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Bus de campo

Interconectando el nivel de campo con buses de campo


Las redes industriales pueden ser complejas. Ya en los años 80, estaba claro que el control digital de un sistema requería una comunicación lo más libre de errores posible entre los participantes en el sistema. Por tanto, para automatizar gradualmente un sistema, hay que conectar el mayor número posible de dispositivos al control del sistema. Sin embargo, el mayor número posible de dispositivos solía suponer un trabajo de cableado muy elevado, ya que el cableado siempre se realizaba en paralelo y todos los participantes se conectaban individualmente al control.


El deseo de disponer de cableado en serie siguió creciendo. La tecnología de bus de campo introducida en ese momento comunicaba a través de un solo cable y transfería información, en forma de bits, uno tras otro en lugar de en paralelo.  
Un bus de campo es un sistema de bus que conecta sensores y actuadores para intercambiar información con una computadora de control (PLC). Esto significa que se crea una conexión de datos desde un PLC a diferentes participantes del dispositivo utilizando cables de bus.

Más información sobre sensores, actuadores y el nivel de campo

La mayoría de los buses de campo se basan en el proceso maestro-esclavo. El maestro se encarga del control del proceso, mientras que los esclavos realizan las tareas de comunicación que se les asignan.


En la Parte 1, la norma internacional IEC 61158 (Redes de comunicación industrial – Especificaciones de bus de campo) define el concepto detrás de los buses de campo y, en sus demás partes, estandariza los diversos sistemas que pueden implementarse con buses de campo. 

Una solución conveniente: los beneficios de la tecnología bus de campo


Los buses de campo solo se comunican a través de un ÚNICO cable. Esto ofrece las siguientes ventajas:

VentajaExplicación
SimplicidadLa comunicación se realiza a través de UN solo cable, lo que hace que el proyecto de planificación para la instalación de un sistema de bus de campo sea rápido y sencillo. Un solo cable significa menos trabajo de instalación y tableros de control simplificados.
ConfiabilidadLos trayectos de señal cortos dentro del sistema de bus de campo aumentan la confiabilidad de la comunicación. La ruta de comunicación maestro-esclavo crea casi automáticamente una protección contra las colisiones.
Protección contra fallas

Un sistema de bus de campo ofrece una mayor protección contra las interferencias, especialmente con valores analógicos.
Además, debido a la simplicidad del sistema, la detección y solución de fallas se puede implementar fácilmente en caso de averías.

EstandarizaciónLos protocolos para los sistemas de bus de campo están estandarizados y pueden funcionar con diferentes dispositivos de distintos fabricantes. Como cliente, no necesita comprometerse con un único fabricante.
FlexibilidadEl sistema puede ampliarse fácilmente y los sensores y actuadores pueden añadirse con flexibilidad.
ReequipamientoLa tecnología de bus de campo suele estar bien integrada en los sistemas Ethernet, lo que permite cambiar de tecnología con facilidad.

Sin embargo, las ventajas de la tecnología de bus de campo se contrastan con sus desventajas.
Estas incluyen tiempos de respuesta más largos y costos más elevados, ya que los componentes individuales de bus de campo son considerablemente más costosos que los componentes alternativos para sistemas de comunicación.

La elección correcta: propiedades de los buses de campo


La elección de un sistema de bus de campo rara vez se basa en criterios técnicos, sino más bien en el tipo de controlador lógico programable (PLC) utilizado. Por ello, todos los fabricantes de PLC favorecen y optimizan la tecnología de bus de campo para sus aplicaciones, de modo que los sensores y actuadores puedan intercambiar información sin interferencias ni retrasos.

Todos los buses de campo tienen la misma función básica de transmisión cíclica de datos de entrada y salida. Las diferencias técnicas entre los distintos sistemas de bus de campo son:

  • Longitud máxima del cable
  • Número máximo de bytes de datos por paquete de datos
  • Alcance de las funciones
  • Forma de la topología (por ejemplo, estrella, anillo, árbol)
  • Medio de transmisión (cobre, fibras ópticas, inalámbrico)

Comunicación orientada a paquetes mediante estándares de protocolos de bus de campo


Para que los dispositivos de campo puedan comunicarse con sus controladores y viceversa, se requiere un lenguaje común. Las condiciones marco para una comunicación sin fallas se definen y estandarizan en los llamados protocolos (de red).

