2-Fundamentos FF Final Uni

INTRODUCCION AL FIELDBUS

Componentes de la capa Física

componentescomponentes de la de la CapaCapa FFíísicasica::

TransmisorTransmisor

Caja de UniónCaja de Unión

ActuadorActuador

DCSDCS

Estación de operaciónEstación de operación

Cable EthernetCable Ethernet

Fuente de AlimentaciónFuente de Alimentación

DIO

Termopar/RTDTermopar/RTD

InterfaseFieldbusInterfaseFieldbus

DIO

Interfase H1 de controladorFuente de Alimentación/Acondicionador de

Señal.CableTerminadorCajas de Unión

- Caja de unión pasivas - Protectores de segmento- Barreras de campo

Protectores de Picos

TerminadorTerminador

CableCable

H1 BusH1 Bus

EthernetEthernet

ProtectoresDe PicosProtectoresDe Picos

componentes - DCS

DCS DCS –– SistemaSistema de Control de Control DistribuidoDistribuido

-- FunciFuncióónn de Controlde Control-- PoseePosee un un programaprograma parapara construcciconstruccióónn e e interconexiinterconexióónn

de de bloquesbloques de de funcifuncióónn--PuedePuede poseerposeer unauna tarjetatarjeta parapara conexiconexióónn directadirecta deldel

SegmentoSegmento H1H1

TransmisorTransmisor

Caja de uniónCaja de unión

ActuadorActuador

DCSDCS

Estación de OperaciónEstación de Operación

Cable EthernetCable Ethernet

Fuente de AlimentaciónFuente de Alimentación

DIO

Termopar/RTDTermopar/RTD

InterfaseFieldbusInterfaseFieldbus

DIO

TerminadorTerminador

CableCable

H1 BusH1 Bus

EthernetEthernet

Protectoresde PicosProtectoresde Picos

componentes – Fuente de Alimentación

FuenteFuente de de AlimentaciAlimentacióónn FieldbusFieldbus

--FunciFuncióónn de de AlimentarAlimentar al al SegmentoSegmento H1H1-- PoseePosee adecuadaadecuada impedanciaimpedancia parapara la redla red

-- PuedePuede incluirincluir funcionesfunciones de de diagndiagnóósticostico avanzadoavanzado

TransmisorTransmisor

Caja de UniónCaja de Unión

ActuadorActuador

DCSDCS

Estación de OperaciónEstación de Operación

Cable EthernetCable Ethernet

Fuente de AlimentaciónFuente de Alimentación

DIO

Termopar/RTDTermopar/RTD

InterfaseFieldbusInterfaseFieldbus

DIO

TerminadorTerminador

CableCable

H1 BusH1 Bus

EthernetEthernet

Protectoresde PicosProtectoresde Picos

componentes – Cables

TransmisorTransmisor

Caja de uniónCaja de unión

ActuadorActuador

DCSDCS

Estación de OperaciónEstación de Operación

Cable EthernetCable Ethernet

Fuente de ALimentaciónFuente de ALimentación

DIO

Termopar/RTDTermopar/RTD

InterfaseFieldbusInterfaseFieldbus

DIO

TerminadorTerminador

CableCable

H1 BusH1 Bus

EthernetEthernet

Protectoresde PicosProtectoresde Picos

CablesCables-- FunciFuncióónn de de llevarllevar datosdatos de de energenergííaa parapara todostodos

loslos componentescomponentes--CaracterCaracteríísticassticas de de acuerdoacuerdo con la con la normanorma

IEC 61158IEC 61158--22

componentes – Cajas de Distribución

TransmisorTransmisor

Caja de uniónCaja de unión

ActuadorActuador

DCSDCS

Estación de OperaciónEstación de Operación

Cable EthernetCable Ethernet

Fuente de AlimentaciónFuente de Alimentación

DIO

Termopar/RTDTermopar/RTD

InterfaseFieldbusInterfaseFieldbus

DIO

TerminadorTerminador

CableCable

H1 BusH1 Bus

EthernetEthernet

Protectoresde PicosProtectoresde Picos

CajasCajas de de DistribuciDistribucióónn--FunciFuncióónn de de crearcrear derivacionesderivaciones parapara

el cable el cable TroncalTroncal (spurs)(spurs)--PuedePuede incluirincluir resistor de resistor de terminaciterminacióónn

--PuedePuede incluirincluir protecciproteccióónn contra contra cortocorto--circuitocircuitoy y aislamientoaislamiento galvgalváániconico

componentes – Resistores de Terminación

ResistoresResistores de de TerminaciTerminacióónn--FunciFuncióónn de de evitarevitar reflexionesreflexiones de la de la seseññalal

de de comunicacicomunicacióónn--PoseePosee especificacionesespecificaciones de de acuerdoacuerdo con la con la normanorma

