Red Industrial Interbus

Interbus

Es un bus de conexión para la interconexión de sensores y actuadores. Las partes claves de interbus han sido estandarizadas en Alemania por la DKE (Deutsche Elektrotechnische Kommission para DIN y VDE). En 199, se publico la norma DIN E 19 258. Esta norma cubre los protocolos de transmisión y los servicios que necesita para la comunicación de datos de proceso. Las especificaciones para la transmisión de parámetros han sido publicadas en el DIN Report 46 (1995).

Interbus se basa en un esquema de 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 formando un camino cerrado. El anillo principal es la 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.

Objetivo

 

Por medio de este informe se abordaran aspectos de la primer red industrial, INTERBUS  es la primer innovación tecnológica con respecto a comunicación en automatización generando instalaciones más practicas para el dueño y el operario, por tal motivo se toman aspectos básicos como son sus componentes, topología entre otras más.

 Topología

En el sistema INTERBUS  la tarjeta de conexión adopta la función de maestro. Controla el tráfico de datos en el INTERBUS, independientemente del sistema por autómata u ordenador en el que se halle integrada.

Hay tarjetas de conexión disponibles para los más variados sistemas de control y ordenadores.

Tareas de las tarjetas de conexión:

Caracteristicas de Interbus

Transferencia de los datos de salida a los módulos de salida

Recepción de los datos de entrada de los módulos de entrada

Monitorización del INTERBUS

Indicación de errores al sistema host–Indicación de mensajes de diagnóstico–

Control del protocolo cíclico de E/S

Bus remoto

(Remote Bus) El bus remoto conecta una tarjeta de conexión con participantes de bus remoto y los participantes de bus remoto propiamente entre sí.

Participante de bus remoto

Participantes de bus remoto son cabeceras de bus, determinados módulos de E/S o una forma mixta de ambos. Cada uno cuenta con una fuente de alimentación externa, así como con un aislamiento eléctrico potencial res-pecto al segmento INTERBUS saliente.

La cantidad máxima de participantes de bus remoto en el INTERBUS está limitada a 254.

Derivación de bus remoto

 Una derivación de bus remoto es una ramificación del bus remoto. Una derivación se acopla al tramo principal del bus remoto mediante una cabecera de bus especial. La cabecera de bus posibilita la conexión y desconexión del ramal del segmento de bus.

Topologia de la Red de Interbus

Cabecera de bus

Para estructurar y configurar una estación modular de E/S se conecta en primer lugar una cabecera de bus al bus remoto del INTERBUS. Una cabecera de bus fragmenta el sistema y permite así la desactivación de ramales concretos estando a plena marcha.

Una cabecera de bus debe recibir su alimentación de tensión independientemente de la línea, es decir, no ha de desconectarse la tensión al desconectar una parte de la planta o instalación cuando el sistema de bus en su conjunto debe seguir funcionando. Si se corta el aporte de tensión de alimentación de una cabecera de bus, se parará el sistema y se activará un mensaje de fallo para el segmento de bus.

Tareas de la cabecera de bus:

Renovar la señal de datos (función de repetidor)

Aislamiento eléctrico potencial de los segmento de bus entre sí

Segmento de bus

Un segmento de bus está formado por una cabecera de bus, incluidos los módulos E/S conectados a ella. La línea previa forma también parte del segmento.

Módulos de E/S

Los módulos de entrada y salida (módulos de E/S) forman la unión entre INTERBUS y los sensores y actuadores.

Caracteriscticas principales del conductor de Interbus

Dispositivos físicos

Un bus es un sistema para la transmisión de datos, señales y, dado el caso, tensión de alimentación entre varios dispositivos (participantes, estaciones de automatización) a través de un sistema conductor común. Para los datos transmitidos, la conexión de los dispositivos y el intercambio de los datos entre los distintos dispositivos rigen condiciones acordadas y protocolos vigentes para el intercambio de datos. Se hace uso del concepto “bus” independientemente de la topología, p. ej. línea, cadena o anillo, estrella, etc.

Bus local: El bus local conecta participantes de bus local entre síy con una abecera de bus. Se ramifica a partir del bus remoto a través de una cabecera de bus. Un bus local forma parte del segmento de su cabecera de bus. Dentro de un bus local no se permiten derivaciones. Existen diferentes variantes de ejecución:

Bus local ST (conecta módulos ST)

Bus local de instalación (conecta módulos de INTERBUS Loop)

Bus local Inline (conecta módulos INTERBUS-Inline)

Bus local periférico de fibra óptica (conecta módulos de la serie de módulos planos)

Memoria de parametrización

La memoria de parametrización es una memoria que sirve para el almacenamiento de manera residente en la tarjeta de conexión de datos de parametrización y diagnóstico. Formas constructivas:

EEPROM fijo (EPROM flash)

Tarjeta EEPROM insertable

Tarjeta de memoria insertable (SRAM en búfer

 

Convertidor de Medios

El módulo IBS OPTOSUB-MA/M/R-LK-OPC(-2MBD) adapta la interfaz remota de INTERBUS a fibra de polímero. Mediante este adaptador le resultará posible equipar una tarjeta de conexión INTERBUS con una interfaz de fibra óptica.

