TRABAJO DE SISTEMA CONTOL DISTRIBUIDO.docx

8/20/2019 TRABAJO DE SISTEMA CONTOL DISTRIBUIDO.docx

1/67

República Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la Educación

UniversitariaInstituto Universitario de Tecnología Valencia

Programa acional de !ormación en Electricidad

SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO

Participantes"#respo$ Endis #%I" &'%()(%*))

+ómez$ +abriel #%I" &,%),*%&-'arza$ .evin #%I" &)%(-/%00&Petit !rancis #%I" &1%&-,%*1&

Rivero Robert #%I" &1%')-%0,&Pro2%" Ing% Elvira Villegas

Valencia, Marzo de 2015


2/67

INTRODUCCIN

3a medición 4 el control en la industria son mu4 importantes$ tanto desde

el punto de vista del 2uncionamiento correcto del proceso como de la

consideración del balance adecuado entre costos 4 producto 2inal 5relación

calidad6precio7% El control autom8tico de procesos industriales es 9o4 en día

una actividad multidisciplinar$ en la :ue 9a4 :ue tener en cuenta aspectos

t;cnicos 5electrónica$ in2orm8tica de sistemas$ etc%7$ cientí2icos 5investigación

de nuevos criterios 4 materiales$ etc%7 4 económicos 5me


3/67

CONTROL DE !ROCESOS

En la 2igura & podemos ver las di2erentes soluciones tecnológicas a un

problema de control$ pudi;ndose distinguir en ellas$ de iz:uierda a derec9a$ la

evolución :ue 9an ido teniendo de acuerdo al desarrollo de las tecnologías en

los di2erentes instantes% Este es:uema no debe interpretarse como :ue la

tecnología el;ctrica 9a4a reemplazado totalmente ? la 2luídica$ ni :ue la primera

9a4a sido desbancada por la solución programada$ tan sólo como :ue se est8

produciendo un complemento entre todas$ la solución a un problema de

?utomatización correr8 a cargo de la in2orm8tica industrial 4 :ue el

microprocesador$ en cual:uiera de sus 2ormas o versiones$ ir8 copando

posiciones relevantes 9asta estar presente en todos los niveles :ue constitu4en

un control distribuido%

!ig% & Principales soluciones tecnológicas a un problema de control automatizado%


4/67

En todo caso$ independientemente del tipo de control utilizado$ los

ob


5/67

como se 9a dic9o$ el control autom8tico de procesos 9ace un uso e9austivo

del control electrónico$ vali;ndose de ;ste para completar su es:uema cl8sico$

basado en el concepto de lazo o bucle de control de realimentación$ cu4a

presencia en los distintos niveles del control autom8tico es normal$ tal como

aparece re2le


6/67

!ig% * Estructura típica de un lazo de control en un proceso%

El signi2icado de los blo:ues dibu


7/67

del control de procesos$ siendo implementado en cada ;poca de acuerdo a las

tecnologías eistentes% Fagamos un repaso a esta evolución 9istórica%

- Control Manual

?l principio$ los procesos industriales 2ueron controlados manualmente

por un operador% El operador observaba lo :ue sucedía 5una ba


8/67

? todo lo anterior$ 9abría :ue a=adir el 9ec9o de :ue la recolección de

datos para un proceso controlado manualmente puede re:uerir una ardua

labor$ 4a :ue el operador est8$ normalmente$ demasiado ocupado para escribir

Gtiras de númerosH% Por todo ello$ los datos recogidos manualmente pueden ser

ineactos$ incompletos 4 di2íciles de usar%

- Controladores Locales

Un controlador local permite a un operador llevar el control de varios

GlazosH del proceso% #omo un regulador de la presión del gas dom;stico$ un

controlador local usa la energía del proceso o el aire comprimido de la planta

para a


9/67

El desarrollo de los dispositivos de control operados neum8ticamente$

permitieron un notable avance en el control de procesos% #on ;sta tecnología$

las variables del proceso podían ser convertidas a se=ales neum8ticas 4

transmitidas 9acia controladores remotos% >e entraba en la con2ección de los

denominados Gcircuitos neum8ticosH% Usando combinaciones de ori2icios$

palancas$ amortiguadores 4 otros dispositivos mec8nicos comple


10/67

En los a=os 0-$ los dispositivos electrónicos 4a estaban capacitados

para ir reemplazando a los controladores neum8ticos% 3os controladores

electrónicos analógicos de lazo simple eran precisos$ r8pidos 4 28ciles de

integrar en pe:ue=os lazos interactivos%

Ae este modo$ la inter2ace para su mane


11/67

!ig% ' #ontrol centralizado por ordenador%

3a introducción de un ordenador como elemento :ue lleva a cabo toda la

supervisión$ ad:uisición 4 an8lisis de datos$ permite a los sistemas de control

avanzar m8s all8 del lazo de control del proceso a9ora pueden e


12/67

!ig% 0 #omponentes de un #ontrol Aigital Airecto 5AA#7% ?un:ue el modelo AA# o2rece múltiples bene2icios 4 signi2ica un paso

adelante mu4 importante en los sistemas de control$ la Gaglomeración de

responsabilidadesH :ue se produce alrededor de un solo elemento 5ordenador7

acarrea desventa


13/67

principal 4 las GramasH est8n constituidas principalmente por elementos de

coneión 4 acondicionadores de se=al%

El manei lo

anterior 2uese poco$ el ordenador central tambi;n deber8 ad:uirir otros datos$

visualizarlos en pantallas$ ei el ordenador central 2alla$ la totalidad del proceso se viene aba


