1

BUSES DE CAMPOBUSES DE CAMPO

Fabiana Ferreira

CURSOCURSO

COMUNICACIONES COMUNICACIONES INDUSTRIALESINDUSTRIALES

ActuatorActuator Sensor Sensor

InterfaceInterface

((ASiASi))

Fabiana Ferreira

2

3

AS-i en automatización• Para conectar sensores y actuadores con controladores

Nivel de control

Sensores y actuadores

EsclavoEsclavoEsclavoEsclavo Esclavo EsclavoEsclavo Esclavo

Maestro

Nivel de campo:

CAN DeviceNet FIP Interbus Profibus etc.

4

Ahorro de cableado

• Cableado tradicional

C1

C4

C3

C2

M1 M3M2

• Con AS-i

Maestro

3

5

Caracteristicas del bus AS-i

Slave

Slave

Slave Slave

Slave

Slave

Slave

Master

Slave

Slave

HostAS-i -Power Supply

Slave

• Maestro Esclavo

Hasta 31 esclavos por maestro

4 entradas y 4 salidas digitales por esclavo

4 bits de parametros adicionales por esclavo

• Max. 248 I/O digitales

• Posibilidad de I/O analógicas

• Direccionamiento electrónico de los esclavos

• Equipamiento : Master

PLC o Gateway Esclavos

Modulos para conexión de I/ODispositivos con chip AS-I integrado

Fuente de 30,5 VDC Cable AS-i u otro

Datos y alimentación en el mismo cable

6

Maestro-Esclavo• El Maestro realiza un ciclo de polling• Envía los valores de las salidas y recibe los valores de las entradas en el mismo ciclo• Ciclo del orden de 5ms para 31 esclavos

En la versión 2.1 se pueden direccionar dos esclavos A y B en cada nodo oero se chequea uno por ciclo

M a s t e r

Host

SL 1

1

SL 2

2

SL31

31

M a s t e r Calls

S l a v e Answers

SL 1

1

4

7

Extensión de la red

Solution A: 1 extender and 1 repeater

Longitud máxima de todos los cables AS-i en un segme nto : 100m

Supply

Slave

SlaveSlave

Slave

Slave

Extender RepeaterMaster

Supply

Segmentmax. 100 m

Segmentmax. 100 m

Segmentmax. 100 m

Max. number of slaves over all is 31 !

!

Supply

!

Se puede extender la red hasta 300m usando extender o repeater

8

Direccionamiento y parametrización de esclavos

• Direccionamiento individual por terminal

Addressing unitProgramming

and service unit

• Direccionamiento automático por el maestro

Master

• Parametrización a distanciaAS-Interface Master

projectedparameter

Slave 1Slave 2

Slave 31

actualparameter

AS-i Slave 20

Up to 31x 4 data bitsSlave 1 Slave 31

actualparameter

1 1 1 01 1 1 1

1 0 1 0

1 1 1 0Slave 20

1 1 1 01 1 1 1

1 0 1 0

1 1 0 0 1 1 0 0

1 1 0 0

1 1 1 0

5

9

Cables • Cable Amarillo

Conectable por perforación de aislamiento.

perfil del cable para evitar los cambios de polaridad

Grado de protección IP65/67. Autocicatrizante Módulos que adaptan el cable AS-i a

otros• Puede emplearse cualquier bifilar de 2

x 1.5 mm2 sin apantallamiento ni trenzado

• Otros Cables Auxiliares Cable Negro : alimentación auxiliar de

24 V DC a los esclavos AS-i. Cable Rojo. : alimentación auxiliar de

220 V AC. Cable Amarillo Resistente: Cable Redondo: Simil cable amarillo, Cable Redondo Apantallado.

AS-Interfaceelectric-mechanics

piercing connectors

mechanical coded

flat cable

10

Topología

Esclavo

Estrella Linea Rama Arbol

Esclavo

Esclavo

Maestro

Controlador

Maestro Maestro

Controlador

MaestroMaestro

Controlador

MaestroMaestro

Controlador

Maestro

Esclavo

Esclavo

Esclavo

Esclavo

Esclavo

Esclavo

Esclavo

Esclavo

Esclavo

Esclavo

EsclavoEsclavo

EsclavoEsclavo

Esclavo Esclavo

Esclavo

6

11

Ejemplo de red

12

Maestro ASi

• Dos tipos: estándar : 31 esclavos

Extendidos: hasta 62 esclavos extendidos,

• Algunos maestros AS-i pueden ser simultáneamente esclavos de otra red de nivel superior, hace las veces de pasarela

7

13

Modulos ASi• Módulos Activos.

integran un chip AS-i poseen una dirección en la red ( 4 bits de entradas y 4 bits de salidas Para conectar sensores y actuadores convencionales.

