Los Buses de Campo: directo al grano

19 Julio 2010

 

El control de un proceso extenso y complejo se divide en varios niveles de automatización. La arquitectura del sistema está orientada a las prestaciones de los diferentes equipos y facilita el manejo del conjunto gracias a una asignación puntual y claramente delimitada de tareas, así como a interfaces definidas para el intercambio de datos.

De aqui en adelante,trataremos los diferentes niveles de automatización en una planta industrial, describiendo las funciones que deben cumplir en la red y los equipos que lo integran, así como, la definición de algunas redes genéricas.

 

 

BUS BE CAMPO (FIELDBUS)

 

Muchas veces el escuchar hablar de "fieldbus" (bus de campo) es relacionarlo con "una red con características propias", que nos permite conectar dispositivos de campo ubicados en plantas industriales, con el fin que conversen entre ellos.

 

En cierta medida es cierto, pero no es la definición más adecuada para fieldbus (bus de campo).

 

Entonces... ¿Cómo podríamos definir fieldbus (bus de campo)?


Primero, es necesario definir lo que es campo. El "campo" es el área de producción o fabricación; es decir, el área donde se localizan las máquinas y transmisores, junto con sus sensores (nivel, presión, temperatura, entre otros) y actuadores (válvulas, solenoides, relés, lámparas, entre otros).

 

FIELDBUS o bus de campo, se refiere a tecnologías de comunicación y protocolos usados en automatización y control de procesos industriales. La tarea del bus de campo es comunicar los sensores y actuadores con sistemas inteligentes como los PLC y las computadoras, de manera que la información que ellos puedan brindar pueda recorrer el sistema de información de toda la planta.

 

Fig. 3.1 Actuadores y sensores en un proceso industrial

 

El bus de campo debe cumplir estrictamente con los requerimientos de modularidad, seguridad, flexibilidad, resistencia a interferencias, facilidad de instalación, mantenimiento y programación. Además, un bus de campo debe cubrir principalmente dos aplicaciones diferentes:

 

- El control secuencial de las maquinarias o fábricas; donde la protección contra el peligro de explosión no es un factor crítico. Se caracteriza por tiempos de reacción cortos, elevada velocidad de transmisión y longitud de bus de hasta 300 metros.

 

- El control de procesos; donde la protección contra los peligros de explosión debe ser ¡ntrínsicamente segura. Es posible tener ciclos de tiempo de 100 ms para control y se puede cubrir distancias mayores a 1 500 metros.

 

 

Y ¿qué tipos de buses de campo existen?

 

Existen buses de campo "propietarios" y "abiertos".

 

BUS DE CAMPO PROPIETARIO

 

Son aquellos sistemas que se caracterizan por su restricción :de componentes a los productos de un solo fabricante, por lo tanto, no existe compatibilidad con productos de otros fabricante.

 

Una de las ventajas principales de estos buses de campo cerrados o propietarios es que tienen bajo requerimiento de configuración y puesta a punto, ya que todos los componentes se obtienen de un solo fabricante y por lo tanto están estandarizados. La desventaja es la dependencia de los productos y precios a un fabricante.

 

 

BUS DE CAMPO ABIERTO

 

Los buses de campo abiertos son todo lo contrario. Son sistemas que facilitan la comunicación entre dispositivos de diferentes fabricantes sin necesidad de adaptaciones adicionales. En pocas palabras, los usuarios podrán usar o desarrollar productos basados en estos buses de campo abiertos a un costo razonable y sin mucho esfuerzo. Existe una completa disponibilidad de herramientas y componentes hardware y software.

 

 

Pero sigamos...

 

Un bus de campo debe permitir por lo menos tres cosas:

 

- Interconectividad: los equipos de diversos fabricantes pueden ser conectados en forma segura al bus.

- Interoperatibilidad: es la habilidad para la conexión de diversos elementos de diversos fabricantes,

- Intercambio: los equipos de un fabricante pueden ser reemplazados con una funcionalidad equivalente por equipos de otros fabricantes.

