U3 t5 fieldbus foundation eai

Universidad de Oriente
Núcleo Monagas
Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas
Departamento de Ingeniería de Sistemas
Cursos Especiales de Grado
Área: Automatización y Control de Procesos Industriales
Estrategias para Automatización Industrial (EAI
Comunicación industrial. Protocolos industriales. (3)
(Fieldbus)
Unidad III -CONTROL, COMUNICACIÓN, SUPERVISIÓN Y MONITOREO
Tutor de Seminario: Integrantes:
Ing. Judith Devia Marcano Spréa, Estefani Carolina
C.I: 20 646 564
Paris Acuña, Iliana Gabriela
C.I:22 968 567
Equipo OPC
Maturín, Febrero de 2016

ÍNDICE
INTRODUCCIÓN .................................................................................................................3
MARCO TEÓRICO ..............................................................................................................4
1. Fieldbus Foundation.................................................................................................4
2. Comunicación en Fieldbus Foundation .................................................................4
3. Beneficios de Fieldbus Foundation........................................................................5
4. Desventajas de Fieldbus Foundation ....................................................................6
5. Tecnología de Fieldbus Foundation.......................................................................6
6. Configuración del sistema .......................................................................................7
DISCUSIÓN ..........................................................................................................................9
CONCLUSIONES ..............................................................................................................11
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...............................................................................12

INTRODUCCIÓN
Uno de los aspectos más importante a tomar en cuenta dentro de la vida
humana es la comunicación. Dentro de las industrias la comunicación entre sus
elementos debe ser esencial, para ello existen los protocolos de comunicación.
Por sus características pueden ser de diferentes tipos, pero con el mismo fin, que
toda la información que suceda dentro del proceso sea transmitida al operador
encargado de la supervisión del mismo.
Uno de estos protocolos de comunicación se llama Fieldbus, desarrollado por
Foundation Fieldbus, es uno de los protocolos más que permite la eficiencia y
eficacia dentro de la comunicación de todos los elementos que interactúan dentro
del proceso. Sus características muestran la capacidad que Fieldbus posee, entre
ellos su comunicación bidireccional, velocidad de transmisión. Dentro de la
siguiente investigación se consideran: su definición, sus tipos de comunicaciones,
ventajas, desventajas, configuración, entre otros.

4
MARCO TEÓRICO
1. Fieldbus Foundation
Fieldbus Foundation (FF) es un protocolo bidireccional para redes industriales,
específicamente utilizado en aplicaciones de control distribuido. Puede comunicar
grandes volúmenes de información, ideal para aplicaciones con varios lazos
complejos de control de procesos y automatización. Está orientado principalmente
a la interconexión de dispositivos en industrias de proceso continuo. [1]
Fieldbus es un sistema de comunicación, que se da en dos maneras: digital y
serial el cual interconecta los equipos tales como: sensores, actuadores,
controladores. Fieldbus es una red de área local para instrumentos usados en la
automatización de procesos de fabricación con capacidad para distribuir a la
aplicación de control a través de la red. (Tejada 1999) [2]. Además de ser una
organización independiente sin fines de lucro, su tecnología se basa en los
estándares de la IEC (International Electrotecnical Comisión) e ISA International
Society for Measurement y Control). [3]
2. Comunicación en Fieldbus Foundation
 Foundation H1:Es un protocolo de comunicación bidireccional que
funciona a 31,25 Kb/s y normalmente permite conectar con dispositivos de
campo (sensores, actuadores, válvulas, luces de control, dispositivos de
E/S, etc.) y para sistemas de control, este fue diseñado específicamente
para la automatización de proceso. H1 proporciona capacidad de
comunicación y alimentación mediante un sistema de dos cables. [4]
o Los principales beneficios son los siguientes:
o Reducción de cableado
o Múltiples canales en un mismo canal
o Fácil integración y un mantenimiento más sencillo [5]
 Foundation HSE (High Speed Ethernet): El HSE Ethernet de alta
velocidad. Funciona a 100 Mb/s y normalmente permite conectar
controladores de alta velocidad como, por ejemplo, PLC, varios
subsistemasH1 (a través de un dispositivo de enlace), servidores de datos y
estaciones de trabajo. Es ideal para su uso como columna vertebral de
control. Soporta todas las capacidades de bus del campo, incluidos los
bloques de función estándar y descripciones de dispositivos (DDS), así
como la aplicación específica de módulos función flexible (FFBs) para el
proceso de avanzada y discretos / híbridos / lote aplicaciones.