• Módulos Pasivos. Sólo proporcionan medios para

cambiar el tipo de cable, ASi a M12 bifurcaciones en la red en topologías de tipo árbol conexión de sensores y actuadores AS-i con chip integrado. no poseen dirección de red,

14

Fuentes

• Son fuentes especiales: potencia a los esclavos

conectados

29.5 y 31.5 V DC.

Resistentes a cortocircuitos y sobrecargas.

Cada segmento de la red requiere su propia fuente

• Las salidas requieren fuentes auxiliares 24 V DC (cable negro)

8

15

Señales analógicas

16

AS-i y el modelo OSI

9

17

Algunas fotos y aplicaciones

18

Safety• Los dispositivos de seguridad no participan del polling normal.

• Un Safety Monitor reside en el bus para escuchar sólo a los dispositivos de seguridad

• Cuando ocurre un evento de seguridad actua sobre los dispositivos de seguridad para ir a estado seguro (fail-safe).

• Se alcanza SIL3.

10

19

Ejemplo comercial

• Phoenix Contact FIELDLINE

Extension AS-Interface

Instalación en campo rápida y económica

Extension AS-i-M12 de conexión sin herramientas al cable plano AS-i.

20

Referencias web

http://as-interface.net/ http://www.uhu.es/antonio.barragan/content/ (figuras )

http://www.automation.siemens.com/cd/as-interface/index_78.htm

http://www.phoenixcontact.es/productos/21718_21737.htm

11

FOUNDATION FOUNDATION FieldbusFieldbus

Fabiana Ferreira

22

Fieldbus Control System (FCS)

12

23

Distribución del Control

Fieldbus Host

I.S.I.S.

Fieldbus

I.S. = Intrinsically SafeAI = Analog Input AO = Analog OutputPID = Proportional Integral Derivative Controller

DCS with AMS

4-20 mA+ HART

HFHF

I.S.I.S.I.S.I.S. I.S.I.S.AMSSystem

HFHF HFHF

Controller

I/O

Subsystem

24

FF y el modelo OSI

13

25

Redes FF• H1 - Baja velocidad para control

de procesos• (Reemplaza la tecnología 4-20

mA)

• 31.25 Kbit/s• Alimentación por el bus• Opción Seguridad Intrínseca• Hasta 1900 metros

• HSE - Alta velocidad parasupervisión y otros niveles

100 Mbit/sHIGH SPEED ETHERNET

26

Niveles de señal

14

27

Codificación

28

Partes de la trama

15

29

Conexiones físicas• TOPOLOGÍAS

Bus con derivaciones

Punto a punto

Daisy-Chain

Árbol

• Dispositivos 32 dispositivos con alimentación

separada.

12 dispositivos alimentados por el bus, más una interface.

4 dispositivos por barrera Intrínseca.

• pueden conectarse o desconectarse en funcionamiento.

• Alimentación 9-32 VDC

Filtro adaptador de impedanciapermite la utilización de fuentesconvencionales• Regula la tensión en el fieldbus,

para mantenerla estable ante la conexión y desconexión de dispositivos

• 18 +/-2 V., salida 300 mA.

• Terminador incluído.

• Montaje en riel o panel.

• Indicación de falla

30

Limitaciones

16

31

MAC• Por Arbitraje controlado :

Link Active Scheduler (LAS) o Arbitrador de Bus

• Determinístico y centralizado

• Dos tipos de dispositivos: Básicos: no pueden ser LAS Link Master ( pueden ser

LAS)

• Dos tipos de comunicaciones: cíclica o sincrónica

(scheduled) aciclica o asincrónica(

unscheduled)

• Modelo Editor-Suscriptor (publisher-Suscriber)

• LAS• Gestión Comunicación cíclica :

con lista de los datos cíclicos

• Pasaje del Token• Mantenimiento Live List• Sincronización de tiempoLa comunicación cíclica es la tarea prioritaria

Las demás tareas se hacen en el tiempo que queda libre entre intercambios cíclicos

Variable Periodicidad(ms)

Tipo Tiempo(microseg)

A 5 INT-8 170

B 10 INT-16 178

C 15 OSTR-32 418

D 20 UNS-32 194

E 30 SFPOINT 290

32

Comunicación

Comunicación cíclica

Comunicación acíclica

17

33

Scan del LAS• Si el LAS cae, alguno de los otros nodos Link Master se convierte en LAS: BLAS

(Backup LAS)

• Lista de vivos (Live List)• Incluye todos los dispositivos que responden al PT ( si luego de tres intentos no

responden se los saca de la lista)• Periódicamente se manda un mensaje de prueba de nodo (PN) • Si la estación emite una respuesta (Probe Response- PR), se agrega a la lista.

• Sincroniza-cióntemporal

• Periódicamente el LAS distribuye un mensaje Time Distribution (TD ) para que todas las estaciones se sincronicen

34

Fieldbus Access Sublayer

• CLIENTE-SERVIDOR pto a pto

por colas

1- El cliente recibe el PT y envia la REQ

2-El servidor envia la ANS cuando recibe el PT

• Uso: para ajustes de variables y gestión de alarmas

• DISTRIBUCION DE REPORTES uno a muchos

1- Cuando el emisor recibe el PT, envía el reporte a una “dirección de grupo”

2-Los nodos de ese grupo reciben el reporte.