14/67

directamente al proceso$ esto es$ optimizados para la variable :ue debían

controlar%

Estos controladores son a9ora los :ue realmente controlan el proceso$

deP#$ >et Point #ontrol7 4 una estructura típica

sería la o2recida en la 2igura )$ en la cual puede observarse como es en la parte

m8s próima al proceso donde se materializa la principal di2erencia con el

AA#%

El estado de la variable a controlar llega a9ora tanto al ordenador como al

controlador analógico$ :ue adem8s recibe la consigna adecuada en cada

instante 4 :ue ser8 calculada por el ordenador% >i se presenta cual:uier avería

5especialmente en el ordenador7 el controlador regula la variable del proceso

con respecto al último punto de consigna :ue recibió del ordenador central%

Toda esta actuación local 2ormaría el 3azo de #ontrol$ tal como se

muestra en la 2igura )$ 4 proporciona un cierto grado de autonomía al proceso

respecto del control centralizado% ?un:ue el >P# permite :ue el control b8sico

del proceso continúe a pesar del posible 2allo del ordenador central$ sigue

necesitando una ampliación del cableado 4 un so2tJare adicional en caso de

:uerer ampliar el número de entradas 46o salidas%


15/67

!ig% ) #omponentes de un #ontrol de puntos de consigna 5>P#7%

CARACTER%STICAS &ENERALES ' AS!ECTOS $ISTRICOS DEL

CONTROL DISTRIBUIDO

El control distribuido es el paso siguiente en la evolución de los sistemas

de control :ue se 9an epuesto en el punto anterior% ?sí$ en los sistemascentralizados$ 4a cl8sicos$ su potencia de tratamiento se concentra en un único

elemento 5el ordenador central7$ mientras :ue en el control distribuido la

potencia de tratamiento de la in2ormación se encuentra repartida en el espacio%

Podríamos decir :ue los sistemas de control distribuido 2ueron desarrollados

para proporcionar las venta


16/67

de la t;cnica de los microprocesadores por un lado 4 la G2uerte inerciaH de la

industria a los cambios por otro$ se llegó a las siguientes conclusiones

generales"

a7 Aescartar el empleo de un único ordenador 5control AA#7 por el serio

inconveniente de la seguridad 4 sustituirlo por varios controladores digitales

capaces de controlar individualmente un cierto número de variables$ para así

GdistribuirH el riesgo del control único%

b7 #ada controlador digital debía ser GuniversalH$ es decir$ disponer de

algoritmos de control seleccionables por so2tJare$ :ue permitieran resolver

todas las situaciones de control 4 dieran así versatilidad al sistema%

c7 3a velocidad en la ad:uisición de los datos 4 su salida 9acia los actuadores

debía ser en Gtiempo realH$ lo :ue obligaba a utilizar la tecnología m8s

avanzada en microprocesadores%

d7 Para comunicar entre si los transmisores electrónicos de campo 5:ue

suministran datos7$ los controladores 4 las inter2aces para la comunicación con

el operador de planta$ se adoptó el empleo de una vía de comunicaciones$ en

2orma de cable coaial instalado en la planta$ con un recorrido paralelo a los

edi2icios 4 a la sala de control%

e7 El panel cl8sico re:uerido por el control tradicional$ se sustituir8 por uno o

varios monitores #RT$ en los cuales$ el operador con la a4uda del

teclado6puntero deber8 eaminar las variables de proceso$ las características

de control$ las alarmas$ etc%$ sin perturbar el control de la planta 4 con la opción

de cambiar cual:uiera de las características de control de las variables de

proceso%

#omo resultado de estos es2uerzos$ el primer #ontrol Aistribuido para la

industria apareció en noviembre de &()'$ ba


17/67

transmisores$ el diagnóstico de cada lazo de control$ el acceso a los datos

b8sicos de calibración 4 a los datos de con2iguración de los transmisores%

?sociando todas las ideas :ue se 9an epresado 9asta a9ora en este

punto$ podemos obtener una primera aproimación de lo :ue sería un es:uema

b8sico :ue vincule los di2erentes elementos :ue 2orman un control distribuido%

Tal es:uema podría ser el mostrado en la 2igura , 4 cu4a descripción de los

componentes :ue lo 2orman pasamos a ver%

!ig% , Estructura 4 componentes de un control distribuido b8sico%

- Controlador "ásico (#egulador digital

Es un módulo estructurado en torno a un microprocesador :ue permite

realizar controles PIA 5ProporcionalDIntegralDAerivativo7 4 otros algoritmos decontrol basados en sumas$ multiplicaciones$ divisiones$ relaciones$ raíces

cuadradas$ contadores$ etc% Un controlador b8sico puede controlar varios lazos$

es decir$ puede estar GpendienteH de múltiples variables de 2orma simult8nea 4

proporcionar un control sobre ellas%

Estos algoritmos pueden con2igurarse$ 4 en caso de avería en las

unidades de control superiores$ el control :ue e


18/67

inverso$ etc%7$ tipo de se=al de entrada 5lineal$ eponencial$ etc%7$ alarmas a

generar$ sensores a muestrear$ etc% #omo vemos$ en este controlador b8sico

se establece 4a el primer paso en la dotación de cierta autonomía a los

di2erentes elementos de un control distribuido%

3a red de comunicación eterna suministra los datos necesarios :ue

de2inen el comportamiento del regulador% Estos datos eternos


19/67

!ig% ( Aiagrama de blo:ues de un regulador digital o controlador b8sico%

DControlador multi$unción

Utiliza en su programación un lengua


20/67

- Estación de tra"a%o del operador

Proporciona la comunicación con todas las se=ales de la planta para el

operador de proceso$ el ingeniero de proceso 4 el t;cnico de mantenimiento% 3a

presentación de la in2ormación a cada uno de ellos se realiza mediante

programas de operación% Ae este modo"

a7 El operador de proceso ve en la pantalla6s un gr82ico6s del proceso 5o parte

de ;l7 :ue le interesa$ 4 puede manipular las variables deseadas$ las alarmas$

las curvas de tendencia$ etc% Puede arc9ivar datos 9istóricos de la planta :ue

crea interesantes$ obtener copias en impresora de las tendencias o de los

estados de alarma$ etc%

b7 El ingeniero de proceso puede editar los programas de control del proceso$

construir las representaciones en pantalla de partes del proceso$ etc% Tendr8 un

acceso al proceso muc9o m8s GcríticoH :ue el operador 4 su actuación ser8

m8s puntual :ue la de ;ste%

c7 El t;cnico de mantenimiento se dedicar8 desde la estación de traba


21/67

con puede tambi;n a4udar a integrar actividades

relacionadas con una división o una planta$ tal como compras$ recepción de

material$ control de inventario$ 2acturación$ control de calidad 4 servicios al

cliente o usuario%


22/67

!ig% &- iveles$ coneiones 4 elementos :ue intervienen en un sistema de control distribuido

