Chapter 5 – Study 2 Results
5.4 Preliminary Analysis
5.4.2 Descriptive Statistics
AUTOMATIZACIÓN
Para el entendimiento de las redes industriales es importante mencionar los protocolos estándares que son utilizados en la industria en general para el aseguramiento de la transferencia de datos críticos que viajaran a través de los diferentes niveles de comunicación industrial.
3.2.1MAP (Manufacturing Automation Protocol):
Nació como un producto especialmente diseñado para el entorno industrial, lo que hace que sea de mayor éxito en LAN industriales. Fue impulsado por General Motors y normalizado por el IEEE.
MAP se ha convertido en el protocolo de comunicación estándar internacional para los sistemas de automatización de manufactura, debido a que se conforma de la arquitectura de los sistemas abiertos OSI.
El programa de aplicación puede ser interconectado por MAP a través de su capa de aplicación por medio de MMS(Manufacturing Message Specification) ya que es el lenguaje de automatización de manufactura, el cual proporciona servicios de comunicación de alto nivel par integrar diversas funciones para crear compatibilidad entre diferentes dispositivos de automatización.
Diferentes componentes de automatización pueden comunicarse entre sí a través de un lenguaje estándar, MMS, el cual permite una transición de control centralizado a control distribuido.
Este protocolo ha desarrollado dos formas:
•
Full-MAP que emplea la arquitectura de 7 capas de OSI proporciona alta confiabilidad, flexibilidad y calidad en la comunicación entre estaciones pero también es un poco difícil utilizar las 7 capas para sistemas en tiempo real ya que el tiempo de respuesta es muy lenta.•
Mini-MAP esta propuesto para mejorar el tiempo de respuesta en el envío y recepción de mensajes en la red, por lo que éste solo utiliza 3 capas del modelo OSI, las cuales son la capa 1, 2 y 7.3.2.2Ethernet
Diseñada por Xerox Corporation y registrada posteriormente junto con Digital e Intel. Es compatible con el modelo OSI en los niveles 1, 2 y 3 (el último a través de puentes). Permite topología en Bus o árbol con comunicación semidúplex. Las velocidades van desde los 10 Mbits/s a los 100 Mbits/s de Fast-Ethernet. Es uno de los estándares de red que más rápidamente evolucionan, debido a su uso masivo en redes ofimáticas.
La norma IEEE 802.3 basada en la red Ethernet de Xerox se ha convertido en el método más extendido para interconexión de computadoras personales en redes de proceso de datos. En la actualidad se vive una auténtica revolución en cuanto a su desplazamiento hacia las redes industriales.
3.2.3Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)
Es una interfase humano-maquina, que tradicionalmente fue usada para la recolección de datos de los PLC´s y los controladores de la planta. También es utilizado para el monitoreo y supervisión de los procesos de control.
Los sistemas SCADA proveen los datos de manufactura a muchos otros sistemas que se encuentren en la empresa de manufactura en tiempo real.
SCADA viene de las siglas de "Supervisory Control And Data Acquisition", es decir: adquisición de datos y control de supervisión. Se trata de una aplicación de software especialmente diseñada para funcionar sobre computadoras en el control de producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores autónomos, PLC´s, etc.) y controlando el proceso de forma automática desde la pantalla del ordenador.
Además, provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros supervisores dentro de la empresa: control de calidad, supervisión, mantenimiento, etc.
En este tipo de sistemas usualmente existe un ordenador, que efectúa tareas de supervisión y gestión de alarmas, así como tratamiento de datos y control de procesos. La comunicación se realiza mediante buses especiales o redes LAN. Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y están diseñados para dar al operador de planta la posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos.
Además de que permiten modificar parámetros que afecten al proceso de producción. También tiene la capacidad de compartir información por internet y realizar monitoreo y diagnostico de forma remota [Ulpgc;2].
3.2.4Controller Area Network (CAN)
CAN es un bus de comunicación serial que soporta aplicaciones de control distribuido en tiempo real en redes de alta velocidad con un bajo costo de cableado. Fue diseñado por Bosch para la industria del automóvil, pero debido a sus múltiples ventajas se ha extendido rápidamente a otras áreas de aplicación como el control de los dispositivos de la automatización industrial.
