Introducción
Uno de los sistemas de bus de campo más extendidos del mundo
es INTERBUS. Asume dos funciones en la técnica de automatización. Por un lado,
INTERBUS transmite datos entre el PLC (mando programable con memoria), el
software o, por ejemplo, controles de robots. Por el otro lado, el sistema
conecta actuadores, sensores, paneles de mando y accionamientos en el campo.
El sistema INTERBUS es un desarrollo propio de Phoenix
Contact. Desde 1987 está disponible en la técnica de la automatización. El
sistema abierto se ha establecido ya como transmisión en serie de datos en el
ámbito de los sensores/actuadores.
INTERBUS es un sistema de bus de campo normalizado: cumple
las normas europeas EN 50254, la internacional IEC 61158 y la nacional DIN
19258.
Método de acceso al medio
El control de acceso al medio se encuentra dentro del
mecanismo TDMA (Time Division Multiple Access), eliminando así la posibilidad
de colisiones. Cada dispositivo tiene reservado un slot de tiempo adecuado para
su función dentro del sistema. El tiempo de ciclo es la suma de los tiempos
asignados a cada dispositivo. Pueden definirse slots adicionales para la
transmisión de bloques de datos en modo conexión. De esta forma pueden enviarse
grandes bloques de datos a través de interbus, sin alterar el tiempo de ciclo
para los datos de proceso. Otra ventaja importante que incorpora este tipo de
control de acceso al medio, es que todos los elementos insertan sus datos en el
bus simultáneamente lo que garantiza que las mediciones en las que se basan los
bucles de controlen, fueron realizadas simultáneamente.
Este mecanismo también reduce la sobrecarga con información
correspondiente al protocolo, con lo que la eficiencia que se alcanza es alta.
La trama se forma por concatenación de los datos de cada
estación, de forma física se realiza mediante un registro, cada dispositivo se
une al anillo mediante un registro cuya longitud depende de la cantidad de
información que debe transmitir. Los datos provenientes de las distintas
estaciones van llegando al master en función de su posición dentro del anillo.
Cada ciclo de transmisión comienza con una secuencia de datos que contiene la
palabra de loopback seguida de los datos de salida de los distintos
dispositivos, en la línea de salida. Durante el envío de datos, el flujo de
retorno entra el maestro como flujo de entrada. Tras el envío de la trama
completa se envía un CRC de 32 bits. Por último se envía una palabra de control
para indicar el estado de cada dispositivo.
Diagrama/topología
Interbus es instalado en el sistema automatizado como un simple circuito de línea
compacto siguiendo una dirección. Un tablero de control
proporciona la interface entre un PLC o una PC industrial (IPC) e
Interbus. El sistema de bus conecta todos los componentes de I/O presentes en
el sistema (conocidos también como dispositivos INTERBUS) con el sistema
control/computadora a través de una tarjeta controladora.
Interbus transmite tanto bit de datos como
finales de carrera o dispositivos de conmutación (datos de
proceso) como programas complejos o registros de datos de
dispositivos de campo inteligentes (datos de parámetros) con el mismo nivel de
eficiencia y seguridad. La siguiente figura muestra la estructura básica de un
PLC Interbus.
Interbus se basa en un esquema maestro-esclavo. El maestro
del bus actúa simultáneamente como interfaz con los niveles superiores de la
jerarquía de comunicaciones. La topología es de anillo, es decir, todos los
dispositivos están conectados formando un camino cerrado. El anillo principal
es el que parte del maestro, aunque pueden formarse otros anillos para
adaptarse a la estructura particular de cada sistema. Este tipo de conexiones
se lleva a cabo mediante unos equipos denominados módulos terminadores de bus.
Un rasgo distintivo de interbus es que las líneas de envía y
recepción de datos están contenidas dentro de un mismo cable que une todos los
dispositivos. De esta forma, el sistema tiene el aspecto físico de un bus o un árbol.
Típicamente la capa física se basa en el estándar RS-485. Debido a la
estructura de anillo y a que es necesario transportas la masa de las señales lógicas.