5A#>7%

3os sistemas de control distribuido multinivel poseen todas las

posibilidades de un sistema de control centralizado$ mientras conservan la2leibilidad$ seguridad 4 rapidez de respuesta de los controladores autónomos

basados en microprocesadores% Por e a2ecta sólo a una pe:ue=a parte del proceso$ si acaso% Por otro

lado$ si un elemento de un nivel superior 2alla$ los controladores del IVE3 &

continuar8n el control del proceso normalmente$ entendiendo por normalidad la

e son 28cilmente ampliables% #ual:uier dispositivo :ue

9a4a de a=adirse se comunica con otros dispositivos 4a instalados en el mismo

lugar% Esta modularidad proporciona una signi2icativa mei bien 9a4 una cierta di2uminación en las 2ronteras :ue separan los

distintos niveles de un A#>$ todavía se pueden enclavar ciertos elementos o

componentes en determinados niveles$ pues son característicos de ellos% En

todo caso$ no se puede cerrar un nivel con los elementos :ue se van a incluir

en cada uno de ellos en los siguientes p8rra2os$ de


23/67

N&'EL )

Este nivel es el denominado de planta o proceso 4 es el :ue 2ísicamente

se encuentra en contacto con el entorno a controlar$ tal como su nombre indica%

Para maimizar los bene2icios de un A#>$ en este nivel se utilizan sensores$

actuadores 4 módulos de E6> de los denominados GinteligentesH 4 :ue

generalmente est8n basados en microprocesadores 5regulación digital7%

Este tipo de elementos son mu4 2leibles$ permitiendo modi2icar tanto el

control como los cambios re:ueridos en el proceso$ adem8s de o2recer una

28cil ampliación en caso necesario% Inclusive$ los módulos de E6> pueden

mane pueden ser unidades de pe:ue=os autómatas$ siendo estos los:ue integrar8n las comunicaciones necesarias%

3a instalación de todo lo relacionado con este nivel de control se lleva a

cabo por personal altamente especializado$ 4a :ue el mismo elemento 5sobre

todo transductores 4 actuadores7 unos centímetros adelante o atr8s no mide o

actúa con igual 2idelidad% Estos componentes$ sobre todo los transductores$ son

mu4 sensibles 4 precisan unas condiciones de traba


24/67

tanto es 2undamental elegir el dispositivo adecuado para evitar multitud de

problemas Gsin lógica aparenteH%

N&'EL *)

>uele denominarse generalmente de control 4 regulación% En este nivel

se encuentra la inter2ace de operaciones de cada uno de los procesos

controlados% 3a inter2ace de operaciones o consola ser8 una estación tipo

ordenador personal$ 4a :ue constar8 de teclado$ unidad de visualización 4

puntero% Esta inter2ace permite al operador observar el estado del proceso 4

programar los elementos vinculados a ;l$ individualmente si ello es necesario%

3os autómatas 5P3#Ls7 ubicados en este nivel suelen ser de

prestaciones m8s elevadas$ dotados de módulos de comunicaciones

industriales 5buses de campo7$ adem8s de sus 2uncionalidades características%

Por otro lado$ los ordenadores ir8n e:uipados con tar


25/67

controladores del IVE3 1$ 4a :ue algunos de ellos adem8s de incluir varios

elementos a la vez 5transductor$ acondicionador$ regulación digital7$ posee una

inter2ace lo su2icientemente potente como para comunicar directamente con

niveles superiores% Ae 9ec9o$ la consola de operaciones del IVE3 1 puede ser

usada para interrogar o dirigir un controlador inteligente del IVE3 &%

Esta combinación de inteligencia$ controladores independientes e

inter2ace de operador$ proporciona la seguridad$ velocidad$ potencia 4

2leibilidad :ue es la esencia de un A#>%

N&'EL +)

Este nivel es el conocido como de mando de grupos 4 en ;l se sitúa la

denominada en su día Ginter2ace del ingenieroH 4 :ue 9o4 en día suele

conocerse como Ginter2ace para el control de la línea de producciónH%

Esta inter2ace 5con cual:uiera de sus nombres7 de un A#> 2acilita la

coordinación de las di2erentes c;lulas eistentes en el nivel in2erior$ a la vez

:ue supervisa 4 controla toda un 8rea$ permitiendo obtener una visión m8s

amplia de lo :ue se est8 e


26/67

este nivel se deciden aspectos productivos tan importantes como entrada 4

salida de materiales$ es decir$ la logística de aprovisionamiento%

N&'EL )

Es el nivel de dirección de la producción% En este nivel se de2ine la

estrategia de la producción en relación con el an8lisis de las necesidades del

mercado 4 se 2ormulan previsiones de producción a largo plazo% >obre estas

previsiones$ se plani2ica la producción en el IVE3 *% En este cuarto nivel se

utilizan estaciones de traba


27/67

!ig% && El A#> debe aparecer como un con


28/67

continua evolución de modelos 4 variantes% 3a poca 2acilidad de cambios 9aría

cuestionar el nombre de Gc;lulas 2leiblesH :ue se da a estas estructuras%

E7 Posibilidad de utilizar lengua


29/67

con una sola vía de comunicación entre ellos baste para conseguir óptimos

resultados%

Pero$ si 9ablamos de automatismos un poco m8s comple% ?un:ue importante$ la solución

para las comunicaciones de >iemens no es la única$ eistiendo otras :ue$

aun:ue m8s localizadas$ est8n 2uncionando en plantas con muc9a entidad$tanto desde el punto de vista productivo como tecnológico$ por lo :ue tienen su

sitio propio en las comunicaciones industriales% Tal es el caso del protocolo

M?P 5Manu2acturing ?utomation Protocol7% Este protocolo para la

automatización de la 2abricación persigue$ como Et9ernet Industrial$ la

uni2ormidad de las comunicaciones en el m8imo número de niveles posibles%

El M?P 2ue un primer intento de estandarización a nivel global impulsadopor +eneral Motors$ 4 :ue a la larga se convirtió en un modelo :ue 9an ido