• Uso: notificaciones para HMI

• EDITOR-SUSCRIPTOR uno a muchos

por buffer

1- El CD puede ser gestionado por el LAS o por una estación suscriptora con el Token

• Uso: Datos de control

• Los servicios de la FAS son descriptos por VIRTUAL COMMUNICATION RELATIONSHIPS (VCRs)

18

35

Bloques función• Las funciones de un

dispositivo se determinan por los FBs

36

Ejemplo estrategia de control

19

37

Arquitectura

38

Estructura de una red H1

20

39

Descripción de Dispositivos (DD)• Se utiliza para agregar a los bloques

función Standard parámetros y definiciones de comportamiento. Provee una descripción extendida de

cada objeto en un VFD

Provee información al sistema de control o al host para interpretar los datos del VFD

Es como un “driver” para conectar el dispositivo

• Estan escritos en un lenguaje denominado Device DescriptionLangage (DDL) Se convierten con una herramienta de

soft llamada “tokenizer”

40

Bloque Offset desde el tpo dearranque

AI (Transmisor) 0

Comunicación AI (LAS) 20

PID (valvula) 30

Ao (válvula) 50

Scheduling de bloques función• Para generar los schedules de los FB y el LAS se utiliza una herramienta

de implementación.

• Macrociclo: es una ocurrencia del schedule completo para cada dispositivo

21

41

Macrociclo

42

Productos (Pepper&Fuchs)

22

PROFIBUSPROFIBUS

Fabiana Ferreira

PROCESS FIELD BUS

44

Rango de aplicación• Red abierta para procesos ( Process Fieldbus)• 3 protocolos:

• Decentralized Peripheral (DP)

• Field Messaging Specification (FMS)

• Process Automation (PA)

• 1987 : proyecto para fieldbus único -Alem. Siemens, Robert-

Bosch y Klockner-Moeller, ...

• FMS se emitió en 1990, DP en 1993 y PA en 1995

• 16 grupos regionales unidos bajo PROFIBUS International -PI

• 28 millones de dispositivos instalados (fin 2008)

23

45

Comunicación• Maestros o estaciones

activas Pilotean la transmisión de

datos

Un maestro puede emitir libremente cuando posee el token

• Esclavos o estaciones pasivas Equipos periféricos ( bloc de

E/S, válvulas, actuadores)

No tiene derecho por símismos a acceder al bus

Adquieren mensajes emitidos por otros o transmiten a requerimiento del maestro

Tres opciones para Medio Físico:RS-485

Fibra óptica

IEC 1158-2

46

Evolución en el mercado

24

47

Simplificación de cableado

48

Tecnología de Comunicación • Máximo 127 dispositivos • Maestros o estaciones

activas Pilotean la transmisión de

datos

Un maestro puede emitir libremente cuando posee el token

• Esclavos o estaciones pasivas Equipos periféricos ( bloc de

E/S, válvulas, actuadores)

No tiene derecho por símismos a acceder al bus

Adquieren mensajes emitidos por otros o transmiten a requerimiento del maestro

25

49

Tecnologías de transmisión

50

Capa Física con RS485 Hasta 32 nodos sin repetidores

en un único segmentoExtendible a 127 nodos con

repetidores

Distancias hasta 12 km

9.6 kbit/sec (1200 m), 1.5 Mbit/sec (200 m), 12 Mbit/sec (100 m)

Usa conectores Standard de 9-pin D

Dispos. Trunkline/Dropline Dispositivos aislados

26

51

Fibra óptica

• Tipos de conductores disponibles

• Permite mayores distancias con mayores velocidades• Evita problemas de EMI• Segmentos en estrella o anillo• Hay fabricantes que permiten la redundancia• Existen acopladores RS485- FO

52

PA• Hasta 32 nodos por segmento

Se extiende hasta 126 nodos con 4 repetidores

• Velocidades 31.25 Kbits/sec, 1.0Mbits/sec and 2.5Mbits/sec 31.25 Kbits/sec permite seguridad intrínseca

• Doble par trenzado (blindado y no blindado)• Varias topologías• Seguridad intrínseca definida por modelo FISCO • Para seguridad intrínseca una derivación puede tener como máximo 30 m

Longitud de línea

27

53

Capa Física PA- IEC 1158-2

• Acopladores de segmento: son convertidores de RS485 a IEC

1158-2 transparentes al protocolo

Su utilización limita la velocidad máxima del segmento a 93.75 kBits/s

Instrum. p/ acoplador

• 9 (Eex)

• 32 (no ex)