 

La interconectividad es el común denominador. Si la interoperatibilidad no puede ser lograda, la misma operación del bus de campo es limitada y tal bus de campo se convierte en una opción poco útil. La última meta es la capacidad de intercambio. Esto sólo puede ser posible si las especificaciones son completas y se cuenta con un apropiado sistema de pruebas y validación de los equipos.

 

 

... Hemos definido un bus de campo y sabemos que ios haf de dos tipos: cerrados y abiertos, pero ¿POR QUE USAR UN BUS DE CAMPO?

 

Si se selecciona correctamente un bus de campo para una determinada aplicación se puede ofrecer al usuario muchas ventajas tangibles e intangibles.

 

- Reduce la complejidad del sistema de control en términos de hardware. Permite reducir la cantidad de equipos de control, tales como: PLC, DCS, hardware, etc. Esto a su vez, reduce la necesidad de instalar grandes cabinas de control para tales equipos. Como el cableado es drásticamente reducido en el campo, la cantidad de accesorios de montaje también se reduce drásticamente. Todo esto implica un ahorro directo y muy significativo de costos.

 

- Al reducir los requerimientos de hardware, también se reducen los tiempos de instalación y requerimientos de mano de obra. La ¡mplementacíón física de las instalaciones es mucho más rápida. Además, las funciones de diagnóstico de fieldbus identifican cualquier error en las conexiones.

 

- Debido a que se reduce la complejidad del sistema de control, la etapa de diseño (Ingeniería) se desarrolla en menor tiempo y por tanto el costo es menor. La necesidad de diseñar complicados esquemas de control y de cableado se simplifica significativamente.

 

- Las modificaciones futuras,  actualizaciones o ampliaciones son fácilmente implementadas y a un costo menor.

 

- Al seleccionar un sistema reconocido, abierto y bien establecido, el equipo de campo de su planta puede ser intercambiable con equipos de otros fabricantes sin preocuparse por problemas de incompatibilidad.

 

- Los tiempos de parada y pérdidas de producción son reducidos porque los procedimientos de diagnóstico y corrección de fallas del sistema fieldbus permiten tomar acciones rápidamente.

 

 

... Y ¿qué opciones de bus de campo existen actualmente?

 

En la actualidad existen muchas opciones. Algunos fabricantes han desarrollado sistemas basados en la tecnología disponible (como la interfaz RS-232 ó el protocolo MODBUS) con las limitaciones existentes. Otras compañías, sin embargo, han desarrollado nuevos y más poderosos estándares que ofrecen el manejo de mayores cantidades de información a mayor velocidad que MODBUS. Un ejemplo de ellos, es PROFIBUS.

 

Podemos listar aquellas que son de gran popularidad. Algunas de ellas son bus de campo completamente definidos, otras son solamente tecnologías básicas. Algunos son sistemas propietarios y otros son de arquitectura abierta.

 

Los siguientes buses de campo son considerados obsoletos; con un buen pasado, pero sin mucho futuro:

 

• Modbus.

• HART.

• Data Highway.

• Data Highway Plus.

 

Algunos sistemas con mejor rendimiento:

 

• Profibus DP.

• Modbus Plus..

• FIPIO

• SINEC.

• Omron Sysmac.

• Profibus FMS.

• Allen-Bradley Remote I/O.

• DeviceNet.

• AS-I.

• FIP.

• Smart Distribuited System.

 

Fig. 3.2 Ejemplo de buses de campo

 

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado ingeniero especializado en Control, Automatizacion e Instrumentación Industrial. Con mas 9 años de experiencia desarrollando proyectos y manteniendo sistemas de control en diversas plantas industriales. Soy director y webmaster de InstrumentacionyControl.NET y de MyAutomationClass.com. Cualquier consulta o comentario lo puedes hacer en la parte de abajo y escribiendo nuestro foro: http://instrumentacionycontrol.net/foros/.

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