Comunicaciones industriales / Vivente Guerrero

1 COMUNICACIONES INDUSTRIALES....................................................................................... 1 1.1 UN POCO DE HISTORIA............................................................................................ 2 1.2 SISTEMAS DE TRANSPORTE DE SEÑAL................................................................ 4 1.3 SISTEMAS DE TRANSMISIÓN DE LA SEÑAL........................................................... 5 1.3.1 Niveles de tensión........................................................................................ 6 1.3.2 Bucle de corriente........................................................................................ 10 1.3.3 Señal modulada........................................................................................... 11 1.4 CONCEPTOS BÁSICOS............................................................................................. 12 1.4.1 Modos de transmisión de datos................................................................... 12 1.4.2 Codificación de señales............................................................................... 13 1.4.3 Protocolos de comunicación........................................................................ 13 1.4.4 Tipos de redes según forma (Topología)..................................................... 14 1.4.5 Tipos de redes según extensión.................................................................. 18 1.4.6 Formas de comunicación............................................................................. 18 1.4.7 Modos de diálogo......................................................................................... 19 1.4.8 Relaciones entre estaciones........................................................................ 19 1.4.8.1 Modos de comunicación.............................................. .. 19 1.4.8.2 Formas de organización de nodos............................................... 20 1.4.9 Entradas y Salidas....................................................................................... 21 1.4.10 Tiempo real................................................................................................ 22 1.5 ACCESO A LA RED..................................................................................................... 23 1.5.1 Modelo de referencia OSI............................................................................ 23 1.5.1.1 Nivel 1 Capa Física (Physical Layer)...................................... .. 25 1.5.1.2 Nivel 2 Capa de Enlace de Datos (Data Link Layer).................... 25 1.5.1.3 Nivel 3 Capa de Red (Network Layer).................................. 28 1.5.1.4 Nivel 4 Capa de Transporte (Transport Layer)............................ 29 1.5.1.5 Nivel 5 Capa de Sesión (Session Layer)..................................... 29 1.5.1.6 Nivel 6 Capa de Presentación (Presentation Layer)................... 29 1.5.1.7 Nivel 7 Capa de Aplicación (Application Layer).......................... 29 1.5.2 El estándar ISA / SP50............................................................................... 30 1.5.2.1 Capa 1........................................................................................ 31 1.5.2.2 Capa 2.............................................................................. 31 1.5.2.3 Capa 7................................................................................ . 31 1.5.3 El Protocolo CIP (Common Industrial Protocol)......................................... 32 1.6 COMUNICACIONES MEDIANTE BUSES DE CAMPO............................................. 35 1.7 LA PIRÁMIDE DE LA AUTOMATIZACIÓN (CIM)...................................................... 36 1.8 REQUISITOS DE UN BUS DE CAMPO.................................................................... 37 1.9 BUSES DE CAMPO, VISIÓN GENERAL.................................................................. 39 1.9.1 MAP/TOP................................................................................................... 39 1.9.2 Interbus...................................................................................................... 42 1.9.2.1 Sumario .............................................................................. . 45 1.9.3 Modbus...................................................................................................... 46 1.9.3.1 Diálogo ................................................................................. . 46 1.9.3.2 Sumario ..................................................................................... 48 1.9.4 Hart............................................................................................................ 48 1.9.4.1 Sumario ..................................................................................... 50 1.9.5 Fieldbus Foundation.................................................................................. 51 1.9.5.1 La Capa Física........................................................................... 52 1.9.5.2 La Pila de Comunicaciones....................................................... 52 1.9.5.3 Sumario..................................................................................... 53 1.9.6 DeviceNET................................................................................................ 54 1.9.6.1 Estructura de capas................................................................... 55 1.9.6.2 Sumario..................................................................................... 56 1.9.7 ControlNet................................................................................................. 57 1.9.7.1 Características principales........................................................ 58 1.9.7.2 Ubicación de ControlNet............................................................ 59 1.9.7.3 Principio de trabajo.................................................................... 60 1.9.7.4 Sumario.................................................................................. 60 1.10 EJERCICIOS........................................................................................................... 62