• Acopladores de Enlace: Agrupan el conjunto de aparatos del

segmento en un único esclavo RS485

La velocidad del segmento no estálimitada

54

Estructura con PA

28

55

Estructura real de una red PF con PA

56

Comparación capas físicas

29

57

Productos comerciales

58

Características DP• Velocidad:

1 ms (a 12 Mbits) para transmitir 512 bits de entrada y 512 bits de salida a 32 estaciones

Transmisión de todas las entradas salidas en un sólo ciclo

Se transmiten los datos con el el servicio SRD

• Diagnóstico: a través de mensajes dedicados Diagnóstico de estación

Diagnóstico de módulo

Diagnóstico de una vía

• Destinado a comunicaciones cíclicas e intercambios rápidos, entre controladores de celda (PLC o PC) o sistemas de supervisión y periferia descentralizada.

• Funciones de base y Funciones extendidas

30

59

Configuración monomaestro

• Estado del sistema = estado DPM1 Stop: no hay transmisión entre el DPM1 y los esclavos Clear: DPM1 lee las entradas de los esclavos y mantiene sus salidas en

seguridad positiva Operate: DPM1 en fase de transferencia en transmisión cíclica

• DPM1 transmite periódicamente su estado a todos los esclavos• Cuando un esclavo no está en condiciones de transmitir DPM1 pasa a

Clear (si el parámetro auto-clear es verdadero)

60

Transmisión cíclica

• En la configuración el utilizador afecta o no cada esclavo a DPM1

• Etapas de transmisión: parametrización

configuración

transferencia de datos

• El utilizador puede reparametrizar los esclavos a través de DPM1

31

61

Perfiles PROFIBUS

• Permiten la interacción transparente de dispositivos de distintos fabricantes Se pueden

intercambiar siempre y cuando la aplicación utilice las funciones básicas

62

Perfiles de aplicación generales

32

63

Perfil seguridad (PROFISafe)• Define la conexión de equipos de seguridad (paradas de emergencia , barreras

, enclavamientos ) a los automatismos programables Para alcanzar niveles SIL 3 o AK6 ( categoría 4 )

• Acepta cualquier capa física

• Tiene en cuenta todos los errores que se pueden filtrar en una transmisión serie Repetición, pérdida, error de secuencia, retardo, corrupción de datos

• Define mecanismos complementarios de seguridad Numeración de tramas, seguimiento temporal con ACK, identificación fuente destino,

control de redundancia cíclica, monitor SIL

64

Perfiles específicos de aplicación

33

65

Perfil PA• Para automatización de procesos: utiliza el soporte

físico IEC 61158-2 • Define

Parametrización y comportamiento de instrumentos independientemente del fabricante

Descripción de funciones y comportamiento del instrumento Bloques función

Comunicación con funciones de base DP

• Definiciones aplicativas Unidades de valor de medida

Significado de los valores de estado

• Especificaciones independientes del instrumento:

• Posibilidad de simular los valores en el transmisor de medida.

66

Integración de perfiles

Integración en el maestro

Dispositivos conectados

Funcionalidades de los dispositivos

Integración a través de herramienta de ingeniería

Información de Proceso

Gestión de activos

34

67

Aplicaciones para cada perfil

68

Implementación en dispositivos

35

69

Productos comerciales (Phoenix Contact)

Módulo Fieldline Stand-Alone,

PROFIBUS M12,

8 entradas digitales, 24 V DC,

Acoplador de bus PROFINET para Inline, 24 V DC,

Acoplador de bus PROFIBUS InlineModular DP/V1, 8 entradas: 24 V DC,4 salidas: 24 V DC, 500 mA,

Acoplador de bus FieldlineModular, PROFIBUS M12, 8 entradas digitales M12

Conector enchufable para PROFIBUSIP67

70

I/O link • Interface sensor/actuador

independiente para usarse con PROFIBUS y PROFINET. Punto a punto

Conexión de dispositivos inteligentes de nivel 0

36

71

Ejemplo comercial

• Phoenix Contact FIELDLINE IO-

Link -Comunicación universal hasta el sensor

Primeros maestros IO-Link IP67 para Profibus hasta 12 Mbits/s.

Pueden transmitir los datos , parámetros, diagnóstico y mantenimiento.

72

Profinet• Es un concepto de

integración de los distintos niveles de los sistemas de automatización que incluye Modelos uniformes de

ingeniería

Transparencia

Apertura hacia otros standards

Integración con IT

Aplicación del modelo de objetos

37

73

Archivos GSD

• Especificaciones generales Fabricante, versión, velocidades posibles, afectación de señales

• Especificaciones para estaciones maestras Numero máximo de esclavos, posibilidades de carga remota

• Especificaciones en los esclavos Numero y tipo de vías de E/S

Definición de mensajes de diagnóstico

74

Referencias web

http://www.profibus.com// http://www.profinet.com/

http://www.io-link.com/en/index.php /

38

ControllerController AreaArea NetworkNetwork

(CAN)(CAN)

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CAN (Controller Area Network)

• Creado a mediados de 1980, con el objetivo de brindar conexión y disminuir los costos de cableado entre dispositivos dentro de automóviles.

