FACTORIAS

FACTORIAS e instalan en los departamentos de administración, contabilidad, administración, ventas, marketing, inventarios/Volumen de datos elevado./Tiempo de respuestas no críticos./Comunicaciones mediante Ethernet.

PLANTA

Comunica los departamentos de ingeniería y diseño directamente con el departamento de producción/ Manejan mensajes de cualquier tamaño/ Deben gestionar eficazmente los errores de transmisión/ Deben cubrir áreas extensas (en ocasiones Km)/ Comunicaciones mediante Profinet e industrial Ethernet.

CÉLULA

Interconectan dispositivos de fabricación que operan en modo secuencial.(PLC´s, robots…)/Manejan mensajes cortos eficientemente./Manejar tráfico de eventos discretos./Redes fiables. Deben de recuperarse ante eventos anormales con rapidez. Disponen de mecanismos de control de errores en la transmisión. Posibilidad de establecer prioridad en los mensajes. El coste de instalación de nuevos nodos debe ser bajo Comunicaciones mediante (los mas usados): Profibus-DP/PA/FMS, CAN.

CAMPO

Las mismas características que la red de célula./Manejan eventos en tiempo real./ Capacidad para conectar un controlador con cualquier dispositivo sensor/actuador. Son de pequeño tamaño (no suelen tener mas de 64 nodos). Según la cantidad de información que se envía hablamos de buses de dispositivos (~bytes) o buses sensor/actuador (~bits). Comunicaciones mediante (los mas usados): ASi, Profibus-DP/PA.

HART (Highway Addressable Remote Transducer)

Diseñado para ampliar las comunicaciones con los instrumentos de medición y control. Protocolo sencillo, robusto, de uso abierto y gratuito, siendo aplicable a todo tipo de industrias de proceso. Proporciona comunicación digital bidireccional con dispositivos de campo inteligentes utilizando simultáneamente dos canales de comunicaciones. Protocolo de comunicación maestro-esclavo, donde el esclavo solo contesta a petición del maestro.

Interbus

Red de sensores/actuadores distribuidos para sistemas de fabricación y control de procesos continuos. Método de comunicación maestro-esclavo y su topología más común es en anillo. Un sistema basado en Interbus está compuesto por una tarjeta de control, instalada en un PC industrial o en un autómata programable que comunica con un conjunto de dispositivos de entrada/salida.

EIB (European Installation Bus)

Sistema orientado a la domótica y el control de dispositivos eléctricos para la automatización de edificios.

DeviceNet

Serie de macros y funciones orientadas a la comunicación sobre CAN. Como máximo 64 nodos y una distancia máxima entre ellos de 100-500 m. Topología en bus con posibilidad de dropline.

Bases de supervisión y gestión.

Ethernet Industrial: Estándar establecido en el mundo TIC para el intercambio de datos. Bus empleado en la parte alta de la pirámide de automatización. Gran volumen de datos pero no es un bus determinista. 3 modos de direccionamiento: punto a punto, multipunto o broadcast. Originalmente topología árbol, pero actualmente con elementos como hubs o switches se permiten otras tipologías. Amplia variedad de Hardware. La red industrial debe garantizar que la respuesta ante cualquier evento tendrá lugar en un tiempo adecuado. El usar protocolos no propietarios permiten la interconexión de sistemas de automatización de diferentes fabricantes.

Carencias de Ethernet:

No es inmune al ruido EM. Falta de robustez en entornos agresivos o zonas intrínsecamente seguras. Bus no determinista. Imposibilidad de alimentación a dispositivos finales. Falta de adecuación a estándares de determinados sectores industriales. Falta de seguridad tanto en electrónica de red como en el dispositivo final. Ethernet es un protocolo muy diferente a los estándares industriales, siendo difícil mantener la compatibilidad con dispositivos industriales previos.

ProfiNet (Process Field Network):

Es el estándar abierto de Ethernet Industrial de la asociación Internacional de Profibus (PI) según IEC 61784-2. Está basado en Ethernet Industrial (Sinec H1, Siemens AG 1985). Utiliza IEEE 802.3, 802.11 y TCP/IP. Permite utilizar Ethernet en tiempo real (Perfil RT). Permite utilizar Ethernet de manera determinista (Perfil IRT): Aplicaciones de Motion Control. Permite una integración homogénea de los sistemas de bus de campo. Ámbitos de aplicación: Aplicaciones de tiempo real. Motion Control. Seguridad. Diagnóstico. Seguridad de acceso en red. Procesos distribuidos. Instalación de red completa. Soluciones inalámbricas.