5
F HSE soporta complejas funciones lógicas, como las realizadas por
controladores lógicos programables (PLC), o datos de proceso, tales como
analizadores e intercambio a otras redes. SMS facilita el acceso a la
tecnología de bus de campo H1 a través de dispositivos de enlace,
proporcionando al mismo tiempo ampliar las capacidades para la alta
velocidad y dispositivos de automatización híbrida / lote aplicaciones. [5]
3. Beneficios de Fieldbus Foundation
Instalación: Debido que la implementación es menos compleja, será posible
detectar fácilmente todos los instrumentos y la comunicación entre ellos,
permitiendo descubrir la fuente de cualquier falla, disminuyendo el tiempo de
depuración sistemas, además de permitir realizar en cada dispositivo diagnósticos
on-line, tales como: detección de cables abiertos, mantenimiento preventivo y
calibración de instrumento. Por otro lado, los valores de las medidas del proceso
estarán disponibles en el mismo instrumento. [6]
Interoperabilidad: La Fieldbus Foundation lo define como: la habilidad de
operar múltiples dispositivos, independientemente del fabricante, en el mismo
sistema, sin pérdida de funcionalidad. [8]
Mayor disponibilidad de la información: Fieldbus permite que múltiples
variables de un dispositivo puedan ser llevadas al sistema de control para ser
archivadas, análisis de tendencias, estudios de optimización del proceso y
generación de reporte. [7]
Visión expandida del proceso: Las capacidades de auto diagnóstico y
comunicación de los dispositivos de campo basados en microprocesador ayudan a
reducir los tiempos de parada y mejorar la seguridad de la planta. Ante la
detección de condiciones anormales o necesidad de mantenimiento preventivo,
personal de operaciones y mantenimiento pueden ser notificados. Esto permite
iniciar las acciones correctivas de una manera rápida y segura. [7]
Reducción de la cantidad de equipos: Foundation Fieldbus utiliza "Bloques
de Funciones" para implementar la estrategia de control. Estos bloques son
funciones de automatización normalizadas. Muchas funciones del sistema de
control como entrada analógica (AI), salida analógica (AO) y control Proporcional /
Integral / Derivativo (PID) pueden ser ejecutados por el propio dispositivo de
campo.

6
La distribución del control en los dispositivos de campo reduce la cantidad de
equipos de entrada/salida y control necesitados, incluyendo gabinetes y fuentes de
alimentación. [7]
Reducción del cableado: Fieldbus permite que muchos dispositivos se
conecten a un único par de hilos. Esto resulta en un menor cableado, menor
cantidad de barreras intrínsecas y gabinetes. [7]
4. Desventajas de Fieldbus Foundation
La confiabilidad de una implementación distribuida con instrumentación digital
Fieldbus es menor que la confiabilidad de una tradicional analógica, debido que en
la implementación distribuida existe mayor volumen de hardware, lo que
representa una más alta probabilidad de fallas. Los costos de inversión de una
implementación con instrumentación Fieldbus son en general mucho mayor que
los costos de una implementación con instrumentación tradicionales. La gran
inversión solo se justifica si el tamaño del proceso es grande o si existe la
perspectiva para un gran crecimiento. [6]
5. Tecnología de Fieldbus Foundation
La tecnología del Fieldbus Foundation consiste de tres partes
 El nivel físico
 Pila de comunicación
 Usuario de aplicabilidad
Para modelar estos componentes se usa el modelo de comunicaciones OSI
(Open Systems Interconnect). [2]
La pila de comunicación esta comprende por el conjunto de las capas
comprendidas desde 2 hasta la 7 en el modelo OSI. Fieldbus no usa las capas 3,
4,5 y 6. La subcapa de acceso de Fieldbus (FAS), accesa el FMS hacia la capa de
enlace de datos (DLL). El usuario de aplicación no es definido por el modelo OSI,
Fieldbus ha especificado un modelo de usuario de aplicación. Cada capa en el
sistema de comunicación es responsable de una porción del mensaje que es
transmitido. En cada capa se usan 8 bits, estos son usados en cada capa para
transferir la data del usuario. [2]
La capa física: Definida por el IEC y la ISA, esta capa recibe mensajes de la
pila de comunicación y convierte los mensajes en señales físicas en los medios de
transmisión de Fieldbus y viceversa. Las señales son codificadas usando la
técnica de Manchester Bi-fase-L. [2]

