Redes Industriales: Topologías y Protocolos Clave (LAN, ASi, PROFIBUS)

Redes LAN

Las topologías básicas son:

• Estrella: Todas las estaciones conectadas a un nodo central, por el que pasan todos los datos. Estación central como maestra.
• Anillo: Conectadas en lazo cerrado. La fiabilidad y velocidad quedan condicionadas por la peor de las estaciones.
• Bus: Unidas entre sí por líneas compartidas. La capacidad del bus limita el número de estaciones. Es la más usada.

Estructura de las LAN

Control de Acceso al Medio

Maestro-Esclavo: El maestro inicia la comunicación; el esclavo solo contesta cuando el maestro pregunta. El maestro envía mensaje y recibe respuesta.

La transacción es de dos tipos:

• Consulta-Respuesta: El maestro transmite el mensaje que lleva una dirección del esclavo que debe recibirlo.
• Difusión sin Respuesta: Enviar datos a todos a la vez.

El medio más utilizado es el bus, que puede tener:

• Control Centralizado: Una estación maestra que da el paso.
• Control Descentralizado: Cada una dispone de un turno de ocupación.

Protocolos de Nivel Red/Transporte

La familia TCP/IP es la más utilizada, permitiendo interconectar de modo fiable equipos totalmente heterogéneos.

Nivel de Red

El más conocido es el IP. Es un protocolo de nivel 3 que se encarga de hacer circular los paquetes procedentes del nivel 4, para lo que añade las direcciones IP del origen y del destino, lo que permite el encaminamiento de los mismos. No es fiable.

Nivel de Transporte

Protocolos como TCP (nivel 4) permiten la entrega fiable de datagramas, que es la subdivisión de la información a enviar.

Redes AS-Interface (ASi)

El sistema electrónico de control se conecta al canal de comunicaciones ASi mediante un procesador de comunicaciones denominado Principal (Master). Los dispositivos de campo se conectan al canal y reciben el nombre de Subordinados; solo responden a órdenes.

Características de las Redes ASi

• Distancia: Máx. 100m, se puede alcanzar 300m con repetidores.
• Cableado y Alimentación: Además de la comunicación a través de un único cable de 2 hilos, da alimentación a los sensores y actuadores de bajo consumo. Reduce el cableado al mínimo y es fácil de instalar, no necesita programación.
• Conectividad: Se pueden conectar PLC con módulo maestro ASi o, por pasarela, conectarlo a buses de nivel superior como PROFIBUS.
• Estructura Maestro/Esclavo: ASi tiene un maestro único, pero existe la posibilidad de conectar 31 esclavos que pueden ser interfaces de bus. Garantiza la modularidad.
• Niveles OSI: Responde a los niveles físico, enlace y aplicación del modelo OSI.
• Dispositivos de Seguridad: Se pueden conectar a la red dispositivos de seguridad en el trabajo.

Detalles Técnicos ASi

• Cable de Conexión: Se recomienda cable plano con guía de posicionamiento y perfil que impide la inversión de la polaridad al conectar.
• Modulación APM: Debido a que el valor medio debe ser nulo y el ancho de banda limitado.
• Control de Acceso al Medio: Solo puede haber un procesador principal que se comunica de forma cíclica con los subordinados (consulta-pasiva-respuesta-pasiva).

PROFIBUS

Puede considerarse un sistema de comunicaciones industriales formado por una familia de protocolos que comparten aspectos como el modelo OSI y se diferencian en el nivel de aplicación.

Variantes de PROFIBUS

• PROFIBUS DP (Decentralized Periphery): Bus de campo para transferencias de información en el nivel de proceso. Alta velocidad y bajo coste. Diseño similar al ASi.
• PROFIBUS PA (Process Automation): Bus de campo para realizar las transferencias de información entre los sistemas electrónicos de control y los sistemas de instrumentación. Velocidad inferior al DP y la alimentación a los procesadores de comunicación a través de un par de hilos.
• PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification): Transferencia de información en los niveles de estación, célula e incluso fábrica.

Tipos de Conexión PROFIBUS

En PROFIBUS, las conexiones que se pueden establecer son de tipos bidireccionales, multicast o broadcast.

Técnica de Transmisión PROFIBUS

Utiliza técnica de transmisión asíncrona.

La codificación es NRZ.

Control de Acceso PROFIBUS

Las estaciones pasivas no pueden intercambiar datos excepto si están autorizadas para ello.

Control de acceso por testigo.