EJERCICIOS

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.

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.