Buses de campo. Definición, estándares habituales y sus ventajas.

En cualquier industria las comunicaciones entre los dispositivos se distribuyen mediante una jerarquía especial denominada pirámide CIM. Los medios que conectan los niveles de la pirámide y los elementos de cada nivel se denominan buses de campo.

Según la ISA-InstrumentSociety of America se definen como una conexión serie, digital, que permite la transferencia de datos entre elementos primarios de automatización (elementos de campo) empleados en fabricación de procesos, y elementos de automatización y control de más alto nivel.

Los buses de campo fueron un desarrollo tecnológico que surgió entre las décadas de los 80 y los 90. Revolucionaron el mundo de las comunicaciones industriales. Estos han  logrado una gran simplificación respecto a los sistemas anteriores en cuanto a la instalación y operación de la estructura industrial.

Esta mejora se basa en el cambio que supuso el uso de un bus de campo que cumple la misma función que un gran numero de bucles de corriente estándar. La cantidad de elementos que puede soportar el mismo bus o los tiempos de respuesta considerablemente mayores que obtenemos con el uso de estos sistemas de comunicación son sus principales ventajas.

Con el desarrollo de esta tecnología surgieron estándares y tipos concretos de buses de campo. A continuación veremos los mas importantes, las definiciones, características y estructura. También encontrarás los más usados y las diferencias entre ambos.

Algunos tipos de buses, características y partes de la estructura donde se instalan.

El tejido industrial se ha adaptado a nuevos dispositivos de control. Esto ha hecho que lejos de los rudimentarios conductores eléctricos simples se hayan ido desarrollando distintos buses de campo especializados para ciertos sectores y funcionalidades, algunos de los mas importantes son los siguientes.

• AS-i (Actuator Sensor Inferface). Este bus se encarga de la conexión entre los sensores y actuadores. Funciona como un camino común para las transmisiones de datos. Esta interfaz de conexión conecta los módulos que se encuentran en los niveles mas bajos del proceso de automatización. El bus se compone de dos cables internos, uno para el intercambio de datos y otro para la alimentación. Es un bus con unos tiempos de respuesta muy rápidos, entre 5 y 10 milisegundos por ciclo. La comunicación se realiza entre solo 1 maestro y hasta 62 esclavos por cada uno. Cada uno de estos esclavos puede tener entre 4 entradas y 4 salidas. Aunque pueden ampliarte hasta 8. Permite hasta una instalación de 100 metros de cable o hasta 300 si se usan repetidores.
• BITBUS. Es uno de los buses de campo mas antiguos que existen. Se usa en un nivel superior al AS-i. Es usado para la comunicación entre PLC's y autómatas. Está basado en el RS-485 como sistema de transmisión y en SLDC (un protocolo desarrollado por IBM) que controla el proceso de desarrollo del software. Se pueden tener hasta 250 nodos por cada segmento de bus, siendo 1 de ellos el maestro y el resto esclavos. Pueden sincronizarse de dos modos, de forma síncrona donde los datos usan un reloj adicional o como auto-reloj, donde cada nodo tienen un reloj interno que se sincroniza con los datos. Se puede distribuir en estructuras básicas, de árbol o de árbol multinivel. Puede instalarse hasta un total de 13,2 kilómetros.

PROFIBUS, uno de los buses de campo más usados.

Este estándar se desarrolló entre 1987 y 1990 por BMBF,  es un estándar de red, el cual se encuentra en niveles superiores respecto a los vistos anteriormente. Es independiente de los proveedores y  se puede aplicar en prácticamente cualquier proceso industrial. Actualmente es el bus mas utilizado. Podemos dividir la topología PROFIBUS en 3 distintas.

• PROFIBUS DP. Es la estructura mas rápida, se utiliza para la comunicación entre sistemas de automatización y equipos desvinculados del núcleo del proceso como elementos de entrada/salida. Es capaz de transmitir 1 megabyte en aproximadamente 2 milisegundos por lo que su uso en aplicaciones con tiempos estrictos esta muy extendida. Su protocolo se establece como maestro-esclavo, el cual puede ser mono o multi. En aplicaciones mono maestro, solo un elemento es maestro, el resto son esclavos, sus ciclos de lectura son mas cortos. El uso de multi maestro se usa para aplicaciones en las que el sistema global se puede dividir en subsistemas. Cada maestro tendrá sus propios esclavos independientes del resto.
• PROFIBUS FMS. Es un bus de carácter genérico usado para una comunicación versátil en sistemas de automatización para su control. Por su funcionalidad se aplica normalmente en la comunicación maestro - maestro. Cada vez más, se está viendo en desuso debido a la Ethernet
• PROFIBUS PA. Se utiliza para la comunicación de los elementos del proceso encargados de trabajar con señales analógicas como humedad, temperatura, intensidad lumínica u otros. El uso de este bus se debe principalmente a su confiabilidad a la hora de la transmisión, su sistema de seguridad, la posibilidad de integrarse en sistemas de control a alta velocidad y a su coste relativamente bajo. Mediante dos hilos simples realiza la comunicación, además para el mantenimiento permite la conexión/desconexión de los  equipos durante la operación.

Conexión entre PROFIBUS DP y PROFIBUS PA.

La unión de las partes de la instalación de proceso y de muestreo se realiza con un acoplador DP/DA. Para poder continuar la comunicación y que ambas partes estén unidas y el proceso se desarrolle de forma dinámica. La finalidad de esta unión es realizar una instalación más fácil  unificando los elementos usados y reduciendo costes en hardware. Podemos diferenciar entre dos situaciones posibles a la hora de realizar la unión de ambas redes.

• Si la velocidad de PROFIBUS DP y PROFIBUS PA es similar. En este caso solo se usa un conversor de medios, el resto de la conexión es directa. La red DP accede con las mismas direcciones a los esclavos de la red PA. La cantidad de nodos que se pueden unir en una red simple sería de 126.
• Si la velocidad de PROFIBUS DP supera a PROFIBUS PA. La comunicación se realiza mediante una interfaz especial. La red PA se convierte en el maestro de la comunicación  y la  DP sería el esclavo de la comunicación. La finalidad de este proceso es que la alta velocidad de la red DP se reparta con la red PA.

En conclusión, dentro de las estandarizaciónes existentes cada bus es apropiado para unas aplicaciones o procesos concretos.Deberemos tener en cuenta que no solo las prestaciones son las responsables de nuestra elección, el precio o la disponibilidad harán que nos decidamos finalmente por un tipo concreto. Esperamos que haya solucionado tus dudas y te haya servido de ayuda. Si tienes cualquier duda acerca de este tema, no dudes en poner un comentario y se te responderá cuanto antes, brindándote la ayuda necesaria.