30/67

adoptando múltiples 2abricantes de e:uipos de automatización% 3as razones de

esta iniciativa 2ueron :ue +%M% preveía 5en los a=os ,-7 :ue para 2inales de los

(- debía integrar en red unos /--%--- sistemas autom8ticos$ m8s o menos

dedicados$ 4 :ue el coste de los gateJa4s6bridge necesarios era$ en muc9os

casos$ del mismo orden de magnitud o superior al de los propios e:uipos o

niveles :ue se deseaba unir% Aada la entidad 4 el poder de compra de la 2irma

americana 4 de otras del sector :ue le siguieron$ muc9os 2abricantes de P3#$

## 4 robots incorporaron el protocolo M?P a sus productos de gama alta$

alcanzando r8pidamente altos niveles de estandarización%

!ig% &1% Estructura de comunicaciones entre los niveles de un A#> propuesta por >IEME>%

3as características b8sicas de una red basada en el protocolo M?P son"

Enlace 2ísico" #able coaial6UTPD>TP6!@

#odi2icación" Modulación banda anc9a

Estructura" Bus 2ísico IEEE ,-1%/

Velocidad" &- D '- D &-- Mbits6s

Protocolo acceso" Paso de testigo 5ToOen Passing Bus7

El M?P es un protocolo pensado para redes m8s o menos grandes$ pero

sobre todo 3?s$ resultando ecesivamente caro 4 comple


31/67

pe:ue=os controladores% En vista de esto se creó un sub


32/67

?ntes de :ue apareciesen los buses de campo$ la comunicación

tradicional en este 8mbito se basaba casi eclusivamente en tecnología de

se=al analógica de lazo de corriente /D1-m? conconeiones punto a punto$ es

decir cada elemento de campo se conectaba directamente a su controlador o

terminal especí2ico de ;ste% ?sí$ una topología tradicional a nivel de campo

podría presentar un aspecto como el mostrado en la 2igura &*%

!ig% &* Topología de un sistema tradicional en el nivel de planta o proceso%

>in embargo$ la automatización del control de procesos 9a generado unas

necesidades de comunicación entre e:uipos 4 sistemas :ue no pueden ser

cubiertas satis2actoriamente por comunicaciones del tipo /D1-m? o similares%

?sí$ en un primer paso aparecen las uniones punto a punto entre determinados

e:uipos" autómatas$ controladores$ centrales de medida$ etc% Esta 2orma de

comunicación no se considera basada en bus de campo$ 4a :ue muc9as de

estas uniones carecen de protocolo 4 se basan simplemente en compartir

ciertas 8reas de memoria de los citados e:uipos a trav;s de lo :ue se

denominan variables comunes% ?sí pues$ la característica b8sica para :ue una

red de comunicación pueda denominarse propiamente bus de campo es :ue


33/67

permita intercambiar órdenes 4 datos entre productos de un mismo o de

distintos 2abricantes a trav;s de un protocolo reconocido por cada uno de los

nodos%

#on la aparición de los buses de campo el es:uema se simpli2ica

considerablemente 4 el a=adir un nuevo elemento de campo tan sólo supone

e2ectuar una simple coneión a dic9o bus$ :ue normalmente estar8 próimo al

citado elemento% Esto puede observarse en la 2igura &/%

!ig% &/ Topología de un bus de campo 5nivel de planta o proceso7%

El bus de campo aporta a la estructura de comunicaciones de cual:uier

sistema de control un amplio con


34/67

? las venta


35/67

El bus de campo 52ieldbus$ en ingl;s7 es la suma de un protocolo 4 una

tecnología de comunicación cu4o resultado es una red industrial de car8cter

digital 4 :ue transporta in2ormación$ generalmente$ en banda base% El

protocolo$ la corta longitud de los datos 4 la velocidad de transmisión :ue

alcanza 5& Mbit6s7$ le 9ace ideal para comunicar dispositivos 4 e:uipos de

campo en tiempo real%

?sí$ inicialmente era utilizado como medio de comunicación entre

sensores$ actuadores$ controladores digitales b8sicos 4 autómatas de clase

ba


36/67

El meI 5@pen >4stems

Interconnection7$ :ue aun:ue pensada para otros tipos de redes de m8s

entidad$ es per2ectamente asumible por los protocolos de este tipo de redes

industriales%

Fasta el momento 9an sido varios los intentos de crear un est8ndar para el bus

de campo$ pretendiendo siempre conseguir un enlace multipunto entre

elementos cu4a principal 2inalidad son las tareas de control 4 :ue suelen tener

una capacidad de comunicación limitada$ por lo cual no permiten implementar

un protocolo al estilo de las grandes redes% Todo ello no debe suponer una

p;rdida importante de velocidad$ ni tampoco un incremento de precio 4

comple


37/67

5)7$ :ue consiste en la de2inición de una serie de 2unciones 4 servicios de la red

