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LICENCIATURA EN INGENIERA ELECTRNICA YCOMUNICACIONES

Trabajo Prctico-Educativo

Laboratorio para Mediciones de Presin y Temperatura Basado en elProtocolo Foundation Fieldbus

PRESENTAN:

Andrade Morales Martha Laura

Escamilla Macay Luz Del Carmen

DIRECTOR:

MRT. Reyna Ramrez Carpio

ASESOR:

MRT. Rafael Ortega Almanza

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE INGENIERA EN ELECTRNICA Y COMUNICACIONES


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I

ndice

Resumen .......................................................................................................................... 6

Captulo 1 ........................................................................................................................ 7

INTRODUCCIN ............................................................................................................. 7

1.1 Introduccin ............................................................................................................ 7

1.1.1 Resea Histrica de la Metrologa ................................................................. 8

1.1.2 Resea Histrica de las Redes de Comunicacin Foundation Fieldbus ..... 11

1.2 Justificacin .......................................................................................................... 14

1.3 Objetivos ............................................................................................................... 16

1.3.1 Objetivo General .......................................................................................... 16

1.3.2 Objetivos Particulares .................................................................................. 16

1.4 Caractersticas y Funciones Esenciales ................................................................ 17

Captulo 2 ...................................................................................................................... 22

Laboratorio para Mediciones de Presin y Temperatura con Protocolo de

Comunicacin Foundation Fieldbus.......................................................................... 22

2.1 Implementacin del Laboratorio ........................................................................... 22

2.1.1 Descripcin del Laboratorio ......................................................................... 22

2.1.2 Informacin Tcnica del Hardware .............................................................. 25


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II

2.1.3 Informacin del Software ............................................................................ 33

2.1.4 Arquitectura del Sistema 800xA de ABB .................................................... 41

2.1.4.1 Estructura Lgica de la Red ..........................................................................43

2.2 Ventajas sobre la Tecnologa Foundation Fieldbus ............................................. 45

2.3 Descripcin de Foundation Fieldbus .................................................................... 48

2.3.1 Informacin Tcnica de Foundation Fieldbus ............................................. 50

2.3.2 Red de Alta Velocidad (High Speed Ethernet) ............................................ 51

2.3.3 Red de Comunicacin Host 1 (H1) ............................................................. 52

2.4 Descripcin general para armar el laboratorio ..................................................... 64

2.5 Arquitectura del Laboratorio ................................................................................. 65

Captulo 3 ...................................................................................................................... 67

Configuracin del Laboratorio de Metrologa ............................................................ 67

3.1 Configuracin de la Red (Subnet) en el Sistema 800xA de ABB del Laboratorio

de Metrologa .............................................................................................................. 68

3.2 Configuracin de los Transmisores de Temperatura y Presin en el Software

Fieldbus Builder .......................................................................................................... 86

3.3 Configuracin de los Instrumentos .................................................................... 98

3.4 Puesta en Servicio de los Transmisores de Temperatura y Presin en el

Software Fieldbus Builder ......................................................................................... 109


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III

Captulo 4 .................................................................................................................... 124

Prcticas de Presin y Temperatura........................................................................ 124

4.1 Prctica N1 ....................................................................................................... 124

Calibracin del Transmisor de Presin marca ABB modelo 2600T de 0-60 Kg/cm2, con

el configurador porttil (Hand Hell) Emerson 475. ..................................................... 124

4.1.1 Objetivos del Experimento ......................................................................... 124

4.1.2 Conceptos Bsicos .................................................................................... 124

4.1.3 Informacin Preliminar ............................................................................... 125

4.1.4 Material y Equipo ....................................................................................... 125

4.1.5 Desarrollo .................................................................................................. 126

4.1.6 Resumen ................................................................................................... 143

4.1.7 Cuestionario .............................................................................................. 143

4.2 Prctica N2 ....................................................................................................... 144

Calibracin del Transmisor de Temperatura marca Endress and Hauser modelo TMT-

162 de 0-500C, con el configurador porttil (Hand Hell) Emerson 475. .................... 144





4.2.5 Desarrollo .................................................................................................. 146


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IV

4.2.6 Resumen ................................................................................................... 160

4.2.7 Cuestionario .............................................................................................. 161

4.3 Prctica N3 ....................................................................................................... 162

Calibracin del Transmisor de Presin marca ABB modelo 2600T de 0-6 Kg/cm2, con

el software Fieldbus Builder del Sistema 800xA. ....................................................... 162





4.3.5 Desarrollo .................................................................................................. 164

4.3.6 Resumen ................................................................................................... 177

4.3.7 Cuestionario .............................................................................................. 177

4.4 Prctica N4 ....................................................................................................... 178

Calibracin del Transmisor de Temperatura marca ABB modelo TTX-300 de 0-800 C,

con el software Fieldbus Builder del Sistema 800xA. ................................................. 178






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V

4.4.5 Desarrollo .................................................................................................. 180

4.4.6 Resumen ................................................................................................... 194

4.4.7 Cuestionario .............................................................................................. 194

4.5 Prctica N5 ........................................................................................................ 195

Simulacin de Presin y Temperatura con el software Fieldbus Builder integrado a un

grfico para la medicin y control de una torre en proceso. ....................................... 195





4.5.5 Desarrollo .................................................................................................. 196

4.5.6 Resumen ................................................................................................... 203

4.5.7 Cuestionario .............................................................................................. 204

Captulo 5 .................................................................................................................... 205

Aportaciones o Contribuciones al Desarrollo del Trabajo..................................... 205

Bibliografa .................................................................................................................. 207

Glosario ....................................................................................................................... 211

Anexos ........................................................................................................................ 218


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Pg. 6

Resumen

El presente trabajo es el desarrollo de un proyecto basado en redes de comunicacin

por Bus de campo en los estndares de la organizacin Foundation Fieldbus y tiene

como objetivo determinar todas las herramientas necesarias para la creacin de un

Laboratorio de Metrologa secundario con trazabilidad al centro nacional de medicin

CENAM (Centro Nacional de Metrologa) para la calibracin, pruebas y verificaciones

de instrumentos de medicin tipo industriales de las magnitudes fsicas de presin y

temperatura (Termometra General).

En vista de las nuevas oportunidades laborales y demandas de servicios se tiene laobligacin de generar sistemas de medicin productivos que generen una utilidad y

satisfaccin a la demanda de las necesidades de las empresas para cumplir con sus

sistemas de calidad. Este trabajo de investigacin busca de manera clara emprender la

implantacin del laboratorio de metrologa con el nimo de lograr los objetivos.

El trabajo consta bsicamente de la metodologa para la creacin e integracin de

hardware y software que constituyen al laboratorio de metrologa para las magnitudes

fsicas de presin y temperatura, para realizar calibraciones, verificaciones de

instrumentos de tipo industrial dando cumplimiento a las necesidades que tienen las

empresas en el ramo industrial y que requieren hacer mediciones muy precisas. El

clculo de un anlisis estricto del costo del laboratorio de metrologa, as como las

consideraciones tcnicas del hardware y software y su ingeniera de proceso. Encontrar

las razones por las cuales este proyecto d cumplimiento y conformidad en los

estndares de calidad de ISO 9001, ISO 14001, la Ley Federal de Metrologa y

Normalizacin en Mxico.


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Captulo 1

INTRODUCCIN

1.1 Introduccin

El proyecto del laboratorio de metrologa tendr como objetivo realizar calibraciones,

verificaciones de instrumentacin tipo industrial para las magnitudes fsicas de presin y

temperatura en procesos industriales derivados del gas con trazabilidad al centro de

metrologa nacional CENAM.

El laboratorio de metrologa pertenece en el giro del ramo industrial como un laboratorio

secundario y est basado en las necesidades de las empresas de tipo industrial quenecesitan llevar a cabo y dar cumplimiento a sus sistemas de calidad, estndares de

medicin y control para satisfacer las necesidades del mercado.

Las funciones que se pueden realizar con el laboratorio de metrologa son:

a) Medicin, calibracin y certificacin acreditada de elementos de medida,

para la medicin de presin y temperatura.

b) Configuracin avanzada, programacin de instrumentacin con protocolo

de comunicacin Foundation Fieldbus.

c) Calibracin y certificacin trazable en metrologa de las siguientes

magnitudes fsicas: Temperatura RTDS, Termopares, Bulbos,

Bimetlicos, Presin (manmetros), Transductores piezoelctricos,

capacitivos, inductivos.

d) Elaboracin de redes con bus de campo con protocolo de comunicacin

Foundation Fieldbus a travs de segmentos de comunicacin.


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e) Anlisis, diseo, implantacin y mantenimiento de sistemas de gestin

integrados de metrologa y calibracin, segn norma une-en ISO

10012:2003.

f) Desarrollo de aplicaciones informticas y de software del sistema de

control distribuido 800xA de la compaa ABB.

1.1.1 Resea Histrica de la Metrologa

Para poder elaborar y desarrollar un proyecto con fines asentados y metas establecidas

es necesario y de gran importancia tener un sustento el cual avalar el proyecto. En un

laboratorio de metrologa su principal fundamento y razn de ser es la calibracin dedistintos patrones de medida, es por esto se debe de remitir a los cientficos que hablan

de las medidas. Hay que recordar que desde la aparicin del ser humano sobre la

Tierra surgi la necesidad de contar y medir.

