COMUNICACIONES Y REDES Apunte Complementario 3

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD TECNOLOGICA

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIAS INDUSTRIALES

Buses de campo y redes industriales.

COMUNICACIONES Y REDES

Apunte Complementario 3

CONTENIDO

Introducción

Redes Industriales

Redes de Control y Datos                

Bus de Campo

Buses de Alta Velocidad y Baja Funcionalidad

Buses de Alta Velocidad y Funcionalidad Media

Buses de Altas Prestaciones        

Buses para áreas de seguridad intrínseca

Protocolos de Comunicación

INTRODUCCION

La automatización de procesos industriales ha ido aumentando la utilización de las comunicaciones industriales de forma acelerada en todos los ámbitos posibles, y siempre en busca de una normalización de la misma, sin embargo ha sido un proceso lento que actualmente abarca gran parte de la industria con distintos buses de campo. Pero al ser una tecnología relativamente nueva y principalmente evolutiva, requiere de nuevas características, arquitecturas y funcionalidades. Es por esto que es necesario nuevas formas de comunicaciones cada vez más eficientes, equipos necesarios para los sistemas de almacenamiento y transferencia de información, así como la ejecución de aplicaciones y los procedimientos de tomas de decisiones del proceso. Si bien en el campo de la automatización industrial, los protocolos de comunicaciones empezaron a usarse muy temprano para poder conectar los dispositivos existentes en la parte baja de la pirámide CIM, también con el uso de uno o más buses de campo se pueden conectar los demás niveles. Estas comunicaciones solo han sufrido leves normalizaciones, más bien se nota la aparición de más y más buses de campo. A partir de lo anterior definiremos como concepto el termino bus de campo como un protocolo de comunicaciones usado para interconectar sensores y actuadores inteligentes a otros equipos de la infraestructura de la empresa, ya sean máquinas de control numérico y Controladores Lógicos Programables. Con la aparición de dispositivos inteligentes de diferentes proveedores es necesario crear un ecosistema digital donde estos diferentes equipos puedan comunicarse compartiendo información, así ocurrió durante más de una década, en la cual diferentes alianzas comenzaron entre las marcas líderes y marcas pequeñas del mercado industrial, resultando favorecidas algunas de ellas gracias a la incipiente incorporación de estos protocolos de comunicación a los productos que ya sacaban al mercado. Es así como al fin y al cabo, la industria actual ofrece dispositivos que poseen protocolos de comunicaciones altamente eficientes y compatibles entre sí de tal manera de no afectar a los diferentes procesos dentro de una misma empresa, creando entornos flexibles y amigables entre los diferentes instrumentos. Llegado a esto, presentamos el siguiente informe en base a la investigación realizada durante el semestre de algunos de los buses de campo, protocolos de comunicación más destacados dentro del ambiente industrial, sus topologías, tipos, etc.

REDES INDUSTRIALES

Las Redes Industriales en la automatización se pueden visualizar mediante un conjunto de dispositivos y sistemas de un proceso asociado a diferentes niveles que deben estar intercomunicados, esta intercomunicación entre los diferentes niveles se consigue al utilizar los famosos Buses de Campo.

Por una familia de Redes Industriales consideraremos que es básicamente un conjunto de redes de datos que comparte solo algunas capas del modelo OSI necesarias para la comunicación entre los diferentes niveles; este modelo OSI consiste un marco de referencia de la arquitectura de las interconexiones de los sistemas de comunicación.

El modelo OSI se plantea como objetivo principal tener una base común para la comunicación entre diferentes equipos (ya sean marcas o modelos) y a partir de este punto generar un nuevo conjunto de funcionalidades que cumplan con los niveles mínimos de integración de tal manera de tener muchos equipos de diferentes empresas sin tener que desperdiciar costos al cambiar de proceso manteniendo la filosofía principal de la  "Computer lntegrated  Manufacturing" –CIM.

Componentes de las Redes Industriales

Cuando se trabaja en grandes empresas, son necesarias grandes redes industriales, ya que un simple cable no es suficiente para poder intercomunicar el conjunto de todos los nodos de la red necesarios para que exista flujo de datos entre los diferentes equipos. Es por esto que es necesario definir topologías de comunicación y diseños de redes para proveer un aislamiento disminuyendo el ruido existe en la empresa y conocer los requerimientos de funcionamiento.

Bridge - Switch

Un Bridge consiste básicamente en un dispositivo con un puente el cual permite  la conexión entre dos diferentes secciones o segmentos de red, lo importante de este dispositivo es que puede unir conexiones aun cuando estas tengan diferentes características eléctricas y protocolos.

Repetidor

El Repetidor es un dispositivo que amplifica las señales eléctricas para que puedan viajar a grandes distancias entre nodos. Con este dispositivo se pueden conectar un gran número de nodos a la red; además, se pueden adaptar a diferentes medios físicos como cable coaxial o fibra óptica. Cada cable tiene su intensidad de señal que al cabo de una distancia se atenúa por diferentes efectos, con el Repetidor antes de que esta señal comience a fallar se amplifica siendo re-transmitida con la misma intensidad inicial.

Gateway

Un Gateway es similar a un puente, ya que suministra interoperabilidad entre buses y diferentes tipos de protocolos; además, las aplicaciones pueden comunicarse a través de él.

Enrutadores - Router

Estos dispositivos de capa 3, permiten interconectar redes de igual naturaleza, y conexiones a Internet, son dispositivos protocolo-dependientes y por lo tanto son utilizables en los casos en donde la red es homogénea. Además de poseer los mismos requerimientos de los switches (el cual une paquetes de comunicación entre diferentes segmentos de red que definen la ruta)

Beneficios de las Redes Industriales

• Reducción de cableado (físicamente)
• Dispositivos inteligentes (funcionalidad y ejecución)
• Control distribuido (flexibilidad)
• Simplificación de cableado de las nuevas instalaciones
• Reducción de costo en cableado y cajas de conexión
• Aplicable a todo tipo de sistema de manufactura
• Incremento de la confiabilidad de los sistemas de producción
• Optimización de los procesos existentes

REDES DE CONTROL Y REDES DE DATOS

En el esquema piramidal CIM, existen diferentes modelos de comunicación, cada uno de ellos con diferentes necesidades, por lo tanto la podemos dividir en de dos tipos de redes:

• Redes de control - Está ligada a la parte baja de la pirámide
• Redes de datos - Está ligada a la parte alta de la estructura.

Por lo general las redes de datos están orientadas al transporte de grandes paquetes de datos, que aparecen de forma esporádica, y con un gran ancho de banda, para permitir un envió rápido de una gran cantidad de datos.

Las redes de control manejan un tráfico formado por un gran número de paquetes pequeños, que se intercambian con frecuencia entre un gran número de dispositivos que forman parte de la red y que muchas veces trabajan en tiempo real.

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