REDES INDUSTRIALES

Integrantes:

Bernardo Prieto

Fernando Moreno

Javier Agudelo

Introducción

El uso de redes industriales se ha extendido en los últimos años.

Conectan sensores, actuadores, PLC’s, etc.

Existen una amplia variedad de redes (INTERBUS, Profibus, CAN, CC bus, CAN, CC Link, ControlNet, DeviceNet, SDS, Ethernet, Device/World FIP, LonWorks, Hart, Profibus PA).

Topologías

Niveles de comunicación

Redes de comunicaciones industriales 

Deben su origen a la fundación FieldBus (Redes de campo). La fundación FieldBus desarrolló un nuevo protocolo de comunicación para la medición y el control de procesos donde todos los instrumentos puedan comunicarse en una misma plataforma.

• Las comunicaciones entre los instrumentos de proceso y el sistema de control se basan principalmente en señales analógicas.

• Pero ya existen instrumentos digitales capaces de manejar gran cantidad de datos y guardarlos históricamente; su precisión es diez veces mayor que la de la señal típica.

FieldbusLa tecnología fieldbus (bus de campo) es un protocolo de comunicaciones digital de alta velocidad creada para remplazar la clásica señal tales como:

DCS (Sistema de Control Distribuido)

PLC (Controladores Lógicos Programables)

La arquitectura fieldbus conecta estos instrumentos con computadores que se usan en diferentes niveles de coordinación y dirección de la planta.

Tecnología de buses de campo

Físicamente podemos considerar a un bus como un conjunto de conductores que conectan conjuntamente varios circuitos para permitir el intercambio de datos. Contrario a una conexión punto a punto, donde solo dos dispositivos intercambian información.

Características buses de campo

Interconectividad: Equipos de diferentes fabricantes pueden ser conectados a un mismo bus con seguridad.

Interoperabilidad: Posibilidad de conectar elementos de diferentes suministradores.

Intercambiabilidad: Equipos de cualquier procedencia pueden ser reemplazados por equipos funcionalmente equivalentes de otras procedencias.

Tipos de busesASI (Actuator Sensor Interface):Es el bus más inmediato en el nivel de campo y más sencillo de controlar. Consiste en un bus cliente/servidor con un máximo de 31 participantes que transmite por paquetes de solo 4 bits de datos. Es muy veloz, con un ciclo de 5 ms aproximadamente. Alcanza distancias de 100 m o hasta 300 m con ayuda de repetidores.

Tipos de buses

BITBUSEs el más difundido en todo el mundo; es del tipo cliente/servidor y admite como máximo 56 clientes; el paquete puede transmitir hasta 43 bytes de datos y 100 mts de distancia.

Profibus (PROcess FIeld BUS)Es el estándar europeo en tecnología de buses; se encuentra jerárquicamente por encima de ASI y BITBUS, trabaja según procedimiento híbrido token passing (una sola estación puede transmitir en determinado instante), y dispone de 31 participantes hasta un máximo de 127 componentes. Su paquete puede transmitir un máximo de 246 bytes, y el ciclo para 31 participantes es de aproximadamente 90 ms. Alcanza una distancia de hasta 22300 m.

Clasificación de las redes industrialesBuses actuadores y sensores:

Inicialmente se usan un sensor y un bus actuador en conexión simple, dispositivos discretos con inteligencia limitada, como un fotosensor, un swicht limitador o una válvula solenoide, controladores y consolas terminales.

Buses de campo y dispositivos calientesEstas redes se distinguen por la forma como manejan el tamaño del mensaje y el tiempo de respuesta. En general, estas redes conectan dispositivos inteligentes en una sola red distribuida.Estas redes ofrecen altos niveles de diagnóstico y capacidad de configuración, generalmente al nivel del poder de procesamiento de los dispositivos más inteligentes. Son las redes más sofisticadas que trabajan con control distribuido real entre dispositivos inteligentes.

Componentes de las redes industriales

En grandes redes industriales, un simple cable no es suficiente para conectar el conjunto de todos los nodos de la red. Deben definirse topologías y diseños de redes para proveer un aislamiento y conocer los requerimientos de funcionamiento.

Bridge:Con un puente la conexión entre dos diferentes secciones de red, puede tener diferentes características eléctricas y protocolos; además puede enlazar dos redes diferentes.

