MK: INTERBUS

INTERBUS

Francisco Javier Moreno Rivas
N.C. 828815
MK5

1. INTRODUCCIÓN A LOS BUSES DE CAMPO

2. VENTAJAS DE LOS BUSES DE CAMPO

3. TABLAS COMPARATIVAS DE LOS BUSES ACTUALES

a) COMPARACIÓN GENERAL

b) COMPARACIÓN DE CABLEADO (REDUNDANCIA)

c) COMPARACIÓN DE NÚMERO DE NODOS Y ACCESO AL MEDIO

d) COMPARACIÓN DE TAMAÑO DE MENSAJES Y DETECCIÓN DE ERRORES

4. INTRODUCCIÓN A INTERBUS

5. GENERALIDADES

6. HISTORIA DE INTERBUS

7. CARACTERÍSTICAS GENERALES

8. ELEMENTOS BÁSICOS. CAPA FÍSICA

a) TARJETA CONTROLADORA

b) BUS REMOTO

c) MÓDULOS TERMINALES DE BUS

d) SUBANILLO

9. MEDIOS FÍSICOS Y DISTANCIAS

10. DETALLES DE LA CAPA FÍSICA

11. MÉTODO DE ACCESO AL MEDIO

12. CAPA DE ENLACE

a) DATOS

b) IDENTIFICACIÓN

c) CAPA DE APLICACIÓN

d) CONCLUSIÓN

13. CARACTERÍSTICAS GENERALES

a) 2.1 FUNCIÓN PRINCIPAL

b) PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN

c) CONFIGURACIÓN

d) SOFTWARE DE ADMINISTRACIÓN

e) DIAGRAMA/TOPOLOGÍA

f) VELOCIDADES DE TRANSMICION

14. ESTRUCTURA

15. MÉTODO DE OPERACIÓN

16. CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA

a) ELEMENTOS DE BUS

b) SEGMENTOS DE BUS

i. SEGMENTO DE BUS REMOTO

ii. SEGMENTO DE BUS LOCAL

iii. SEGMENTO DE LAZO INTERBUS

17. CONFIGURACIÓN DE RED

18. PROTOCOLO DE TRANSMICION

19. TRANSMISIÓN DE DATOS

a) 4.1 ESTRUCTURA DEL PROTOCOLO

b) 4.2 TRANSMISIÓN DE BITS

20. EFICIENCIA

21. FUENTES/BIBLIOGRAFÍA

1. INTRODUCCIÓN A LOS BUSES DE CAMPO

Un bus de campo es un sistema de transmisión de información (datos) que simplifica enormemente la instalación y operación de máquinas y equipamientos industriales

Sustituye las conexiones punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de control a través del tradicional bucle de corriente de 4-20mA.

Cada dispositivo de campo incorpora cierta capacidad (“inteligencia”) de proceso con un costo bajo.

Cada uno de estos elementos ejecuta funciones simples de diagnóstico, control o mantenimiento, así como de comunicarse bidireccionalmente a través del bus.

2. VENTAJAS DE LOS BUSES DE CAMPO

La principal ventaja que ofrecen los buses de campo es la reducción de costos debido a:

Ahorro en instalación: Sólo se requiere un cable para la conexión de diversos nodos

Ahorro en mantenimiento: fácil de monitorizar el sistema, aumenta la fiabilidad y la detección de errores.

Ahorros derivados de la mejora del funcionamiento del sistema: Flexibilidad en el diseño, la instalación es fácil de ampliar, los dispositivos de campo poseen algoritmos de control propios.

Sólo incluyen tres capas: física, enlace y aplicación, y un conjunto de servicios de administración. El usuario sólo se debe preocupar de la capa física y de usuario.

InterBus: Bus de campo alemán de uso común en aplicaciones medias

3. TABLAS COMPARATIVAS DE LOS BUSES ACTUALES

a) COMPARACIÓN GENERAL

b) COMPARACIÓN DE CABLEADO (REDUNDANCIA)

c) COMPARACIÓN DE NÚMERO DE NODOS Y ACCESO AL MEDIO

d) COMPARACIÓN DE TAMAÑO DE MENSAJES Y DETECCIÓN DE ERRORES

4. INTRODUCCION A INTERBUS

INTERBUS es un " bus de campo. " Esta categoría de sistema de red es un cable de conexión utilizado en aplicaciones industriales. Un "bus" es una topología de red en la que un solo cable lleva a cabo a partir de un dispositivo de control, con ramas que conducen a varios dispositivos controlados.

INTERBUS es un bus de campo 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 1993, se publicó 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 DIN Report 46 (1995)

5. GENERALIDADES

La interfaz INTERBUS fue desarrollada por la compañía Phoenix Contact. La especificación se ha utilizado ampliamente desde 1987 y los componentes INTERBUS son ofrecidos por más de 200 fabricantes. INTERBUS es un sistema de bus sensor/accionador rápido, universal y abierto con un maestro y varios esclavos.