Información básica sobre normas de protocolo

En función de los requisitos técnicos que deba cumplir una red en su entorno de aplicación, pueden utilizarse distintos sistemas de bus.

Las siguientes secciones abordan tanto el cableado S/A simple (que conecta sensores y actuadores entre sí) como buses de campo más complejos (que establecen una red entre dispositivos periféricos descentralizados y dispositivos de control).

Descubra más sobre los principales estándares de protocolo para la tecnología de buses de campo a continuación:

Cableado sencillo de sensores y actuadores


Si necesitas conectar sensores y actuadores convencionales a niveles superiores de la red, generalmente están disponibles cables S/A de cobre, así como una variedad de componentes de bus. En el caso del cableado simple de sensores/actuadores, sólo se transmiten niveles de tensión o corrientes simples. No hay comunicación orientada a paquetes a través de protocolos.

AS-i (Actuator Sensor Interface) es el único sistema Bus de Campo estandarizado a nivel mundial para el nivel inferior de proceso. Utilizando solo un puerto y un único cable con dos fibras amortiguadas, este sencillo sistema de conexión puede interconectar hasta 31 sensores y actuadores/módulos AS-i con el nivel de control.
En este contexto, el cable AS-i no solo se encarga del intercambio de datos, sino también del suministro de energía a los dispositivos esclavos. Aquí puede alcanzarse una velocidad de transmisión cíclica de ≤ 5 ms con una longitud de cable de 100 m. Como resultado, este estándar abierto de la industria (que no está ligado a un fabricante específico) permite un cableado rápido y eficiente en la automatización industrial, lo que en última instancia reduce costos.

La AS International Association e.V. promueve la expansión y estandarización del protocolo AS-i. LAPP es miembro de esta asociación y participa activamente en el desarrollo del estándar.

Cableado de red más complejo


PROFIBUS (Process Field Bus) es un estándar de comunicación por bus de campo y uno de los principales buses de campo del mundo en la actualidad. Permite el intercambio cíclico de datos entre los dispositivos del nivel de campo inferior (dispositivos periféricos descentralizados, esclavos) y las unidades de control de nivel superior (maestros centrales). Ahora se ha convertido en un protocolo de comunicación clave utilizado en la tecnología de fabricación, así como en la tecnología de procesos y la ingeniería. El sistema maestro-esclavo puede utilizar tanto cables de par trenzado como cables de fibra óptica.
El sucesor PROFINET, con su solución Ethernet, alcanza mayores velocidades.
LAPP Kabel es miembro de la organización de usuarios PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. (PNO) y participa activamente en el desarrollo de PROFIBUS.
Se utilizan principalmente las dos variantes siguientes de PROFIBUS.

PROFIBUS DP
La comunicación mediante bus de campo en la tecnología de manufactura puede gestionarse mediante una configuración mono-master o un sistema multi-master (donde varios maestros están conectados a un bus). Los maestros consultan la información de entrada de los esclavos en intervalos cíclicos y devuelven la información de salida. El sistema PROFIBUS

DP está disponible en distintas versiones:

  • DP-V0 para comunicación cíclica,
  • DP-V1 adicionalmente para comunicación acíclica,
  • DP-V2 permite adicionalmente la funcionalidad en tiempo real isócrono, el uso de marcas de tiempo y la comunicación entre esclavos (slave-to-slave).

PROFIBUS DP ofrece una velocidad de transmisión de 12 Mbit/s y puede combinar hasta 126 dispositivos (maestros y esclavos) en una red.

PROFIBUS PA
PROFIBUS PA se utiliza para la comunicación en la automatización de procesos. Dado que la potencia está limitada, PROFIBUS PA es ideal para su uso en atmósferas potencialmente explosivas. La velocidad de transmisión de 31,25 kbit/s permite largos trayectos por cable y un alto grado de resistencia a las interferencias electromagnéticas.

