1. ¿Cuál es la función de las comunicaciones industriales?
Las
comunicaciones industriales son aquellas que permiten el flujo de información
del controlador a los diferentes dispositivos a lo largo del proceso de
producción: detectores, actuadores, otros controladores... Los procesos a
automatizar acostumbran a tener un tamaño importante y este hecho provoca que
exista una gran cantidad de cables entre el autómata y los sensores y
actuadores.
2. ¿Qué tipo de alternativas de comunicación existen para
comunicar los diferentes dispositivos que forman un sistema industrial?
Los primeros autómatas
se cableaban hilo a hilo directamente a los borneros de los módulos de entrada
y salida (cableado clásico). Este método presentaba numerosos inconvenientes
que se expondrán a continuación. Actualmente existen diferentes alternativas,
debidas principalmente a los avances tecnológicos conseguidos:
• Cableado mediante
bases de precableado
• Entradas y salidas
distribuidas
• Buses de campo
Sistemas de precableado
Existen autómatas de
pequeño tamaño que admiten módulos de entrada y salida de alta densidad. Estos
módulos tienen una serie de conectores (diferentes a los borneros) donde se
enchufan unos cables de conexión que en el otro extremo se conectan a unas
bases de precableado a tornillo, donde se pueden conectar los cables de
captadores y preaccionadores. Los cables que unen las bases de precableado con
los módulos del autómata son realmente una manguera de cables. De todas maneras
se sigue teniendo el problema de la existencia de las mangueras de cables que
van conectadas a las bases de precableado.
Entradas y salidas
distribuidas
Las distancias que
existen en una planta industrial entre detectores, actuadores y controladores
pueden llegar a ser muy importantes. Por ese motivo se colocan cajas de
entradas y salidas distribuidas a lo largo de la instalación, con las que el
autómata se comunica mediante un módulo de comunicaciones. Estas cajas se
sitúan cerca del proceso a controlar y si es posible en la propia máquina. De
esta manera se consigue que los cables de los sensores sean más cortos y que
los preaccionadores estén más cerca de los accionadores. Esto también provoca
que los cables de potencia sean más cortos, disminuyendo las posibles
perturbaciones en los cables de señal y evitando las caídas de tensión.
De todas maneras el
cableado de captadores y accionadores a nivel local sigue siendo igual de
complicado que en el cableado clásico.
Buses de campo
A finales de los 80 y
sobre todo en los 90 aparecen en el mercado nuevas opciones de comunicación,
los buses de campo. Estos buses permiten conectar los captadores y accionadores
al autómata con un solo cable de comunicación. Las modificaciones y
ampliaciones de las instalaciones se pueden realizar fácilmente sólo con
ampliar el cable del bus y conectar los nuevos componentes.
Este tipo de
comunicación permite ir más allá que la simple conexión con actuadores o
captadores de tipo "todo o nada" o de tipo analógico, además permite
conectar los dispositivos llamados inteligentes. Estos dispositivos pueden ser
variadores de velocidad, controladores de robot, arrancadores, reguladores PID,
terminales de visualización, ordenadores industriales... El intercambio de
información requerido es del orden de Kbytes. o Mbytes. Un envío de información
de este tipo se realiza en pequeños paquetes por medio de las funciones
suministradas por el protocolo de comunicación usado.
Los buses de campo han
favorecido las comunicaciones industriales como las conocemos hoy en día.
Gracias a estos avances es posible la fabricación flexible y los sistemas de
producción integrados como los llamados CIM (Computer Integrated
Manufacturing), mediante la cual todo el proceso de fabricación está controlado
por sistemas informáticos
3. ¿Qué problemas presenta el cableado clásico?
Cableado clásico
Los
captadores se cablean hilo a hilo a las entradas del autómata por borneros de
tornillos y las salidas se cablean a los preactuadores, normalmente en el
propio armario del autómata. De este armario saldrá también el cableado de
potencia para los diversos actuadores.
Este método presenta diferentes problemas debido a:
La longitud excesiva del cableado (con
las consiguientes caídas de tensión que provoca) y el ruido producido entre los
cables de potencia y de señal.
Los cables de sensores y captadores se llevan a
cajas de campo donde se cablean en borneros, de donde salen mangueras de cables
hacia el armario.
4¿Qué ventajas presentan los buses de campo respecto a los otros
métodos de cableado?
A continuación se
presentan las características propias de los buses de campo, así como sus
ventajas respectos los otros sistemas mencionados.
Servicios que debe
proporcionar
• Respuesta rápida a
mensajes cortos.
• Alta fiabilidad del
método de señalización y del medio.
• Una red mantenible y
ampliable por el personal de la planta.
• Una red que pueda ser
conectada al sistema de comunicaciones principal de la empresa.
• Conectabilidad a
diferentes componentes de distintas marcas.
Ventajas respecto otros
sistemas de comunicación
• Reducción del cableado.
• Mayor precisión.
• Diagnosis de
instrumentos de campo.
• Transmisión digital.
• Calibración remota.
• Mecanismos fiables de
certificación.
• Reducción del ciclo
de puesta en marcha de un sistema.
• Operación en tiempo
real.