6. HISTORIA DE INTERBUS

Este bus es conocido originalmente como Interbus-S, su diseño fue comenzado a trabajar en 1983 por Phoenix Contact. El trabajo continuó junto con fabricantes de computadoras y escuelas técnicas, y se desarrolló un protocolo y definición de hardware para un bus sensor-actuador con capacidad de tiempo real y fue presentado en la Feria de Hanover en 1987. El principal campo de aplicación de este sistema de bus era la velocidad optimizada de la transmisión en tiempo-determinista de los datos del sensor-actuador (datos de proceso). En los siguientes años, una amplia y variada gama de componentes de bus y dispositivos de campo serían desarrollados por Phoenix Contact y otros fabricantes. Interbus-S se convirtió en uno de los líderes mundiales en sistemas de buses de campo en la automatización industrial.

7. CARACTERÍSTICAS GENERALES

Protocolo propietario, inicialmente, de la empresa Phoenix Conctact GmbH, aunque posteriormente ha sido abierta su especificación.

Normalizado bajo DIN 19258, norma europea EN 50 254.

Fue introducido en el año 1984.

Topología en anillo y comunicación mediante un registro de desplazamiento en cada nodo. Se pueden enlazar buses periféricos al principal.

Basado en un esquema

maestro-esclavo.

Capa física basada en RS-485.

Cada dispositivo actúa como repetidor. Así se puede alcanzar una distancia entre nodos de 400 m para 500Kbps y una distancia total de 12 KM. Es posible utilizar también enlaces de fibra óptica.

Capa de transporte basada en una trama única que circula por el anillo (trama de suma)

La información de direccionamiento no se incluye en los mensajes, los datos se hacen circular por la red. Alta eficiencia.

Es muy sensible a corte completo de comunicación al abrirse el anillo en cualquiera de los nodos.

La estructura en anillo permite una fácil localización de fallos y diagnóstico.

Apropiado para comunicación determinista a alta velocidad.

8. ELEMENTOS BÁSICOS. CAPA FÍSICA

· Tarjeta controladora

· Bus remoto

· Módulos terminales de bus

· Subanillo

a) TARJETA CONTROLADORA

Se corresponde con el maestro.

Controla y monitoriza el tráfico de datos.

Transfiere los datos de salida con los correspondientes módulos.

Recibe los datos de entrada.

Se pueden visualizar los datos de diagnógstico y error que son transmitidos al host del sistema.

b) BUS REMOTO

La tarjeta controladora se conecta al bus remoto.

Los datos se transmiten físicamente a través de:

· Cables de cobre (estándar RS-485)

· Fibra óptica

· Infrarrojos

Puede transportar la alimentación de los módulos I/O y sensores, además de las líneas de transmisión de datos

c) MÓDULOS TERMINALES DE BUS

Se conectan al bus remoto.

Dividen al sistema en segmentos individuales

Permiten desconectar ramificaciones del anillo durante la operación.

Hacen la función de amplificadores (repetidores) de señal

Aíslan eléctricamente los segmentos del bus.

d) SUBANILLOS

Corresponde a la zona del sistema donde se conectan sensores y actuadores.

Respecto a las especificaciones técnicas:

Distancia entre dispositivos 2 cm <d<20 m

Expansión total de 200 m

Limitado a 63 dispositivos

De 19.2 V a 30 V

Alimentación y datos van por el mismo cable

9. MEDIOS FISICOS Y DISTANCIAS

10. DETALLES DE LA CAPA FÍSICA

Basado en esquema maestro-esclavo

Los bit se transmiten a 500 kbp con método NRZ (non-return-to-zero).Comunicación full-duplex (envío y recepción simultánea).

16 bits por nodo de entrada o salida

Los relojes son sincronizados internamente.

Rápido: 4096 I/O’s en 7 ms 265 nodos x 16 I/O’s= 4096 puntos digitales

11. MÉTODO DE ACCESO AL MEDIO

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 de conexión.

Se podrán enviar grandes bloques de datos a través de Interbus sin alterar el tiempo de ciclo para los datos de proceso.

Todos los elementos insertan sus datos en el bus simultáneamente, así las medidas de los lazos de control serán simultáneas.

12. CAPA DE ENLACE

Garantiza la integridad de los datos y permite el soporte de dos tipos de tramas: datos de procesos y parámetros de identificación.

Es determinista: garantiza un tmáx para el transporte de datos.

Control de acceso al medio mediante TDMA (acceso múltiple por división de tiempo, elimina colisiones de la transmisión).

El acceso al bus se realiza usando registros de desplazamiento sincronizados.

a) DATOS

La trama de datos se forma por concatenación de los datos de cada estación, a través de un registro.

Cada dispositivo se une al anillo mediante un registro cuya longitud depende de la cantidad de información a transmitir

Los datos llegan al master en función de su posición dentro del anillo.

Cada ciclo de transmisión es una secuencia de datos que comienzan por la palabra loopback+datos de salida de los dispositivos+CRC (cyclid redundancy check) de 32 bits

b) IDENTIFICACIÓN

Los ciclos de identificación permiten la administración del bus.

Cada dispositivo tiene un código de identificación que indica el tipo de dispositivo de que se trata, y el tamaño de su bloque de datos.