Repetidor:El repetidor o amplificador es un dispositivo que intensifica las señales eléctricas para que puedan viajar grandes distancias entre nodos. Con este dispositivo se pueden conectar un gran número de nodos a la red; además, se pueden adaptar a diferentes medios físicos como cable coaxial o fibra óptica.

Componentes de las redes industriales

Gateway:Un Gateway es similar a un puente, ya que suministra interoperabilidad entre buses y diferentes tipos de protocolos; además, las aplicaciones pueden comunicarse a través de él.

EnrutadoresEs un swicht "enrutador" de paquetes de comunicación entre diferentes segmentos de red que definen la ruta hacia donde se transmite la información.

Ethernet industrial

engloba el uso de la tecnología Ethernet para aplicaciones de control y automatización en un ambiente industrial.

incluyen la capacidad de supervisar las transmisiones de datos, la existencia de servicios públicos (como Telnet) que se utilizan para configurar el equipo y reconfigurarlo, una capacidad para cargar programas de dispositivos de control desde una ubicación central.

Diseñado para trabajar en ambientes hostiles (temperaturas extremas, humedad, atmosferas agresivas, vibraciones).

Reduce los problemas de ruido eléctrico.

Características Ethernet industrial Determinismo: capacidad de garantizar que un paquete es

enviado y recibido en un determinado período de tiempo, es un importante objetivo para el diseño de las redes industriales.

Redundancia: Las redes Ethernet Industrial deben ser altamente confiables y seguir en funcionamiento durante duras condiciones ambientales, interrupciones accidentales de red y fallas de los equipos. La caída de una red puede ser peligrosa y cara.

Características Ethernet industrial

Multicasting: IP multicast permite a un host o fuente enviar paquetes a otro grupo de hosts (llamados "receptores") en cualquier lugar dentro de la red IP.

Monitoreo: permite observar dentro de la operación activa de la red para tipos y cantidades de tráfico esperado. Igualmente importante es la identificación del uso inesperado de la red, para identificar fugas de la empresa a las redes de la fábrica. 

Seguridad de redes Ethernet

Encriptación propia de las normas ieee 802.11

Sistema de cifrado RC4.

La clave se ingresa manualmente en clientes inalámbricos y acces point.

Estas características no asegura la privacidad por tanto debieron ser mejoradas.

Mejorando la seguridad

Implementando redes privadas virtuales (VPN).

Uso de algoritmos de encriptación con claves dinámicas.

Uso de algoritmos de encriptación a nivel de aplicación.

Autenticación mutua de dispositivos para impedir que un cliente sea engañado por un acces point no autorizado.

Uso de esquemas de seguridad en capa de enlace de datos y capa de red

Conectores y cableado en Ethernet industrial

Primeros Sistemas Ethernet de Siemens utilizaban el estándar 10BASE5.

Conectores:

Tipo D tipo Screw N

Conectores y cableado en Ethernet industrial

Conectores RJ-45 y cables UTP cat 5/5E basada en los estándares

10BASET y 10BASETX son vulnerables a situaciones como:

Temperaturas extremas.

Contacto con petróleo y otros fluidos.

Radiación ultravioleta.

Interferencia electromagnética.

Vibraciones.

Carga mecánica (fuerzas externas).

Conectores y cableado en Ethernet industrial

En la actualidad se utilizan:

conectores tipo DB o DB-submin

Conectores M12 de 8 polos

(estándar IEC 61076)

Ampliamente utilizado en aplicaciones fieldbus y de automatización

Conectores y cableado en Ethernet industrial

Los conectores M12 y cables trenzados apantallados (STP) ofrecen

inmunidad ante:

Humedad.

Polvo.

Corrosión.

Interferencias electromagnéticas.

Radiación ultravioleta.

Temperaturas extremas (-40°C a 75°C).

Vibración mecánica.

Beneficios de la red industrial

Visualización y supervisión de todo el proceso productivo.

Programación a distancia.

Posibilidad de intercambio de datos entre sectores y departamentos del proceso

Reducción de costo en cableado y cajas de conexión.

Aplicable a todo tipo de sistema de manufactura.

Reduce los tiempos de instalación.

Facilidad de testeo y diagnostico de problemas.

Mayor distancia.

Gracias por su atención!