Buses de campo domóticos

Buses de campo domóticos

¿Qué es un bus de campo domótico?

Como todos sabréis los buses de campo son algo “relativamente” nuevo ya que aparecieron a finales de los años ochenta y sobre todo a principios de los noventa es cuando tuvieron una gran expansión en entornos industriales.

Hoy en día casi todas las instalaciones domóticas utilizan un cableado tipo bus para la transmisión de los datos de control.

Podemos definir entonces los buses de campo como la parte física del sistema que comunica los sistemas de automatización y los dispositivos de campo.

En los sistemas cableados “tradicionales” cada sensor es cableado al autómata mediante dos o tres cables por lo que aumenta el número de sensores y actuadores así como complica el cableado de la instalación. Esta instalación implica que los sensores y actuadotes sólo pueden ser vistos y escritos desde la línea que están cableados.

La principal diferencia entre estos sistemas cableados “tradicionales” y sistemas que utilizan los buses de campo es que mediante un solo cable de comunicación serie el autómata se conecta a los actuadores y sensores. Estos sensores son los que mandan los datos de medición, de monitorización o de control a los distintos actuadores, autómatas y centralitas para que estos tomen una decisión en base a una configuración previa del sistema. Por tanto es más preciso y riguroso denominar a estos sensores “captadores”.

Clasificación buses de campo domóticos

Clasifiquemos los tipos de captadores en:

  • Captadores clásicos “todo o nada” y analógicos.
  • Dispositivos inteligentes.

En el cableado clásico, para que el autómata trabaje con dispositivos inteligentes se tienen que cablear varias entradas digitales, entradas analógicas, una salida analógica y varias salidas digitales sólo para un autómata.

Los buses de campo como Profibus, Interbus, Fipio, que después explicaremos, permiten el cableado de dispositivos inteligentes

con un sólo cable de comunicación, lo que implica que modificaciones y ampliaciones de las instalaciones se pueden realizar fácilmente sólo con ampliar el cable del bus y conectar nuevos componentes.

Todos los actuadores y captadores van a estar conectados al bus intercambiando información a una velocidad de Kbps ó Mbps. Por ello el envío de la información se realiza por medio de las funciones suministradas por el protocolo de comunicaciones en pequeños paquetes. Esto implica que la lectura y escritura de los elementos debe estar coordinada a través de un protocolo de acceso al medio y siempre dentro de un tiempo inferior a un ciclo temporal definido en este protocolo.

¿Qué se transmite por el bus de campo domótico?

Por el bus deben transmitirse dos tipos de datos:

  • Datos de proceso o de entrada/salida

Se caracterizan por su influencia directa sobre el sistema controlado. Son señales de actuación. Normalmente tienen un carácter cíclico por lo que deben ser actualizados por medio del bus.

Los datos de entrada/salida de cada dispositivo son unos pocos bytes. Gracias a esto se puede conectar al bus un gran número dispositivos de campo. Se identifican por la dirección del dispositivo en la red.

  • Parámetros o Mensajes

Los parámetros tienen la función de ajustar, monitorizar y programar dispositivos inteligentes. No dispone del carácter de información cíclica que tienen los datos de proceso. La gran diferencia es que esta información es transmitida solamente por demanda y no de una manera recurrente. Debido esta falta de periodicidad la transmisión de la información de parámetros requiere una especial seguridad.

El tamaño de la información paramétrica en el área de sensores y actuadores va desde 10 a 100 bytes por dispositivo aunque puede llegar hasta 100 Kbytes en algunos dispositivos inteligentes.

Otra característica es que no existen requisitos de tiempo ni slots predeterminados pudiendo ser X ms para la función de monitorizar y de varios minutos la función de programación.

Un bloque de parámetros no sólo se identifica por la dirección del dispositivo, sino que requiere información adicional que describa el tipo de información.

La descripción completa de un dispositivo se conoce como perfil. En los buses de campo se definen perfiles para una gran cantidad de dispositivos:

  • Módulos de entrada/salida digitales, Módulos de entrada/salida, analógicos, variadores, control de motores paso a paso, arrancadores, encoders, sistemas de pesaje y dosificación de productos, lectores de códigos de barra, etc.

La comunicación en el bus.

Los métodos utilizados en los buses de campo para actualizar los datos de proceso o entrada/salida son:

  • Strobe

Petición de información por parte del maestro y envío desde los dispositivos esclavos. Muy eficientes para sensores.

  • Polling

El maestro envía información de salida al dispositivo y éste le responde con la información de entradas.

  • Cambio de estado

El dispositivo no transmite información hasta que se modifica el estado de las variables. Muy eficiente en sistemas discretos.

  • Cíclico

El dispositivo envía la información a la red en un intervalo de tiempo prefijado.