La configuración del bus se lleva a cabo por una secuencia de ciclos de identificación.

El maestro empieza a leer en orden, la identificación de los dispositivos conectados.

En función de estas lecturas se configura la trama que circulará en el ciclo de datos

c) CAPA DE APLICACIÓN

Implementa en la capa de aplicación un subconjunto de servicios denominados PMS (Peripherals Message Specification)

Incluye 25 servicios que permiten la comunicación con dispositivos de proceso inteligentes.

Por ejemplo se pueden establecer y monitorizar conexiones, lectura y escritura de parámetros o la ejecución remota de programas

d) CONCLUSIÓN

Desde el punto de vista físico INTERBUS funciona según un procedimiento asíncrono de parada y arranque.

Se envía una cabecera que contiene información adcional como delimitadores de trama, código de función y tipo de mensaje, junto a 8 bits adicionales.

Los momentos de inactividad se ocupan con mesajes de estado.

No contienen datos de la capa de enlace y sólo sirven para garantizar una actividad permanente en el medio de transmisión.

Si dicha actividad se interrumpe durante más de 20 ms se interpreta como una caída del sistema.

Los dispositivos se desconectan de la red y van a un punto seguro definido con antelación

13. CARACTERÍSTICAS GENERALES

a) FUNCIÓN PRINCIPAL

Interbus es instalado en el sistema a ser 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) y 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.

b) PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN

El protocolo INTERBUS, el cual ha sido específicamente optimizado para requerimientos de tecnología de automatización, 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 figura 1 muestra la estructura básica de un PLC INTERBUS.

c) CONFIGURACIÓN

Cada dispositivo conectado al Interbus tiene una tarjeta controladora mediar entre él y el bus . Interbus se conecta a los sistemas de oficina a través de una red Ethernet.

d) SOFTWARE DE ADMINISTRACIÓN

Para la planificación y parametrización de su sistema de INTERBUS ponemos a su disposición los programas IBS CMD (para tarjetas de conexión estándar) e IBS PC WORX (para el empleo de controladores de campo

(FC) y controladores de campo remoto (RFC)). Así podrá Vd. planificar, programar y visualizar confortablemente todos los aparatos integrados en el sistema INTERBUS.

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.

PC WORX ofrece, además de las funciones del CMD, una superficie o pantalla de programación conforme a IEC 61131-3 y, opcionalmente, una visualización del proceso.

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 aquí en consideración sólo la generación 4.

PC WORX presupone que se usan deteminadas tarjetas de conexión de la generación 4 (FC, controlador de campo / RFC, controlador de campo remoto). FC (controlador de campo) / RFC (controlador de campo remoto) sólo pueden ser configurados y parametrizados con PC WORX. Los programas discurren por completo en el FC (controlador de campo) / RFC (controlador de campo remoto), de manera que el PC host queda libre para tareas de mando y visualización.

e) DIAGRAMA/TOPOLOGÍA

Topología anillo activo

_ Maestro-Esclavo con longitud fija msg.

_ Todos los nodos con repetidor

_ Velocidad 500 Kbps

_ Longitud bus

_ 400 m entre dispositivos

_ 13 Km longitud total

_ Aplicación: Sensor/actuador, control ind

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 de funcionamiento interno es en anillo, es decir, todos los dispositivos están conectados formando un camino cerrado aunque el aspecto del cableado es un bus. 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.

f) VELOCIDADES DE TRANSMICION

Un rasgo distintivo de INTERBUS es que las líneas de envío 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 que es necesario transportar la masa de las señales lógicas. INTERBUS requiere un cable de cinco hilos para interconectar dos estaciones. Con velocidades de transmisión de 500 Kbps. 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 13 Km. Para facilitar el funcionamiento de INTERBUS, el numero máximo de estaciones esta limitado a 512.

LA estructura punto a punto de INTERBUS y su división de anillo principal y subanillos para la incorporación de distintos medios de transmisión de 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 simultanea de datos (full dúplex).

En segundo lugar, la capacidad de autodiagnóstico del sistema se ve mejorada, ya que la conexión de cada nodo a la red es activa. INTERBU permite la detección preventiva de errores por medio de una evaluación estadística de la calidad de las transmisiones. LA determinación de la frecuencia de los errores de transmisión permite prever la aparición de fallo en un componente de red.

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 del empleo de direcciones lógicas para acceder a dispositivos individuales independientemente de su posición.

La velocidad de transmisión de datos y la expansión del bus son independientes entre sí. 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.

14. ESTRUCTURA

Un sistema INTERBUS tiene una estructura anular. Una ramificación compacta que sigue una determinada dirección en el sistema es utilizada para la conexión de bus. Comenzando en el maestro (PLC o IPC), el sistema de bus conecta el respectivo control o los respectivos sistemas informáticos con los módulos periféricos de entrada y salida. A la línea principal del sistema se le llama bus remoto y puede cubrir distancias de hasta 12,8 km entre las estaciones periféricas. Desde el bus remoto, es posible instalar líneas ramales. Estos ramales pueden ser un bus remoto de instalación o un bus local. La transferencia de datos se efectúa utilizando el protocolo marco "shift register with sum" (en un ciclo de datos todos los datos son dislocados a través del anillo).