Para conocer un poco ms sobre la Metrologa, sta se concibe como una ciencia que

estudia los sistemas de unidades, los mtodos, las normas y los instrumentos para

medir. Se han tomado los conocimientos de algunos filsofos como: Scrates, Platn,

Arqumedes, Isaac Newton, Christian Huygens, Leonardo da Vinci, Galileo Galilei,

Nicols Coprnico, Tolomeo, Euclides y Aristteles.

Los antiguos filsofos griegos, reconocidos como los primeros "cientficos", estn

clasificados en las llamadas "escuelas". Todos ellos han proporcionado una infinidad de

aportaciones de gran importancia tanto que hoy en da se sabe comparar medidas y

dimensiones gracias a patrones ya establecidos como lo es el metro, el kilo, el litro, etc.,

se llevara muchsimas hojas en marcar lo que cada autor aport para elestablecimiento de estas magnitudes pero se hace hincapi en su importancia y en sus

investigaciones y aportaciones.


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En este tema se observa cmo fue evolucionando la filosofa y quienes fueron sus

grandes aportadores o pensadores que sobresalieron en esta cuestin. Como ya se ha

visto muchos cientficos dan su importancia a las matemticas, ya que para ellos es lo

primordial en la vida diaria. El clculo diferencial como el integral, ha tenido gran utilidad

en todos los aspectos. Actualmente el clculo ha sido muy importante, sin olvidar a los

grandes exponentes de las matemticas que lo denominan, el pan de cada da. A estos

grandes cientficos se les ha admirado por su gran aportacin a esta ciencia. [1]

Los pueblos con la necesidad de poder negociar inventaron sus propios medios de

medicin, entonces unos median por ejemplo con pasos y otros con brazos. Lo anterior

les evidenci a ellos que se estaban empleando dos sistemas de medicin no

comparables y que alguno de ellos estaba saliendo perjudicado. Por lo tanto,concertaron tomar una sola unidad de medida El Brazo, pero se present una

situacin que los dej desconcertados: unos tenan los brazos ms cortos que otros,

situacin que fue aprovechada por los comerciantes, cuando queran vender utilizaban

una persona de brazos cortos y cuando queran comprar, una de brazos largos. Todo lo

anterior llev entonces a la materializacin de las medidas, llegando hoy a tener como

medida de referencia en las longitudes como lo es el metro.

En un inicio se definieron las medidas, pero las diferentes poblaciones difirieron en su

tamao, por ejemplo, la yarda en algunas regiones era de 83,4 cm y en otra de 90 cm,

lo que pona en evidencia la necesidad de solucionar dicho problema y estandarizar

dicha solucin.

Una idea para conocer cmo surgi la metrologa es la siguiente cita de la Biblia:

Hazte un arca de maderas resinosas. Haces el arca de carrizo y las calafateas por

dentro y por fuera con betn. As es como lo hars: longitud del arca, trescientos codos,

su anchura cincuenta codos y su altura 30 codos. Hacer al arca una cubierta y a un

codo la rematars por encima, pones la puerta del arca en su costado y haces un

primer piso, un segundo y un tercero. [2]


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El Mxico del siglo XXI enfrenta grandes retos, uno de ellos de primordial importancia:

es re-estructurar eficientemente los mecanismos para la generacin de valor y de

riqueza en la sociedad. Esto implica que todas las organizaciones y empresas pblicas

y privadas del pas, asuman y respondan a las exigencias de calidad y productividad

impuestas por la competencia actual.

Estas exigencias de calidad y productividad, base para la competitividad, solamente

pueden ser afrontadas con xito si se tiene una cultura metrolgica y los elementos

para ejercerla adecuadamente. La vida civilizada implica una serie de

reglamentaciones, costumbres, y leyes que nos permiten vivir en comunidad, con un

comportamiento honesto y de respeto hacia nuestros semejantes.[3]

Para que cualquier empresa logre procesos eficientes y productos con la calidad

requerida, no basta con desarrollar sistemas de aseguramiento de calidad

documentados e implantados en la organizacin, es necesario trabajar en un programa

de aseguramiento metrolgico, esto quiere decir, que hay que organizar las actividades

de medicin, inspeccin, pruebas y anlisis, en las diferentes partes del proceso de

produccin, desde la recepcin de materias primas y componentes, etapas de

fabricacin, hasta el producto final, y dirigirlas de tal manera que las mediciones se

lleven a cabo con resultados confiables, que aseguren el cumplir con la calidad del

producto.

Para asegurar este resultado se requiere adems de organizar las actividades de

medicin, lo siguiente:

Inspeccin y pruebas, desarrollar procedimientos, contar con la instrumentacin

adecuada, capacitar al personal, calibrar los instrumentos de medicin y patrones de

medida de acuerdo a un programa y conjuntar todo esto con el sistema de calidad,

pensando en obtener la certificacin de la organizacin; con esto se logra el

reconocimiento y la confianza en la misma organizacin para poder competir en los

mercados nacional e internacional.


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Con un programa de aseguramiento metrolgico se busca optimizar los recursos de la

organizacin, dirigiendo adecuadamente al personal y a las actividades de

instrumentacin, capacitacin, elaboracin de procedimientos, calibracin, asesora,

entre otras; de tal manera que se logre crear una estructura esbelta, flexible, estable y

robusta, que sea el soporte del sistema de calidad, basado fundamentalmente en tres

elementos que son la instrumentacin adecuada, la formacin del personal y la

generacin de los procedimientos necesarios.

Los sistemas de aseguramiento de la calidad ISO 9000, le dan un trato especial a la

confiabilidad de las mediciones que se realizan para controlar las especificaciones del

producto considerando a todos los elementos que intervienen en las mismas

mediciones esto es instrumentos adecuados y confiables en cuanto a la exactitud yalcance de medicin registrados, controlados y calibrados peridicamente adems del

personal capacitado y mtodos adecuados a las necesidades del proceso y

especificaciones del producto. Por lo que es importante que dentro de los esquemas de

organizacin y trabajo dentro de una empresa, se desarrollen sistemas eficaces que

aseguren la confiabilidad de todas las mediciones involucradas en el monitoreo de las

caractersticas crticas de calidad.

1.1.2 Resea Histrica de las Redes de Comunicacin Foundation Fieldbus

Hablando de la historia de los buses de campo, se podra remontar a los aos 40,

cuando para la instrumentacin de procesos se empezaron a emplear seales de

presin neumtica de entre 3 y 15 psi (libras por pulgada cuadrada) para la

monitorizacin y control de dispositivos. A pesar de la existencia de este estndar, a

menudo era necesario emplear varios niveles de seal para adaptarse a los numerosos

instrumentos que no estaban diseados para seguir esas especificaciones.


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La situacin fue evolucionando progresivamente, hasta que el desarrollo de los

procesadores digitales en los aos 70s introdujo el uso de computadores para

monitorizar y controlar los sistemas de instrumentacin desde un punto central. La

naturaleza especfica de las tareas a controlar exigi que se diseasen un gran nmero

de instrumentos y mtodos de control para las diferentes aplicaciones. Poco tard en

producirse un autntico auge, cuando comenz a utilizarse el sistema de 4 a 20 mA

(mili Ampers) que comenzara una autntica estandarizacin sobre la interconexin de

los dispositivos de campo, y que ms tarde acabara siendo remplazado por los buses

de campo. Estos ltimos presentaban varias ventajas que propiciaron su gran

despliegue gracias a que se comunican digitalmente permitiendo una comunicacin

bidireccional y redundante, evitan los problemas inherentes a una transmisin analgica

(distorsin, ruido, etc.) y sobre todo permiten conectar varios dispositivos a un mismocable reduciendo as los costes de instalacin y mantenimiento.

Conseguir que unas especificaciones fuesen aprobadas a nivel nacional no era

demasiado complicado ya que hay mucho menos competencia dentro de un nico pas

y la mayora de los buses de campo ms relevantes pronto se convirtieron en

estndares nacionales. Los problemas iniciaron cuando se empezaron a buscar

soluciones internacionales.

En la segunda mitad de los 80s, el esfuerzo de desarrollar buses de campo lo realizaba

principalmente Europa, movida por proyectos de investigacin que an tenan un

contexto muy acadmico, as como por muchos desarrollos propietarios. Los dos

resultados ms prometedores fueron FIP (Protocolo de Comunicacin) por la parte

francesa y Profibus (Protocolo de Comunicacin) por parte de Alemania. Ambas fueron

estandarizadas a sus respectivos niveles nacionales y finalmente propuestas a la IEC

(Comisin Electrotcnica Internacional) para su estandarizacin internacional.

Desafortunadamente las filosofas de los dos sistemas eran completamente diferentes.

Profibus estaba basada en una idea de control distribuido y en su forma original

soportaba una comunicacin vertical orientada a objetos, de acuerdo con un modelo

cliente servidor similar al de MAP/MMS (arquitectura de control).


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FIP por su parte estaba diseado con un control centralizado pero capaz de

implementar esquemas de control estrictamente de tiempo real, empleando una

comunicacin horizontal segn el modelo productor-consumidor o publicador-suscriptor.

Siendo tan diferentes, los dos sistemas eran apropiados para reas de aplicacin

complementarias. Evidentemente, un bus universal necesitaba combinar los beneficios

de ambos.

En 1992 surgieron dos grupos, cada uno compuesto por muchas compaas

internacionales del sector, para ofrecer una solucin al mercado de los buses de

campo.