mediante códigos de operación est8ndar%

D El nivel de aplicación 5)7$ dirigido al usuario$ suele ser propio de cada

2abricante$ apo48ndose en las 2unciones est8ndar antes mencionadas para

crear programas de gestión 4 presentación casi siempre dedicados a una gama

especí2ica de productos% ? lo sumo$ el so2tJare de aplicación es abierto 4

permite la programación en un lenguaalvo rara ecepción 5BITBU>$ por e


38/67

!ig%&' El bus de campo según el modelo de niveles o capas I>@6@>I%

- Clasi$icación de los "uses de campo

?l ser el control de procesos industriales un mercado :ue genera unas

grandes epectativas económicas$ todos los 2abricantes de e:uipos para este

sector intentan acaparar un trozo de dic9o mercado para$ posteriormente$

intentar mantenerlo e incrementarlo por 5casi7 cual:uier medio%

Precisamente una de las 2ormas de evitar la p;rdida de clientes es

creando un sistema de comunicaciones propio en el entorno industrial$

optimizado per2ectamente para sus e:uipos 4 prestando unos servicios

ecelentes" 2iabilidad$ rendimiento$ etc% Todo lo anterior nos sitúa ante un

mercado con m8s de cien buses de campo$ pr8cticamente incompatibles unos

con otros$ lo cual 9a llevado a plantear la necesidad de crear un bus de campo

est8ndar o normalizado% Para ello$ un primer paso importante es clasi2icar los

buses de campo en propietarios 4 abiertos%

3os buses de campo propietarios reciben este nombre por ser propiedad

intelectual de una compa=ía particular$ por lo cual no se puede 9acer muc9o

con ellos a no ser :ue se ad:uiera una licencia$ las cuales son controladas a

discreción del propietario$ sometidas a restricciones de uso 4 a elevados pagos

de derec9os%


39/67

3os buses de campo abiertos se caracterizan por seguir criterios opuestos a los

anteriores"

D >us especi2icaciones completas deben estar publicadas 4 disponibles a

precios razonables para cual:uiera :ue desee ad:uirirlas%

D >us componentes críticos deben estar disponibles en las mismas condiciones%

D 3os procedimientos de validación 4 9omologación deben estar bien de2inidos

4 abiertos a cual:uiera%

Todo ello se traduce en un bus de campo :ue cual:uiera puede utilizarlo

o desarrollar productos basados en ;l$ a un coste 4 es2uerzo razonables% Esta

primera clasi2icación de los buses de campo 9a sido tenida en cuenta por todos

a:uellos organismos :ue 9an realizado alguna vez el intento de crear un

est8ndar% El m8s serio de estos intentos de normalización$ por parte de un

organismo internacional de reconocido prestigio$ 9a sido el emprendido por el

IE# 5#omit; Electrot;cnico Internacional7$ cu4o comit; T#0'#DQ+0 9a

de2inido unas reglas marco bastante gen;ricas$ constitu4endo esto un punto de

partida importante para acercarse al tan deseado est8ndar% 3as condiciones

2i


40/67

&-%D ?islamientos% '-- Vc%a% permanentes entre elementos de campo 4 bus%

Tensión de prueba &'-- Vc%a%6& min%

&&%D >eguridad intrínseca% @pción a conectar elementos de campo con

tensiones reducidas para atmós2eras eplosivas%

&1%D ?limentación% @pción de alimentar los elementos de campo a trav;s del

bus%

&*%D 3ongitud de mensa?6IE# comenzó a elaborar lo :ue se

pretendía :ue 2uera el bus de campo est8ndar 4 :ue 2uese siendo adoptado


41/67

poco a poco por los principales 2abricantes de e:uipos$ sistemas 4 dem8s

componentes orientados al control de procesos$ el !ieldbus%

>in embargo$ aun:ue el número de e:uipos 4 usuarios de este

pretendido est8ndar 9a aumentado en los últimos a=os$ los resultados

obtenidos est8n mu4 le


42/67

>in embargo$ 9o4 en día Pro2ibus es un modelo de comunicación

industrial de car8cter internacional$ estando presente en multitud de plantas

distribuidas por todo el mundo% Por ello se 9ace necesario una gestión e2icaz 4

rigurosa de todo lo re2erente a este bus de campo% >in duda alguna$ la entidad

:ue m8s peso tiene para el desarrollo de ;ste est8ndar de comunicación es

Pro2ibus Internacional$ :ue reúne a todas las asociaciones de usuarios de

Pro2ibus 4 9a establecido una certi2icación cuali2icada de los sistemas 4 e:uipos

mediante un test de interoperatividad% 5Interconectividad interoperabilidad

intercambiabilidad7% Todo producto certi2icado aparece en la guía de productos

Pro2ibus con su número de certi2icado%

Veamos a continuación los aspectos m8s destacados de Pro2ibus

repartidos en dos blo:ues" datos t;cnicos 4 per2iles de Pro2ibus% En el primero

de ellos veremos de 2orma es:uem8tica un resumen de los aspectos m8s

tangibles del bus$ los m;todos de acceso 4 las t;cnicas de transmisión :ue se

utilizan% En el segundo blo:ue nos dedicaremos a conocer los di2erentes

per2iles :ue ;ste sistema de comunicación 9a desarrollado con la 2inalidad de

dar cobertura a todas las necesidades :ue el control en planta eige" Pro2ibus

!M>$ Pro2ibus AP 4 Pro2ibus P?%

Datos t3cnicos, m3todos de acceso / t3cnicas de transmisión en

2ro$i"us.

En los datos t;cnicos podemos observar la versatilidad de Pro2ibus 4 el

abanico de posibilidades :ue cubre para adaptarse a las necesidades de la

comunicación industrial%


43/67

!ig% &0 Es:uema :ue muestra los dos m;todos de acceso al medio de Pro2ibus%

En el m;todo de acceso podemos distinguir entre dos casos" en el

primero$ mediante tramas especiales 5testigos7 en el bus$ las estaciones tipo

master se van pasando el turno de ocupación de ;ste$ por lo :ue entre ellas se

2orma un anillo lógico$ 4a :ue 2ísicamente la topología es siempre en bus% Elsegundo caso es cuando una estación principal o master se 9ace con el bus%


44/67

Aurante este tiempo$ se encargar8 de consultar a sus estaciones esclavas a la

m8ima velocidad posible%

43cnicas de transmisión

PR@!IBU>$ R> /,'

S Transmisión asíncrona R según R> /,'

