interbus

Bus de campo industrial: INTERBUS

Jorge Munoz Rodenas

Universidad Miguel Hernandez. Sistemas Informaticos Industriales.

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Jorge Munoz Rodenas. Sistemas Informaticos Industriales.. 5o Ingenierıa Industrial. Universidad Miguel Hernandez– p. 1/30

Indice

Introducción

Buses de campo

Ventajas de los buses de campo

Buses de campo existentes

Bus INTERBUSCaracterísticasElementos. Capa físicaCapa de enlaceCapa de aplicaciónOperación y mantenimientoEthernet e InterbusAplicaciones

Bibliografía


Introducción a los buses de campo

Un bus de campo es un sistema detransmisión de información (datos)que simplifica enormemente lainstalación y operación de máquinasy equipamientos industriales

Sustituye las conexiones punto a pun-to entre los elementos de campo y elequipo de control a través del tradicio-nal bucle de corriente de 4-20mA.


Introducción a los buses de campo

Cada dispositivo de campoincorpora cierta capacidad(“inteligencia”) de proceso conun costo bajo.

Cada uno de estos elementosejecuta funciones simples dediagnóstico, control o manteni-miento, así como de comuni-carse bidireccionalmente a tra-vés del bus.


Ventajas de los buses de campo

La principal ventaja que ofrecen los buses de campo es lareducción de costos debido a:

Ahorro en instalaci on : Sólo se requiere un cable para laconexión de diversos nodosAhorro en mantenimiento : fácil de monitorizar el sistema,aumenta la fiabilidad y la detección de errores.Ahorros derivados de la mejora del funcionamiento delsistema: Flexibilidad en el diseño, la instalaci on es f acil deampliar , los dispositivos de campo poseen algoritmos decontrol propios.

Sólo incluyen tres capas : física, enlace y aplicación, y un conjuntode servicios de administración. El usuario sólo se debe preocuparde la capa física y de usuario.


Alta velocidad y baja funcionalidad

Diseñados para integrar dispositivos simples como finales decarrera, fotocélulas, relés y actuadores simples, para aplicacionesde tiempo real.

Comprenden las capas física y de enlace, es decir, señalesfísicas y patrones de bits de las tramas.

Buses comerciales:CAN: Diseñado originalmente para su aplicación en vehículos.SDS: Bus para la integración de sensores y actuadores,basado en CANAS-i: Bus serie diseñado por Siemens para la integración desensores y actuadores.


Alta velocidad y funcionalidad media:

Se basan en el diseño de una capa de enlace para el envíoeficiente de bloques de datos de tamaño medio, para permitirconfiguración, calibración o programación del dispositivo.

Son capaces de controlar dispositivos de campo complejos.

Incluyen la especificación completa de la capa de aplicación, porlo que se dispone de funciones utilizables desde programasbasados en PCs para acceder, cambiar y controlar los diversosdispositivos que constituyen el sistema.

DeviceNet: Desarrollado por Allen-Bradley, utiliza como base elbus CAN, e incorpora una capa de aplicación orientada a objetos.

LONWorks: Red desarrollada por Echelon.

BitBus: Red desarrollada por INTEL.

DIN MessBus: Estándar alemán basado en RS-232.

InterBus: Bus de campo alemán de uso común en aplicacionesmedias. Jorge Munoz Rodenas. Sistemas Informaticos Industriales.. 5o Ingenierıa Industrial. Universidad Miguel Hernandez– p. 7/30

Buses de altas prestaciones I

Son capaces de soportar comunicaciones a nivel de todos losniveles de la producción CIM.

Algunos presentan problemas debido a la sobrecarga necesariapara alcanzar las características funcionales y de seguridad quese les exigen.

La capa de aplicación tiene un gran número de servicios a lacapa de usuario, habitualmente un subconjunto del estándarMMS (Manufacturing Message Specification).