La ISP (Proyectos de Sistemas Interoperables) y WorldFIP (fundacin creada alrededorde FIP) que pese a que tenan distintos puntos de vista de la implementacin de los

buses de campo ofrecieron modificar sus productos para dar cabida a las prestaciones

del otro. En una extensin de FIP (WorldFIP), se le aadi la funcionalidad del modelo

cliente servidor. Por su parte, la ISP intent demostrar que se poda mejorar Profibus

con el modelo publicador-suscriptor; su intencin era crear un bus internacional para

uso en entornos peligrosos. Para los aos 90s WorldFIP y Profibus PA (la organizacin

de usuarios de Profibus) se seguan peleando en sus respectivos terrenos, y la IEC an

no haba conseguido ningn avance significativo.

La nica excepcin fue la definicin de la capa fsica, que se adopt como el estndar

IEC 61158-2 ya en 1993, y que fue muy utilizada desde entonces sobre todo en el rea

de la automatizacin.

As que en Septiembre de 1994, tras varios aos de luchas, WorldFIP y la ISP se

unieron para convertirse en la Foundation Fieldbus. El objetivo de la Foundation

Fieldbus era crear un nico bus de campo internacional para entornos peligrosos.

Profibus PA sigui persiguiendo el mismo objetivo por su cuenta. Mientras Profibus PA

tiene sus races y su mayor comunidad de usuarios en Europa, los fabricantes y

usuarios de Foundation Fieldbus estn concentrados en Amrica y Asia.


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La Foundation Fieldbus utiliz algunos elementos de FIP para la especificacin de su

bus de campo, al igual que Profibus PA utiliz detalles de la especificacin de ISP. Por

este motivo el diseo fsico del bus es casi idntico en ambos buses de campo. La

interfaz de aplicacin, basada en bloques funcionales, tambin tiene muchas

caractersticas similares.

En 1999 el IEC realiza una tarea similar crea un estndar en el que incorporaba todos

los buses, pero con la diferencia de que los divida en partes: la capa fsica, capa de

aplicacin, etc.

Por su parte, la Foundation Fieldbus, haba decidido realizar un bus prctico sin la

exigencia de dar cabida a todos los sistemas previos, para conseguir resultados msrpidamente. Inicialmente dividieron el trabajo en dos secciones: H1 que sera un bus

de campo de baja velocidad, y H2, que sera su equivalente de alta velocidad. En 1998

surge por primera vez la posibilidad de combinar Ethernet con Foundation Fieldbus para

crear una red de control de alta velocidad, y se menciona por primera vez HSE (High

Speed Ethernet - red de alta velocidad). El proceso de desarrollo tambin fue muy

rpido, y en Marzo de 2000 se publicaron las especificaciones finales.

1.2 Justificacin

El proyecto de la elaboracin del laboratorio de metrologa para la calibracin,

verificacin de los instrumentos de tipo industrial para la medicin de las magnitudes

fsicas de presin y temperatura con una arquitectura de control de bus de campo

Foundation Fieldbus es un rea no explotada que genera beneficios, crecimiento

sustentable, as como diagnsticos de medicin y control avanzados en el entorno de

las industrias que buscan la ms alta calidad de sus productos, de sus servicios y la

ms alta competitividad en el mercado, ya que los instrumentos con protocolo de

comunicacin Foundation Fieldbus ofrecen las siguientes ventajas en comparacin con

sistemas de comunicacin y control tradicionales de 4 a 20 mA.


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Ventajas de los buses:

a) Menor costo de instalacin

b) Menor alambrado

c) Menor rea en el cuarto de control

d) Menor costo de ingeniera

e) Menos terminales y cajas de conexiones

f) Diagnsticos y comisionamientos remotos

g) Mejor procesamiento remoto

h) Los instrumentos de campo se vuelven servidores de datos inteligentes

i) Interoperabilidad entre dispositivos

j) Informacin integrada en comunicaciones digitales bidireccionalesmultipunto

k) Configuracin avanzada en bloques de funcin

l) Control de campo

m) Bajo costo en instalacin

n) Intrnsecamente seguro en reas industriales

El laboratorio de metrologa se sustenta con una alta factibilidad de desarrollo para

generar utilidades ya que la metrologa en Mxico es atendida escasamente; los

requerimientos legales y de acreditacin la hacen un tipo de empresa muy especfica y

complicada de implantar. Los laboratorios de metrologa que estn instalados en el Pas

estn constituidos por una institucin gubernamental CENAM y 22 empresas

privadas (Laboratorios de Metrologa Secundarios-Terciarios) [7], que conforman el

sistema metrolgico nacional. La direccin general de normalizacin en el Pas, adems

de realizar directamente actividades relacionadas con la metrologa cientfica, industrial

y legal, coordina los esfuerzos que aporta el sector pblico federal y comercial a dicho

sistema por medio de las instituciones que tienen alguna competencia en la materia.


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1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo General

Establecer un documento rector destinado a describir la metodologa utilizada para la

elaboracin, integracin e interconexin del hardware, configuracin del software del

laboratorio de metrologa, integracin de buses de campo con protocolo de Foundation

Fieldbus, la realizacin de prcticas, procesos de calibracin por comparacin,

certificaciones, verificaciones de equipos e instrumentos industriales, de inspeccin y

medicin para las magnitudes fsicas de presin y temperatura conforme a los criterios

de los sistemas de calidad ISO-9000, ISO-9001, ISO-14000, ISO-14001 y apegados a

los requerimientos legales en Mxico emanados de la Ley Federal de Metrologa y

Normalizacin.[6]

1.3.2 Objetivos Particulares

a) Determinar los equipos, instrumentos, herramientas necesarias para la

elaboracin e integracin del Laboratorio de Metrologa.b) Implementar un estudio econmico y financiero que sea factible y rentable del

costo de fabricacin del laboratorio de metrologa.

c) Definir las caractersticas tcnicas que integran el hardware y configuracin del

software.


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1.4 Caractersticas y Funciones Esenciales

El laboratorio de metrologa est diseado para realizar las mediciones de magnitudes fsicas

de presin y de temperatura, para asegurar la conformidad con las especificaciones deldiseo para el correcto funcionamiento; todas las mediciones se realizan para

asegurar la calidad de algn producto en diversos procesos industriales, para realizar

calibraciones, certificaciones de procesos industriales y para desarrollar capacitacin de

personal acerca del protocolo de comunicacin Foundation Fieldbus.[Figura 1.1]

Figura 1.1 Diseo del laboratorio


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En la siguiente [Tabla 1.1]se muestra las funciones que puede desarrollar el laboratorio de

metrologa, as como los intervalos de calibracin.

N Funcin Magnitud Fsica Sensor Intervalos de Calibracin

1 Calibracin Temperatura RTD(PT-100 Ohms) -200 a 800C

2 Calibracin Temperatura RTD(PT-1000 Ohms) -200 a 800C

3 Calibracin Temperatura Termopar tipo J 0 a 760C

4 Calibracin Temperatura Termopar tipo K 0 a 1260C

5 Calibracin Temperatura Termopar tipo T -180 a 370C

6 Calibracin Temperatura Termopar tipo S 0 a 1480C

7 Calibracin Presin Piezoelctrico 0-6Kg/cm2

8 Calibracin Presin Piezoelctrico 0-60Kg/cm2

9 Calibracin Presin Bourdon (Manmetros) 0-60Kg/cm2

10 Verificacin Presin Transmisores F.F. 0-60Kg/cm2

11 Verificacin Temperatura Transmisores F.F. 0-800C

12 Medicin Procesos Industriales Lneas de Procesos Lneas de Procesos

Tabla 1.1 Funciones del laboratorio de metrologa


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Tablero de Prueba

El laboratorio de metrologa tiene como objetivo funcional ser un laboratorio secundario

acreditado para realizar verificacin, calibracin, certificacin de las magnitudes fsicas

presin y temperatura de procesos industriales, de manufactura, elaboracin dealimentos, industrias de generacin elctrica y procesos del petrleo y sus derivados,

con trazabilidad certificada con el Centro Nacional de Metrologa CENAM y acreditado

por la EMA (Entidad Mexicana de Acreditacin), para que las empresas den

cumplimiento a sus sistemas de calidad ISO-9000 e ISO-9001, en materia de calidad en

la medicin.

Tambin el laboratorio de metrologa se visualiza como una herramienta para la

configuracin de redes industriales en el sistema de comunicacin Foundation

Fieldbus, como herramienta para dar capacitacin, entrenamiento y realizar

calibracin de instrumentos de patrones secundarios.

Si se habla concretamente de las magnitudes fsicas presin y temperatura, son

variables muy utilizadas en los procesos industriales ya que tienen su propsito principal

el de transformar materias primas en un producto final. Durante el proceso de la

produccin de estos bienes, se tienen diversos procesos: cambios de temperatura,

aumento o decremento en la presin de algn sistema, as como poder detectar si se

genera un mal resultado en la medicin debido a una deficiente calidad y detectar

productos terminados de mala calidad o defectuosos.

La versatilidad del laboratorio de metrologa le permite ser porttil por lo que puede ser

fcilmente instalado en cualquier proceso industrial que requiera ser verificado,

certificado o validado para efectos de calidad de algn sistema o cadena deproduccin, ya que con las herramientas tecnolgicas de hardware y software puede

generar tendencias a travs del tiempo, realizar anlisis de desviaciones en el proceso

y poder realizar las correcciones que algn sistema de produccin requiera para

asegurar que los productos sean elaborados apropiadamente.