15. MÉTODO DE OPERACIÓN

INTERBUS trabaja con un método de acceso master/slave, en el cual el master también establece la conexión a el más alto nivel de control o sistema de bus. En términos de topología, INTERBUS es un sistema anillo con conexión activa a los dispositivos de comunicación.

Comenzando por el INTERBUS master, la tarjeta controladora, todos los dispositivos están conectados activamente en el sistema anillo. Cada dispositivo INTERBUS (slave) tiene dos líneas separadas para la transmisión de datos: uno para transferir los datos de ida y otro para transferir los datos de vuelta. Esto elimina la necesidad de una línea de retorno desde el último hasta el primer dispositivo, necesario en un sistema de anillo simple.

Las líneas de ida y vuelta se encuentran en un cable. Desde el punto de vista de instalación, INTERBUS es similar a la estructura de bus o lineal, donde un solo cable de bus conecta un dispositivo con el siguiente.

Para habilitar la estructuración de un sistema INTERBUS, sistemas de subanillos (segmentos de bus) pueden ser formados sobre el anillo principal, la fuente del cual es el master. Estos sistemas de subanillos están conectados con acopladores de bus (conocido también como módulos terminales de bus). La figura 5 ilustra la estructura básica de un sistema INTERBUS con un anillo principal y dos sistemas en subanillo.

El bus remoto es instalado desde la tarjeta controladora. Los dispositivos de bus remoto y los acopladores de bus son conectados al bus remoto. Cada bus acoplador conecta el bus remoto con un sistema de subanillo. Hay dos tipos diferentes de sistemas en subanillo, los cuales están disponibles en diferentes versiones de instalación:

El bus local (conocido formalmente como el bus I/O) es responsable de la gestión local, conecta dispositivos de bus local, y es típicamente usado para formar estaciones compactas de I/O locales por ejemplo en la cabina de control. Está también disponible como versión robusta para montajes directos en sistemas-máquinas.

La rama de bus remoto conecta dispositivos de bus remoto y conecta dispositivos distribuidos a largas distancias. Las ramas de bus remoto pueden ser usadas para instalar topologías de red complejas, las cuales son ideales para procesos técnicos complejos a largas distancias.

El cable de bus remoto INTERBUS forma una conexión RS-485 y debido a la estructura de anillo y la necesidad adicional de un conductor de compensación entre dos dispositivos de bus remoto, se requiere de cinco cables.

Debido a los diferentes métodos físicos de transmisión, el bus local está disponible con 9 cablesy niveles TTL para distancias cortas (hasta 1.5m [4.92 ft.]) y un cable de dos hilos con interface de corriente basada en TTY para distancias medias (hasta 10m [32.81 ft.]).

La función de amplificación integrada en cada dispositivo de bus remoto hace que la expansión total del sistema INTERBUS pueda alcanzar los 13 km (8.08 mi). Para que el sistema sea fácil de operar, el número de dispositivos INTERBUS está limitado a un máximo de 512.

INTERBUS trabaja como un registro de desplazamiento, el cual es distribuido a través de todos los dispositivos de bus y usa el método summation frame basado en las I/O para la transmisión de datos. Cada dispositivo de bus tiene memoria de datos, los cuales son combinados a través de la conexión anillo del sistema de bus para formar un gran registro de desplazamiento. La figura 6 muestra el principio de transmisión de datos.

Un paquete de datos en la summation frame es validado por el master en el envio por el registro de desplazamiento. Los paquetes de datos contienen todos los datos que serán transmitidos a los dispositivos de bus (datos de salida). Los registros de datos correspondientes en los dispositivos de bus contienen los datos a ser transmitidos a el master (datos de entrada)(Figura 6a).

El dato de salida es ahora transferido desde el master al dispositivo y el dato de entrada es transferido desde los dispositivos a el master en un ciclo de dato. El master comienza enviando la palabra de lazo de regreso (loop-back) a través del anillo. Al final del ciclo de dato el master recibe la palabra de lazo de regreso. La cadena del lazo de regreso saca el dato de salida a lo largo detrás de el mientras empuja el dato de salida a lo largo delante de el. Esto es llamado transmisión de datos full dúplex (Figure 6b).

Los dispositivos no tienen que estar explícitamente direccionados, como la posición física de un dispositivo en el anillo es conocida y el master puede colocar la información que será transmitida en este punto en el telegrama summation frame. En el ejemplo, el primer dato word después del lazo de regreso es direccionado al slave 4, por ejemplo.

La cantidad de usuarios de datos a ser enviados a través del anillo corresponde a la longitud total del dato de todos los dispositivos de bus. Los acopladores de bus son integrados dentro del anillo pero no proveen ningún dato de usuario. Un ancho de datos entre 1 bit y 64 bytes por dirección de dato son permitidos en un dispositivo INTERBUS.

16. CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA

a) ELEMENTOS DE BUS

Un sistema INTERBUS comprende los elementos mostrados en la Figura 7: el bus master, el bus acoplador, dispositivo de bus, y el bus remoto, también las conexiones de bus local.