Se difundió posteriormente a otras áreas, por ejemplo control de plantas industriales, aplicaciones domésticas, control de ascensores, control de sistemas de navegación, etcétera.

• Estándar ISO.• Amplia disponibilidad de dispositivos comerciales.• Alta difusión en la CEE (Alemania), Japón y EEUU• -http://www.can.bosch.com

39

77

CAN y el modelo OSI

Presentación

Sesión

Aplicación

Transporte

Red

Enlace

Física

Especificación CAN

CAN Phy (ISO 11898)

ISO 11898

CAL

•CANopen

•PCAL

Device

NetSDS

Documentos

de CiA

CAN

King

dom

78

Especificación CAN- El protocolo abarca las capas física (parcialmente) y de enlace de datos.- Velocidad hasta 1 Mbps.- Protocolo de comunicaciones orientado a los mensajes - Arbitraje por prioridad de mensajes (CSMA/AMP ) - Resolución de colisiones.- Alta probabilidad de detección de errores.- Capacidad de implementar control en tiempo real.- Escalabilidad.- PDU (protocol data unit): tramas (frames)

de datos/ remotas/ de error/ de sobrecarga

Especificaciones

CAN 1.22048 (211) identificadores de objetoformato de tramas estándar

CAN 2.0más de 500 millones (229) de identificadoresformato de tramas extendido

40

79

Arbitración

Dos estados lógicos definidos dentro del bus: recesivo y dominante.

Equivale a una compuerta lógica AND: “1” lógico y “0” lógico

N1 N2 Bus

D D DDD R DDR D DDR R R

A B A.B

0 0 000 1 001 0 001 1 1

Nodo 2Nodo 1

Bus

A

BA.B

80

Trama de datos

recesivo

dominante

1 11/29 1 0 ... 646 15 1 1 1 7 3

Identifi_cador deobjeto

Campo deArbitraje

Inicio de trama

Campode control

Campo de datos

RTR

SegmentoCRC

Campo de CRC

Delimitadores

Campo de fin

de trama

Ranurade ACK

Campo de Acknowledge

Espacio inter-trama

Tamaño mínimo de la trama de datos: 44 bitsTamaño máximo de la trama de datos:111 bits ⇒⇒⇒⇒ Throughput = 58% del bitrate

Trama de datos

41

81

Detección de errores ⇒⇒⇒⇒ Cuando una estación transmite una trama de error, el resto de las estaciones activas en la red replican con sendas tramas de error. ⇒⇒⇒⇒ La señalización del error queda formada por la concatenación de tramas de error de todas las estaciones activas.⇒⇒⇒⇒ “Globalización del error”

• Distintas condiciones desencadenan la transmisión de una trama de error (errores detectables por protocolo):

errores de biterrores de bitstufferrores de CRCerrores de formato (en delimitadores del CRC y del ACK, y EOF)errores de ACKerrores de sobrecargaerrores de formato de la trama de sobrecargaerrores por condición de sobrecarga inconsistente

(detectables como errores de bittuffing, deCRC o de formato)

errores consecutivos múltiples

errores sucesivos múltiples

erroressimples

erroresmúltiples

error orientado al transmisorerror orientado al receptor

82

Capa Física CAN

Implementada en los

controladores

basadas en normas y

especificaciones propietarias

ISO11898

PMA

42

83

ISO 11898-2 -Topología

A 1Mbit/s Ld<0.3 m

84

Niveles del bus

• Condición recesiva :CAN_H < CAN_L + 0.5V

• Condición dominante:CAN_H >CAN_L + 0.9V

43

85

Nodo ISO 11898-2

• La tensión diferencial en un nodo está dada por la corriente en la resistencia diferencial

86

Transceivers

44

87

Relación Velocidad-longitud bus

• ISO 11898 especifica distmáx 1 km y permite usar bridges o repeaters.

• Distancia máxima definida por: demora de los nodos y

del bus

diferencias entre el bit time quantum debidas a la diferencia entre los osciladores de los nodos

Caída de señal por resistencia de cable y nodos

88

Referencias web

http://www.cans2u.com/ /

45

DeviceNetDeviceNet

Fabiana Ferreira

90

Qué es DeviceNet?Es un enlace de comunicación de bajo costo para conectar dispositivos

industrialesa una red y eliminar cableado costoso

•Fines de carrera

•sensores fotoeléctricos

•sensores inductivos

•válvulas

• arrancadores de motores

•lectores de código de barras

•variadores de frecuencia

•paneles e interfases operador

DeviceNet es una solución simple de comunicación en red que reduce el costo y tiempo para cablear e instalar dispositivos de automatización industrial, al mismo tiempo que provee intercambiabilidad de componentes similares de distintos fabricantes

• La especificación y el protocolo son abiertos No hay que comprar licencias , HW o SW para conectar dispositivos

La especificación se compra por u$s 250. Da licencia ilimitada para desarrollar productos.