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En todo proceso tenemos diversas variables, las cuales afectan las entradas o salidas

del proceso; temperatura, nivel, flujo, presin, son las variables ms comunes en los

procesos industriales, las cuales son monitoreadas y controladas por medio de la

instrumentacin del proceso.

Aunque hay varios procesos industriales y ninguno es idntico, es importante saber

que los principios que se aplican en los procesos son semejantes. Un proceso puede

ser descrito como la secuencia de cambios en una sustancia. La secuencia de cambios

puede ocurrir en el aspecto qumico, fsico o en ambos en la composicin de una

sustancia incluyendo parmetros como el flujo, nivel, presin, temperatura, densidad

volumen, acidez y gravedad especfica, as como muchos otros. Tambin muchos

procesos requieren de transferencia de energa.

La mezcla de fluidos, el calentamiento o el enfriamiento de sustancias, el bombeo de

agua de un lugar a otro, el enlatado de comida, la destilacin de gasolina, el

pasteurizado de la leche y convertir la luz solar en energa elctrica, todos pueden ser

descritos como procesos. Cuando una sustancia es calentada, su temperatura y su

composicin puede cambiar. Cuando la luz solar es convertida en electricidad, pueden

ocurrir cambios tanto fsicos como qumicos.

Las empresas potenciales que requieren los anlisis, certificaciones, validaciones y

verif icaciones de sus procesos, son las que necesitan obtener las certificaciones con la

norma ISO 9000, ISO 9001, para el aseguramiento de calidad de sus procesos y que

stas deben cumplir con estndares nacionales e internacionales en calidad. La mayora

de las empresas que se impactaran con los servicios de certificacin se encuentran

ubicadas en la zona norte y sur del estado de Veracruz.


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A continuacin se enlistan los mercados a los que se est dirigida la funcionalidad del

laboratorio de metrologa:

a) Arquitectura y servicios de ingeniera.

b) Industria del caucho y productos plsticos.

c) Industria cementera.

d) Construccin.

e) Industria del cuero.

f) Equipos elctricos.

g) Manufactura de automviles.

h) Industria metalmecnica.

i) Industria de alimentos.j) Salud.

k) Minera.

l) Industria qumica.

m) Industria textil.


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Captulo 2

Laboratorio para Mediciones de Presin y Temperatura conProtocolo de Comunicacin Foundation Fieldbus

2.1 Implementacin del Laboratorio

2.1.1 Descripcin del Laboratorio

El laboratorio de metrologa para la medicin de las magnitudes fsicas de presin y

temperatura est armado sobre una estructura de montaje con rieles Din el cual est

constituido por los siguientes equipos:

a) Dos interruptores trmicos de 20 ampers.

b) Una fuente de alimentacin marca ABB, modelo SD834 de 120 Vca a 24 Vcd.

c) Un Link Device de la marca ABB modelo LD800HSE para 4 segmentos.

d) Una fuente acondicionadora de la marca Pepperl and Fuchs, modelo FieldbusPower Hub. Con 8 fuentes de alimentacin para 4 segmentos con redundancia

modelo HD2-FBPS 1.25.360 y tarjeta de diagnstico para los 4 segmentos de

alimentacin de la marca Pepperl and Fuchs, modelo HD2-DM-A.

e) Cuatro distribuidores de segmentos de la marca Pepperl and Fuchs, modelo R2-

SP-N12 para 12 canales.

f) Un transmisor de temperatura de la marca ABB, modelo TTF300 con protocolo

de comunicacin Foundation Fieldbus.


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g) Un transmisor de temperatura de la marca Endress and Hauser, modelo TMT162

con protocolo de comunicacin Foundation Fieldbus.

h) Dos transmisores de presin marca ABB, modelo 264HS, con protocolo de

comunicacin Foundation Fieldbus.

i) Tres elementos primarios para la medicin de temperatura tipo RTD PT-100 de 3

hilos.

j) Cable de comunicacin/alimentacin elctrica para la red H1 de la red de

comunicacin Foundation Fieldbus tipo H FB52-8831A-264 FF 844, calibre

18AWG.

k) Un cable Ethernet.

l) Rieles de montaje tipo Din.

m) Cuatro terminadores de redes.

n) Fusibles de proteccin para 24 volts de 2 ampers.

o) Programa de comunicacin, configuracin y control 800xA de la marca ABB.

p) Software del sistema Foundation Fieldbus de la marca ABB (Fieldbus Builder/

construccin del software de Foundation Fieldbus).


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La arquitectura de control de laboratorio de metrologa est constituida por 3 niveles de

redes de comunicacin. [Figura 2.1]

1. Red de cliente-servidor TCP/IP de Ethernet.

2. La red High Speed Ethernet (HSE) de Foundation Fieldbus.

3. La red H1 de Foundation Fieldbus.

Figura 2.1 Arquitectura del laboratorio de metrologa


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2.1.2 Informacin Tcnica del Hardware

En las fichas tcnicas se definen las caractersticas y especificaciones de cada uno de

los instrumentos que integran al laboratorio de metrologa.

Ficha Tcnica

Fuente de Alimentacin ABB

Descripcin

Fuente de Alimentacin Convertidor de

127 Vca a 24 Vcd

Marca ABB

Modelo SD834

N Serie 10151777

Alimentacin de Voltaje 100 a 240 Vca

Corriente de Alimentacin 13 Ampers

Voltaje de Salida 24-28 Vcd

Corriente Mxima Salida 20 Ampers

Condiciones Ambientales 55C

Consumo de Energa 480 WFactor de Eficiencia 93.9 %

Costo 1,030 USD


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Ficha Tcnica

Segment Protect

Pepperl and Fuchs

Descripcin Distribuidor de Segmento

Marca Pepperl and Fuchs

Modelo R2-SP-N12

N Serie S/N

Alimentacin de Voltaje 9-31 Vcd

Protocolo de Comunicacin Foundation Fieldbus

Red H1

Corriente Mxima 4.3 mA

Condiciones Ambientales -50 a 70C

Terminador de Bus Externo MF-T-100 Ohms +/- 10%

Output 31 Vcd mx.

Cantidad de Segmentos 12

Costo 616 USD c/u


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Ficha Tcnica

Power Hub

Pepperl and Fuchs

DescripcinFuente Acondicionadora de Seal

Foundation Fieldbus

Marca Pepperl and Fuchs

Modelo MB-FB-4R

N Serie 130997

Alimentacin de Voltaje 19.3-35 Vcd

Conexin de Alimentacin Redundante


Red H1

Host 4 Segmentos Redundantes

Corriente Mxima 16 A


Terminador de Bus Interno Seleccionable 100 Ohms +/- 10%

Output 31 Vcd mx.

Cantidad de Segmentos de Salida 4

Interface de Comunicacin RS-232

Costo 4,360 USD


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Ficha Tcnica

LD 800 HSEABB

Descripcin

Convertidor de Seal Foundation Fieldbus

a RS-485 Ethernet Alta Velocidad HSE

Marca ABB

Modelo LD 800 HSE

N Serie 088404112

Alimentacin de Voltaje 24 Vcd +/- 20% 1 Amper


Red H1-HSE

Corriente Mxima 200 mA

Condiciones Ambientales 0 a 55C

Interfaces Ethernet 1

Velocidad de Comunicacin 100 Mbits/s

Puerto RJ-45

Interfaces Foundation Fieldbus 4

Velocidad de Comunicacin F.F. 31.25 Kbits/s

Peso 0.4 Kg

Costo 5,000 USD


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Ficha Tcnica

Transmisor de Temperatura

Endress and Hauser

Descripcin Transmisor de Temperatura

Marca Endress and Hauser

Modelo TMT-162

N Serie D4004f04223


Consumo de Corriente 3.6 a 22 mA


Red H1

Velocidad de Comunicacin 31.25 Kbits/s

Tiempo de Ejecucin del Macrociclo 500 milisegundos

Corriente Mxima 4.3 mA


Elementos PrimariosRTDs 2,3 4 Hilos, Termopares Tipo

J,K,T,S,R

Output Seal Foundation

Cantidad de Elementos Primarios 2 RTDs, Termopares

Costo 2,430 USD


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Ficha Tcnica

Transmisor de Temperatura

ABB

Descripcin Transmisor de Temperatura

Marca ABB

Modelo TTF300

N Serie 3K65113805218589


Consumo de Corriente 3.5 a 23.6 mA


Red H1

Velocidad de Comunicacin 31.25 Kbits/sTiempo de Ejecucin del Macrociclo 500 milisegundos

Corriente Mxima de Salida 23.6 mA

Consumo de Corriente a Condiciones

Normales3.5 mA


Elementos PrimariosRTDs 2,3 4 Hilos, Termopares Tipo

J,K,T,S,R


Cantidad de Elementos Primarios 2 RTDs, Termopares

Costo 1,800 USD


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Ficha Tcnica

Transmisor de PresinABB

Descripcin Transmisor de Presin

Marca ABB

Modelo 2600T

N Serie 1.-6407020520 2.-6409018946

Alimentacin de Voltaje 10.2-32 Vcd

Lmite de Falla de Corriente 19 mA


Red H1

Velocidad de Comunicacin 31.25 Kbits/s

Tiempo de Ejecucin del Macrociclo 100 milisegundos

Consumo de Corriente a Condiciones

Normales12 mA


Span de Calibracin 1.- 80/800 kPa 2.- 6/600 kPa


Costo 2,320 USD


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Ficha Tcnica

Cable de Comunicacin H1

Dekoroncable

DescripcinCable de Comunicacin para la Red H1

Foundation Fieldbus

Marca DEKORONCABLE

Modelo H FB52-8831-264 FF 844

N Serie S/N

Voltaje de Transmisin 9-31 Vcd


Velocidad de Comunicacin de

Transmisin de Datos31.25 Kbits/s

Tensin Mxima de Resistencia 300 Volts

Tipo Cable A

Condiciones Ambientales Mximas 105C

Calibre del Cable 18 AWG con recubrimiento de PVC

Caractersticas

Par trenzado colores naranja-azul con

pantalla de aluminio y cable de dren de

cobre con blindaje de aluminio Mylar para

proteccin de campos electromagnticoscon recubrimiento exterior de PVC,

resistente a la propagacin de incendios.