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2 BUS AS-I .................................................................................................................................... 63 2.1 AS-I INTERFACE ....................................................................................................... 64 2.2 CARACTERÍSTICAS GENERALES............................................................................ 64 2.2.1 El cable........................................................................................................ 65 2.2.2 El Maestro AS-i............................................................................................ 66 2.2.3 Esclavos....................................................................................................... 67 2.2.3.1 Versión 2.1................................................................................... 69 2.2.3.2 Versión 3.0................................................................................... 70 2.2.4 Alimentación................................................................................................ 72 2.2.5 Topología..................................................................................................... 74 2.2.5.1 Repetidores.................................................................................. 74 2.2.5.2 Pasarelas (Gateways).................................................................. 75 2.2.6 Ampliaciones................................................................................................ 75 2.2.7 Funcionamiento........................................................................................... 76 2.3 COMUNICACIONES................................................................................................... 77 2.4 SEGURIDAD EN MÁQUINAS..................................................................................... 78 2.5 PROYECTAR UNA RED AS-I..................................................................................... 79 2.5.1 Arquitectura.................................................................................................. 79 2.5.2 Tipos de sensor-actuador............................................................................. 80 2.5.3 Cantidad de Esclavos................................................................................... 80 2.5.4 Consumo...................................................................................................... 81 2.5.5 Tiempo de respuesta................................................................................... 81 2.6 ELEMENTOS DE CONTROL Y PROGRAMACIÓN................................................... 82 2.7 MAESTRO AS-I SIEMENS CP343-2.......................................................................... 84 2.7.1 Direccionamiento de Esclavos..................................................................... 85 2.7.2 Instalación y configuración.......................................................................... 87 2.7.3 Puesta en marcha y prueba del bus............................................................ 88 2.7.4 Programa de control..................................................................................... 88 2.8 MAESTRO AS-I TELEMECANIQUE TWIDO TWDNOI10M3..................................... 90 2.8.1 Direccionamiento de Esclavos..................................................................... 92 2.8.2 Instalación y configuración.......................................................................... 93 2.8.3 Puesta en marcha y prueba del bus............................................................ 94 2.8.4 Programa de control.................................................................................... 96 2.9 SUMARIO.................................................................................................................... 96 2.10 EJERCICIOS............................................................................................................. 98 3 BUS DE CAMPO CANOPEN..................................................................................................... 99 3.1 ORÍGENES DE CANOPEN......................................................................................... 100 3.2 CARACTERÍSTICAS GENERALES............................................................................ 102 3.2.1 Modelo de referencia................................................................................... 103 3.2.2 Comunicación entre capas.......................................................................... 103 3.2.3 Modelo de Dispositivo.................................................................................. 104 3.3 LA CAPA FÍSICA......................................................................................................... 104 3.3.1 Topología..................................................................................................... 105 3.3.2 Conexionado................................................................................................ 108 3.3.3 Diseño de una red CANopen....................................................................... 109 3.3.3.1 Ejemplos de cálculo..................................................................... 112 3.3.3.2 Software cálculo CANopen.......................................................... 114 3.3.3.3 Verificaciones de la arquitectura.................................................. 117 3.4 LA CAPA DE ENLACE................................................................................................ 118 3.5 LA CAPA DE APLICACIÓN......................................................................................... 120 3.5.1 El Diccionario de objetos.............................................................................. 120 3.5.2 El archivo de configuración EDS.................................................................. 122 3.6 PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN CANOPEN..................................................... 122 3.6.1 Modos de comunicación............................................................................... 124 3.6.2 PDO (Process Data Object)......................................................................... 125 3.6.2.1 Direccionamiento.......................................................................... 126 3.6.2.2 Tipos de PDO............................................................................... 128 3.6.3 SDO (Service Data Object).......................................................................... 129

