PDF de programación - Entrega 27 - Curso sobre Controladores Lógicos Programables (PLC)

Curso sobre Controladores Lógicos
Programables (PLC).

Por Ing. Norberto Molinari.

Entrega Nº 27.

Capitulo 5.

Redes Digitales de Datos en Sistemas de
Control de Procesos.

5.10.2.1 El comité ISA SP50.
El comité ISA (Instruments Society of America) SP50 fue el responsable de una tarea
de normalización actualmente muy difundida: desarrolló la norma SP50.1 que
normalizó la señal de 4 a 20mA, allá por 1975. El comité fue reconvocado en 1984 para
una nueva tarea, la normalización del FieldBus. El objetivo era establecer una norma
para protocolo de comunicaciones digital, serial y bidireccional para sensores y
actuadores inteligentes montados en áreas de proceso. Un objetivo adicional era que el
nuevo protocolo debía permitir el uso del cableado ya instalado.

En forma simultánea la IEC (International Electrotechnical Commision) empezó a
trabajar en el desarrollo de un FieldBus, con la comisión SC65WG6.

Pronto ambos institutos unificaron sus fuerzas, y muchos miembros de una
comisión formas parte también de la otra.

Para su diseño, el FieldBus fue dividido en distintos niveles según el modelo ISO / OSI.
De los 7 niveles del modelo, el comité SP50 implementa solo tres: el nivel físico, el de
enlace de datos y el de aplicación. Los demás niveles son omitidos. Además se agrega
un nuevo nivel, el nivel de usuario, que es el que permite la íntercambiabilidad de
instrumentos.

Este nivel consiste en una detallada descripción de la base de datos que identifica la
función de un equipo, por medio de bloques funcionales como “entrada analógica”,
”lazo PID”, y otros. Como veremos, este concepto de 8° nivel o “capa del usuario”
también es incluido en el desarrollo de ISP. Cada nivel es estudiado por un subcomité, y
aprobado por separado.

El desarrollo del FieldBus SP50 resultó extremadamente lento, debido a la gran
cantidad de usuarios y proveedores que participan de los comités con voz y voto. Se
esperaba que la primer revisión de esta norma sea emitida en 1995, permitiendo así el
desarrollo de productos basados en la misma.

5.10.2.2. La norma alemana Profibus y el grupo ISP

Profibus, o Process FieldBus, es una norma alemana para FieldBus, que contó con el
aporte inicial de Bosch, Klockner-Moeller y Siemens. Ya existen más de 100 empresas
que cuentan con productos ProfiBus. La definición del ProfiBus se basó en la tecnología
disponible: RS-485 para el nivel 1, IEC 955 para el nivel 2, y un subconjunto de MMS
para el nivel 7. El protocolo IEC955 especifica un modelo de control de acceso al medio
denominado maestro volante (flying master), que es una combinación de los métodos de
control de acceso al medio token bus y maestro-esclavo.

En este modelo, algunas estaciones son definidas como maestras, y otras como esclavas.
Las estaciones maestras acceden al bus por medio de un esquema token bus. Mientras
una estación maestra posee el testigo, realiza transacciones con sus esclavos según el
esquema maestro esclavo. Luego, envía al testigo a la siguiente estación del anillo
lógico (Fig.5.39).

Desde 1989 existe un grupo de usuarios de Profibus que promociona este FieldBus.

Cuando Yokogawa, Siemens, Rosemount y Fisher fundan a ISP (Interoperable System
Project) el 15 de septiembre de 1992, buscaron tomar como base una tecnología
existente y probada, para lograr una rápida implementación. Se seleccionó entonces la
tecnología de Profibus, que fue integrada dentro de ISP.

Se cubrieron las tres capas del modelo ISO/OSI que utiliza el FieldBus: la capa física, la
de enlace, y la de aplicación. Sin embargo, el comité ISP pretende que el FieldBus
permita la interoperabilidad de los equipos. En tal sentido, define como
interoperabilidad la habilidad de sustituir un instrumento de un fabricante con uno
equivalente de cualquier otro fabricante, sin degradar su rendimiento (ni el del equipo ni
el de la red), ni limitar su funcionalidad.

Este nivel de detalle no es satisfecho por MMS, ya que era para su implementación se
requiere una definición desde el punto de vista de la estructura de los parámetros de
configuración del dispositivo Para ello, se deberá definir el formato de la base de datos
de un transmisor de presión diferencial, de un controlador, de un caudalímetro vortex,
etc.

Esta funcionalidad es cubierta por el Lenguaje De Descripción De Dispositivos (Device
Description Language, DDL).DDL es un desarrollo de Rosemount, quien lo implementó
en su protocolo HART.

El Directorio del Proyecto ISP asigna una gran importancia al FieldBus, considerándolo
como la próxima transición tecnológica de importancia en el control de procesos
(Fig.5.40).

Hacia fines de 1993 el ISP contaba con un directorio con voz y voto formado por seis
empresas (los cuatro miembros fundadores, más Foxboro y ABB), y más de un centenar
de miembros adherentes, que tienen voz pero no voto, entre los que podemos citar a:
AEG Modicon, Brooks, Eckardt, Endress Hauser, Fuji, Hartmann & Braun, Magnetrol,
Siebe y Valment.