Costo $80 M.N. por metro


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2.1.3 Informacin del Software

Figura 2.2 Representacin del Sistema 800xA.

El sistema 800xA, es una plataforma de informacin abierta e integrada por

aplicaciones y servidores que supera el alcance de los sistemas tradicionales de

automatizacin ms all del control de procesos.

La arquitectura Industrial del sistema 800xA de ABB [Figura 2.2] introduce un sistema de

amplia definicin del objeto, cada nivel o subsistema maneja sus datos los cuales son

referenciados desde la definicin del objeto. La orientacin completa del objeto a travs

del sistema puede ser implementada y su vez la automatizacin de los objetosproporciona un fundamento para el desarrollo eficiente y un continuo mejoramiento de

aplicaciones.


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Concepto Objeto Aspecto del Sistema 800xA de ABB.

La arquitectura objeto aspecto es la piedra angular en el concepto del sistema 800xA de

ABB. Suministra:

a) Un concepto escalable que integra automatizacin y control de procesos as

como productos de seguridad.

b) Navegacin central instantnea para accesar a toda la informacin sin conocer

cual aplicacin o software de la informacin es manejada.

c) Un fundamento homogneo para todas las aplicaciones. El estndar abierto del

sistema 800xA hace posible para los usuarios u operadores integrar nuevosaspectos del sistema.

El sistema 800xA es una plataforma de software abierta que organiza la operacin de la

planta, as como efectos de su ciclo de operacin que se necesitan organizar, manejar y

tener acceso a la informacin instantnea para todos los diferentes aspectos de un gran

nmero de plantas y entidades de proceso.

A todas estas entidades u objetos de la vida real representados en los procesos

industriales como manufactura y la elaboracin de productos son de diferentes tipos y

estos pueden ser objetos de procesos fsicos, como vlvulas, tanques, recipientes,

torres de proceso, instrumentacin general, o ms complejos, como reactores,

motores, turbinas, generadores elctricos y son representados de manera virtual por el

sistema 800xA, estos son llamados como Objetos Aspectoyrepresentan esta parte real

de los procesos en las instalaciones industriales. [Figura 2.3]


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Figura 2.3 Representacin de Objetos en el sistema 800xA

Cada Objeto define una pieza de informacin de diferentes perspectivas y tiene un

conjunto de funciones para crear, configurar, programar, accesar y manipular esta

informacin tales como grficos, alarmas, tendencias, reportes, definiciones, diseos

mecnicos etc., a toda esta informacin se le llama Aspecto de un objeto. [Figura 2.4]

Figura 2.4 Concepto objeto aspecto del sistema 800xA.


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Para poder programar estos aspectos es necesario utilizar diferentes software y

aplicaciones existentes de ABB para la construccin de grficos (Graphics Builder) y

AutoCAD para diseos mecnicos.

Este software y aplicaciones son coordinados, ejecutados y sincronizados por el

sistema 800xA de ABB para proporcionar un panorama integral y funcional del Objeto y

de los Aspectos de los Objetos. A todas estas actividades de ejecucin de softwares y

aplicaciones se le llaman Sistemas de Aspectos e implementan uno o varios tipos de

aspectos.

Programacin Objeto Aspecto (Servidores de aspectos) del sistema 800xA.

Desde una perspectiva de arquitectura del software del sistema 800xA su plataforma

funcional bsica es integrada junto con sistemas de aspectos (Servidores de aspectos)

que proveen funcionalidad comn a una implementacin de sistema extendido, como el

diseo y manejo de pantalla, navegacin objeto aspecto, informacin y funciones de

manejo de informacin. Este resultado est representado por el software base

disponible del sistema 800xA. [Figura 2.5]

Figura 2.5 Plataforma del sistema 800xA de ABB operacin, ingeniera, gestin de la informacin,

conectividad y opciones a otros softwares.


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Programacin Objeto Aspecto (Servidores de conectividad) del sistema 800xA.

Los controladores estn conectados al sistema a travs de componentes de

conectividad (servidores de conectividad), los cuales estn disponibles como opciones

del sistema 800xA [Figura 2.6]. Los servidores de conectividad proporcionan acceso a

datos en tiempo real, datos histricos, datos de alarmas y eventos de diferentes tipos

de controladores.

El sistema 800xA proporciona conectividad a controladores que pertenezcan al mismo

sistema as como a controladores de otros sistemas:

1. AC 800M

2. AC400 Series Master

3. AC100 Series

4. Controladores lgicos programables PLCs (Allen Bradley, Siemens, General

Electric, Etc.)

5. Sistemas de seguridad

6. Symphony Harmony Infi-90

7. Symphony Melody

8. Conectividad a otros servidores


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Figura 2.6 Plataforma del Sistema 800xA de ABB conectividad con PLCs , controladores y otros

softwares.

Dos principales conceptos fundamentales de la arquitectura objeto aspecto del sistema

800xA son el concepto de Objetos Aspecto y el concepto de Servicios Afw (Aspect

Framework/Marco del Aspecto).

Basado en estos conceptos un conector es definido como reglas para agregar

funcionalidad a las capas de workplace y servidor; as como conectar funciones en la

capa de control a la capa de servidores.


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ConectordeAspectos (Afw).

El conector incluye un directorio de aspectos, donde todos los objetos aspecto y sus

aspectos son registrados, as como tambin los sistemas de aspectos y las operaciones

que soportan. Para hacer una operacin en un Objeto Aspecto, una aplicacin invoca

un conector para esa operacin. Usando informacin del directorio de aspectos, el

conector invoca las interfaces correspondientes para todos los sistemas de aspectos

que estn involucrados por esa operacin en particular para ese objeto. De este modo,

por ejemplo, al copiar y pegar un objeto todos los sistemas de aspectos que son

definidos para ese objeto son involucrados y ejecutan su parte de la operacin. [Figura

2.7]

Figura 2.7 Marco de trabajo de aspectos

Los servicios deben contenerse en el modelo de Servicio de Marco de Aspecto (Afw).

Un servicio Afw est diseado para correr junto con el reloj. Esta divido en varios

grupos de servicios, cada grupo maneja una parte del alcance del servicio. Para la

redundancia cada grupo puede contener varios proveedores de servicios corriendo en

diferentes servidores.


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Figura 2.8 Directorio de Aspectos

Un servicio de marco de aspecto (Afw) normalmente proporciona un manejador de

servicios. ste es un objeto que el cliente incluye y corre como proceso interno para

accesar el servicio. Usando la informacin del Directorio de Aspectos [Figura 2.8], el

manejador de servicios proporciona una interface uniforme para el servicio, dejando que

el cliente se preocupe por problemas como de qu manera el servicio es particionado o

si los servicios son redundantes.

El OPC (conectividad de operacin de procesos) juega un rol importante en la

arquitectura Objeto Aspecto, es a travs de las interfaces inteligentes OPC que las

aplicaciones tienen acceso a datos en tiempo real, datos histricos, alarmas y eventos

de los controladores, dispositivos de campo y otras aplicaciones.

El concepto de servicios de marco de aspecto (Afw) OPC permite que diferentes

servidores OPC sean colocados bajo un servidor en comn que unifique el acceso a

datos de diferentes fuentes.


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Este servidor comn proporciona un juego de interfaces obedientes OPC, eliminando la

necesidad para las aplicaciones de los clientes de saber cual servidor OPC usar para

cada dato.

2.1.4 Arquitectura del Sistema 800xA de ABB

La arquitectura del sistema de control 800xA de ABB (Objeto Aspecto) asume un

sistema de nodos y de redes [Figura 2.9]. Desde una perspectiva arquitectnica, cualquier

servicio de marco de aspecto (Afw) puede correr en cualquier servidor de dicho sistema.

Figura 2.9 Arquitectura de Sistema de Control 800xA


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Mientras que esto es muy flexible, puede ser un poco confuso. Por eso mismo, para

poder crear simples reglas de configuracin, para poder describir, probar y verificar

varios tipos de configuraciones, son definidas tres clases de servidores:

1) Servidor de Aspectos

Ejecuta la inteligencia en el sistema, incluyendo el directorio de aspectos y otros

servicios relacionados con el manejo de objetos, nombres, seguridad, etc. Solo hay un

directorio de aspectos por sistema, que se puede basar en servidores de aspectos de

un solo nodo o redundantes.