Cualquiera puede participar de ODVA

• Basado en CAN Usa los chips CAN Standard

46

91

Application Layer

Physical Signaling

Transceiver

Transmission Media

Capas OSI

ISO Layer 0-Media

ISO Layer 1-Physical

ISO Layer 2-Data Link

ISO Layer 7-Application

Data Link Layer

DeviceNetApplication Layer

Specification

CAN ProtocolSpecification

DeviceNetPhysical LayerSpecification

92

Especificación DeviceNet

Perfiles de Dispositivos para obtener interoperabilidad e intercambiabilidad entre productos similares

Prestaciones del protocolo de comunicación- Peer-to- peer

-Master-Slave

-Productor- Consumidor

-Hasta 64 MAC ID’s (nodos)

cada nodo infinitas I/O

Modelo de Objetos -Cada nodo se modela con una colección de objetos

- Un objeto provee una representación abstracta de un componente particular de un producto

• Para Capa Física y medio la especificación define: topologías/ puesta a tierra/ Medios físicos/ Terminadores/ Distribución

de potencia

47

93

Productos DN

• Hardware Interfaces para controladores

Scanner

Modulo de comunicación

Gateway

I/O distribuidas Interfases con otras redes

Interfases para PC’s Sensores y actuadores Interfases operador

• Software Monitores y gestionadores de red

Herramientas de diagnóstico

• Medio Físico

94

Medio Físico • Señal y potencia (24VDC) en el mismo cable:

Pares trenzados separados para para señal y potencia

• Cable fino o grueso en cualquier tipo de tramo• Los nodos se pueden conectar y desconectar sin desconectar la potencia.

• Se pueden adicionar derivadores (Tap ) de potencia en cualquier punto de la red: posibilidad de fuentes redundantes

• Se pueden conectar dispositivos con alimentación externa

• Terminador de 121ΩΩΩΩ en cada fin de tronco

• Admite varias Topologías

• Básica : Tronco (trunk)- rama (drop line -spurs)

48

95

Tipos de cable

1485R/G Thin Media1/4” (6.9mm)Trunk y Drop line

1485C Thick Media1/2” (12.2mm) trunkline

1485C KwikLink Cable4 hilos

96

Conexión con kwiklinkKwikLink Network Architecture1- KwikLink Lite IP20 Flat Media

2-Trunk Line Connector

3- Drop Line Connector

4- Terminating Resistor

5- 5-pin Open Style Connector

6- Terminal Block

7- Flat to Thin Cable Converter

8- KwikLink Drop Cable

9- ArmorBlock

10- Auxiliary Power Cordset

49

97

Otros componentes

Power Tap

Derivador de trunk

Conectores metalicos

Caja para conectar al trunk

Hasta 8 dispositivos

Caja para conectar

dispositivos

en una derivación

Derivación en T

98

Conectores

50

99

Distancias punta a punta

100

CAN y DeviceNet• usa sólo la data-frame de CAN• Requisitos para que los controladores CAN sean compatibles con DN

Deben soportar tramas de 11 bits Velocidades de 125, 250 y 500 kBauds múltiples objetos de mensajes ( buffers y centros de mensajes) Posibilidad de mascaras en la trama Debe soportar el protocolo de fragmentación de DN

51

101

Uso de CAN ID11 bits

•Hay 4 grupos de mensajes con distinta prioridad•Grupo1 y Grupo 3 para emisión•Grupo 2 : emisión y recepción

IDENTIFIER BITSHEX RANGE IDENTITY USAGE10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Group 1 Msg ID Source MAC ID 000-3ff Message Group 1

1 0 MAC IDGroup 2

Message ID 400-5ff Message Group 2

1 1 Group 3 Message ID Source MAC ID 600-7bf Message Group 3

1 1 1 1 1 Group 4 Message ID(0-2f)

7c0-7ef Message Group 4

1 1 1 1 1 1 1 X X X 7f0-7ff Invalid CAN IdentifiersX

0

31 ID´s por cada nodo N

•Grupo 1: ID 0 a1023

•Grupo 2: ID 1024 a 1535

•Grupo3: ID 1536 a 1983

•Total de ID´s: 2048

•Sobran: 64 ID´s

•Para establecer quien y cuando usa los ID´s

CONEXIONES

102

Master Slave predefinido• Es un conjunto de identificadores de conexión• Los objetos de conexión están preconfigurados en el momento de inicializar el

sistema Lo único que falta es que el maestro se declare propietario de las conexiones

• Se utilizan mensajes del grupo 2• Permite usar 8 bits • Permite usar todas la conexiones de I/O

IDENTIFIER BITS DESCRIPTION10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 00 Source MAC ID Group 1