CIM

CIM es una metodología de trabajo y una filosofía de diseño de los sistemas de automatización, producción y gestión, orientada a la mejora de los niveles de calidad y a la optimización en los procesos de fabricación. CIM es la integración de todo el proceso de fabricación (diseño, fabricación, control, gestión, etc.) en un sistema automatizado informatizado. Combinación de equipos, programas, bases de datos y sistemas de comunicación para una mejora de calidad, flexibilidad en los procesos y adaptabilidad.

Objetivos:

Mejorar la productividad global de la fábrica. Mejorar la calidad y el tiempo de diseño y fabricación. Flexibilidad para producir pedidos particularizados. Planificación eficaz de los recursos para reducir los costes de producción, mantenimiento, personal, etc. Reducir stocks. Implementación de acciones comerciales y de marketing eficaces. Optimizar las comunicaciones entre los diferentes departamentos de la empresa.

Rueda CIM

Describe las áreas funcionales de una empresa de fabricación: Anillo exterior: Tareas administrativas y de gestión comunes en una compañía de negocios Anillo interior: Funciones relacionadas con el rendimiento operacional de la compañía: Automatización de planta. Planificación y control de fabricación. Análisis de la producción. Núcleo: Arquitectura integrada de sistemas y administración de recursos de información. Comunicaciones y bases de datos comunes

Procesos continuos:

Sistemas de fabricación en los cuales el modelo de proceso es continuo, tanto en el tiempo como en el procesado de los materiales. No se pueden parar fácilmente y el flujo de material es continuo (líquidos, gas, alambre, tubería de plástico, etc.). Suelen manejar magnitudes de tipo continuo y gradual (temperatura, flujo, caudal, presión, nivel, etc). Productos continuos que luego se seccionan y suelen ser materia prima para otros procesos. Como procesos continuos automatizados podemos destacar los procesos químicos, farmacéuticos, metalúrgicos… Estos procesos continuos se automatizan normalmente con PCs industriales, PLCs de alta capacidad, DCS (distributed control systems) y sistemas de supervisión SCADA. Los procesos continuos están condicionados temporalmente por la respuesta del lazo de realimentación que suele tener ciclos normales y/o lentos.

Procesos discretos:

El proceso de fabricación se realiza de manera secuencial, normalmente por partes, por eventos o por hitos. Se van ensamblando componentes en el proceso de producción hasta obtener el producto terminado. Por ejemplo, chips de memoria, ruedas, volante, etc. Se denominan discretos porque se suelen manejar mayormente magnitudes digitales, las acciones son discretas y el flujo de material es también discreto. Como procesos discretos automatizados podemos destacar la automoción, la aeronáutica, los computadores… Los productos involucrados suelen ser los PLCs, las Pantallas (HMI), los accionamientos como variadores, servos, servomotores, motores lineales o también los robots industriales, y los paquetes de software para diseño e ingeniería del proceso discreto. Los procesos discretos presentan transmisiones muy rápidas y pueden precisar incluso conexiones punto a punto (más rápidas que la red).

Procesos por lotes o batch processing:

Sistemas de fabricación en los que los productos van separados en lotes a medida que avanzan por el proceso de producción, donde pasan por diferentes estaciones de trabajo. Los controladores de los procesos por lotes suelen ser equipos preparados para mantener distintas recetas y suelen fabricar diversos productos. En cada lote puede modificarse la materia prima y las herramientas, aunque suelen tener operaciones comunes y repetitivas. Además, para cada lote se debe gestionar su aplicación y hacer el seguimiento y control de cada edición. Normalmente se produce a demanda. Ejemplos: industria textil, calzado, industria farmacéutica, fábrica de pinturas… Los productos involucrados suelen ser los PLCs, las Pantallas (HMI), los accionamientos como variadores, servos, servomotores, motores lineales o también los robots industriales, y los paquetes de software para diseño e ingeniería del proceso discreto. Los procesos por lotes al ser híbridos precisan tanto ciclos lentos como rápidos, por lo que el sistema de comunicaciones debe de ser flexible.