El adaptador es un participante de bus, ya que el mismo está dotado de un chip de protocolo de INTERBUS (IBS SUPI 3 OPC). En este participante de bus viene implementado el diagnóstico óptico.

El bus local de instalación conecta entre sí a los participantes de bus local de instalación. Existen diferentes ejecuciones: INTERBUS-Loop e INTERBUS-Loop 2.Bus local IP 65

Bus local de instalación

Bus remoto El bus remoto conecta los participantes de bus remoto entre sí y con la tarjeta de conexión. Los participantes aquí conectados deben ser alimenta-dos con tensión externamente (ver también bus remoto de instalación).

Bus remoto de instalación El bus remoto de instalación es una variante del bus remoto. En el bus remoto de instalación se conduce, junto a los cables individuales para la transmisión de datos, la tensión de alimentación para los sensores y la electrónica modular de los módulos de E/S conectados. La tensión se introduce en el bucle a través de una cabecera de bus. Desde el punto de vista de su topología, el bus remoto de instalación es una derivación de bus remoto apropiada para la estructuración de las subestaciones distribuidas espacialmente. En estas subestaciones pueden conectarse directamente sensores y actuadores.

Distancias

Un rasgo distintivo de interbus es que las líneas de envió y recepción de datos están contenidas dentro de un bus o árbol. Típicamente, la capa  se basa en el estándar RS-485. Debido a la estructura de anillo y a que es necesario transportar la masa de las señales lógicas. Con velocidad de transmisiones de 500 Kbits, pueden alcanzarse distancias de hasta 400 m entre  dispositivos. Cada dispositivo incorpora una función de repetidor que permite extender el sistema hasta una longitud total de 13 Km Para facilitar el funcionamiento de Interbus, el número máximo de estaciones esta limitado a 512.

Entre los participantes de bus remoto son de validez las limitaciones de sistema del sistema de INTERBUS

Variantes de distancia con respecto al material usado

Si se emplean cables de cobre, la distancia del bus remoto en su totalidad podrá llegar a ser 12,8 km, desde la tarjeta de conexión hasta el último módulo de bus remoto conectado. Pueden conectarse hasta un máximo de 254 participantes de bus remoto. Entre dos participantes de bus remoto los cables de cobre podrán cubrir una distancia máxima de 400 m.

Si se emplean líneas de fibra óptica, con fibras de polímero de tendido fijo podrá cubrirse una distancia máxima entre dos participantes de bus remoto de 50 m. Si se utilizan fibras de polímero flexibles es posible cubrir 35 m.

 

Protocolos y Redundancias

El protocolo de transmisión de Interbus se estructura en 3 capas que se corresponden con capas del modelo OSI. La capa 1 es la capa física, etc. La capa 2 se corresponde con la capa de enlace. Garantiza la integridad de los datos y permite el soporte de 2 tipos de datos, por una parte los 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. El control de acceso al medio se encuadra dentro de los mecanismos TDMA ( Time Division Multiple Acces), eliminando asi 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 de 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 control, fueron realizadas simultáneamente.

Este mecanismo también reduce la sobrecarga con información correspondiente al protocolo, con lo que la eficacia que se alcanza también es alta.

La trama se forma por concatenación de los datos de cada estación. De esta 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 de 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 cn una secuencia de datos que contien una palabra de loopback seguida de los datos de salida de los distintos dispositivos, en la línea de salida. Durante el envio de datos, el flujo de retorno, entra el maestro como flujo de entrada. Tras el envio de la trama completa, se envía un CRC de 32 bits. Debido a la estructura de conexiones punto a punto, el calculo siempre se hace entre cada 2 nodos, por lo que no es necesario dar una vuelta completa al anillo.Por ultimo se envía una palabra de control para indicar el estado de cada dispositivo  (detección de errores de transmisión, etc.) Si no hubo errores comienza un nuevo ciclo.

Además de los ciclos de datos, también hay ciclos de identificación. Este ciclo permite la administración del bus. Cada dispositivo tiene un código de identificación en los que el maestro comienza a leer en orden, la identificación de los dispositivos conectados. En función de estas lectura se configura la trama que circulara en el ciclo de datos. Desde el punto de vista físico Interbus funciona según su procedimiento asíncrono de arranque y parada. Se envía una cabecera que contiene información adicional como por ejemplo los delimitadores de trama, código de función y tipo de mensaje, junto con 8 bits de datos adicionales. Los momentos de inactividad se ocupan con mensajes de estado. No contienen datos de la capa de enlace y solo sirven para garantizar una actividad permanente en el medio de transmisión. Si dicha actividad se interrumpe durante mas de 20 ms, se interpreta por todos los dispositivos como una caída del sistema. En respuesta a esta situación, los dispositivos se desconectan de la  red y van a un punto seguro definido con antelación.

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. El uso de técnicas de acceso directo a memoria evita el uso de servicios que necesitan grandes bloques de datos, lo que facilita la consecución del tiempo real. El acceso desde ordenadores se realiza mediante drivers.