Entre sus características incluyen:Redes multi-maestro con redundancia.Comunicación maestro-esclavo según el esquemapregunta-respuesta.Recuperación de datos desde el esclavo con un límitemáximo de tiempoCapacidad de direccionamiento unicast, multicast ybroadcast. Jorge Munoz Rodenas. Sistemas Informaticos Industriales.. 5o Ingenierıa Industrial. Universidad Miguel Hernandez– p. 8/30

Buses de altas prestaciones II

Entre sus características incluyen:Petición de servicios a los esclavos basada en eventos.Comunicación de variables y bloques de datos orientada aobjetos.Descarga y ejecución remota de programas.Altos niveles de seguridad de la red, opcionalmente conprocedimientos de autentificación.Conjunto completo de funciones de administración de la red.

Buses comerciales:ProfibusWorldFIPFieldbus Foundation


Buses para áreas de seguridad intrínseca

Incluyen modificaciones en la capa física para cumplir con losrequisitos específicos de seguridad intrínseca en ambientes conatmósferas explosivas.

La seguridad intrínseca es un tipo de protección por la que elcomponente en cuestión no tiene posibilidad de provocar unaexplosión en la atmósfera circundante.

Un circuito eléctrico o una parte de un circuito tienen seguridadintrínseca, cuando alguna chispa o efecto térmico en este circuitoproducidos en las condiciones de prueba establecidas por unestándar no puede ocasionar una ignición.

Buses comerciales:Profibus PAHARTWorldFIP


INTERBUS. Características generales

Protocolo propietario,inicialmente, de la empresaPhoenix Conctact GmbH,aunque posteriormente hasido abierta su especificación.Normalizado bajo DIN 19258,norma europea EN 50 254.Fue introducido en el año1984.

Topologıa en anillo ycomunicación mediante unregistro de desplazamiento encada nodo. Se pueden enlazarbuses periféricos al principal.

Basado en un esquemamaestro-esclavo .



Capa física basada en RS-485.Cada dispositivo actúa comorepetidor. Así se puedealcanzar una distancia entrenodos de 400 m para500Kbps y una distancia totalde 12 KM. Es posible utilizartambién enlaces de fibraóptica.

Capa de transporte basada enuna trama unica que circula porel anillo (trama de suma)



La información dedireccionamiento no seincluye en los mensajes, losdatos se hacen circular por lared. Alta eficiencia .

Es muy sensible a cortecompleto de comunicación alabrirse el anillo en cualquierade los nodos.

La estructura en anillo permiteuna facil localizaci on de fallos ydiagn ostico .

Apropiado para comunicacióndeterminista a alta velocidad.


Elementos básicos. Capa Física

Tarjetacontroladora

Bus remoto

Módulosterminales debus

Subanillo


Tarjeta controladora

Se corresponde con elmaestro.

Controla y monitoriza el tráficode datos.

Transfiere los datos de salidacon los correspondientesmódulos.

Recibe los datos de entrada.

Se pueden visualizar los da-tos de diagnógstico y error queson transmitidos al host delsistema.


Bus remoto

La tarjeta controladora seconecta al bus remoto.

Los datos se transmitenfísicamente a través de:

Cables de cobre (estándarRS-485)Fibra ópticaInfrarrojos

Puede transportar la alimenta-ción de los módulos I/O y sen-sores, además de las líneas detransmisión de datos


Módulos terminales de bus

Se conectan al bus remoto.

Dividen al sistema ensegmentos individuales

Permiten desconectarramificaciones del anillodurante la operación.

Hacen la función deamplificadores (repetidores)de señal

Aislan eléctricamente los seg-mentos del bus.


Subanillos

Corresponde a la zona delsistema donde se conectansensores y actuadores.

Respecto a lasespecificaciones técnicas:

Distancia entredispositivos 2 cm <d<20 mExpansión total de 200 mLimitado a 63 dispositivosDe 19.2 V a 30 VAlimentación y datos vanpor el mismo cable


Detalles de la capa Física

Basado en esquemamaestro-esclavo

Los bit se transmiten a 500kbp con método NRZ(non-return-to-zero).