El bus master es la única comunicación master en el sistema de bus en anillo INTERBUS y por lo tanto controla todas las secuencias en el anillo. Tiene una interface de salida (o) sobre la cual todos los dispositivos INTERBUS restantes que actúan como slaves de comunicación están conectados. El bus master está disponible como una tarjeta controladora para varios sistemas host (computadoras industriales, sistemas de buses PLCs VME, transputer systems, etc) y realiza las siguientes tareas:

· Transferencia de datos entre el sistema host y el dispositivo de bus

· Gestión de bus (configuración, detección de error, reconfiguración)

· Comunicación entre dispositivos de bus

Dependiendo del tipo de tarjeta controladora, esta puede también hacerse cargo del programa de control de todo el proceso.

La tarea del bus master requiere potencia de cómputo adecuado. Las tarjetas controladoras por lo tanto están equipadas con un microprocesador de gran alcance (usualmente un Motorola 68332), el cual es responsable únicamente de las funciones del INTERBUS master.

Esencialmente, el firmware de este procesador master comparte la funcionalidad y facilidad de uso del sistema INTERBUS.

El acoplador de bus está conectado a un cable de bus remoto de entrada (i) como muestra la Figura 8, por lo tanto proporciona acceso a las interfaces de salida (o1, o2). El acoplador de bus es también llamado módulo terminal de bus en la práctica, divide el sistema de anillo INTERBUS en segmentos de bus y se opera así mismo como un slave de comunicación. Cada acoplador de bus tiene al menos una interface de bus remota de entrada y de salida. Hay disponibles interfaces para la conexión de bus remota adicionales o cables de bus local. La figura 8 muestra los tipos de acoplador de bus que hay disponibles.

El acoplador de bus estándar mostrada en la Figura 8 conecta un segmento de bus local o remoto a buses remotos. Los acopladores de buses adicionales no pueden ser usados en el segmento de bus conectado.

El acoplador de bus con una cuarta interface adicional en la Figura 8b puede ser usado para configurar redes complejas con adaptación óptima a el sistema de configuración.

Para apoyar al diagnóstico de error y la configuración del sistema anillo, los acopladores de bus pueden activar y desactivar las interfaces de salida bajo el control del bus master (Figura 9)

Los dispositivos de bus son slaves de comunicación en el bus anillo, los cuales tienen una interface de entrada y salida y establecen también la conexión a las señales del proceso en el formato requerido (binario, análogo, digital). Dispositivos de bus remotos y locales están disponibles dependiendo si este es operado en un segmento de bus remoto o local.

El sistema de anillo es configurado a través de los acopladores y dispositivos de bus. Si una interface de salida en un acoplador o dispositivo de bus no está conectado, por ejemplo, un cable de bus no ha sido conectado, este elemento de bus producirá un cortocircuito en la interface interna automáticamente (Figura 9).

b) SEGMENTOS DE BUS

Un segmento de bus es una serie de dispositivos de bus y conectores de bus, lo cuales empiezan en el bus master o en un bus acoplador y termina en el siguiente bus acoplador o en cualquier dispositivo de bus que no tenga una interface de salida.

INTERBUS distingue entre los siguientes tipos básicos de segmento de bus basado en el método de transmisión física de cada bus conector:

Segmento de bus remoto

Segmento de bus local

Segmento de Lazo INTERBUS

§ SEGMENTO DE BUS REMOTO

Un segmento de bus remoto normalmente empieza con un acoplador de bus apropiado (módulo terminal de bus) y comprende conectores de bus remoto y un máximo de 256 dispositivos de bus remoto (Figura 10).

El segmento de bus remoto es un tipo especial, el cual empieza directamente en el bus master y comprende un máximo de 256 dispositivos de bus remoto. Las características de un segmento de bus remoto son dadas en las especificaciones básicas para un bus remoto en la Tabla 1.

El máximo número de dispositivos de bus remoto no está limitado por el protocolo así los dispositivos no necesitan ser direccionados explícitamente. Para mantener la claridad, el firmware master más reciente limita el número posible de dispositivos de bus remoto conectados a 256.

En teoría los buses remotos pueden soportar la transmisión en cobre en acerca de 102.4 km (63.63 mi.). Sin embargo, el sistema está actualmente limitado a una expansión máxima de 12.8 km (7.95 mi.), con el fin de asegurar que el tiempo de testing para la configuración máxima permanezca en límites razonables. La expansión puede ser incrementada usando fibra óptica.

Cada dispositivo de bus remoto tiene una fuente de poder local siendo eléctricamente aisladas del segmento de bus de salida. En la transmisión basada en línea, las señales de bus remoto son transmitidas de acuerdo a las propiedades eléctricas de la interfase – DIN 66 259 Part 4 (corresponde a RS-485). Así como las terminales de bus remoto, los dispositivos de bus remoto pueden ser simples o dispositivos I/O inteligentes.