Los miembros de ISP cuentan con experiencia proveniente de la comisión IEC/SP50, el
Grupo de Usuarios HART y la Organización de Usuarios de Profibus. Esta experiencia,
y la escasa cantidad de miembros productos que cumplan con ISP sean lanzados al
mercado en este año (1994).

Fig. 5.39 Esquema de comunicaciones maestro volante ( Flying Master )

5.10.2.3 La norma francesa FIP y el grupo WORLDFIP

FIP (Factory Instrumentation Protocol) es una norma de FieldBus desarrollada en
Francia. Un club FIP se ocupa de difundir la aplicación de FIP a nivel internacional,
fomentando el desarrollo de productos y brindando soporte técnico. El club FIP cuenta
con más de 120 miembros de los más variados orígenes; Bélgica, Bulgaria, Inglaterra,
Francia, Alemania, Italia, España, etc.

FIP está basado en el modelo Productor – Distribuidor – Consumidor (PDC). De
acuerdo a este modelo. Los programas de aplicación que se ejecutan en las estaciones
pueden cumplir tres funciones:

• Productor de datos: Es un programa de aplicación responsable de la producción de
un dato o variables. Por ejemplo, un transmisor es responsable de la producción de
un dato que representa la variable censada, mientras que un controlador es
responsable de la producción de un dato que representa el porcentaje de apertura de
una válvula.

• Consumidor de datos: Es un programa de aplicación que requiere un dato o variable.

Por ejemplo, un actuador requiere conocer el porcentaje de apertura al que debe
estar la válvula, mientras que un controlador multilazo es consumidor de numerosas
variables requeridas para cumplir sus funciones.

• Distribuidor: El distribuidor es responsable de la validez de la transferencia de
datos, así como de que se produzca en los plazos de tiempo requeridos por el
proceso.

Un productor puede producir datos que sean de interés para más de un consumidor, así
como un consumidor puede requerir datos de más de un productor. Cada estación es
autónoma, con el único requisito de producir las variables de las que es productor
cuando las variables son producidas, conforme a los requerimientos de los
consumidores (Fig.5.41).

En febrero de 1993 se funda el grupo WorldFIP, con el objeto de promover a FIP como
norma internacional de FieldBus. WorldFIP integra a miembros de FIP y nuevos
miembros, contando actualmente con más de 150 miembros, incluyendo Honeywell,
Elsag Bailey, Allen Bradley, Masoneilan Dresser, Square D, Yamatake-Honeywell,
Cegelec, etc.

Figura 5.40 Principales transiciones tecnológicas en la automación de procesos.

Figura 5.41 El modelo Productor / Distribuido / Consumidor.

1. El distribuidor solicita al productor (por ejemplo, un transmisor) que produzca una
variable.

2. El productor produce una variable, que es leída por el consumidor (por ejemplo, un
controlador).

5.10.2.4 Conclusiones sobre el Fieldbus

Tanto ISP como WorldFIP anunciaron el inminente lanzamiento de equipos que
satisfagan una de estas normas. ¿Cuál será la que finalmente se adopte? . Esto depende
en gran medida del mercado, y en menor medida de la tecnología. Haciendo paralelismo
con otras “guerras de normalización” que han ocurrido en el mundo, el final de esta
“guerra” podría tener un solo ganador, como fue el caso de la guerra entre VHS y
Betamax, para el formato de videocasete hogareño, en la que VHS resultó un
indiscutible ganador.

También podría darse el caso similar a la de la normalización para televisión color, en la
que coexisten múltiples normas como NTSC o PAL, ya que los televisores modernos
pueden manejar varias o todas ellas. En este caso, la lucha por imponer una única norma
carece de sentido.

Mientras tanto, ambos grupos aprovechan las exposiciones de nivel mundial, como la
ISA o Interkama, para difundir los conceptos de sus diseños, y los logros alcanzados.

En tal sentido, ISP realizó en la edición 1993 de la exposición de la ISA una
presentación de su FieldBus, involucrando 29 equipos digitales (instrumentos y
controles) de 23 diferentes proveedoras. La demostración incluyó la capacidad de
implementar seguridad intrínseca de este FieldBus.

5.11 Repetidores, bridges, rutadores y gateways

Como se ha visto, no dispondremos de una red única en los próximos años, ni para el
área informática, ni para el área de control en tiempo real. Será necesario, entonces,
disponer de elementos que nos permitan integrar redes de distintos tipos.

Para efectuar esta integración se requieren elementos cuyas características dependen de
la disimilitud entre las redes a interconectar. De la variedad de elementos disponibles
describiremos brevemente los repetidores, los puentes y los gateways.

La función básica de los repetidores es repetir la secuencia de bits que reciben, sin
efectuar sobre los mismos ningún tipo de tratamiento. Los repetidores permiten
extender así la distancia abarcada por una red, y modificar aspectos relacionados con la
capa física, como por ejemplo el medio físico utilizado (pasar de coaxil a fibra
óptica)(Fig.5.42).

Los puentes operan a nive