7
La señal es llamada “señal síncrona” por qué el reloj de información está
limitado en la tasa serial de datos. Los datos son combinaciones con la señal de
reloj para crear la señal de Fieldbus. El reporte de la señal interpreta una
transición positiva en el medio de un tiempo de bit como un valor lógico “0” y una
transición negativa como un valor lógico “1”. Las características especiales son
definidas por el preámbulo, delimitado de inicio y de final, donde el preámbulo es
usado por el receptor para sincronizar su reloj. [2]
Pila de comunicación: La capa 2 (enlace de datos, DLL) controla la
transmisión de mensajes dentro de Fieldbus. DLL administra el acceso al bus de
campo a través de un bus centralizado determinístico llamado Listado Activo de
Enlace (LAS). La cual es un subconjunto de estándar DLL IEC/ISA. Dos tipos de
dispositivos son definidos en la composición de la DLL que son [2]:
 Dispositivo básico (no es capaz de iniciar el LAS)
 Enlace maestro (capaz de iniciar el LAS) [2]
Comunicación fijada o establecida: En LAS tiene una lista de tiempo de
transición para todo los dispositivos que transmiten sus datos cíclicamente,
cuando esto debe ocurrir, el LAS exige que el dispositivo cumpla con su tarea
enviándole un mensaje de Dato Exigido (CD). En entonces, que el dispositivo hace
un broadcast, es decir publica el dato sobre el bus de campo. Cualquier dispositivo
que es configurado para recibir la data es llamado subscriptor. [2]
Comunicación no fijada o no establecida: El LAS otorga permiso a un
dispositivo para usar el bus de campo enviándole un mensaje de Ficha de Paso
(PT), cuando el dispositivo lo recibe inicia el envío de su mensaje hasta finalizar o
hasta que el “máximo tiempo de retención de ficha” lo permita. [2]
Usuario de aplicabilidad: Contiene los servicios y regula la trasferencia de
mensajes ente las aplicaciones del usuario y los diferentes instrumentos. Utiliza un
conjunto de comandos que se envían al transmisor para obtener información de
los datos y cambiar la configuración de los parámetros a distancia. Algunos de
estos comandos son [2]:
 Leer y escribir el mensaje
 Leer el fabricante, tipo de equipo, rango, unidad, variable prima, señal de
salida, % de rango, número de serie entre otras. [2]
6. Configuración del sistema
Las configuraciones de sistema Fieldbus consta de dos fases:

8
Diseño del sistema: El diseño del sistema es muy similar al diseño de los
sistemas de control distribuido, con las siguientes diferencias [2]:
 Muchos dispositivos pueden ser conectados a un solo cable.
 Cada dispositivo sobre el bus de campo puede tener un único tag de
dispositivo físico y una dirección de red correspondiente.
 Facilidad para distribuir algunos entradas/salidas (1/0) del sistema de
control hacia los dispositivos Fieldbus, así se puede reducir el número de
racks montados en los controladores y el equipo remoto 1/0 montado
necesitado para el diseño del sistema. [2]
Configuración de los dispositivos: después de que el diseño del sistema es
completado y los instrumentos han sido seleccionados, la configuración del
dispositivo es desempeñado pero conectado los bloques de función de entrada y
salida juntos en cada dispositivo como es requerido por la estrategia de control.
Luego de que todas las conexiones de los bloques de función y otras
configuraciones (nombre de los dispositivos, “tags” (número, direcciones) de los
lazos, proporción de la ejecución de los lazos) han sido ingresadas. La
configuración de los dispositivos genera la información para cada dispositivo
Fieldbus un lazo de único usuario puede estar configurado si hay un dispositivo de
campo que es único, esto permite contener la operación del lazo sin la
configuración del dispositivo o consola central. [2]
Conexión de bloques de función de entradas y salidas para la configuración de la
red. Fuente: [5]

9
DISCUSIÓN
Implementar un protocolo de comunicación significa para la industria la
conexión de todos los elementos que la conforman, para así supervisar todas las
etapas del proceso desde puntos establecidos. Una de las dudas que se tenían al
comenzar el diseño de un sistema de supervisión y control automatizado para la
unidad de ahumado de carnes animal era el cómo comunicar cada uno de los
elementos que conforman el mismo. Gracias a ésta investigación esa duda se ha
respondido. Es necesario un protocolo de comunicación para que lo que se quiere
suceda.
Tomando en cuenta lo anterior, el protocolo de comunicación brindado por
Foundation Fieldbus puede ser una de las opciones que se pueden implementar
para el diseño, considerando cuál de los dos tipos de configuración se debe
aplicar. Primeramente se debe cuestionar cual es el presupuesto establecido para
instalar el protocolo, cantidad de elementos, entradas y salidas del sistema, luego
ver distancias de los elementos, velocidad de transmisión. Debido a que no se
tiene un listado completo de todos los elementos, no se puede definir exactamente
la cantidad, pero se considera una cantidad grande ya que el mismo comprende
una serie de etapas cuya distancia y variables que se encuentran en el mismo son
diferentes, teniendo entonces que usa diferentes elementos para el control y
supervisión del mismo.
Como ya se ha mencionado la distancia también es un aspecto importante, lo
cual Foundation Fieldbus toma en cuenta y es posible por medio de este protocolo
la comunicación de cada uno de los dispositivos con un solo sistema de cableado,
no importa si el área de dosificación se encuentra a 50 o 60 metros del área de
reposo o el área de armado, favoreciendo así la implementación de Foundation
Fieldbus.
Se toma en cuenta muchos estos aspectos ya que desde un momento al ver el
proceso es que había poca comunicación entre las áreas y la comunicación entre
las mismas eran escasas dentro del proceso artesanal, ocasionando un aumento
en los tiempos del proceso y descontrol en la producción, y ahora se entiende por
qué, grandes empresas si consideran este aspecto, es porque utilizan un protocolo
de comunicación para lograr tener una supervisión y control de todos los
elementos que se encuentran en él.