§ SEGMENTO DE BUS LOCAL

Un segmento de bus local empieza en un acoplador de bus con una interface de salida de bus local y comprende las conexiones de bus local y los dispositivos de bus local. En el segmento de bus local, una estación comprende el segmento de bus local completo junto con el correspondiente bus acoplador.

El bus local ( conocido formalmente como el bus I/O) es diseñado para transmitir a distancias cortas. Un campo de aplicación típico es una cabina de control local o cajas de control. En el bus local, todos los cables de señales para los sensores y actuadores están combinados y conectados al dispositivo de bus local. Por la corta distancia entre dos dispositivos, estos dispositivos que usan cables de cobre no tienen una interface RS-485 y la transmisión de datos se la hace en niveles TTL. Esto restringe la expansión espacial de un segmento de bus local. La máxima distancia entre dos dispositivos de bus local es 1.5m (4.92 ft.) y la expansión total de un segmento de bus local no debe exceder los 10 m (32.81 ft.).

En adición de las líneas de datos, las conexiones de bus local también albergan las líneas de suministro de energía para los módulos electrónicos de los dispositivos de bus local. La fuente de poder para todos los dispositivos de bus en un segmento de bus local están proporcionadas centralmente por la unidad de suministro de energía del acoplador de bus. Esto significa que los dispositivos de bus local solo necesitan una fuente de poder para los sensores/actuadores conectados.

Los segmentos de bus local están disponibles en varias versiones de instalación. Esta incluye en particular:

· Segmentos de bus local con local bus ST

· Estaciones INLINE

· Segmento de bus local con fibra óptica

La versión de instalación estándar para dispositivos INTERBUS son segmentos de bus local con local bus ST, las cuales están combinadas con un módulo terminal de bus apropiado para formar una estación ST, habilitando la formación de estaciones compactas y flexibles de I/O.

Los dispositivos de bus local individuales son diseñados como dispositivos de bloque terminales y son encajados a presión en carriles DIN. Los módulos electrónicos son módulos plug-in, mientras los sensores/actuadores están conectados a un bloque de terminales aterrizados. El bus local ST (Smart Terminal) es un cable corto plano que conecta los dispositivos locales de bus a través de conectores traseros. La estructura de una estación ST es mostrada en ala Figura 11.

La distancia entre dispositivos de bus ST y la expansión de una estación ST está limitada por ña longitud del cable de bus local ST. Por lo tanto, la longitud máxima de una estación ST es aproximadamente 1m (3.28 ft.).

La fuente de poder central a los dispositivos de bus local y la falta de regeneración de señales de datos limita el número de dispositivos de bus en el bus local. El límite físico es determinado por la corriente máxima que puede ser suministrada por la unidad de suministro de energía del bus acoplador. El firmware master también impone un límite lógico. Actualmente, un máximo de 8 dispositivos de bus local son soportados para buses locales SL y ST.

La fuente de poder para las I/O (sensores y actuadores) están proporcionadas localmente a través de conexiones externas).

Estaciones INLINE las cuales como estaciones ST son basadas en bloques de terminales, son otro tipo de segmento de bus local. Sin embargo, son precisamente más calificadas, por permitir hacer configuraciones más flexibles de estaciones INTERBUS compactas y de específicas aplicaciones.

Los dispositivos de bus local individuales son conocidos como terminales de automatización y la versión disponible más pequeña es un módulo I/O con 2 canales. La Figura 12 muestra un ejemplo de una estación INLINE con 7 terminales de automatización digitales I/O, de los cuales 3 son terminales de entrada de dos canales (DI2) y 4 son terminales de salidas de dos canales (DO2).

Conectando los terminales de automatización ajustándolos a un riel DIN lado a lado crea automáticamente un sistema de rieles de 10-pos. El cual puede manejar el paso del cableado requerido por la línea de bus y la fuente de poder. El sistema de rieles de poder es conocido como un INLINE POTENTIAL JUMPER y funciona como un bus local. (Figura 13).

El poder de comunicación de todos los terminales de automatización son proporcionados centralmente a través de terminales de bus. Circuitos de I/O eléctricamente aislados pueden ser creados usando terminales especiales de poder INLINE (SEG in Figure 12). Los terminales de poder interrumpen el puente jumper potencial, haciéndolo posible de agregar nuevos circuitos. El suministro de voltaje puede estar entre 24 y 230 V. Grupos de circuitos adicionales (circuitos segmentados) pueden ser creados en circuitos I/O a través de terminales de segmento Inline.

§ SEGMENTO DE LAZO INTERBUS

Distancia entre dispositivos

_ Mínima 20 cm

_ Máxima 20 m

_ Distancia total 200 m

_ Máximo 63 dispositivos

_ Alimentación y comunicación mismo cable

_ Potencia máxima 1.8ª

A diferencia de los segmentos de bus local, cuyos componentes se diferencian solamente en términos de la tecnología de instalación, el Lazo INTERBUS (lazo sensor, IP 65 bus local) ofrece un nuevo método de transmisión física. Los dispositivos individuales son conectados a través de un cable de dos hilos sin blindaje formando un anillo. Los datos y la fuente de poder de 24 V para alrededor de 32 sensores están también alimentados a través de este cable. La Figura 14 muestra la configuración de un segmento de Lazo INTERBUS. E n

Los datos son transmitidos como señales de corriente independiente de carga, el cual tiene un alto nivel de inmunidad a interferencias que acostumbran haber en las señales de voltaje. El dato transmitido es modulado usando código Manchester con una fuente de voltaje de 24V (INTERBUS usa normalmente el código NRZ). Las características físicas del bus son convertidas por un apropiado módulo de bus terminal, que puede ser conectado al anillo INTERBUS en cualquier punto de un segmento de bus remoto.