S Velocidad desde (%0 OBit6s 9asta &1 MBit6s seleccionable en escalones

S #able de par trenzado 4 apantallado 5($0 .m7 o !@ 5apro% &'- .m7

S *1 estaciones por segmento$ m8% &1) estaciones permitidas

S Aistancia" &1 MBit6s &-- m &%' MBit6s /--m &,)%' OBit6s &--- m

S Aistancia ampliable mediante repetidores 9asta &- Om 5caso de cable7

S #onectores subDA de ( pines

PR@!IBU> P?$ IE# &&',D1

S #odi2icación síncrona Manc9ester$ *&%1' OBit6s en corriente

S #able de par trenzado apantallado o sin apantallar

S Aistancia 9asta &%(-- m por segmento$ ampliable mediante repetidores

S m8% &1) estaciones 5sin Enlace AP6P?7$ &-D*1 por segmento 5dependiendo

de :ue sean zonas clasi2icadas 4 el consumo7

2er$iles de 2ro$i"us

Pro2ibus nos o2rece tres per2iles$ cada uno de ellos adaptado a unasnecesidades concretas de comunicación en la planta% ?sí$ tenemos"

WPara tareas universales de comunicación" Pro2ibusD!M>

#omunicaciones Multimaster

?mplia gama de comunicaciones

WPara intercambio de datos r8pido 4 cíclico" Pro2ibusDAP

Plug X Pla4

E2iciente 4 rentable


45/67

WPara automatización de procesos en 8reas con riesgo de eplosión" Pro2ibusD

P?

?limentación vía bus

>eguridad intrínseca

#ada uno de los per2iles anteriores se estructura según la pila de

protocolos @>I 4 est8n soportados en el est8ndar E '-&)-$ ecepto el nivel

5no @>I7 de usuario$ el cual es especí2ico del protocolo$ con el 2in de

aprovec9ar al m8imo sus prestaciones% 3a ar:uitectura de cada uno de los

per2iles se muestra en la siguiente 2igura &)%

!ig%&) Per2iles de Pro2ibus según la pila de protocolos @>I%

? continuación se o2recen distintas 2iguras :ue muestran las

con2iguraciones b8sicas delas redes Pro2ibus$ de acuerdo con los per2iles

comentados anteriormente$ pudi;ndose observarlos elementos o e:uipos

típicos :ue suelen 2ormar parte de ellas%


46/67

!ig%&, #on2iguración típica de una red Pro2ibusD!M>%

!ig% &( #on2iguración típica de una red Pro2ibusDAP

!ig% 1- #on2iguración típica de una red Pro2ibusDP?%

?un:ue con las 2iguras 4 comentarios :ue se 9an dado a lo largo de estepunto podría ser su2iciente para saber el posicionamiento 4 uso de los distintos


47/67

per2iles de Pro2ibus$ a continuación se o2rece un cuadro :ue nos muestra$ de

2orma resumida$ los par8metros m8s característicos de estos%

!ig% 1& Resumen de las prestaciones b8sicas de los tres per2iles Pro2ibus%

- 5orld6&2

En &(,'$ ba


48/67

industriales$ etc7 en sistemas de automatización en los :ue se pretende un

control distribuido de los procesos%

?dem8s se puede utilizar con di2erentes tipos de ar:uitecturas"

centralizada$ descentralizada 5síncrona o asíncrona7 o maestroDesclavo%

Qorld!IP permite$ igualmente$ distribuir la inteligencia$ el control 4 los datos

entre las distintas unidades presentes en la red$ es decir$ un algoritmo puede

estar ubicado en una única unidad de procesamiento$ o distribuirse entre

varias%

Esto es posible gracias al mecanismo de distribución de datos de

Qorld!IP$ :ue garantiza la consistencia espacial 4 temporal de los mismos%

Aebido al mane


49/67

la :ue arbitra el bus$ reconoce :ue son consumidoras de la variable en cuestión

52igura 117%

!ig% 11 Petición de consulta lanzada al bus por el 8rbitro% 3a estación ' se reconoce como

productora del identi2icador 5IAYA?TY?7%

El productor de la variable 5estación '7 di2unde entonces el valor del

identi2icador mediante una respuesta del tipo RPYA?T% Este valor se captura

simult8neamente por todas las estaciones consumidoras del identi2icador ?% En

la 2igura /%1* dic9as estaciones son la &$ * 4 el 8rbitro del bus% 3a estación

encargada del arbitra


50/67

!ig% 1* Respuesta enviada por el productor 4 capturada por los consumidores%

El rastreo de una variable es determinista$ es decir$ Qorld!IP garantiza

:ue una variable con una periodicidad dada se rastrea en el instante adecuado%Para ello$ se deben conocer de cada variable aspectos temporales tales como"

Periodicidad" Tiempo m8imo :ue debe transcurrir entre dos rastreos

consecutivos de una variable% ormalmente se da en milisegundos%

Tiempo total necesario para realizar una transmisión elemental" nZ de bits de

la trama$ multiplicado por el tiempo de duración de un bit$ teniendo en cuenta la

velocidad de transmisión del medio 5normalmente &Mbit6s7% >u valor se da ensegundos% 3a 2igura /%1/ muestra una posible distribución en el tiempo de los

identi2icadores a$ b$ c 4 d$ en 2unción de la 2recuencia de llamada%

#ada periodo de tiempo constitu4e un ciclo elemental% En el primer ciclo

elemental$ el 8rbitro del bus rastrea todas las variables$ mientras :ue en el

segundo sólo lo 9ace con la variable a% Un macrociclo consiste en la

4utaposición de ciclos elementales%

El número de ciclos elementales :ue 2orman un macrociclo se obtiene

dividiendo el mínimo común múltiplo de las periodicidades entre el m8imo

común divisor de estas% Por e


51/67

El e


52/67

inteligente 5se 9an anulado los par8metros anteriores$ voluntaria o

involuntariamente7%

!ig% 1/ 3lamada 5rastreo7 4 distribución en el tiempo de los identi2icadores en Qorld !IP%