Los nombres de los productos compatibles con PROFIBUS de las gamas UNITRONIC® (para cables) y EPIC Data (para conectores PLUG) de LAPP incluyen la designación "BUS DP" para PROFIBUS DP y "PA" para PROFIBUS PA.

El estándar CANopen ha tomado el sistema de bus de campo CAN (Controller Area Network), originalmente desarrollado para la industria automotriz, y lo ha ampliado para incluir un perfil de comunicación. Esto convierte a CANopen en un estándar de protocolo abierto para su uso no solo en la tecnología de automatización, sino también en muchas otras industrias, como la medicina, los ferrocarriles, entre otras, predominando su aplicación en Europa.

En el sistema serial CAN, los datos se intercambian en forma de telegramas, tanto de manera cíclica como basada en eventos, y este intercambio es gestionado a través de las dos primeras capas del modelo OSI. Los participantes en la red con igual estatus transfieren independientemente sus mensajes al bus a una velocidad de transmisión de datos segura de hasta 1 Mbit/s, a través de un cable de 40 m de longitud. En el proceso, los datos se intercambian en tiempo real.

En el sistema CANopen de nivel superior, se integra una capa de aplicación para proporcionar un perfil de comunicación. Mediante interfaces normalizadas, este perfil es capaz de abordar individualmente los perfiles de dispositivos y aplicaciones de las clases de dispositivos utilizados en la red. En consecuencia, el perfil de comunicación controla qué telegramas se utilizan para intercambiar qué datos del dispositivo.

CANopen es mantenido por CiA (CAN in Automation).

En Asia, CC-Link es el principal estándar abierto de la industria con características determinísticas destacadas, utilizado para el intercambio de datos entre el control y el nivel de fabricación. Está disponible en diferentes variantes. En la variante estándar, CC-Link es un sistema de bus de campo que permite una velocidad de transmisión de datos de hasta 10 Mbit/s en una longitud total de cable de 100 m, así como la comunicación en tiempo real con hasta 64 dispositivos de la red. Como la distancia de transmisión puede ampliarse hasta 1.200 m con una velocidad de red inferior, CC-Link también es adecuado para aplicaciones a gran escala. La estructura simple de este estándar es suficiente para una amplia gama de tareas en la tecnología de automatización. Esta tecnología de red también se utiliza cada vez más en Europa, ya que los productos compatibles con CC-Link de distintos fabricantes pueden integrarse muy fácilmente.

Encontrará más información sobre la variante basada en Ethernet de CC-Link en CC-Link IE .

CC-Link está estandarizado por la organización de usuarios CLPA (CC-Link Partner Association).

LAPP es miembro de la CLPA y participa activamente en el desarrollo de CC-Link.

PROFINET

Más información

Como extensión inteligente: IO-Link


IO-Link es la primera tecnología IO estandarizada a nivel mundial y se utiliza para la comunicación entre sensores y actuadores. Esta tecnología está normalizada internacionalmente y definida en la norma IEC 61131-9.

La tecnología se basa en la comunicación punto a punto mediante una conexión sensor-actuador de 3 conductores. IO-Link no es un bus de campo, sino una tecnología de conexión. Es independiente del bus de campo y puede integrarse en todos los buses de campo. Un sistema IO-Link consta de un maestro y uno o varios dispositivos (sensores y actuadores). El maestro actúa como interfaz con el PLC central y controla los dispositivos conectados. Gracias a la comunicación bidireccional, IO-Link permite realizar diagnósticos avanzados de sensores y actuadores. Esto permite, por ejemplo, el mantenimiento a distancia de los dispositivos.

IO-Link se caracteriza por su alta velocidad de transmisión de 4,8 kBaud, 38,4 kBaud y 230,4 kBaud. Los datos se envían rápidamente uno tras otro mediante el protocolo IO-Link. La tecnología de conexión requiere poco espacio y permite así miniaturizar la comunicación inteligente entre el sensor y el actuador.