5. ¿Qué niveles jerárquicos presenta la pirámide CIM? Nómbralos
En una red industrial las
comunicaciones se suelen agrupar jerárquicamente en función de la información
tratada. Cada subsistema debe tener comunicación directa con los subsistemas
del mismo nivel y con los niveles inmediatamente superior e inferior. Así aparecen
cinco niveles, representados a continuación por medio de la pirámide CIM:
0) Nivel de Proceso: en
este nivel se realiza el control directo de las máquinas y sistemas de
producción. Los dispositivos conectados son sensores, actuadores, instrumentos
de medida, máquinas de control numérico, etc. Se suele utilizar cableado
tradicional o buses de campo: AS-i.
1) Nivel de Campo: se
realiza el control individual de cada recurso. Los dispositivos conectados son
autómatas de gama baja y media, sistemas de control numérico, transporte
automatizado,...Se utilizan las medidas proporcionadas por el nivel 0 y se dan
las consignas a los actuadores y máquinas de dicho nivel.
2) Nivel de Célula: incluye
los sistemas que controlan la secuencia de fabricación y/o producción (dan las
consignas al nivel de campo). Se emplean autómatas de gama media y alta,
ordenadores industriales, etc.
3) Nivel de Planta:
corresponde al órgano de diseño y gestión en el que se estudian las órdenes de
fabricación y/o producción que seguirán los niveles inferiores y su
supervisión. Suele coincidir con los recursos destinados a la producción de uno
o varios productos similares (secciones).
4)
Nivel de Factoría: gestiona la producción completa de la empresa,
comunica las distintas plantas, mantiene las relaciones con los proveedores y
clientes y proporciona las consignas básicas para el diseño y la producción de
la empresa.
IMPORTANTE
El flujo de información existente en la
pirámide CIM debe ser:
• Vertical:
incluye las órdenes enviadas por el nivel superior al inferior (descendente) y
los informes sobre la ejecución de las órdenes recibidas (ascendente).
•
Horizontal: debe existir un intercambio de información entre entidades de un
mismo nivel.
6. ¿Qué tipo de bus se utilizaría en el nivel de proceso de la
pirámide CIM?
El bus de campo AS-I se sitúa en la parte mas baja de la
piramide CIM, conectando los sensores y
actuadores con el maestro (autómata) del nivel de campo.
Por otro lado, AS-Interface supone un ahorro considerable
en la instalación, planificación y en su
mantenimiento en las maquinas e instalaciones,
principalmente en los costes relacionados con los
tiempos de cableado.
7. ¿Qué peculiaridad tiene el cableado del bus AS-i respecto a los
demás?
-Características principales:
• Conexión de sensores y
actuadores a PLCs y PCs
• Transmisión de datos y
alimentación mediante un único cable
• Aplicaciones críticas en el
tiempo (máx. tiempo de reacción 5 ms)
• Hasta 31 esclavos con un
maestro
• Un máximo de 4 bits de
entrada y 4 bits de salida por esclavo
• Hasta 124 entradas binarias y
124 salidas binarias en una red AS-i
• Adicionalmente 4 bits para
parámetros por cada esclavo
• Posibilidad de E/S analógicas
• Direccionamiento electrónico
del esclavo
Ventajas: Extrema simplicidad,
coste bajo, mundialmente aceptado, alta velocidad, alimentación disponible en
la red.
Inconvenientes: Pobremente equipado
para conectar entradas/salidas analógicas, tamaño de la red limitado.
8. ¿Cuál es el futuro de las comunicaciones industriales?
Las tendencias para el futuro
en el campo de las comunicaciones industriales son las tecnologías inalámbricas
(wireless), es decir aquellas tecnologías que no utilizan el cableado físico y
se comunican por ondas a través del aire.
Este tipo de tecnologías se van
introduciendo en nuestras vidas de manera muy visible en los últimos años.
Desde la telefonía móvil hasta las salas VIP de los aeropuertos españoles. Por
tanto era de esperar que la industria no se hiciera esperar, aunque de momento
no existe una uniformidad entre los diferentes sistemas existentes, hay muchos
estándares que están en continua evolución.
Algunos ejemplos de esta
tecnología son: Bluetooth, Wi-fi, UWB,...
Esta tecnología
permitirá llegar a velocidades mucho más importantes, con un transporte mucho
mayor de
información y sin los problemas de espacio ni interferencias.
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9. ¿Qué diferencias existen entre los buses propietarios y los
buses abiertos?
Los buses propietarios como su propio nombre indica son
propiedad de una empresa o una marca (fabricante) por lo
que para utilizarlo necesitas una serie de licencias, que
suponen unos costes elevados y, además, solo se pueden
utilizar equipos de esa marca o fabricante.
En los buses abiertos, el uso es abierto, ya que existe un
acuerda entre las diferentes marcas que trabajan en este
tipo de campos para que las licencias, sofwares y
dispositivos sean compatibles independientemente de las
marcas y/o fabricantes.
10. Elabora una tabla que recoja las siguientes características (técnicas de transmisión de datos,
interfaces y elementos de conexión, técnicas de control de flujo, de detección
de errores y de acceso al medio en la transmisión de datos.) de los distintos
buses de campo vistos en los apuntes.