La estructura punto a punto de interbus y su división de
anillo principal y anillos es ideal para la incorporación de distintos medios
de transmisión en distintas zonas de la planta si esto fuese necesario, la
estructura de anillo ofrece dos ventajas. La primera es que permite el envío y recepción
simultánea de datos (full duplex). En segundo lugar, la capacidad de
autodiagnóstico del sistema se ve mejorada, ya que la conexión de cada nodo a
la red es activa.
Para facilitar la detección de errores y la puesta en marcha
del sistema, interbus permite la desconexión transparente de los subanillos
conectados al anillo principal. El direccionamiento se basa en la posición física
de cada sistema dentro del anillo, aunque opcionalmente se dispone de la posibilidad
de empleo de direcciones lógicas para acceder a dispositivos individuales
independientemente de su posición.
Medios físicos y distancias
Interbus requiere de un cable de 5 hilos para interconectar
dos estaciones. Con velocidades de transmisión de 500 kbits, pueden alcanzarse
distancias de hasta 400m entre dispositivos. Cada dispositivo incorpora una
función de repetidor que permite extender el sistema hasta una longitud total
de 13km. Para facilitar el funcionamiento de interbus el número máximo de
participantes está limitado a 512.
Protocolo de comunicación
El protocolo de transmisión de interbus se estructura en
tres capas que se corresponden con capas del modelo OSI.
La capa 1 es la capa física. Especifica aspectos como la
velocidad, modos de codificación de la señal física, etc.
La capa 2 se corresponde con la capa de enlace. Garantiza la
integridad de los datos, por una parte los datos correspondientes a procesos
cíclicos y por otra parte datos que aparecen asíncronamente. La capa de enlace
es determinista, es decir, garantiza un tiempo máximo para el transporte de
datos entre dispositivos.
La tercera de las capas de interbus corresponde a la capa de
aplicación. En el maestro se ejecuta de forma cíclica un programa que actualiza
continuamente los datos correspondientes a los distintos procesos conectados a
la red y los deja accesibles para el sistema de control, de modo que por
ejemplo un PLC puede acceder a ellos de forma sencilla mediante instrucciones
de entrada/salida.
Identificación de dispositivos o participantes de Interbus
Un dispositivo INTERBUS contiene tres registros que son
conectados en paralelo. E / S de datos es transferido mediante el registro de
datos. El tipo de dispositivo INTERBUS se define en el registro de
identificación. Esto permite al maestro
del bus identificar los dispositivos y
la topología de bus, así como llevar a cabo se direccionamiento. Los datos se
guardan utilizando el CRC16 registro (redundancia cíclica cheque), donde la
transmisión de datos correcto está chequeado.
Velocidades de transmisión
La velocidad de transmisión bruta de datos es
500kBit/s y la velocidad de transmisión neta de datos es 300kBit/s. Para
aplicaciones especiales con cable de fibra óptica, es posible alcanzar
velocidades de transmisión de datos de 2Mbit/s. El número de usuarios se limita
a 512.
Redundancias
Los sistemas redundantes son aquellos en los que se
repiten aquellos datos o hardware de carácter crítico que se quiere
asegurar ante los posibles fallos que puedan surgir por su uso continuado.
Se presenta como una solución a los problemas de protección
y confiabilidad. Este tipo de sistemas se encarga de realizar el mismo proceso
en más de una estación, ya que si por algún motivo alguna dejara de funcionar o
colapsara, inmediatamente otro tendría que ocupar su lugar y realizar las
tareas del anterior
La verificación
por redundancia cíclica (CRC) es un código de detección de errores usado
frecuentemente en redes digitales y en dispositivos de
almacenamiento para detectar cambios accidentales en los datos. Los
bloques de datos ingresados en estos sistemas contiene un valor de
verificación adjunto, basado en el residuo de una división de
polinomios; el cálculo es repetido, y la acción de corrección puede tomarse en
contra de los datos presuntamente corruptos en caso de que el valor de
verificación no concuerde; por lo tanto se puede afirmar que este código es un
tipo de función que recibe un flujo de datos de cualquier
longitud como entrada y devuelve un valor de longitud fija como salida.
