Redes de comunicación industriales y buses de campo

La demanda creciente de las comunicaciones a nivel industrial han llevado al desarrollo de numerosos protocolos. Estos protocolos pueden diferir sustancialmente entre ellos, pero en más o menos se referencian a estándares internacionales.

Los estándares denominados factory bus (redes de comunicación industrial de fábrica) son los utilizados en el nivel alto nivel de control en la fábrica (visualización en oficinas de control o producción). Por otro lado, tenemos las redes de comunicación industrial de campo denominadas field bus utilizadas en el nivel bajo, principalmente para comunicación de sensores y actuadores de proceso/máquina, es decir en el nivel más cercano a la fabricación del producto concreto.

 

En el nivel superior nos encontramos con el nivel de información de la red o redes de comunicación industrial locales que dan las consignas de producción a los niveles inferiores. En este nivel para realizar la comunicación se suelen usar redes de ordenadores formando una red local, en el mismo edificio, entre distintos edificios e incluso utilizando internet.

En el nivel inferior se localiza el nivel de campo donde se localizan los actuadores, sensores y controladores del sistema, siendo el principal soporte de comunicación el bus de campo (fieldbus). Este nivel está formado por autómatas programables mediante tarjetas ethernet y fibra óptica, módems incluso ordenadores industriales.

¿Qué tipos de redes de comunicación industriales hay?

Existe un abanico amplio de redes de comunicación industriales, algunos de los protocolos de comunicación de red más comunes son:

1. PROFIBUS: Es un protocolo de comunicación de alta velocidad que sirve para conectar dispositivos en una red de automatización industrial. Es muy frecuente encontrarlo en la industria automotriz y en la fabricación de maquinaria.
2. CAN (Controller Area Network): Muy parecido a PROFIBUS, pero su campo de aplicación más generalizado está en la industria del automóvil y en la automatización de fábricas.
3. DeviceNet: Otro ejemplo de protocolo de comunicación que tiene como fin conectar dispositivos y sensores, permitiendo el intercambio de datos, control de procesos, medición y monitoreo de manera eficiente y confiable.
4. Ethernet Industrial: Este protocolo se emplea en aplicaciones industriales que requieren alta velocidad y confiabilidad, como la automatización de fábricas y el control de procesos.

5. Modbus: s una herramienta de comunicación que permite conectar dispositivos en una red de automatización industrial, lo que facilita el control de procesos y el intercambio de información. Se emplea con asiduidad en diferentes industrias, como la del petróleo y gas y la fabricación, por su eficiencia y confiabilidad.

¿Cómo se controlan los buses de campo?

La mayoría de estos buses de campos son controlados por autómatas programables (PLC), que mediante una tarjeta de expansión permiten la interconexión con múltiples dispositivos desde un simple sensor de temperatura hasta una cadena de producción completa, pasando por dispositivos algo más sofisticados como por ejemplo variadores de frecuencia que controlan motores.

Como se puede intuir ambos niveles o subniveles existentes se comunican entre sí puediendo existir distintos protocolos de comunicación, el cruce o entendimiento entre estos protocolos es llevado a cabo por unos elementos denominados pasarelas o gateaway.

Los buses de campo son los interlocutores entre los dispositivos en contacto directo con el sistema (sensores, transductores, actuadores) y los esquemas de automatización, control y gestión de un sistema de fabricación integrado, por medio de comunicaciones industriales.

El bus es el medio que permite conectar diferentes equipos de modo tal que se puede transmitir varias señales en la misma línea, todos los dispositivos pueden intercambiar datos entre si, y en cualquier momento se puede realizar una ampliación.

Desde el punto de vista puramente económico puede ocurrir que el sistema de bus sea más costoso, pero por otra parte permite llevar a cabo una instalación más simplificada y rápida, igual que la puesta en funcionamiento

¿Cuáles son los buses de campo más comunes?

En la siguiente tabla podemos ver los buses más comunes y algunas de sus características como velocidad máxima de funcionamiento, tamaño de los paquetes de información y longitud de red soportada.

ASI ( Actuator Sensor Interface ) es el bus más inmediato a nivel de campo y más sencillo de controlar, consiste en un bus maestro/esclavo con un máximo de 31 participantes. BITBUS es el más difundido en todo el mundo , es master/slave que admite como máximo 56 esclavos. ( PROcess FIeld BUS) PROFIBUS es un bus para procesos de campo, es el standard europeo en tecnología de buses, se encuentra jerárquicamente por encima de ASI y BITBUS. Se divide en tres tipos PROFIBUS FMS, PROFIBUS DP y PROFIBUS PA.

Este estándar es el más importante y usado, es por esto que os dejo un enlace en el que se describe en detalle el mismo así como los equipos que lo componen, PROFIBUS.

(Descentralized Periphery) Profibus-DP , para el control distribuido. Diseñado para la comunicación entre sistemas de control automático y entradas y salidas distribuidas o remotas en campo. Ofrece la funcionalidad de intercambiar datos de forma rápida y cíclica. Su principal ventaja es que es plug&play ya que sus dispositivos se auto identifican.

(Processs Automation) Profibus-PA, automatización de procesos químicos, indicado para actividades petroleras y químicas debido a su funcionamiento de bajo voltaje. Permite que tanto sensores como actuadores sean conectados en una línea de bus.

(Field Message Specification, especificación de los mensajes en el bus de campo) Profibus-FMS, se trata de una serie de tares de comunicación, de propósito general, en el nivel de comunicaciones de célula. Es el más alto nivel de comunicaciones que aborda este bus, y permite la coordinación de gran cantidad de aplicaciones de comunicación: buses de ordenadores industriales, robots, etc. En FMS se realiza la comunicación entre los dispositivos principales.