El lazo INTERBUS tiene las siguientes características:

Expansión: 100m (328.08 ft.), máximo

Distancia entre dos dispositivos: 10m (32.81 ft.), máximo

Número de dispositivos: 32, máximo

Corriente en los dispositivos (consumo): 1.5 A. máximo

Medio de conexión: Cable de dos líneas no blindado, 2 x 1.5 mm²

Uno de los principales campos de aplicación del Lazo INTERBUS son las conexiones de dispositivos con IP 65 e IP 64 individuales directamente en el sistema. Una amplia gama de funciones y dispositivos están disponibles como dispositivos de bus.

El protocolo INTERBUS no es convertido en cualquier modo en un Lazo INTERBUS, lo cual significa que gateways complejas no son requeridos y un segmento de Lazo INTERBUS puede ser usado en conjunto con cualquier tipo de dispositivo INTERBUS. En un sistema INTERBUS el escaneo de datos es enteramente sincrónico en todas las partes. A pesar de esto la alta velocidad de escaneo es mantenida.

17. CONFIGURACIÓN DE RED

Un sistema INTERBUS es configurado conectando los dispositivos de bus uno después de otro en un anillo. Los acopladores de bus segmentan el anillo de acuerdo a los requisitos de la aplicación.

Con INTERBUS G4 (Generación 4) y las siguientes, es posible instalar topologías de red complejas, las cuales pueden ser optimizadas para la estructura del sistema de automatización, integrando acopladores de bus con una conexión de bus adicional. Hay dos maneras de estructurar la configuración de este tipo de red INTERBUS:

Divide la red completa en varios niveles.

Asigna número de dispositivos de segmentos específicos .

Ambos métodos de configuración serán explicados usando el ejemplo de una configuración de red INTERBUS con 4 niveles, como se ilustra en la Figura 15.

L a red se divide en 4 niveles diferentes empezando con el bus master en la línea de bus remoto principal como el primer nivel. Las líneas de ramas secundarias son asignadas a un segundo nivel. Los dispositivos conectados a estas líneas pueden formar subestructuras adicionales, etc. De este modo, se puede lograr una profundidad de anidado de un máximo de 16 niveles. La secuencia es tal como un bus local (formalmente conocida como el bus I/O) en un segmento de bus remoto siempre es asignado al siguiente nivel.

La asignación de números de dispositivos de segmentos específicos pueden ser automática de acuerdo a la configuración física o pueden ser libremente especificadas por el usuario. El número contiene dos componentes:

<Número de dispositivo>=<Número de segmento de bus>.<Número de posición en el segmento de bus>

Según este patrón, el segundo dígito del número del dispositivo para todos los dispositivos remotos es cero, ejemplo 1.0. El segundo dígito es solo usado por dispositivos de bus local (ejemplo, módulos I/O) conectados abajo del dispositivo remoto, ejemplo, 1.1.

Los acopladores de bus con una rama adicional de bus remoto aparecen como dos dispositivos de bus remoto separados con una rama de bus remota/local, ejemplo, acoplador de bus 1.0/2.0. La rama de bus remoto es asignada al siguiente número consecutivo cuando se asigna físicamente a este tipo de dispositivos de bus remoto, por ejemplo, 3.0. Cualquier otra subrama adicional a esta rama le será asignado el siguiente número consecutivo, por ejemplo, 4.0, 5.0, etc. El bus remoto de salida de la rama es contado como el último componente, por ejemplo, 8.0.

La numeración de dispositivos es una herramienta estructural y no debería ser confundida con el direccionamiento del dispositivo. Aunque los números de los dispositivos pueden ser usados para propósitos de direccionamiento, esto no es absolutamente necesario.

18. PROTOCOLO DE TRANSMICION

Maestro-Esclavo

_ Una sola trama en comunicación

_ Un espacio en la trama para cada

dispositivo

_ Variables de salida – escribe el maestro

_ Variables entrada – escribe el dispositivo

_ Baja sobrecarga del protocolo

El protocolo de transmicion 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, modulos de codificación de la señal física. Etc. La capa 2 se corresponde con la capa de enlace. Garantiza la integridad de los datos y permite el soporte de dos tipos de datos, por una parte los datos correspondientes a procesos cilicos, 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 Dicision Multiple Access), 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 transmicion debloques 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 del proceso.

Otra ventaja importante que incormporta 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 eficiencia que se alcanza es alta.