El término suele ser usado para designar tanto a la función como a su
resultado. Pueden ser usadas como suma de verificación para detectar
la alteración de datos durante su transmisión o almacenamiento.
Las CRC son populares porque su implementación en hardware binario es
simple, son fáciles de analizar matemáticamente y son particularmente
efectivas para detectar errores ocasionados por ruido en
los canales de transmisión. La CRC fue inventada y propuesta por W.
Wesley Peterson en un artículo publicado en 1961.
Es útil para detección de errores, pero, en condiciones
de seguridad, no podemos confiar en que el CRC puede verificar plenamente que
los datos son los correctos en caso de que se hayan producido cambios
deliberados y no aleatorios.
Software de administración
Como resultado de la independencia del fabricante, un sistema
de bus para abiertas, arquitecturas de control flexible debe proporcionar al
usuario un concepto para una universal y, por encima de todo, el funcionamiento
y el diagnóstico de un sistema independiente del fabricante. La configuración,
puesta en marcha del sistema y software de diagnóstico CMD (Configuración
Diagnóstico Monitoreo) se ha desarrollado para INTERBUS. Las características
más importantes de este programa son la independencia del sistema de control
utilizado y la flexibilidad con respecto a programar expansiones, nuevas
funciones y add-on de programas. El DRIVE-COM grupo de usuarios, por ejemplo,
ofrece add-on de programas para la parametrización de las unidades de acuerdo
con el perfil DRIVECOM.
CMD para todas las fases: CMD es una herramienta utilizada
durante todo el ciclo de vida de una planta, desde la planificación y
configuración, a través de arranque del sistema para supervisión de operación,
y finalmente el diagnóstico en caso de mantenimiento. Para el usuario esto
elimina los costos y el esfuerzo de aprender a utilizar varias herramientas de
software.
El software CMD permite al usuario determinar la
configuración del sistema INTERBUS durante la fase de configuración. Los puntos
E / S se pueden asignar direcciones o variables lógicas, a través del cual el
programa de control será más fácil
acceder a la E / S distribuidas.
Durante el inicio del sistema, una prueba funcional del
sistema se puede realizar utilizando una función de monitor integrado.
Las funciones de diagnóstico proporcionan continuamente la
información detallada sobre el estado del bus, indican las causas de los
errores, y sugerir remedios.
Monitoreo
El monitoreo del sistema INTERBUS se efectúa automáticamente
después del arranque. En caso de fallo, se indican los datos de diagnóstico a
través de la carátula frontal y del registro de diagnóstico.
El sistema INTERBUS se gobierna por medio de un registro funcional. Mediante la
puesta de una salida pueden dispararse funciones de diagnóstico y de mando
(p.ej. borrar indicaciones de diagnóstico, acuse de recibo de fallos de módulo,
controlar el número de módulos, arranque del sistema).
Respaldo de los participantes Interbus y PLC
El módulo de copia de seguridad backup proporciona copia de seguridad.
Un controlador valida la información de
control crítica con el controlador primario. Ambos controladores consumen
información de entradas y hacen conexiones a salidas, pero sólo el controlador
primario controla las salidas. Si el controlador primario se desactiva, el
controlador secundario establece control de las salidas.
El módulo de comunicación de copia de respaldo (backup)
PLC-5 (1785-BCM) ayuda a aumentar la tolerancia de fallo de sistemas de
controlador programable PLC-5 que controlan E/S en una red universal de E/S
remotas al proporcionar copia de seguridad del controlador programable.
Conclusión
En los últimos años las aplicaciones industriales basadas en
comunicación digital se han incrementado haciendo posible la conexión de
sensores, actuadores y equipos de control en una planta de procesamiento. El desarrollo
de las redes industriales ha establecido una forma de unir dispositivos como
autómatas programables, sensores, actuadores, etc., aumentando el rendimiento, permitiendo la
programación a distancia.
Referencias