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3.6.4 SFO (Special Function Objects)................................................................... 130 3.6.5 NMT (Network Management)....................................................................... 130 3.7 EJERCICIO: CONEXIONADO TESYS-U CON TSX PREMIUM EN CANOPEN........ 134 3.7.1 Tesys-U........................................................................................................ 134 3.7.2 Registros de emisión-recepción................................................................... 136 3.7.3 Sycon........................................................................................................... 137 3.7.4 Unity............................................................................................................. 140 3.8 EJERCICIO: CONEXIONADO TESYS-U CON TWIDO EN CANOPEN..................... 143 3.8.1 TwidoSuite................................................................................................... 143 3.8.2 Configuración de los PDO........................................................................... 144 3.8.3 Señales del autómata.................................................................................. 146 3.9 EJERCICIOS............................................................................................................... 148 4 ETHERNET................................................................................................................................. 151 4.1 ORÍGENES DE ETHERNET....................................................................................... 152 4.1.1 Normalización............................................................................................... 153 4.1.2 Evolución de Ethernet...................................................................................153 4.2 REDES DE COMUNICACIÓN ETHERNET................................................................. 155 4.2.1 Topologías Ethernet..................................................................................... 155 4.2.2 Medios de transmisión................................................................................. 159 4.2.3 Elementos de interconexión......................................................................... 162 4.2.4 Dispositivos de red....................................................................................... 168 4.2.5 Administración y seguridad de redes........................................................... 170 4.2.5.1 Cortafuegos (Firewall).................................................................. 170 4.2.5.2 Proxy............................................................................................ 172 4.2.5.3 Tierra de Nadie............................................................................. 173 4.2.5.4 Redes Privadas Virtuales (VPN, Virtual Private Networks).......... 174 4.2.5.5 Sistemas de detección de intrusos (IDS) ..... 175 4.2.5.6 Grupo de trabajo/Dominio............................................................ 176 4.2.6 POE - Power Over Ethernet ........................................................................ 176 4.3 OSI TCP/IP...................................................................................................................177 4.4 TRABAJANDO CON ETHERNET ............................................................................... 181 4.4.1 Direcciones en Ethernet............................................................................... 182 4.4.1.1 Direcciones MAC.......................................................................... 182 4.4.1.2 Direcciones IP............................................................................... 183 4.4.1.3 Acceso a los dispositivos.............................................................. 184 4.4.1.4 Máscara de subred....................................................................... 187 4.4.1.5 Subnetting..................................................................................... 188 4.4.1.6 Puerta de enlace predeterminada.................................................189 4.4.1.7 Asignación de una dirección a un equipo..................................... 191 4.4.2 Herramientas de red DOS............................................................................ 193 4.4.3 Principios de Diseño..................................................................................... 198 4.4.3.1 Estructuras de red más comunes................................................. 198 4.4.3.2 Principios básicos de diseño........................................................ 200 4.4.3.3 Redundancia................................................................................ 201 4.5 SUMARIO.................................................................................................................... 202 4.6 PRÁCTICAS DE CONEXIÓN...................................................................................... 204 4.6.1 Conexión de autómatas en IOScanning...................................................... 204 4.6.1.1 Conexión IOScanning TSXPremium-TSXPremium..................... 205 4.6.1.2 Conexión TSXPremium y dos Twido con IOScanning................. 209 4.7 EJERCICIOS TEÓRICOS........................................................................................... 212 5 BUS DE CAMPO PROFIBUS......................................................................................................215 5.1 BUS DE CAMPO PROFIBUS...................................................................................... 216 5.2 BUS DE CAMPO MPI (SIEMENS).............................................................................. 216 5.2.1 MPI, parámetros básicos............................................................................. 217 5.2.2 Práctica MPI: El cable RS485.......................................................... ........... 218 5.2.3 Práctica MPI: Configuración del Ordenador (PC/PG)...................... ........... 219 5.2.4 Práctica MPI: Configuración de una CPU S7-300....................................... 221 5.2.5 MPI, Métodos de intercambio de datos....................................................... 222