Messages0 1 1 1 0 Source MAC ID Slave's I/O Bit-Strobe Response Message0 1 1 1 1 Source MAC ID Slave's I/O Poll Response Message

Group 2Message ID1 0 MAC ID Group 2 Messages

1 0 Source MAC ID 0 0 0 Master's I/O Bit-Strobe Command Message1 0 Source MAC ID 0 0 1 Reserved for Master's Use -- Use is TBD1 0 Source MAC ID 0 1 0 Master'sChg of state/cyclic acknowledge msgs1 0 Source MAC ID 0 1 1 Slave's Explicit Response Messages1 0 Destination MAC ID 1 0 0 Master's Connected Explicit Request Messages1 0 Destination MAC ID 1 0 1 Master's I/O Poll Cmd/Chg of State/Cyclic Msgs1 0 Destination MAC ID 1 1 0 Group 2 Only Unconnected Explicit Req.. Msgs1 0 Destination MAC ID 1 1 1 Duplicate MAC ID Check Messages

Group 1Message ID

0 1 1 0 1 Source MAC ID Slave's I/O Change of State or CyclicMessage

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103

Fragmentación

• Para mensajes más largos de 8 bytes• Se incluye 1 byte de protocolo de fragmentación tanto

en mensajes de I/O como explícitos

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Control and Information Protocol(CIP)

Figura 11 de CIP White paper

• Modelo Objetos• protocolo de

mensajería

• perfiles de dispositivos

• Servicios

• Gestión de datos

• CIP es un protocolo orientado a conexión• Una conexión CIP provee un camino entre múltiples aplicaciones• Cuando una conexión se establece , se le asigna a la transmisiones

asociadas un conexión Id (CID) si es unidireccional o dos CID si es bidireccional

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105

Modelo de Objetos• Cada nodo se modela

como una colección de objetos representación abstracta

de un componente particular dentro de un producto

lo que no está descripto como objeto no es visible a través del CIP

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Tipos de conexiones

Conexiones de I/O o de mensajería implícita proveen caminos dedicados

entre una aplicación productora y una o más aplicaciones consumidoras

Para datos orientados a control, de tiempo crítico.

• De mensajería explícita Provee un camino punto a punto

multipropósito entre dos dispositivos

Tipo REQ-ANS

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107

Objetos aplicación

Register ObjectDiscrete Input PointRegister ObjectDiscrete Input Point ObjectDiscrete Output Point ObjectAnalog Input Point ObjectAnalog Output Point ObjectPresence Sensing ObjectGroup ObjectDiscrete Input Group ObjectDiscrete Output Group ObjectDiscrete Group ObjectAnalog Input Group ObjectAnalog Output Group ObjectAnalog Group ObjectPosition Sensor Object

Position Controller Supervisor Object

Position Controller ObjectBlock

Sequencer ObjectCommand Block ObjectMotor Data ObjectControl Supervisor ObjectAC/DC Drive ObjectOverload ObjectSoftstart ObjectSelection ObjectS-Device Supervisor ObjectS-Analog Sensor ObjectS-Analog Actor ObjectS-Single Stage Controller

ObjectS-Gas Calibration ObjectTrip Point Object

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Perfiles de dispositivos definidos

Generic DeviceAC DrivesMotor OverloadLimit SwitchInductive Proximity SwitchPhotoelectric SensorGeneral Purpose Discrete I/OResolver Communication AdapterControlNet Programmable LogicController -- Position Controller

DC DrivesContactorMotor StarterSoft StartHuman Machine InterfaceMass Flow ControllerPneumatic ValvesVacuum Pressure GaugeControlNet Physical Layer

• Los desarrolladores de dispositivos deben usar un perfil Si un dispositivo no cae en un perfil especializado debe usar el perfil de

dispositivo genérico o el especifico de fabricante

El perfil usado y que partes de él están implementados debe ser descripto en la documentación usuario del dispositivo

• Cada perfil consiste en un conjunto de objetos Define uno o más formatos de I/O incluyendo el significado de cada bit o

byte en la trama

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109

PERFIL DE VARIADOR CA

Electronic Data Sheet (EDS)

A-B Mitsubishi Magnetek

start/stop start/stop start/stopfwd/rev fwd/rev fwd/revaccel/decel accel/decel accel/decel

A-B Mitsubishi Magnetekeng. units foreign lang. (none)

power calc. temp. calc.