Modelo ISO

La International Standards Organization (ISO) especificó el modelo de referencia ISO/OSI para describir las redes de comunicación y sus diferentes partes (1984). En un intercambio de datos entre equipos a través de un sistema de bus es preciso definir el sistema de transmisión y el método de acceso, así como informaciones relativas al establecimiento de los enlaces. Este modelo propone una estructura de 7 niveles o capas para intentar reducir la complejidad de estos sistemas. Cada capa debe realizar una función bien definida y puede ser modificada internamente sin afectar al resto. En función de la complejidad y aplicación, pueden haber sistemas de comunicaciones que no requieran emplear todas las capas. El modelo ISO/OSI sirvió de base para la estandarización de protocolos e interfaces de comunicaciones. El modelo define 7 capas, donde cada una de ellas tiene una función específica.

CAPA 1 –Capa física:

Medio físico de transmisión. Test de errores a nivel de bit. Esta nivel realiza la conexión física entre dispositivos y procura la transmisión transparente de bits a través del soporte físico en el orden definido por el nivel de enlace (capa 2). Se definen las características eléctricas y mecánicas de la línea de transmisión (bus), así como conectores o medios de enlace hardware. Es decir, define la topología física y como se conectan los dispositivos. Convierte los bits en señales físicas y define también los sistemas de modulación y demodulación de la señal transmitida/recibida. Utiliza señales de control que determinan la temporización (transmission rate) y orden de transmisión. Además, realiza una sincronización y diagnóstico de errores a nivel de bit (señal de recepción OK). Esta capa es siempre necesaria.

CAPA 2- Capa de enlace de datos

Método de acceso. Gestión de colisiones. Limitación de los bloques de datos, transmisión asegurada, detección y eliminación de errores. Este nivel tiene como función asegurar la transmisión de la cadena de bits entre dos sistemas. Principalmente de formar las tramas y asegurarse del envío/recepción. Es la encargada de recoger los datos del nivel de red (capa 3) y dividirlos en paquetes más manejables para formar las tramas (frames) de envío añadiendo datos de control. También impone los métodos de direccionamiento, detección y recuperación de errores, reenvío de tramas perdidas y regulación del tráfico (flow control) en cuanto a velocidades de transmisión entre el emisor y el receptor. Este nivel se divide en dos subniveles: Logic Link Control (LLC, control lógico del enlace): regula el tráfico y controla los errores Medium Access Control (MAC, control de acceso al medio): añade una cabecera a las tramas con la dirección física del emisor y el receptor. Esta capa es siempre necesaria.

CAPA 4- Capa de trasnporte

Establecimiento/disolución de enlace. Formación, repetición y clasificación de paquetes. Este nivel tiene como misión ofrecer al usuario un enlace entre nodos fiable, entregando el mensaje completo con una determinada calidad de servicio (QoS, quality of service) La conexión puede dividirse en segmentos para hacerla más rápida (varias conexiones al nivel de transporte) o para enviar mensajes largos. Mientras la capa de red trata los paquetes de forma independiente, la capa de transporte trata el mensaje completo y asigna un orden a los paquetes. El receptor después ordena los paquetes para formar el mensaje completo. Encargado del establecimiento del enlace de transporte, la transmisión de datos y la disolución del enlace. Proporciona mecanismos de control de flujo en múltiples enlaces y de congestiones de tráfico entre procesos. Los protocolos de esta capa son Transmission Control Protocol (TCP) y User Datagram Protocol (UDP) Esta capa es siempre necesaria. MAC- Control de acceso al medio. Se utiliza para determinar que nodo accede al medio de transmisión en un momento determinado para enviar o recibir mensajes. Estos modelos de gestión se enmarcan en el nivel de enlace de datos (capa 2I S O / OSI) y constituye la topología lógica de una red. En conexiones punto a punto no se hace necesario el uso de técnicas de control de acceso al medio ya que normalmente se dispone de un canal de recepción y otro de emisión (full duplex). Por el contrario en sistemas basados en bus, donde existen varios nodos compartiendo el mismo medio de transmisión, es necesario resolver los posibles problemas de utilización que puedan existir. técnicas de repartición: A cada nodo se le asigna una fracción de la unidad total del canal de transmisión. Estas técnicas son eficientes si los nodos demandan servicios con regularidad y las necesidades de cada nodo son fijas. FDMA. TDMA. CDMA. SDMA.