IEC 61158IEC 61158--22

TransmisorTransmisor

Caja de UniónCaja de Unión

ActuadorActuador

DCSDCS

Estación de OperaciónEstación de Operación

Cable EthernetCable Ethernet

Fuente de AlimentaciónFuente de Alimentación

DIO

Termopar/RTDTermopar/RTD

InterfaseFieldbusInterfaseFieldbus

DIO

TerminadorTerminador

CableCable

H1 BusH1 Bus

EthernetEthernet

Protectoresde PicosProtectoresde Picos

componentes – Instrumentos

InstrumentosInstrumentos-- FunciFuncióónn de de informarinformar, , recivirrecivir o o ejecutarejecutar tareastareas

referentesreferentes al al processoprocesso--DebeDebe ser compatible con el ser compatible con el protocoloprotocolo de red de red

en en cuesticuestióónn

TransmisorTransmisor

Caja de UniónCaja de Unión

ActuadorActuador

DCSDCS

Estación de OperaciónEstación de Operación

Cable EthernetCable Ethernet

Fuente de AlimentaciónFuente de Alimentación

DIO

Termopar/RTDTermopar/RTD

InterfaseFieldbusInterfaseFieldbus

DIO

TerminadorTerminador

CableCable

H1 BusH1 Bus

EthernetEthernet

Protectoresde PicosProtectoresde Picos

componentes – Protectores de Picos

ProtectoresProtectores de de PicosPicos-- FunciFuncióónn de de protegerproteger fuentesfuentes de de alimentacialimentacióónnFieldbusFieldbus, , instrumentosinstrumentos, , cajascajas de de distribucidistribucióónn

o DCS contra o DCS contra transitoriostransitorios

TransmisorTransmisor

Caja de UniónCaja de Unión

ActuadorActuador

DCSDCS

Estación de OperaciónEstación de Operación

Cable EthernetCable Ethernet

Fuente de AlimentaciónFuente de Alimentación

DIO

Termopar/RTDTermopar/RTD

InterfaseFieldbusInterfaseFieldbus

DIO

TerminadorTerminador

CableCable

H1 BusH1 Bus

EthernetEthernet

Protectoresde PicosProtectoresde Picos

Limitaciones de la Capa Física

DCS DCS –– SistemaSistema de Control de Control DistribuDistribuíídodoLimitacionesLimitaciones::

--NNúúmeromero de de direccionesdirecciones de de nodosnodos-- NNúúmeromero de de bloquesbloques de de FunciFuncióónn queque puedenpueden serser

utilizadosutilizados-- NNúúmeromero de VCR (de VCR (RelacionesRelaciones de de comunicacicomunicacióónn Virtual)Virtual)

Publish/Subscriber, Client/Server, Source/SinkPublish/Subscriber, Client/Server, Source/Sink-- TiempoTiempo de de MacrocicloMacrociclo

FuenteFuente de de AlimentaciAlimentacióónnLimitacionesLimitaciones::

-- TensiTensióónn suministradasuministrada parapara el el segmentosegmento H1H1-- CorrienteCorriente suministradasuministrada parapara el el segmentosegmento H1H1

Limitaciones de la Capa Física

CablesCablesLimitacionesLimitaciones::

-- TamaTamaññoo del del troncotronco-- TamaTamaññoo del spurdel spur-- CaCaíídada de de tensitensióónn

-- ResistenciaResistencia y y CapacitanciaCapacitancia

CÓDIGO MANCHESTER II

Modulación de corriente

1 0 1 1 0

10mA

1mA

19mA

1 bit1 bit

t

I

Arquitectura Fieldbus Foundation

FF

FF-HSE

Dispositivo Link

Instrumentación

PLC/SDCD

nivel H2: HSE

nivel H1: FF

FFDispositivo Link

Arquitectura Fieldbus Foundation

FF

FF-HSE

Dispositivo Link

Instrumentación

PLC/SDCD

2 hilos – datos y alimentación

PLC/SDCDMaestro

Clase 1

High Speed Ethernet

Par trenzado

o Fibra Óptica

Aplicación HSE Control Descentralizado

H1 Automatización de Procesos

Protocolo

Protocolo FF

- comunicación esclavo – esclavo

- Servcios acíclicos para operación

Ethernet

10 / 100 MBits/s 31,25 KBits/sFísico

Perfil de comunicación

Bloques de Función

AO 110

PID 110

AI 110

Antes, los bloques de Función se encontraban en el Sistema de Control:

4-20 mA

4-20 mA

CLP/SDCD

4-20 mA

4-20 mA

PLC/DCS

AO 110

PID 110

AI 110

Bloques de Función para Control distribuído en los instrumentos de campo

Bloques de Función

FF – H1 (IEC 61158-2)

FF - H2 (HSE)Dispositivo Link

Instrumentación

PLC/SDCDPLC/SDCD

FF-HSE 30

10/100MBits/s

Fibra Ótica o Cobre

500 /100metros

FF – H1 32

31,25 KBits/s

Cobre

1900metros

Arquitectura Fieldbus Fundation

comparativo

• El nivel H1 es utilizado para instrumentos de campo

• El nivel HSE es utilizado en el nivel de Control• Los niveles H1 y HSE se complementan