Identificación

Cada participante de INTERBUS tiene un código ID (código de identificación), para poder así ser identificado por la tarjeta de conexión.

El código de ID especifica de qué tipo de participante se trata. Informa de si se trata de un módulo analógico o digital, o bien de una cabecera de bus, si es un módulo de entrada o de salida y si se trata de un participante PCP. Usa el byte de menor valor dentro del código del participante.

Código de longitud El código de longitud especifica la cantidad y la forma de representación de los datos de proceso (bit, cuarteto, byte, palabra). Usa el byte de mayor

valor dentro del código del participante.

Código del participante El código del participante es una palabra de datos para la señalización de las características de un participante INTERBUS. Consta de código de longitud (byte de mayor valor) y código de ID (byte de menor valor).

 Software

IBS CMD sustituye superficies específicas de fabricante para la configuración, supervisión/monitorización y diagnóstico de instrumentos de campo. Las funciones complejas para la aplicación en órdenes superiores a los aparatos concretos están compiladas de forma clara. Todos los aparatos pueden ser parametrizados, operados y diagnosticados desde una estación central.

IBS CMD está disponible para tarjetas de conexión INTERBUS de la generación 3 y generación 4, en diferentes versiones. Puesto que IBS RL SYS PRO UM SP sólo es aplicable con una microprogramación a partir de la versión 4.4x, se tomará a quien consideración sólo la generación 4.

 

IBS CMD G4 es un software que hace posible una planificación, manejo y diagnóstico interactivo, y con independencia del sistema de control que se use, de todos los aparatos conectados a un sistema INTERBUS. IBS CMD es compatible con PCs estándar en entorno MS WINDOWS®y puede ser utilizado para multitud de tarjetas de conexión de iNTERBUS. El acoplamiento del PC con la tarjeta de conexión se realiza a través de la

interfaz serie de ésta (RS-232).El programa IBS CMD está subdividido en tres partes de programa, las cuales podrá operar Vd. en el siguiente orden:

Configuración (Configuration) Con la ayuda de los mandatos del menú de configuración en el IBS CMD podrá diseñar Vd. una estructuración/configuración del bus completa para

una instalación dada, pudiendo configurar todos los participantes conectados al INTERBUS. Podrá, p.ej. añadir nuevos aparatos o buscar determinados participantes. Es posible asignar direcciones a los canales de entrada y salida de los participantes del bus. Podrá agrupar segmentos de bus individuales para constituir grupos. Existe además la posibilidad de comprobar la estructuración/configuración del bus antes de su puesta en

marcha.

Monitorización/supervisión(Monitoring)Con la ampliación del programa "Monitor" pueden monitorizarse todos los participantes conectados para su supervisión y actuación sobre los mismos. Estando la instalación a plena marcha pueden indicarse los estados de periferia de los aparatos conectados y modificarse los estados de salida.

Las funciones de diálogo permiten una puesta en marcha parcial de la instalación. Podrá probar partes concretas de la instalación por separado sin que estén aún instalados todo el sistema de bus y el sistema de control.

Diagnóstico(Diagnostics) El estado de operación "Diagnóstico" le ofrece ayuda para la localización y subsanación de fuentes de fallos en el sistema, tanto durante la puesta en marcha como al dar servicio de reglaje a la instalación. Aquí está incluida, p. ej., la detección de participantes de bus defectuosos.

Podrá además actuar y recibir informaciones cualitativas y cuantitativas sobre la calidad de la transmisión del sistema de bus durante la operación del mismo.

Monitoreo

En los módulos con conexión de fibra óptica se supervisa y monitoriza la potencia emisora durante el funcionamiento, reajustándose para mantenerse dentro de unos límites, dado el caso (diagnóstico óptico).

Las salidas se supervisan individualmente (diagnóstico de canal derivado o individual), mientras que las entradas se supervisan en grupos de cuatro (diagnóstico de grupo).

En los módulos con conexión de fibra óptica se determina la calidad del tramo o línea de transmisión y se reajusta dentro de unos límites dados (diagnóstico óptico). Gracias a esta función de diagnóstico es posible detectar un posible empeoramiento en el tramo de transmisión antes de que se produzcan fallos en la transmisión o se interrumpa la misma. Esta calidad de la transmisión se presenta como información del control. Si, en la transmisión óptica, se alcanza  sobrepasa la reserva de sistema de -3 dB, la interfaz afectada transmitirá un aviso al control (aviso MAU). Además, la información sobre la calidad de la transmisión se visualizará en el módulo en el que comience la línea de transmisión.

Visualizacion de Fallas

Conclusión:

La red industrial de Interbus fue el primer paso para una nueva generación  dentro de la automatización industrial, pues hasta antes de ella toda la comunicación entre dispositivos era por medio convencional, e incluso en tantos años desde su creación sigue siendo utilizada por más de 700 desarrolladores de tecnología a nivel mundial, eso nos demuestra que la tecnología con cada innovación avanzan mas y mas, y es por ello que los proveedores no pueden quedarse al margen.