Buses de Campo en la Automatización Industrial

BUSES DE CAMPO EN LA AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

Las comunicaciones industriales se han destacado por traer facilidad al momento de realizar cualquier proceso de nivel industrial y a gran escala; esto ha llevado a que, a lo largo de la historia, se hayan desarrollado diferentes modelos de comunicación, los cuales ayuden a cumplir estas ciertas necesidades al momento de manejar una gran industria. Estas comunicaciones permiten el flujo de información a lo largo de un proceso industrial, desde un determinado controlador a todos aquellos sistemas que hacen que el proceso funcione como lo son los actuadores y los transductores.  Este tipo de tareas, a permitido a las grandes industrias implementar procesos que sean muy completos, los cuales puedan ser revisados y controlados por cualquiera que lo desee a lo largo de una cadena de producción. Los protocolos de comunicación han brindado la posibilidad de implementar diferentes tipos de comunicaciones industriales, basándose principalmente en la cantidad de información, distancias y sobre todo que tantos sistemas a la vez se desean observar y controlar.  

Dentro de este ámbito de diferentes procesos de comunicación, durante los años 90, se da inicio a la implementación de uno de los sistemas de transmisión mas utilizados en la industria, haciendo referencia al bus de campo. Este método de comunicación, es muy utilizado debido a que cuenta con una serie de características las cuales le permiten sobresalir por encima de otros métodos de comunicación.  El bus de campo, es un sistema de transporte digital bidireccional, esto le permite reducir los costos de implementación a través de la reducción de cableado e instalación del sistema; del mismo modo otra característica importante, es que al utilizar un único bus de comunicación todos los diferentes subprocesos utilizados en el proceso industrial pueden ser integrados dentro de este con una única conexión, esto quiere decir que desde para el control de diferentes procedimientos solo se necesita un sistema maestro capaz de control cada uno de estos. Este tipo de comunicación tiene la ventaja de una gran velocidad al momento de transmitir la información, así como la facilidad para administrar y controlar los diferentes procesos dentro de una industria; esta característica ayuda a tener una versatilidad dentro de la manipulación de los sistemas y procesos llevados a cabo, esto quiere decir que al tener un único medio transporte, cualquiera que lo desee podrá observar, estudiar y analizar cualquier información que este circulando por el bus de datos. [1] [2]

Dentro de los buses de campo, las compañías se han encargado de crear diferentes buses de campo, basándose sus necesidades y objetivos al momento de implementar el sistema; esto principalmente se ha dado gracias a la falta de estándares respecto a este campo. Estas clasificaciones se han distribuido principalmente en 3 categorías [3]. La primera categoría se ha denominado buses de alta velocidad y baja funcionalidad, esta es utilizada para el control de dispositivos simples, y que estén agrupados en una pequeña zona de la planta, esto para que la eficiencia en cuanto a velocidad sea aprovechada de la mejor manera, del mismo modo se utiliza para procesos que funcionen en tiempo real, y que tenga tiempo de operación rápidos y precisos. Otra categoría desarrollada se denomino buses de alta velocidad y funcionalidad media, este tipo se basa en el diseño de una capa de enlace, lo cual permite enviar bloques de datos de tamaño medio de manera eficiente y rápida; este tipo de comunicaciones brinda la posibilidad de que cualquier dispositivo conectado al bus sea de mayor funcionabilidad y velocidad, ayudando así a controlar aspectos como la configuración, calibración o programación. Otra característica de esta categoría es que, al tener la posibilidad de enviar paquetes de datos mas grandes, se pueden usar dispositivos mas complejos y que requieran de un sistema mas robusto para lograr el transporte de información; otra característica es que permite la integración e interoperabilidad de dispositivos de diferentes fabricantes. Finalmente la ultima categoría se bautizo como buses de altas prestaciones, este modelo de comunicación es el mas robusto y completo, permite cualquier nivel de comunicaciones dentro del modelo de producción CIM. Se caracteriza por tener alta velocidad de trasmisión y soportar paquetes de datos grandes y completos, esto a la vez es una desventaja debido a que en ocasiones presenta problemas de sobrecarga en la comunicación. Al ser uno de los modelos mas robustos y completos cuenta con una serie de características las cuales lo hacen mas especial por encima de los dos anteriores, dentro de estas se destaca que cuenta con redes multimaestro con redundancia, tiene la capacidad de realizar peticiones de servicios a los esclavos basados en los eventos presentados; también tiene la capacidad de descarga y ejecución remota de programas. A partir de estas tres categorías principales, a lo largo de la historia de los buses de campo, se han desarrollado ciertos buses estandarizados bajo normas y protocolos, a continuación, se presentan algunos de los buses estandarizados mas importantes. El primer bus estandarizado a trabajar será el Interbus, este es un protocolo inicialmente desarrollado y controlado por la empresa Phoenix Contact GmbH, posteriormente fue estandarizado bajo la norma DIN 19258; se basa en un esquema maestro-esclavo, en donde el maestro simultáneamente, actúa como una interfaz entre los noveles superiores de jerarquía con los inferiores, en este bus, todos los dispositivos forman un camino cerrado; una de las principales características de este estándar es que las líneas de envío y recepción están contenidas dentro de un mismo cable que une todos los dispositivos. Este tipo de estructuras ofrece la ventaja de realizar envió y recepción de datos es decir una comunicación full dúplex, esto le brinda otra característica que es la fácil detección de errores dentro del protocolo de comunicación. Otro bus estándar es el Profibus FieldBus [5], este estándar se desarrolló bajo un proyecto financiado por el gobierno alemán, esta normalizado bajo la norma EN 50170 en Europa; esta distinguido por 3 versiones en especial, la primera es Profibus-DP (Decentralized Periphery) este fue diseñado para procesos de baja velocidad y bajo costo, en los que no se requiera sistemas robustos, puede ser implementado en PLCs o terminales. Otra versión Profibus-PA (Process Automaion), este fue diseñado para el control de procesos con normas especiales de seguridad sobre todo para ambientes peligrosos con riesgo de explosión y desastre. Finalmente, la última versión se denomino Profibus-FMS (Fieldbus Message Specification) este se construyó con la principal necesidad de integrar protocolos TCP/IP. Otro protocolo desarrollado es Control Area Network o CAN, [4] este fue desarrollado por la empresa BOSCH para uso dentro de la industria automotriz con el fin de reducir el uso de conexiones dentro de todos los sistemas con los que cuenta un automóvil. Esta estandarizado por la norma ISO 11898-1, este se puede utilizar como bus multimaestro para la conexión de diferentes dispositivos inteligentes. Su velocidad varia desde los 50 Kbps hasta 1 Mbps, para distancias entre los 30 metros y los 5 Km.

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