10
Igualmente se deben considerar las desventajas que puede acarrear el mismo,
y el que una conexión digital en ocasiones puede resultar un problema mayor para
la comunicación, igualmente el costo resulta ser mayor que un protocolo
“tradicional”, es por ello que para el diseño se debe tomar muy en cuenta esto
pues quizá dentro de la propuesta el costo aumente considerablemente resultando
ser un punto negativo para la propuesta.
De todas maneras la implementación de un protocolo Foundation Fieldbus sin
duda representaría un avance importante para la comunicación dentro del proceso
de ahumado de carnes, y las industrias grandes dedicadas a la producción de éste
alimento si quieren tomar riesgos grandes o están bien establecidas dentro del
mercado puede resultar ser un beneficio.

11
CONCLUSIONES
 El protocolo de Foundation Fieldbus es uno de los tantos que existen
para realizar una comunicación entre los elementos que forman parte de
un proceso.
 El protocolo de Foundation Fieldbus representa un avance dentro de las
comunicaciones de los elementos que conforman el proceso debido a la
bi-direccionalidad de información y velocidad de transmisión.
 Su implementación resulta un tanto costosa, pero debido a disminución
de cableado a largo plazo resulta una inversión beneficiosa.

12
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Anónimo (s, f). Protocolos de comunicaciones industriales. [Documento web
en línea]. Disponible en: http://www.aie.cl/files/file/comites/ca/articulos/agosto-
06.pdf. [Consulta: 2016, Febrero 20]
[2] GARFÍAS, M. (2002). Tutorial de Comunicaciones Industriales. [Documento
en línea]. Disponible en:
http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/publicaciones/electronica/Setiemb_1998/
Pdf/04_tut.pdf [Consulta: 2016, Febrero 18]
[3] Foundation Fieldbus.[Documento web en línea]. Disponible en:
https://www.google.co.ve/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=11&cad=rja
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edras%2Fclaroline%2Fbackends%2Fdownload.php%3Furl%3DL2RvY3VtZW50b1
9mZi5kb2M%253D%26cidReset%3Dtrue%26cidReq%3DII027&usg=AFQjCNGUS
bXDbGiamfD8ibCvCjxBLqiTmA&bvm=bv.114733917,d.cWw [Consulta: 2016,
Febrero 20]
[4]REE (2008). Diagnóstico de los buses de campo. [Documento en línea].
Disponible en: http://redeweb.com/_txt/643/66.pdf. [Consulta: 2016, Febrero 20]
[5]Wikispaces. Foundation Fieldbus. [Página web en línea] Disponible en:
http://fieldbus.wikispaces.com/Foundation%20Fieldbus. [Consulta: 2016, Febrero
20]
[6] Revista de investigación (s, f). Tutorial de comunicaciones industriales.
[Documento web en línea] Disponible en:
http://revistasinvestigacion.unmsm.edu.pe/index.php/electron/article/download/448
5/3569
[7] VILLAJULCA, J. (2010). ¿Qué es Foundation Fieldbus? [Página web en
línea]. Disponible en: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-
libres/automatizacion/curso-redes-industriales/item/279-foundation-fieldbus-ahora-
el-control-se-hace-dentro-de-los-instrumentos.html. [Consulta: 2016, Febrero 19]
[8] Emerson Process Management (2002).Foundation Fieldbus. [Documento en
línea]. Disponible en:
http://www2.emersonprocess.com/siteadmincenter/PM%20Central%20Web%20Do
cuments/EngSch-Fieldbus_201_es.pdf [Consulta: 2016, Febrero 20]

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