Según perfil deDispositivo

Adicional Fabricante

Archivo ASCII

Provee una descripción de los atributos del dispositivo

Atributos públicos correspondientes al perfil de dispositivo

Atributos específicos del fabricante

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Productos (Phoenix Contact )

Cable de sistema de bus, DeviceNet/CANOpen, 5 polos, apantallado, conector macho acodado M12 a extremo de cable libre, longitud: Variable, 0,2 m hasta 40,0 m

Acoplador de bus DeviceNet™, 24 V DC, sinaccesorios

Módulo Fieldline Stand-Alone, DeviceNet™ M12, 4 entradas digitales, 24 V DC, 4 conductores, 4 salidasdigitales, 24 V DC, 3 conductores

Acoplador de bus DeviceNet™, 8 entradas 24 V DC, 4 salidas 24 V DC, 500 mA, completo conconectores para periferia

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111

Referencias web

http://www.cans2u.com/ http://www.odva.org//

http://www.ab.com/networks/devicenet/

ControlNetControlNet

Fabiana Ferreira

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Características• Red simple y de instalación económica • Ofrece instalación flexible

Soporta cualquier topología ( bus, estrella, árbol) Los taps se pueden conectar en cualquier punto de la red

• Redundancia de medio físico de bajo costo• Combina intercambio de I/O cíclico con mensajería peer-to peer

Ej: 32 nodos con 8 bits I/O en 2 ms

• permite configuración y carga y descarga de programas on line• Modelo Productor- Consumidor• Sincronización con precisión de 10 ms• Máximo 99 nodos

• Desarrollada por Rockwell Automation/Allen-Bradley y introducida en Noviembre 1995

• Disponible para terceros en Diciembre 1996

• Formación de Asociación independiente en Mayo 1997

• Especificación ControlNet International• Norma IEC 61158 tipo 2

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Posicionamiento

58

115

Protocolos

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Capa Física• Medio Físico• Tres variantes:

RG6 ( cable TV) coaxial con conectores BNC en bus

Fibra óptica en punto a punto

NAP (Network Acces Port ): conexión local RS422 que permite acceso temporal par instalación, programación y mantenimiento.

• RG6 y coaxil permiten seguridad intrínseca

• Hasta 99 nodos• Distancias:

1000 m con dos nodos

250 m con 48 nodos

25 km con repetidores

• 5 Mbits/s

• Codificación Manchester

• Paquetes incluyen CRC de 16 bits

59

117

Arquitectura

• hardware Controladores (PLC,

PC)

Terminales de programación

Terminales operador

Racks de I/O

• Software de programación

herramientas de configuración

de interfase operador

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Acceso al medio• CTDMA ( Concurrent Time Domain Multiple Acces)

División de tiempo en ciclos repetitivos denominados NUT (Network UpdateTime) . 2 a 100 ms

• Cada nodo accede al medio dentro del NUT mediante un token Los nodos acceden al medio y difunden sus datos

Si no tiene nada que transmitir mandan un trama null

No hay arbitrador central: todas las estaciones están sincronizadas

Rotación de token por Round Robin

Si se pierde el token el nodo con el siguiente MACID retoma

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119

MAC• Comunicación asincrónica:

Se realiza en el intervalo que queda libre en el NUT después que todas las estaciones se pasaron el token una vez

Al final del NUT hay un periodo para sincronización “Guardband”

• NUT Tiene tres partes: intercambio cíclico : NUI ( Network Update Interval)

cada nodo tiene oportunidad de transmitir una vez en esta parte

intercambio acíclico

mecanismo round robin

la rotación se repite hasta que alcanza el tiempo– determinado por la carga de tráfico cíclico y el tiempo de NUT

– Se garantiza que al menos 1 nodo pueda transmitir

mantenimiento:

el nodo de menor dirección transmite trama de sincronización

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Tramas MAC• Para incrementar la eficiencia, los diversos paquetes de datos (Lpacket)

provenientes de la aplicación se ensamblan dentro del nodo en una trama MAC

• Los paquetes de datos no contienen dirección de emisor y receptor sino sólo un CID ( Connection ID): Modelo Productor Consumidor

61

121

Capas superiores• Usa el modelo objetos de DeviceNet (CIP)

• Requiere una conexión formal entre entidades

• Conexiones: peer-to-peer/ multicast

• data trigger: cíclico/ cambio de estado/ strobe/ Pool

• Modelo objetos : igual que DeviceNet + tres objetos específicos Control Net Object ( por DN Object) ControlNet Keeper Object: contiene información sobre estructura de toda la red ControlNet Scheduling Object

Otros

Objetos

Control Net

Object

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ControlNet• 4 tipos de dispositivos desde el

punto de vista de transmisión: Servidores de mensajería explícita

Sólo pueden responder a mensajes explícitos

Servidores de mensajes de I/O ( o adaptadores)

No pueden iniciar conexiones de I/O

Una vez iniciadas las conexiones de I/O pueden enviar mensajes múltiples de I/O con diferentes triggers

Adaptadores con clientes de mensajería explícita

dispositivos full (scanners):

• Gestión de red• Provee re-scheduling dinámico

cada nodo tiene una copia de los parámetros de enlace e información de scheduling propia

Nodos específicos (Keeper nodes) tienen una copia del scheduling y parámetros globales

Keeper primario : asegura la consistencia general de la configuración en arranques y reconfiguraciones on line

Keepers secundarios: son backup del primario