus". Process Industry Informer . págs. 36–37 . 
  • Mahalik, NP; Moore, PR (1 de agosto de 1997). "Control distribuido basado en tecnología Fieldbus en industrias de procesos: un estudio de caso con la tecnología LonWorks". Integrated Manufacturing Systems . Vol.  8, n.º  4, págs. 231–243 . doi : 10.1108/09576069710182054 . ISSN 0957-6061 .  
  • "FOUNDATION Fieldbus Safety Instrumented Functions Forge the Future of Process Safety" (PDF) . fieldbus.org . ARC Advisory Group. 2008. Archivado del original (PDF) el 31 de julio de 2020.
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