H1 HSETasa de transmisión 31.25 kbit/s 10 Mbit/s or 100 Mbit/sDistancia por segmento 1.900m 100 m 2 hilos Sí NoEnergía en bus Sí NoSeguridad intrínseca Sí NoRedundancia No SíDeterminismo Sí Sí (con switches)

FF – HSE

HSE - CARACTERÍSTICAS

• Solamente el nivel HSE permite total Redundancia de red

• Construido para comunicación Ethernet• Varias opciones de Cables disponibles, incluyendo

par trenzado, fibra óptica y sin hilo.• Varios proveedores de equipamientos industriales y

comerciales• Elevada velocidad a 100 Mbit/s (1 Gbit/s en el futuro)

HSE - Características

SWITCH

Dispositivos Link

Estación

Switch

DispositivoLink

Estación

Estación

DispositivoLink

DispositivoLink

Instrumentos

FF – H1

FF – H1

FF – H1

Cable con par trenzado, apantallado

Transmisión Física MPB (IEC 61158-2)

A

B

Transmisión Física MPB (IEC 61158-2)Energía y comunicación a través de un único par de hilos (Ex y No Ex)

FF-H1

FF-H1

Repetidor

Instrumentación

Tasa de transmisión fijaen 31,25 Kbit/s

Máximo de 251 Bytes por telegrama

FF – H1

Posibilidad de uso de la conexión inversa

A

B

A

B

+ - - +

Transmisión Física MPB (IEC 61158-2)

FF – H1

Máximo de 32 participantes por segmento – No Ex

FF – H1 – 31,25 Kbit/s

Repetidor

FF - H1

1 2 3 4 32 nós

Máximo de 10 participantes por segmento – EEx ia IICFF – H1 – 31,25 Kbit/s

Repetidor

FF - H1

1 2 3 4 10 nós

Transmisión Física MPB (IEC 61158-2)

FF – H1

Máximo de 1900m - Aplicaciones No Ex

FF – H1 – 31,25 Kbit/s

Repetidor

1 2 3 4 32 nós

Máximo de 1000m – Aplicaciones ExFF – H1 – 31,25 Kbit/s

Repetidor

1 2 3 4 10 nós

FF - H1

FF - H1

Transmisión Física MPB (IEC 61158-2)

FF – H1

Máxima Longitud de Spur – Aplicación No Ex

FF – H1 – 31,25 Kbit/s

Acoplador de Segmentos

FF – H1

1 2 3 4 32 nodos

Número de nodos 1 – 12 13 – 14 15 – 18 19 – 24 25 – 32

Máximo Spur 120m 90m 60m 30m 1m

transmisión física MPB (IEC 61158-2)

FF – H1

Máxima Longitud de Spur – Aplicación Ex

FF – H1 – 31,25 Kbit/s

Acoplador de Segmentos

FF – H1

1 2 3 4 10 nodos

Número de nodos 1 – 10

Máximo Spur 30m

Transmisión Física MPB (IEC 61158-2)

FF – H1

Direccionamiento

como en PROFIBUS, todos los dispositivos de campo requieren una única y exclusiva dirección

Diferencia: No hay Direccionamiento a travess de hardware (ejm.: DIP-switches)

Cada dispositivo FF será fabricado con una identificación única:

– Codificación : XXXXXX YYYY ZZZZZZZZZZZZZZ

Nùmero de SerieTipo de Dispositivo

Fabricante

Ejemplo: 502B46 0003 12345678901234

– 502B46 = Pepperl+Fuchs– 0003 = TM-I– 1234... = Número de Serie

Dependiendo del caso es posible conectar varios dispositivos de campo con la mismo dirección de Hardware en la red

– Esta funcionalidad necesita ser soportada por el controlador H1

El DCS crea el “Live list”

A traves del identificador y la “Live List” el dispositivo de campo puede ser configurado con una dirección válida

– Esto normalmente es realizado automaticamente por el DCS– Los instrumentos de campo son entregados pre-configurados

Direccionamiento

Basic Function BlocksAnalog InputAnalog otputBias & GainControl SelectorDiscrete Input Discrete otputManual LoaderPD ControlPID ControlRatio Control

Basic Process ControlAdvanced Function BlocksAnalog AlarmArithmeticDeadtimeDevice ControlInput SelectorIntegratorLead/LagSetpoint Ramp GeneratorSignal CharacterizerSplitterTimer

Advanced Process Control

H1 + HSE

Function Block

Flexible Function Blocks - BasicMultiple Input/otput - 8 Channel I/O

♦ Discrete and Analog ♦ Basic I/O Interfacing and Data Acquisition

Flexible Function Blocks -Application Specific♦ Batch/Discrete/Hybrid Control♦ PLC Sequencing – Startup/Shutdown♦ Variable Speed Drive Control♦ Gateways to Other Protocols ♦ Supervisory Data Acquisition♦ Advanced I/O Interfacing♦ Multivariable Control and Optimization

Batch/Discrete/Hybrid Control

SIS Function BlocksAnalog InputAnalog otputDiscrete Input Discrete otputAnalog VoterDiscrete VoterAND/OR/XOR

Safety Instrumented Systems

Function Blocks – Fundation Fieldbus