Tal como :ueda re2le


53/67

- 7art

El bus de campo$ en cual:uiera de sus est8ndares actuales$ o2rece

interesantísimas perspectivas% >in embargo$ el modo de operación 4 la

implantación :ue tienen algunos de ellos les augura una larga vida 4 una


54/67

estimable aportación a lo :ue podría ser un bus de campo est8ndar% Entre

estos$ probablemente$ estar8 el protocolo o bus de campo F?RT 5Fig9Ja4

?ddressable Remote Transducer7% Este protocolo nace con la idea de

compatibilizar modelos tradicionales en la comunicación de campo 5/[1-m?7

con modelos m8s actualizados :ue permiten llevar a cabo un control distribuido

de los procesos$ es decir$ buses de campo% ?sí$ aun sabiendo :ue estos

o2recen las m8imas perspectivas en el 2uturo$ los usuarios de numerosas

plantas :ue todavía utilizan se=ales analógicas /[1-m? no contemplan la

posibilidad de grandes cambios estructurales$ o bien$ los 9ar8n paulatinamente$

sin prisas%

?nte esta situación 4 sin perder de vista :ue el 2uturo pasa por el control

distribuido a nivel de campo$ los usuarios se preguntan" \cómo podrían

aprovec9arse las ventamart7$ tal como se aprecia en la 2igura 1'%


55/67

!ig% 1' Protocolo Fart" permite traba


56/67

3a comunicación digital se lleva a cabo sobre el mismo lazo analógico

52igura 107$ sin verse alterada ninguna de las se=ales :ue conimultaneidad de ambas% 3a representación

no est8 9ec9a aescala

9Cómo se puede mantener la compati"ilidad analógico-digital so"re un

mismo par de :ilos;

El protocolo Fart utiliza para la comunicación digital la transmisión de G&H

4 G-H mediante la t;cnica !>. 5!recuenc4 >9i2t .e4ing$ codi2icación por

desplazamiento en 2recuencia7$ compatible adem8s con el est8ndar Bell 1-1%Tal como puede observarse en la 2igura 1)$ cuando se desea transmitir un cero

lógico$se envía durante el tiempo pre2i


57/67

in2orma sobre el proceso 5variable de proceso7% #on todo lo epuesto sobre la

compatibilidad de se=ales en el protocolo Fart$ podemos 9ablar de :ue los

instrumentos compatibles con este bus de campo pueden operar en dos

modos"

!ig% 1) >e=ales el;ctricas presentes en el bus Fart% El valor medio de la se=al digital es

siempre cero 4 por tanto noa2ecta a la se=al analógica%

- Modo :1"rido o Comunicación punto a punto

Por el bus GcirculanH datos analógicos 4 digitales combinados% Tal es el

caso mostrado en la 2igura 1,$ en la :ue podemos distinguir los siguientes

elementos"

K >mart Aevice" transmisor inteligente enviando el valor de la variable medida$

en este caso$ en modo analógico 5/D1-m?7 al #ontrol >4stem%

K Pantalla" visualizador actuando en modo digital%

K FandD9eld #ommunicator" terminal de mano inteligente traba


58/67

K #ontrol >4stem" es la unidad central :ue 4stem 5maestro primario7 4 el FandD9eld #ommunicator 5maestro

secundario7 pueden comunicarse con el dispositivo de campo 5>mart Aevice7%

- Modo digital

Este modo$ tambi;n denominado multidrop o comunicación multipunto$

permite la coneión de 9asta &' dispositivos smart en un solo bus 5par de

9ilos7%

#on el protocolo Fart$ varios dispositivos pueden conectarse en red mediante

una simple línea de comunicación$ tal como muestra la 2igura 1(% Este modo de


59/67

trabamart operar sobre líneas

tele2ónicas 5normalmente al:uiladas7%

?sí$ dic9os dispositivos pueden ser conectados directamente a la línea

al:uilada 4 comunicarse con un punto central situado a decenas o cientos de

Oilómetros% En este caso sólo sería necesario una 2uente de alimentación local$

sin m8s accesorios o elementos de comunicación :ue los modem :ue permiten

el acceso a las líneas tele2ónicas% En este modo de actuación se pueden

conectar a la red 5tele2ónica7 cual:uier número de dispositivos compatibles

Fart% >in embargo$ la ma4or parte de los países europeos no permiten la

transmisión de se=ales Bell 1-1 a trav;s de sus líneas%

#uando se utiliza una sola 2uente de alimentación para varios

dispositivos smart$ el número de ;stos :ueda limitado a &'% En una red punto a

punto 5dos únicos elementos conectados directamente7 se usa el número cero

para interrogar al dispositivo smart% En una red multidrop la dirección para

GinterrogarH 5polling7 a un dispositivo smart ser8 siempre un número ma4or :ue

cero% ?l aparecer la dirección de un elemento sobre el bus Fart$ dic9o elemento

sitúa su salida analógica a /m? 5el mínimo valor analógico7 4 establece la

comunicación digital solicitada por el controlador principal 5master7%

Por último$ para 2inalizar estas anotaciones sobre el protocolo Fart$

diremos :ue dic9o protocolo permite dos modos de comunicación digital"

pregunta6respuesta 4 burst% ?mbos modos proporcionan un acceso similar$

tanto la in2ormación de mantenimiento como a la propia del proceso% En elmodo pregunta6respuesta el master re:uiere in2ormación del dispositivo smart%

En el modo burst 5o broadcast7 el dispositivo de campo transmite

continuamente datos sobre el proceso$ sin necesidad de :ue el m8ster envíe

mensa


60/67

!ig% 1( El protocolo Fart permite derivaciones múltiples para varios dispositivos smart en el

modo digital 5multidrop7%

#omo en casos anteriores$ vamos a 2inalizar el apartado dedicado a Fart

con unos cuadros :ue nos resumen los aspectos m8s importantes de este bus

de campo%


61/67


62/67

- 6ield"us

3a organización !ieldbus !oundation est8 2ormada por &1- de los

principales 2abricantes 4 usuarios 2inales de la automatización 4 control de

procesos industriales% Traba


63/67

D ?cceso a zonas E$ con lo :ue le permite operar en 28bricas 4 entornos de

control de procesos :ue inclu4en re:uerimientos de seguridad intrínseca%

D Aisponer de la aplicación de control en los dispositivos de campo%

3os segmentos F& se 9an optimizado para cumplir con los

re:uerimientos anteriores$ por ello traba% 3os segmentos

F1 utilizan el est8ndar ampliamente di2undido Et9ernet de alta velocidad o F>E

5Fig9 >peed Et9ernet7 en con2iguración redundante% Estos segmentos traba


64/67

a &-- Mbit6s con un coneionado de pares de cables trenzados 4 apantallados

5>TP7 o mediante !ibra óptica%En la siguiente tabla se muestra una

comparativa de los aspectos t;cnicos m8s generales entre segmentos F& 4 F1%

@tras características de las redes !oundation !ieldbus son"