Comunicación full-duplex(envío y recepciónsimultánea).

16 bits por nodo de entrada osalida

Los relojes son sincronizadosinternamente.

Rápido: 4096 I/O’s en 7 ms

265 nodos x 16 I/O’s= 4096puntos digitales


Capa de enlace

Garantiza la integridad de losdatos y permite el soporte dedos tipos de tramas: datos deprocesos y parámetros deidentificación.

Es determinista : garantiza untmáx para el transporte dedatos.

Control de acceso al mediomediante TDMA (accesomúltiple por división detiempo, elimina colisiones dela transmsión ).

El acceso al bus se reali-za usando registros de desplaza-miento sincronizados.


Capa de enlace. Acceso al medio

Cada dispositivo tiene reservado un slot de tiempo adecuadopara su función dentro del sistema.

El tiempo de ciclo es la suma de los tiempos asignados a cadadispositivo.

Pueden definirse slots adicionale para la transmisión de bloquesde datos en modo de conexión.

Se podrán enviar grandes bloques de datos a través de Interbussin alterar el tiempo de ciclo para los datos de proceso.

Todos los elementos insertan sus datos en el bussimultáneamente, así las medidas de los lazos de control seránsimultáneas.


Capa de enlace. Datos

La trama de datos se forma porconcatenación de los datos de cadaestación, a través de un registro.

Cada dispositivo se une al anillomediante un registro cuya longituddepende de la cantidad deinformación a transmitir

Los datos llegan al master en funciónde su posición dentro del anillo.

Cada ciclo de transmisión es una se-cuencia de datos que comienzan porla palabra loopback +datos de salidade los dispositivos+CRC (cyclid redun-dancy check) de 32 bits


Capa de enlace. Identificación

Los ciclos de identificación permitenla administraci on del bus .

Cada dispositivo tiene un código deidentificación que indica el tipo dedispositivo de que se trata, y eltamaño de su bloque de datos.

La configuración del bus se lleva acabo por una secuencia de ciclos deidentificación.

El maestro empieza a leer en orden,la identificación de los dispositivosconectados.

En función de estas lecturas se confi-gura la trama que circulará en el ciclode datos


Capa de enlace. Conclusión

Desde el punto de vista físico INTERBUS funciona según unprocedimiento asíncrono de parada y arranque.

Se envía una cabecera que contiene información adcional comodelimitadores de trama, código de función y tipo de mensaje,junto a 8 bits adicionales.

Los momentos de inactividad se ocupan con mesajes de estado.

No contienen datos de la capa de enlace y sólo sirven paragarantizar una actividad permanente en el medio de transmisión.

Si dicha actividad se interrumpe durante más de 20 ms seinterpreta como una caıda del sistema .

Los dispositivos se desconectan de la red y van a un puntoseguro definido con antelación


Capa de aplicación

Implementa en la capa de aplicaciónun subconjunto de serviciosdenominados PMS(PeripheralsMessage Specification)

Incluye 25 servicios que permiten lacomunicación con dispositivos deproceso inteligentes.

Por ejemplo se pueden establecer ymonitorizar conexiones, lectura yescritura de parámetros o laejecución remota de programas.


Interbus y Ethernet

A través de una estructura deprotocolo híbrido TCP/IP sepuede integrar en INTERBUS.

Permite tareas de descargade programas mediante FTP amáquinas o robots.

Monitorización a través deweb de cualquier proceso.

No interviene en tareasdirectas de control


Aplicaciones. Industria farmaceútica


Aplicaciones. Control iluminación


Aplicaciones. Evolución Interbus


Fuentes/Bibliografía

http://www.interbusclub.com/

http://www.phoenixcontact.es/

http://www.google.es

Apuntes de Redes de Comunicaci on Industriales, UMH.


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