Comunicaciones Industriales

INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE COMUNICACIÓN INDUSTRIAL

RED DE COMUNICACIÓN INDUSTRIAL 

Una red de comunicaciones industriales se puede definir como una red de tiempo real utilizada en un sistema de producción para conectar distintos procesos de aplicación con el propósito de asegurar la explotación de la instalación (comando, supervisión, mantenimiento y gestión)..

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Otra definición corresponde a un sistema de comunicación que provee servicios bajo restricciones temporales y está constituido por protocolos capaces de gestionar estas

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HISTORIA DE LAS REDES DE COMUNICACIÓN INDUSTRIAL Hasta finales de la década de los 60’s el control de un proceso productivo se realizaba mediante un lazo de control para cada variable del sistema.

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Enormes paneles de control, los cuales indicaban mediante señales (luces) algún suceso ocurrido en el proceso productivo.

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Evolución dispositivos basados en microprocesadores.

INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE COMUNICACIÓN INDUSTRIAL 

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En la década de los 70’s se comenzaron a introducir los computadores en el control de procesos, fundamentalmente para realizar tareas de vigilancia y se emplearon sustituyendo a los enormes paneles de control. El desarrollo de los microprocesadores, microcontroladores y los controladores lógicos programables (PLC´s) dio lugar a la aparición del control distribuido, siendo estos capaces de controlar uno o varios lazos del sistema y de comunicarse con otros niveles. La aparición de sensores inteligentes y elementos programables que favorecen la automatización demandan la necesidad de permitir su programación y control de forma remota, para ello es necesario integrarse a una red de comunicación.

INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE COMUNICACIÓN INDUSTRIAL 

En los años 90’s se tienen diversos protocolos no compatibles. Los basados en productos existentes o prototipos: MIL1553B, Hart (Rousemount), Bitbus (Intel) y los basados en propuestas completas: FIP, Profibus

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En la actualidad y debido al surgimiento de conceptos como OPC, se busca estandarizar la comunicación entre los dispositivos y se comienza a incursionar en el desarrollo de software de gestión y supervisión bajo el paradigma de software libre y sistemas multiplaforma

NIVELES JERÁRQUICOS EN UNA RED INDUSTRIAL

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Nivel de Gestión: Es el nivel más elevado y se encarga de integrar todos los niveles en una estructura de fábrica e incluso de múltiples fábricas. Los equipos aquí conectados suelen ser estaciones de trabajo que hacen de puente entre el proceso productivo y el área de gestión. A este nivel se emplea una red de tipo LAN (Local Area Network) o WAN (Wide Area Network).

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Nivel de Control: Nivel intermedio que enlaza y dirige las distintas zonas de trabajo con autómatas de gama alta y PC dedicados a diseño, control de calidad, programación, etc. Se suele emplear una red de tipo LAN.

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Nivel de Campo y Proceso: Integra pequeños automatismos (autómatas compactos, multiplexores, de E/S, controladores PID, etc.) dentro de sub-redes. En este nivel se emplean los buses de campo siendo muy importante que la información sea transferida dentro de los intervalos de tiempo requeridos por el proceso industrial para así cumplir con los requerimientos de tiempo real.

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Nivel de entradas / salidas: Es el nivel más próximo al proceso, haciendo referencia a las interconexiones entre los sensores y actuadores que se encargan de realizar la adquisición de los datos del proceso.

CARACTERISTICAS COMUNICACIONES INDUSTRIALES 

Deben resolver la problemática de la transferencia de información entre los equipos de control del mismo nivel y entre los correspondientes a los niveles contiguos de la pirámide CIM (Computer Integrated Manufacturing).

CARACTERISTICAS COMUNICACIONES INDUSTRIALES NECESIDAD: 

En los niveles superiores de la pirámide CIM se trabaja frecuentemente con grandes volúmenes de datos, aunque el tiempo de respuesta no es en general crítico y se sitúa entre pocos segundos hasta minutos o incluso horas.

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Por el contrario, los sistemas electrónicos de control utilizados en los niveles inferiores de las fases de producción trabajan en tiempo real y debido a ello se les exigen tiempos de transmisión mucho más rápidos y, sobre todo, un comportamiento determinista de las comunicaciones, aunque los volúmenes de información a transmitir son, en general, menos elevados.