Para mostrar transparencia en el diseño y flexibilidad en la implementación CAN se ha dividido en tres diferentes capas de comunicación:
•
Capa de Objeto•
Capa de Transferencia•
Capa FísicaLa capa del objeto y la capa de la transferencia abarcan todos los servicios y las funciones de la capa de Enlace de datos definida por el modelo OSI. El alcance de la capa de objeto incluye ver figura 3.2:
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Encontrar qué mensajes deben ser transmitidos•
Decidir qué mensajes recibidos por la capa de la transferencia realmente deben ser utilizado•
Proveer una interfase a la capa de aplicaciónAplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Física Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Física
Capas del Modelo OSI
Aplicación PresentaciónObjeto •Filtración de mensages •Almacenamiento y Status de Mensajes PresentaciónTranferencia •Detección y Señalizacion de errores •Validación de mensajes •Arbitraje •Conocimiento •Formato de mrnsaje •Tiempo y velocidad de transferencia
Capas del protocolo CAN
PresentaciónFísica •Nivel de señal y representación de bit •Medio de transmisión Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Física Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Física Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Física Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Física
Capas del Modelo OSI
Aplicación PresentaciónObjeto •Filtración de mensages •Almacenamiento y Status de Mensajes PresentaciónTranferencia •Detección y Señalizacion de errores •Validación de mensajes •Arbitraje •Conocimiento •Formato de mrnsaje •Tiempo y velocidad de transferencia
Capas del protocolo CAN
PresentaciónFísica
•Nivel de señal y representación de bit •Medio de transmisión
3.2.4.1 Características básicas de CAN
Es un bus de comunicación serial para aplicaciones en tiempo real. Opera con transmisiones de hasta 1 Mbit por segundo.
Es un estándar internacional documentado en ISO11898 (para aplicaciones de alta velocidad) y en ISO11519 (para aplicaciones de menor velocidad).
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Es una solución eficiente en costos (diseño e implementación).•
Funciona en ambientes hostiles.•
Es fácilmente configurable y modificable.•
Detecta automáticamente errores de transmisión de datos.•
Formato de los mensajesLos mensajes transmitidos desde cualquier nodo en una red CAN no contienen la dirección del nodo emisor ni la del nodo receptor. En vez de esto, los mensajes contienen una etiqueta de identificación, única en toda la red, que realiza esa función. Estos identificadores determinan la prioridad del mensaje. El mensaje de mayor prioridad gana el acceso al bus, mientras que los mensajes de menor prioridad se retransmitirán automáticamente en los siguientes ciclos de bus. Como consecuencia de esto, varios nodos pueden recibir y actuar simultáneamente sobre el mismo mensaje.
Las tramas de los mensajes son los elementos básicos de transmisión y van de un nodo emisor a uno o varios nodos receptores. Hay dos protocolos de comunicación: el estándar, que soporta mensajes con identificadores de 11 bits, y el expandido, que soporta de 11 y de 29 bits.
El mensaje está dividido en siete campos diferentes, cada uno de ellos con una función específica como se muestra en la figura 3.3
Figura 3.3 Formato de los mensajes 3.2.4.2 Arbitraje del bus
Como en cualquier otro sistema, habrá parámetros que varíen más rápidamente que otros, por lo que necesitarán una transmisión más frecuente y un mecanismo rápido de asignación del bus para tratar las situaciones en las que haya más de un nodo transmitiendo a la vez.
La prioridad de los mensajes CAN se determina mediante los identificadores de los mismos. Se utiliza el método CSMA/CD (Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detect), con la capacidad de arbitrio no destructivo para poder detectar las posibles colisiones.
CAN implementa cinco mecanismos de detección de errores, entre ellos un control de errores cíclico (CRC). De este modo los errores globales que ocurren en todos los nodos se pueden detectar el 100% de las veces. La probabilidad de no detectar un error local queda reducida a 3 x 10-5.
3.2.4.3 Implementaciones del CAN
Existen dos implementaciones hardware básicas, aunque la comunicación en ambas es idéntica y son compatibles entre sí. Esto permite administrar el uso del bus en función de las necesidades de cada nodo [Torre, fuente;97].