2) Servidor de Conectividad

Proporciona acceso a controladores y otras fuentes de datos. Varios grupos de

servidores de conectividad pueden existir en un sistema, cada uno sirviendo a un

conjunto de fuentes de datos. Cada servidor de conectividad corre un solo tipo de

conectividad. El AC800M (Controlador de ABB) puede ser combinado con Profibus,

Hart, Foundation Fieldbus o PLCs en el mismo servidor (Protocolos de comunicacin).

Los servicios de conectividad son:

a) OPC Acceso de datos

b) OPC Alarmas y eventos

c) OPC Historial de datos

d) Mensajes del sistema

3) Servidor de Aplicaciones

Corre varios tipos de aplicaciones de sistema, como son:

a) Administracin de lotes o servicios

b) Optimizacin de recursos

c) Desarrollo de la informacin


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2.1.4.1 Estructura Lgica de la Red

La arquitectura objeto aspecto asume un sistema de computadoras y dispositivos que

se comunican entre s, sobre diferentes tipos de redes de comunicacin basado en la

red Ethernet TCP/IP. Estructurados en 6 tipos de redes:

1) Red Cliente/Servidor

La red Cliente/Servidor es usada para comunicacin entre servidores y entre Workplace

(estacin de operacin) de clientes y servidores.

Por medio de un ruteador, la red Cliente/Servidor puede ser conectada a la red intranet

de la planta y por medio de un firewall a Internet. Por razones de funcionamiento y deintegridad las conexiones directas de otros sistemas con las redes cliente/servidor y de

control deben ser evadidas. La red Cliente/Servidor opcionalmente pude ser

redundante.

Para cualquier instalacin mayor a un sistema de un solo nodo, los nodos del sistema

800xA deben residir dentro de un dominio de Windows 2003 Server o Windows 2000

Server. Para esto se requiere dar de alta un controlador de dominio y un Servidor DNS.

Todos los dems servidores 800xA deben configurarse para ser miembros de ese

dominio.

Es forzosamente recomendado que el sistema de control del proceso sea configurado

como un dominio, que no sea el mismo dominio usado en cualquier otra parte.

2) Red de Control

La red de control es una red de rea local (LAN) optimizada para alto funcionamiento y

confiable comunicacin, con tiempos de reaccin confiables en tiempo real. Es usada

para conectar los controladores a los servidores. Los controladores son nodos que

ejecutan software de control.


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Los controladores y servidores de conectividad son conectados a la red de control. La

red de control tiene la opcin de ser redundante. La red de buses de campo es usada

para interconectar dispositivos de campo, como mdulos de I/O (entrada/salida),

sensores y actuadores inteligentes, unidades de velocidad variable, PLCs, dispositivos

pequeos de un solo lazo y para conectar estos dispositivos al sistema, por medio de

un controlador o directamente al servidor.

3) Red de la Planta

La red de la planta puede ser dedicada para propsitos de automatizacin de procesos

o ser parte de una red intranet disponible de la planta. Puede tener conexiones

adicionales de la red de la planta a internet o cualquier otro dispositivo externo de red

que est de acuerdo a prcticas adecuadas de seguridad en redes.

4) Cliente Workplace

El Workplace del operador utiliza capacidades cliente/servidor permitiendo a las

aplicaciones cliente y servidor correr en configuracin pequea en una PC, o correr en

configuracin con un servidor hasta treinta workplace.

5) Red Cliente Remoto

Los clientes remotos permiten el acceso remoto al sistema 800xA desde una PC normal

sin ningn software especfico de ABB instalado. Solamente se requiere el Internet

Explorer para accesar los datos. El cliente remoto proporciona capacidades de

operaciones y acceso a la informacin de historia. Las capacidades de configuracin

son limitadas solo a la visualizacin, extraccin de informacin y bases de datos para

los clientes remotos. Como por ejemplo el software de administracin de la

productividad SAP (Sistemas, Aplicaciones y Productos en Procesamiento de datos)

que es usado para implementar clientes remotos y debe ser instalado en el servidor de

aplicaciones corriendo el usuario Workplace del operador para habilitar el acceso a los

clientes remotos.


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6) Red H1 de Foundation Fieldbus

Es la red de comunicacin donde estn conectados los instrumentos y dispositivos de

medicin en campo distribuido, en segmentos con una velocidad de 31.25 Kbits/s.

El sistema 800xA proporciona el grado ms alto de tolerancia de avera para satisfacer

las necesidades de aplicaciones ms exigentes para el mximo desempeo del

sistema. Lo que proporciona la integridad funcional requerida para resolver las

necesidades de proceso ms exigentes son las entradas y salidas (I/O) redundantes

opcionales, controladores, redes de control, redes de campo, Servidores de

Conectividad, Servidores de Aspectos y Workplace del operador con intercambio

automtico. El sistema 800xA usa un mecanismo central de licencias. Una computadoradesignada, normalmente controladora de dominio, debe de contener el servidor central

de licencias (CLS). El costo de la licencia y el software para la estacin de operacin de

una ingeniera con conectividad AC 800M y sistemas de comunicacin Foundation

Fieldbus es de $398,697 M.N. en donde ABB sugiere la actualizacin de la misma cada

cinco aos.

2.2 Ventajas sobre la Tecnologa Foundation Fieldbus

La Foundation Fieldbus es un sistema de comunicacin totalmente digital, en serie y

bidireccional que conecta equipos Fieldbus tales como sensores, actuadores y

controladores. El Fieldbus es una red local (LAN) para automatizacin e

instrumentacin de control de procesos, con capacidad de distribuir o controlar en

campo. A diferencia de los protocolos de red propietarios, Fieldbus no pertenece a

ninguna empresa ni es regulado por un nico organismo o nacin.

La tecnologa es controlada por Fieldbus Foundation una organizacin no lucrativa

formada por ms de 100 de los principales proveedores y usuarios de control e

instrumentacin del mundo.


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Foundation Fieldbus mantiene muchas de las caractersticas operacionales del sistema

analgico 4-20 mA, tales como una interface fsica estandarizada de cableado, los

dispositivos alimentados por un nico par de hilos y las opciones de seguridad

intrnseca, ofrece una serie de beneficios adicionales a los usuarios. Entre sus

principales beneficios destacan los siguientes:

a) Interoperabilidad

Con la interoperabilidad, un dispositivo Fieldbus puede ser sustituido por un dispositivo

similar con mayor funcionalidad de uno u otro proveedor de la misma red Fieldbus,

manteniendo las caractersticas originales. Esto permite a los usuarios mezclar

dispositivos de campo y sistemas de varios proveedores. Fiedlbus permite que los

dispositivos individuales puedan tambin transmitir y recibir la informacin de mltiplesvariables, comunicndose directamente uno con otro sobre el bus Fieldbus, permitiendo

que nuevos dispositivos sean agregados al bus sin interrumpir el control.

b) Datos de proceso ms completos

Con la tecnologa Foundation Fieldbus, las mltiples variables de cada dispositivo

pueden ser integrados al sistema de control de la planta con la finalidad de almacenar

datos, anlisis de tendencia, estudios de optimizacin del proceso y generacin de

informes. El acceso a los datos ms exactos y de alta resolucin, permite que el

proceso pueda ser ajustado para mejorar el rendimiento y produccin. Estas

caractersticas permiten un mayor desempeo y rentabilidad de la planta.

c) Monitoreo completo del proceso

Los dispositivos modernos Fieldbus, con comunicacin poderosa basada en

microprocesador permiten que los errores de proceso puedan ser conocidos ms

rpidamente y con una mayor certeza. Como consecuencia, los operadores de la planta

estn informados de las condiciones anormales o de la necesidad de mantenimiento

preventivo, y pueden tomar mejores decisiones sobre la produccin. Los problemas que

disminuyen la eficiencia operacional son corregidos ms rpidamente, permitiendo un


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aumento en rendimiento en cuanto a los costos de materia prima y los problemas de

emisiones peligrosas disminuyen.

d) Mayor Seguridad de la Planta

La tecnologa Fieldbus ayuda a mantener exigencias de seguridad en las plantas, cada

vez ms estrictas. Permitiendo a los operadores informarles y avisarles anticipadamente

de las circunstancias peligrosas pendientes y actuales, Fieldbus permite accin

correctiva antes de un paro no planeado. La mejora en las capacidades de diagnstico

de la planta reduce tambin la necesidad de acceso frecuente a las reas peligrosas,

minimizando as mismo los riesgos al personal en campo.

e) Mantenimiento preventivo ms fcilLas mejoras en capacidades de diagnstico de los dispositivos de campo permiten

monitorear y registrar las condiciones como el desgaste de la vlvula y mantenimiento

del transmisor. El personal de la planta puede ejecutar el mantenimiento preventivo sin

esperar un paro programado, evitando o reduciendo as mismo el tiempo de paro de la

planta.

f) Reduccin de costos de cableado y mantenimiento

Foundation Fieldbus usa un cableado y conexiones multipunto que permiten ahorrar

significativamente en los costos de instalacin, particularmente en las reas donde no

existe un cableado lo que permite la reduccin en los costos de barrera de seguridad

intrnseca y de cables. La reduccin de costo adicional puede ser conseguida con la

reduccin del tiempo necesario para la construccin y puesta en marcha. De acuerdo

con estimaciones actuales, ahora los sistemas Foundation Fieldbus estn en operacin

en ms de 25 pases. Se estima que en la actualidad aproximadamente el 80 por ciento

de todas las nuevas instalaciones de sistemas de control de la planta que utiliza la

tecnologa Fieldbus son compatibles con la Foundation Fieldbus. [8]


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2.3 Descripcin de Foundation Fieldbus

Qu es la organizacin Fieldbus Foundation?