CARACTERISITICAS COMUNICACIONES INDUSTRIALES

Las comunicaciones deben poseer unas características particulares para responder a las necesidades de intercomunicación en tiempo real. Además, deben resistir un ambiente hostil donde existe gran cantidad de ruido electromagnético y condiciones ambientales duras.

EL MODELO OSI REDUCIDO 

Para el caso de las comunicaciones industriales el modelo de referencia OSI se reduce a tres capas, que corresponden a las capas: física, enlace de datos y aplicación. Con el fin de que la comunicación se realice en tiempo.

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El intercambio de datos entre sistemas de automatización se produce a través de un bus.

EL MODELO OSI REDUCIDO En un bus de campo se engloban las siguientes partes: Estándares de comunicación. Cubren los niveles físico, de enlace y de aplicación establecidos en el modelo OSI reducido.  Conexiones físicas. En general, las especificaciones de un determinado bus admiten más de un tipo de conexión física. Las más comunes son semidúplex (comunicación en banda base tipo RS-485), RS-422 y conexiones en bucle de corriente.  Protocolo de acceso al medio (MAC) y de enlace (LLC). Consiste en la definición de una serie de funciones y servicios de la red mediante códigos de operación estándar.  Nivel de aplicación: Es el dirigido al usuario, apoyándose en las funciones estándar antes mencionadas para crear programas de gestión y presentación. La aplicación suele ser propia de cada fabricante, permitiendo a lo sumo la programación en un lenguaje estándar. 

REDES DE COMUNICACIÓN INDUSTRIAL Según el entorno donde van a ser instaladas, dentro de un ámbito industrial, existen varios tipos de redes: 

Red de Factoría: En este nivel se ejecutan, entre otras, las siguientes aplicaciones informáticas: Programas ERP (Enterprise Resource Planning), Programas MES (Manufacturing Execution Systems), Programas CAD/CAM/CAE (Computer Aided Design /Manufacturing / Engineering), Herramientas de aplicación general que permiten el trabajo en grupo (Groupware) del personal de todas las áreas de la empresa

REDES DE CÉLULA 

Redes de célula.: Las redes de empresa no han sido diseñadas, al menos inicialmente, para satisfacer determinados requisitos que son propios del ambiente industrial, entre los que destacan:

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Funcionamiento en ambientes hostiles (perturbaciones FEM, temperaturas extremas, polvo y suciedad, …)

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Gran seguridad en el intercambio de datos en un intervalo cuyo límite superior se fija con exactitud (“determinismo”) para poder trabajar correctamente en “tiempo real”.

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Elevada fiabilidad y disponibilidad de las redes de comunicación, mediante la utilización de dispositivos electrónicos, medios físicos redundantes y/o protocolos de comunicación que dispongan de mecanismos avanzados para detección y corrección de errores…

Surgen las conocidas como redes Industrial Ethernet, cuya capa de enlace está basada en la técnica Ethernet y cuyos protocolos básicos de comunicación se fundamentan en TCP/IP.

REDES DE CÉLULA En lo que respecta a los protocolos de la capa de aplicación que se debe utilizar en las redes Industrial Ethernet en combinación con los protocolos de las capas inferiores, no existe actualmente una olución única normalizada y están propuestas diferentes soluciones como:

REDES DE CONTROL 

Redes de control.

Suelen recibir el nombre genérico de buses de campo (Fieldbuses). Las redes de control resuelven los problemas de comunicación en los niveles inferiores de la pirámide CIM. Se utilizan, por tanto, para comunicar entre ellos sistemas de control industrial y/o con dispositivos de campo. Se clasifican en: •Redes de controladores •Redes de sensores-actuadores

VENTAJAS DE UNA RED DE COMUNICACIÓN INDUSTRIAL         

Visualización y supervisión de todo el proceso productivo. Toma de datos del proceso de una manera más rápida o instantánea. Mejora del rendimiento general de todo el proceso. Posibilidad de intercambio de datos entre sectores del proceso y entre departamentos. Programación a distancia, sin necesidad de estar al pie de fábrica. Facilidad de comunicación Hombre-Máquina Control de calidad, gestión y estadística. Cambios de adaptarse a la evolución y diversificación de los productos. Posibilidad de lenguajes de alto nivel facilitando integración de información