-Seguridad e integridad en las comunicaciones

!ieldbus es una red de comunicaciones determinista$ los datos se

transmiten en el momento preciso 4 a intervalos deseados 4 eactos% 3a

in2ormación de control tiene prioridad a otras comunicaciones en la red%

3os dispositivos !ieldbus son inteligentes$ tienen iniciativa de

comunicación$ de manera :ue cual:uiera puede 9ablar con cual:uiera sin

dependencia de ningún nodo central o _9ost_%

-Soporte


65/67

!ieldbus no solo est8 dise=ado para comunicar valores de proceso en la

red$ la tecnología soporta de manera est8ndar el acceso a datos de diagnosis 4

calibración de instrumentos todo ello se soporta en las Aescripciones de

Aispositivo%

#ada 2abricante establece toda la in2ormación de su instrumentación

!ieldbus en su Aescripción de Aispositivo% Aesde cual:uier 9erramienta de

visualización podemos disponer de esta Aescripción :ue nos da acceso a

todos los datos del dispositivo%

lnteropera"ilidad

!ieldbus soporta interoperabilidad total$ esto representa una

independencia de marca 4 modelo a la 9ora de sustituir un dispositivo de

campo por otro tambi;n permite interoperar entre dos dispositivos de

di2erentes 2abricantes en el mismo bus%

3a ar:uitectura !oundation !ieldbus utiliza únicamente los niveles &$1 4

) del modelo de re2erencia @>I$ tal como sucede con la ma4oría de los buses

de campo%


66/67

CONCLUSIN

3os sistemas distribuidos de monitoreo 4 control le a4udan a sacar

provec9o de todos los recursos disponibles para usar de manera m8s e2iciente

el sistema completo% ?l escoger 9erramientas abiertas 4 2leibles como base

del sistema$ puede integrar productos m8s 28cilmente de distintos proveedores%

Escoger un sistema operativo en tiempo real 4 dise=ar una aplicación con

an8lisis$ a4uda a descargar algunos de los re:uerimientos de cómputo desde

los servidores clave$ así como proporcionar algoritmos de control m8s r8pidos 4

so2isticados al nivel del nodo%

>e pudo observar la venta


67/67

BIBLIO&RA"IA

Ronald #o9n$ Aistributed #ontrol >4stem$ 5en ingl;s7$ Editorial BooOviOa$ I>BD

&-"''&-)&//**

Ric9ard 3%>9ell X Enrnest 3%Fall$ FandbooO o2 Industrial ?utomation$ 5en ingl;s7$ I>BD&-"

-,1/)-*)*

9ttp"66portal%uned%es6portal6page]

Ypageid(*$,-'-0&*$(*Y1-'1)(&1XYdadportalXYsc9emaP@RT?3Xid?signatura1,,-

*1-*

http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/automatizacion/curso-

sistemas-de-control-distribuido-dcs/item/413-introduccion-a-los-dcs-sistemas-de-

control-distribuido.html#sthash.7brhjqG3.dpu

9ttp"66es%JiOipedia%org6JiOi6>istemaYdeYcontrolYdistribuido
http://portal.uned.es/portal/page?_pageid=93,8050613,93_20527912&_dad=portal&_schema=PORTAL&idAsignatura=28803203http://portal.uned.es/portal/page?_pageid=93,8050613,93_20527912&_dad=portal&_schema=PORTAL&idAsignatura=28803203http://portal.uned.es/portal/page?_pageid=93,8050613,93_20527912&_dad=portal&_schema=PORTAL&idAsignatura=28803203http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/automatizacion/curso-sistemas-de-control-distribuido-dcs/item/413-introduccion-a-los-dcs-sistemas-de-control-distribuido.html#sthash.7brhjqG3.dpufhttp://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/automatizacion/curso-sistemas-de-control-distribuido-dcs/item/413-introduccion-a-los-dcs-sistemas-de-control-distribuido.html#sthash.7brhjqG3.dpufhttp://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/automatizacion/curso-sistemas-de-control-distribuido-dcs/item/413-introduccion-a-los-dcs-sistemas-de-control-distribuido.html#sthash.7brhjqG3.dpufhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_control_distribuidohttp://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/automatizacion/curso-sistemas-de-control-distribuido-dcs/item/413-introduccion-a-los-dcs-sistemas-de-control-distribuido.html#sthash.7brhjqG3.dpufhttp://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/automatizacion/curso-sistemas-de-control-distribuido-dcs/item/413-introduccion-a-los-dcs-sistemas-de-control-distribuido.html#sthash.7brhjqG3.dpufhttp://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/automatizacion/curso-sistemas-de-control-distribuido-dcs/item/413-introduccion-a-los-dcs-sistemas-de-control-distribuido.html#sthash.7brhjqG3.dpufhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_control_distribuidohttp://portal.uned.es/portal/page?_pageid=93,8050613,93_20527912&_dad=portal&_schema=PORTAL&idAsignatura=28803203http://portal.uned.es/portal/page?_pageid=93,8050613,93_20527912&_dad=portal&_schema=PORTAL&idAsignatura=28803203http://portal.uned.es/portal/page?_pageid=93,8050613,93_20527912&_dad=portal&_schema=PORTAL&idAsignatura=28803203

Documents

TRABAJO DE SISTEMA CONTOL DISTRIBUIDO.docx