La Fieldbus Foundation fue creada como una organizacin independiente y sin nimode lucro para desarrollar un nico bus de campo internacional, abierto e interoperable.

La organizacin se basa en los siguientes principios:

1) La tecnologa de Foundation Fieldbus ha de ser abierta y cualquier compaa ha

de poder disponer de ella.

2) La tecnologa de Foundation Fieldbus ha de estar basada en el trabajo del IEC

(Comisin Electrotcnica Internacional) y de ISA (Asociacin de Estndares

Internacionales).

3) Los miembros de la Fieldbus Foundation apoyan a los comits de

estandarizaciones nacionales e internacionales y trabajan con ellos.

Qu es el protocolo de comunicacin Foundation Fieldbus?

Foundation Fieldbus es una arquitectura abierta para la integracin total de la

informacin. Actualmente estn definidas dos versiones. [Figura 2.10]

a) H1 (31.25Kbps) interconecta equipamiento de campo, como sensores,

actuadores e Input/Out (entradas/salidas). En el mercado ocupa un lugar similar

al de Profibus PA: mientras que PA est mucho ms extendido en Europa, H1

tiene su origen y su rea de mayor distribucin en Amrica y Asia.

b) HSE (100Mbps/1Gbps) provee integracin de controladores de alta velocidad

como PLCs (controlador lgico programable), redes H1, servidores de datos, y

estaciones de trabajo.


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Est diseado para aplicaciones crticas, donde la transferencia correcta de los datos

es esencial. Adems, al ser abierto, no es propiedad de ninguna compaa ni est

controlado por el cuerpo regulador de ninguna nacin, si no que depende directamente

de las decisiones tomadas por sus propios usuarios a travs de los End User Councils

(consejo de usuarios), repartidos alrededor del mundo.

Figura 2.10 Esquema que representa la estructura de Foundation Fieldbus.

Caractersticas de Foundation Fieldbus:

1. Apropiado para su uso en zonas de seguridad intrnseca (IS).

2. Dispositivos de campo alimentados a travs del bus.

3. Topologa en bus o en rbol.

4. Permite comunicacin multi-master.

5. Comportamiento determinista.

6. Transmisin de datos distribuida.

7. Modelo de bloques estandarizado para una interfaz uniforme a los dispositivos.

8. Opciones de extensin flexibles basadas en la descripcin de los dispositivos.


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La transmisin de datos distribuida se refiere a que los sensores y actuadores no slo

actan como tales, sino que pueden realizar funciones adicionales de comunicacin o

control.

2.3.1 Informacin Tcnica de Foundation Fieldbus

Foundation Fieldbus es un protocolo de bus de campo basado en estndares

internacionales y diseados para la automatizacin en aplicaciones en la industria

manufacturera, procesos industriales, industria farmacutica, industria de alimentos e

industrias para la generacin elctrica. Las directrices que integran para este estndar

de bus de campo son publicados por la organizacin Fieldbus Foundation.

Foundation Fieldbus se diferencia de cualquier otro protocolo de comunicaciones,

porque en vez de estar pensado simplemente como un medio de transmisin de datos,

est diseado para resolver aplicaciones de control de procesos.

La caracterstica ms novedosa e interesante de Foundation Fieldbus, es que la

estrategia de control se define mediante bloques funcionales estndar. Los bloques

funcionales tienen una representacin directa en el hardware del sistema: muchas de

las funciones del sistema, como las entradas y salidas analgicas (AI y AO), o bloques

PID (Proporcional/Integrador/Derivador) pueden ser realizadas por el propio dispositivo

de campo.

De esa manera, la estrategia de control puede estar distribuida a travs de los

dispositivos de campo, gracias a que adems de implementar bloques funcionales en

sus microprocesadores, tambin tienen la capacidad de comunicarse de forma directa

con cualquier otro dispositivo a travs del bus.

La distribucin del control en los dispositivos de campo puede reducir las necesidades

de equipo de control y de entrada/salida. Adems, aumenta la fiabilidad del sistema, ya


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que aunque los sistemas centrales sufran una avera, mientras el bus est alimentado,

el control puede continuar.

En un sistema pequeo, por ejemplo, puede llegar a ser prescindible un sistema de

control central, realizando los propios dispositivos todas las tareas de clculo y control.

Foundation Fieldbus FF se define con dos perfiles de comunicacin:

a) Red de comunicacin de alta velocidad HSE (High Speed Ethernet).

b) Red H1 (Host 1)

2.3.2 Red de Alta Velocidad (High Speed Ethernet)

El perfil de HSE se basa en el estndar Ethernet y por lo general cuenta con una

velocidad de transmisin de 1000 megabits por segundo. Sirve ante todo como una

columna vertebral de gran alcance para la conexin entre los enlaces de H1 y los

dispositivos que ya estn disponibles en el mercado que se comunican por va Ethernet,

como servidores que funcionan como puerta de entrada para la comunicacin y

programacin, este enlace de comunicacin se realiza con el mdulo de Fieldbus ABB

LD Device 800HSE.

Las plantas suelen estar compuestas por un cierto nmero de subsistemas

independientes. Con HSE los subsistemas de cromatografa de gases, escner de

papel, sistemas de apagado de emergencia, etc. pueden ser integrados cmodamente

gracias al protocolo abierto. Los usuarios pueden mezclar y combinar subsistemas para

realizar tareas de control de todo tipo. Usando HSE se puede acceder a la informacin

sin necesidad de programacin a medida. Adems, numerosas caractersticas del

sistema como la integridad de datos, diagnsticos y redundancia son especificadas por

HSE, por lo que funcionarn de forma perfectamente integrada entre dispositivos de

diferentes fabricantes.


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2.3.3 Red de Comunicacin Host 1 (H1)

La red de comunicacin H1 tiene una velocidad de transmisin de 31,25 kilobits por

segundo, se usa preferiblemente para la comunicacin entre los dispositivos de campo

en un enlace donde se pueden comunicar hasta 32 instrumentos por segmento.

La red de comunicacin H1 de Foundation Fieldbus est vinculada con la normatividad

de IEC 61131 y su especificacin de comunicacin se basa en el Organizacin

Internacional para la Estandarizacin (ISO) y en el Sistema de Interconexin Abiertos

(Open Systems Interconnection OSI). En el modelo de referencia ISO 7498 estn

constituidos los tres componentes funcionales de la red de comunicacin. Es un marco

de referencia para la definicin de arquitecturas en la interconexin de los sistemas de

comunicaciones.

La capa fsica.

La comunicacin en el segmento

La aplicacin de usuario (capa de usuario).

1) La capa fsica

Foundation Fieldbus H1 utiliza la capa fsica de bus que cumpla con la norma IEC

61158-2 e ISA S50.02. La capa fsica define dos versiones diferentes de fuentes de

alimentacin para un cable de par trenzado. En una versin de uno de los dispositivos

de campo obtienen su poder a travs del bus de campo, esta versin es compatible con

dispositivos de baja potencia para uso en zonas de seguridad intrnseca. La segunda

versin proporciona dispositivos de campo con una fuente de alimentacin externa.

[Figura 2.11]


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Figura 2.11 Representacin del Modelo Fieldbus

Datos caractersticos de la capa fsica de bus (cable tipo A):

a) Velocidad de transmisin: 31,25 kilobits por segundo.

b) Topologa: bus o rbol.

c) Fuente de alimentacin a travs del bus: opcional.d) Seguridad intrnseca: opcional.

e) Nmero de dispositivos: 2-32 (de seguridad intrnseca y/o la fuente de

alimentacin a travs del bus reduce este nmero).

f) Tipo de cable: cable de par trenzado.

g) Mxima Longitud del cable: 1.900 m.

2) La capa de enlace (comunicacin en el segmento)

Tres tipos de dispositivos se definen en el nivel de la capa de enlace para la transmisin

de datos en el segmento:

a) Equipo bsico


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b) Link Master (Enlace Maestro)

c) Puente

La comunicacin de los dispositivos Foundation Fieldbus estn coordinados por el

dispositivo LAS (link active schedule/sincronizador del tiempo) del segmento y este

ejecuta acciones como controlar los tiempos de ejecucin entre los dispositivos y entre

los bloques funcionales dentro de los dispositivos, a este tiempo de ejecucin se le

conoce como macro ciclo [Figura 2.12]. Los fabricantes de la tecnologa Foundation

Fieldbus determinan los tiempos de ejecucin de sus instrumentos, los enlaces

maestros son los que se hacen cargo del papel del programador de Active Link LAS

(Enlace Activo) cuando los dispositivos bsicos no son capaces de hacerlo. Los

puentes se utilizan para conectar buses de campo individuales a redes ms grandes. ElLAS controla el trfico de datos en los instrumentos conectados en el segmento

Foundation Fieldbus.

Figura 2.12 Representa los tiempos de comunicacin entre los instrumentos.