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5.2.6 Práctica MPI: Comunicación cíclica con Datos Globales............................ 223 5.2.7 Práctica MPI: Comunicación acíclica........................................................... 223 5.2.7.1 Configuración de la Red............................................................... 224 5.2.7.2 Programa de control..................................................................... 225 5.2.7.3 Función X_PUT................................................................ ............ 228 5.2.7.4 Función X_GET............................................................................ 229 5.2.7.5 Informaciones de error................................................................. 230 5.3 BUS DE CAMPO PROFIBUS ..................................................................................... 230 5.3.1 Variantes de Profibus .................................................................................. 231 5.3.2 Profibus-FMS............................................................................................... 231 5.3.3 Profibus-PA................................................................................................. 232 5.3.4 Profibus-DP.................................................................................................. 233 5.3.4.1 Versiones de Profibus DP............................................................ 235 5.4 INTERCAMBIO DE DATOS CON S7-300................................................................... 238 5.4.1 Práctica DP1: Comunicación S7-300 con puerto DP integrado.................. 239 5.4.1.1 Configuración de las CPU esclavas............................................. 239 5.4.1.2 Configuración de la red Profibus-DP.............................................240 5.4.1.3 Asignación de los Esclavos al Maestro.........................................241 5.4.2 Práctica DP2: Comunicación S7-300 con tarjeta CP342-5......................... 244 5.4.2.1 Configuración del Esclavo.............................................................245 5.4.2.2 Configuración del Maestro............................................................ 247 5.4.2.3 Programa de control..................................................................... 250 5.4.3 Práctica DP3: Diagnóstico de bus mediante la función FC125................... 250 5.4.3.1 Parámetros de entrada de FC125............................................... 251 5.4.3.2 Parámetros de Entrada/Salida..................................................... 251 5.4.3.3 Ejemplo de llamada a FC125....................................................... 252 5.5 SUMARIO................................................................................................................... 253 6 SEGURIDAD Y SISTEMAS INDUSTRIALES............................................................................. 255 6.1 INTEGRACIÓN CORPORATIVA................................................................................ 256 6.1.1 Sistemas SCADA........................................................................................ 256 6.1.2 Integración.................................................................................................. 257 6.2 INTRUSIÓN EN SISTEMAS DE CONTROL.............................................................. 259 6.3 PUNTOS DÉBILES..................................................................................................... 262 6.3.1 La puesta en marcha................................................................................... 262 6.3.2 Los Datos..................................................................................................... 263 6.3.3 Política de Seguridad................................................................................... 263 6.3.4 Arquitectura.................................................................................................. 264 6.3.5 Comunicaciones.......................................................................................... 265 6.3.6 Plataformas.................................................................................................. 266 6.4 AMENAZAS................................................................................................................. 267 6.4.1 Categorías................................................................................................... 267 6.4.2 ¿Existen realmente?.................................................................................... 269 6.4.3 Intrusión electrónica..................................................................................... 271 6.4.4 Los responsables......................................................................................... 272 6.5 POLÍTICAS DE SEGURIDAD...................................................................................... 272 6.5.1 El comienzo.................................................................................................. 273 6.5.2 El ciclo de la Seguridad................................................................................ 273 6.5.3 Técnicas de Prevención............................................................................... 275 6.6 LAS RECOMENDACIONES........................................................................................ 277 6.6.1 Sobre los accesos a la red........................................................................... 278 6.6.2 Sobre el sistema informático........................................................................ 279 6.6.3 Sobre las personas...................................................................................... 282 6.7 EJERCICIOS............................................................................................................... 286

Este libro ha sido creado con un objetivo principal, el de que cualquier persona interesada en las Comunicaciones industriales pueda aprender practicando. Para ello, y desde el primer día, podrá empezar a elaborar unos proyectos totalmente desarrollados y otros propuestos. Todos ellos sobre los diferentes buses de campo presentados:
·AS-I ·ETHERNET ·TECNOLOGIA (web de control)
·PROFIBUS ·PROFINET ·RED WIRELESS EN EL AMBITO INDUSTRIAL
El libro está orientado tanto a estudiantes como a técnicos y profesionales del sector de la automatización industrial.

Ingeniería en Tecnologías de la Información y Comunicación