La trama que 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 estacionesllegando al master en función de su posición dentro del anillo. Cada ciclo de transmicion 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 envio de datos, el flujo de retorno entra el maestro como flujo de entrada. Tras el envio de la trama completa, se envia un CRC de 32 bits. Debido a la estructura de conexiones punto a punto, el cálculo del CRC siempre se hace entre cada dos nodos. Por último se envia una palabra de control para indicar el estado de cada dispositivo (detección de errores de transmicion, etc.) Si no hubo errores comienza un nuevo ciclo.

Ademas de los ciclos de datos, también hay ciclos de identificación. Este ciclo permite la admisión del bus. Cada dispositivo tiene un código de identificación que indica el tipo de dispositivo que se trata, y el tamaño de su bloque de datos. La configuración del bus se lleca a cabo por una secuencia de ciclos de identificación en los que el maestro comienza a leer en orden, la identificación de los dispositivos conectados. En función de estas lecturas se configura la trama que circulara en el ciclo de datos.

19. TRANSMISIÓN DE DATOS

a) ESTRUCTURA DEL PROTOCOLO

El protocolo INTERBUS está basado en el modelo de referencia OSI y por razones de eficiencia solo toma en cuenta las capas 1,2 y 7 (Figura 16). Ciertas funciones de las capas 3 a 6 han sido incluidas en la capa de aplicación.

La capa física (capa 1) define tanto las condiciones de tiempo (tales como la velocidad de transmisión, fluctuación admisible, etc.) como los formatos de codificación de la información. La capa de enlace de datos (capa 2) asegura la integridad de datos y el manejo cíclico de la transferencia de datos a través del bus usando el protocolo summation frame. Los métodos de transmisión y los protocolos en las capas 1 y 2 pueden ser encontrados en DIN 19 258.

Siguiendo a la capa de enlace de datos, el acceso de datos en los dispositivos INTERBUS toma lugar en la capa de aplicación como sea requerido a través de dos canales de datos diferentes:

a) El canal de proceso de datos sirve de principal uso de INTERBUS como un bus sensor/actuador. El intercambio cíclico de datos de I/O entre el sistema de control de más alto nivel y los sensores/actuadores conectados es llevado a cabo a través de este canal.

b) El canal de parámetros suplementa intercambio de datos cíclicos con puntos individuales de I/O en conexión orientada al intercambio de mensajes. Este tipo de comunicación requiere empaque de datos adicionales cuando más grandes cantidades de información estén siendo intercambiadas entre los partners de comunicación individuales. Los datos se transmiten a través de servicios de comunicación basado en el modelo cliente/servidor.

Los dispositivos INTERBUS casi siempre tienen un canal de proceso de datos. Un canal de parámetros puede ser montado también como una opción extra.

Durante la operación, un sistema INTERBUS requiere configuraciones que deben ser hechas y suministran una amplia gama de información de diagnóstico. Esta información es procesada por un gestor de red en cada capa. También se puede acceder y evaluar información más detallada sobre preparación para operación, estados de error y datos estadísticos, y hacer ajustes en la configuración de red.

La estructura de protocolo híbrido de INTERBUS para las dos diferentes clases de datos (datos de proceso y datos de parámetros) y su transmisión de datos independientes a través de dos canales es un factor decisivo en el rendimiento del protocolo INTERBUS. El protocolo permite la creación de una red sin fisuras que comprende los sistemas de control y dispositivos de campo inteligentes adecuados a sensores y actuadores individuales.

b) TRANSMISIÓN DE BITS

En la capa 1, los bits son transmitidos en un estándar de velocidad de transmisión de datos de 500 kbps de acuerdo al método NRZ (non-return to zero). La línea de datos es escaneada en los dispositivos INTERBUS 16 veces más rápido, con el fin de maximizar las diferencias admisibles en tiempos de ejecución entre los flancos de subida y bajada de un bit en un telegrama.

Si se utiliza un cable INTERBUS de dos líneas como estándar, una señal de reloj no es transmitida.

Un generador de reloj de 16 MHz que provee de un pulso de reloj interno de 500 KHz opera en cada dispositivo. Los dispositivos de reloj están sincronizados internamente por un marcador común de sincronización en los telegramas INTERBUS activos.

El dato es transmitido en INTERBUS en forma de datos de byte codificados. El protocolo completo summation frame está dividido en porciones de 8 bits y son transmitidos entre dos dispositivos INTERBUS en telegramas, un formato similar a UART.

Los dos formatos de telegrama mostrados en la figura 17 son usados para codificar líneas.

· Status del telegrama: Este telegrama es de longitud 5 bits. Es usado para generar actividad en el bus durante pausas en transmisiones y para transmitir el status de la señal SL (select).

· Telegrama dato: los telegrama datos tansmiten datos de usuario entre dos dispositivos. Un telegrama dato comprende 5 bits de información en el encabezamiento y 8 bits de datos de usuario. Para suplementar la información en el telegrama de estatus, el encabezamiento del telegrama dato contiene un bit adicional, el cual indica el estatus de la señal CR (control).

Telegramas activos son procesados en los dispositivos INTERBUS usando protocolos lógicos y varios registros de desplazamiento.

20. EFICIENCIA