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Por tanto, el LAS tiene una lista de los tiempos de transmisin de todos los datos para

la transmisin cclica en todos los dispositivos, cada vez que la transmisin de datos se

hace necesaria, el LAS enva primero un mensaje al dispositivo. El dispositivo distribuye

los datos a travs de una transmisin en el bus, todos los dems dispositivos en el bus

pueden recibir estos datos (usuarios registrados). El LAS mantiene una lista de Live

(donde muestra los instrumentos que estn activos en el segmento) de todos los

dispositivos presentes en el bus.

3) Editor / suscriptor

Se utiliza para la comunicacin de los datos ms recientes que se encuentran

disponibles en la red, estos nuevos datos sobrescriben a los datos antiguos. Este tipo

de conexin es utilizado por los equipos de campo para la publicacin controlada por

tiempo cclico de las entradas y salidas de los bloques de funcin. Las seales del

circuito de control intercambiado entre los dispositivos de campo, por ejemplo, utilizan

este tipo de conexin. [Figura 2.13]

Figura 2.13 Muestra los datos de comunicacin entre los instrumentos.


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4) Cliente / Servidor

Se utiliza para una comunicacin entre los dispositivos y el usuario. Ejemplos tpicos de

este tipo de conexin son la comunicacin de cambios de consigna, acuses de recibo

de los usuarios de los mensajes y la descarga de la lectura posterior de los datos deconfiguracin del dispositivo.

5) Informe

Se utiliza para un usuario de la aplicacin iniciada. La comunicacin no es cclica por lo

que al formular una peticin por la liga de un dispositivo de campo ste enviar el

informe de tendencias de la direccin de un grupo definido junto con un informe de

tendencias. Otro uso tpico de este tipo de conexin es el envo de alarmas de proceso

a las consolas de operador. Fieldbus Message Specification (mensaje de especificacin

de bus de campo FMS) es el componente de ms alto nivel en el capa de aplicacin,

representa la interfaz de la aplicacin de usuario. Los servicios de FMS permiten que la

aplicacin de usuario se comunique a travs del bus de campo utilizando un conjunto

estndar de formatos de mensaje. Los elementos de datos transferidos a travs del bus

de campo son descritos por descripciones de objetos, que se compilan en un

diccionario de objetos. El dispositivo de campo virtual (VFD) hace que los datos deldispositivo de campo local que se describe en el diccionario de objetos estn

disponibles para la comunicacin a travs del bus de campo.

6) Aplicacin de usuario

Por encima de la capa OSI nivel 7 (capa de aplicacin) Foundation Fieldbus especfica

una aplicacin de usuario estndar basado en el concepto de bloques de funcin. Esto

permite una tarea de automatizacin al ser distribuido a varios dispositivos FoundationFieldbus. Para este propsito, la aplicacin de usuario estndar define la funcin de

aplicacin del bloque de proceso (Function Block Application Process FBAP), el uso

de bloques de recursos (Resource Blocks RB), bloques de funcin (Function Blocks


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FB) y los bloques de transductores (Transducer Blocks TB). Adems, la aplicacin

de usuario de red tambin define la administracin y gestin del sistema.

7) Bloques de recursos (Resource Block)

El bloque de recursos describe la informacin base de los instrumentos Foundation

Fieldbus en este bloque interacta la conexin entre el hardware y software del

instrumento como el BIOS en un sistema operativo de un procesador, en estos contiene

y describe las caractersticas generales del dispositivo como:

a) Nombre del dispositivo

b) Identificacin del fabricante

c) Tipo de dispositivo

d) Nmero de serie

e) Fecha de manufactura

8) Los bloques transductores (Transducer Block)

Los bloques transductores de los instrumentos Foundation Fieldbus comunican a los

bloques de recursos con los bloques de funciones y los asocian con la informacin queidentifica las caractersticas del instrumento, como funciones de entrada/salida local, del

sensor y actuador de hardware, en ellos contiene informacin como:

a) Informacin sobre la calibracin

b) Tipo de sensor

c) Unidades de ingeniera

d) Parmetros de configuracin

e) Temperatura

f) Status del sensor


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Con los bloques configurados para realizar el proceso, es necesario configurar el bucle

de control (lazo de control), creando enlaces entre los parmetros de entrada y salida

de los bloques funcionales. Los enlaces pueden ser locales (si los bloques unidos estn

en el mismo dispositivo) o remotos (si cada bloque est en un dispositivo distinto). En

caso de que el enlace sea remoto, toda la informacin comunicada a travs de ese

enlace viajar por el bus desde un dispositivo a otro.

9) Bloques funcionales (Function Block)

Los bloques de funciones en los instrumentos Foundation Fieldbus proporcionan

funciones de procesamiento dentro de los dispositivos de campo en las entradas

analgicas, los sistemas de control proporcional integral y derivativo (PID) y de las

salidas analgicas. Es en las entradas y salidas de la funcin donde los bloques de

funcin pueden vincular la conectividad de los instrumentos a travs del bus de campo

con el sistema 800xA de ABB.

Ejemplos de bloques funcionales son:

1. AIanalog input (Entrada Analgica).

2. AOanalog output (Salida Analgica).3. Bbias (Buses de Campo).

4. CScontrol selector (Selector de Control).

5. DIdiscrete input (Entrada Discreta).

6. DOdiscrete output (Salida Discreta).

7. MLmanual loader (Cargador Manual).

8. PDproportional/derivative (Proporcional/Derivador).

9. PIDproportional/integral/derivative (Proporcinal/Integral/Derivador).

10.RAratio (Espectro Amplio de Valores).

Tambin se definen otros bloques funcionales, de los que el ms interesante de

mencionar quiz sea el FFB (Flexible Function Block/Bloque de Funcin Flexible), se


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trata de un bloque definido por el usuario, con lo que permite a un fabricante o usuario

implementar un algoritmo propio que interaccione con bloques funcionales estndar

(por ejemplo un sistema de control matricial).

Por ejemplo, un sensor de temperatura simple podra contener nicamente un AI,

mientras que una electrovlvula podra contener un AO acompaado de un bloque PID.

[Figura 2.14, BKCAL IN se refiere a la Auto Calibracin y CAS IN a la configuracin en cascada en la

entrada.]

Figura 2.14 Esquema que representa un sensor con su vlvula de control.

Ya que Foundation Fieldbus es un protocolo abierto, cualquier fabricante puede ofrecer

dispositivos compatibles que funcionarn perfectamente con los dispositivos de otros

fabricantes. Para que el cliente final pueda estar seguro de la interoperabilidad de un

dispositivo, Foundation Fieldbus ofrece una serie de programas de certificacin, para

que los fabricantes puedan comprobar sus productos y garantizar su calidad.

Todas las funciones realizables en un sistema Foundation Fieldbus son configuradas y

programadas mediante los bloques funcionales, por lo que el diseo de todo el sistema

es homogneo.


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Los bloques funcionales de Foundation Fieldbus tienen un diseo consistente, orientado

a bloques, que permite la distribucin de las funciones a travs de dispositivos de

mltiples fabricantes de una forma perfectamente integrada.

Adems, los bloques transductores definen en la aplicacin de usuario estndar las

siguientes funciones:

a) Vincula los objetos: Definir los vnculos entre las entradas y salidas de los

bloques de funciones dentro de un dispositivo de campo y a travs del bus de

campo.

b) Tendencia objetos: Permitir valores de tendencia para los parmetros de los

bloques de funcin que se registren a nivel local. Otros dispositivos de campo o

aplicaciones host pueden acceder a ellos.c) Los objetos de alarma:Permitir alarmas y hechos que deben notificarse.

d) Ver objetos: agrupaciones predefinidas de parmetros del bloque de funcin

para su uso en un sistema de interface para el operador.

La aplicacin de usuario estndar define el VFD (Virtual Field Device/Dispositivo de

campo virtual) como modelo utilizado para la descripcin de los datos y la respuesta de

un aparato de automatizacin desde el punto de vista de una redundancia en la

comunicacin. Un VFD contiene todos los objetos y objeto descripciones de una

aplicacin de usuario que se puede acceder por otros participantes del bus.

Gestin de red Foundation Fieldbus se puede subdividir en tres reas:

a) En el contexto de la gestin de la configuracin, los parmetros de comunicacin

se pueden inicializar y modificar de acuerdo a las aplicaciones que requiera el

proyecto.b) La gestin del rendimiento captura datos para describir el desempeo de

comunicacin del dispositivo.

c) Gestin de fallos admite la deteccin de fallos, la localizacin de fallos y

correccin de fallos.


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Las siguientes tareas especficas se llevan a cabo por la direccin de la red:

a) Carga de la lista de los enlaces de comunicacin.

b) Configuracin de la pila de comunicacin.

c) Carga de LAS.

d) Supervisin de la ejecucin de la comunicacin del dispositivo.

e) Deteccin de errores de comunicacin.

Una red Foundation Fieldbus tiene al menos un administrador de la red, que coordina la

red tareas de gestin de todo el sistema. Cada dispositivo de campo tambin cuenta

con una red agente de administracin que administra la pila de comunicacin dentro del

dispositivo. El agente de gestin de red lleva a cabo los mandatos emitidos por el gestorde la red y puede informar los eventos y cambios de estado al administrador de la red.

La red gestin de los objetos y las descripciones de los objetos que son necesarios

para el intercambio de datos son contenidas en el VFD gestin.

Diccionario de objetos

Con el fin de lograr una definicin estndar y el uso de todos los objetos de un

dispositivo de campo qu

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