No debemos olvidar que el bus de campo debe incorporar los servicios de comunicación necesarios para los procesos de configuración, programación y test.

Tipos de buses de campo

Existen en el mercado gran cantidad de buses de campo diferentes. Podemos destacar los siguientes:

  • Device Net Allen Bradley
  • Profibus Siemens
  • FIPIO Telemecánica
  • ASI
  • Interbus
  • EIB

Veamos mas detenidamente los distintos buses:

AS-i

El bus AS-i es un sistema de transmisión de datos y órdenes estándar para sensores y actuadores. As-i surgió en 1990 por iniciativa de un grupo de diez empresas, en su mayoría fabricantes de sensores y actuadores.

AS-i permite la descentralización con un tiempo de respuesta menor a 5ms. Por supuesto existen pasarelas para FIPIO, Modbus, Profibus,….

FIPIO

El bus FIPIO es un bus de tipo industrial abierto conforme a la norma FIP (impulsada por fabricantes y organismos industriales franceses de la rama de telemecánica).

El bus permite que se conecten hasta un máximo de 127 dispositivos, aunque como en toda topología bus se sectoriza por segmento bus para facilitar la instalación, la comunicación y en general el funcionamiento del sistema.

El bus permite la gestión como máximo de 32 dispositivos por segmento de bus. En general los dispositivos que se pueden conectar al bus FIPIO son:

•  Autómatas

•  Módulos de entrada/salidas distantes

•  Módulos pasarela

La velocidad de transmisión del bus es de 1Mbit/segundo.

Con respecto a la topología de bus, el número de segmentos posibles es ilimitado utilizando topología árbol. Si utilizamos una topología bus tradicional el número de segmentos está limitado a 5 o lo que es lo mismo a 4 repetidores. Resumiendo en topología bus: ?? 1 Km sin repetidor

  • 5 Km con 4 repetidores eléctricos (5 segmentos de 1Km)
  • 15 Km con 4 repetidores ópticos (5 segmentos de 3 Km )

Profibus

La base de Profibus fue un proyecto de investigación de varias empresas y cinco institutos de investigación alemanes. Actualmente, Profibus en sus 3 versiones FMS, DP y PA son estándar europeo EN50170.

Este tipo de red trabaja con nodos maestros y nodos esclavos. Los nodos maestros se llaman también activos y los esclavos pasivos.

Hay instalados más de dos millones en más de 200000 aplicaciones. Con más de 1600 productos disponibles. Hay aproximadamente 250 fabricantes de productos Profibus en todo el mundo. Es uno de los buses de campo que cuenta con mayor aceptación en Europa. De hecho, existen dos asociaciones que lo avalan:

  • PI (Profibus Internacional)
  • PNO (Organización de usuarios de Profibus)

•  Profibus DP- Periferia descentralizada

Se caracteriza por tiempos de reacción muy pequeños. Soporta transferencias de pequeñas cantidades de datos. Es posible conexionar equipos de campo, accionamientos, paneles de operación, autómatas programables y PCs.

•  Profibus FMS- Fieldbus Message Specification

Permite interconexión en red de autómatas, supervisores de proceso, paneles de operación, PCs, etc. Su característica más notable es que su comunicación orientada a objetos

•  Profibus PA- Automatización de procesos

Con respecto a las otras dos variantes tenemos que añadir que datos y alimentación van sobre un cable. La seguridad del mismo es intrínseca.

Interbus

Es una red de sensores/actuadores distribuidos para sistemas de fabricación y control de procesos continuos. Se caracteriza por ser un sistema abierto de alta prestaciones, de topología en anillo.

Interbus no está respaldado por los grandes fabricantes de autómatas. Sin embargo, alrededor de 700 desarrolladores de dispositivos de campo lo soportan, sacando al mercado continuamente nuevos desarrollos técnicos y productos.

En la actualidad hay instalados más de 1,5 millones de dispositivos de campo.

Un sistema basado en Interbus está compuesto por una tarjeta de control, instalada en un PC industrial o en un autómata programable que comunica con un conjunto de dispositivos de entrada/salida. Utiliza un método de comunicación maestro-esclavo Ni que decir tiene que se trata de un sistema centralizado. Estándar Europeo norma 1997 EN50254.

EIB ( European Installation Bus)

Se utiliza sobre todo para la automatización de edificios de las siguientes aplicaciones:

•  Control de iluminación

•  Control de persianas

•  Control de calefacción

•  Administración de cargas y energía

•  Servicio y observación

Es un estándar internacional según EN 50090 y ANSI EIA 776, abierto e independiente de fabricantes y promovido por la EIBA. Se caracteriza por tener una estructura tanto física como lógica distribuida. Es el bus que se esta imponiendo en sistemas domóticos en Europa seguido muy de cerca por Lonworks y otros sistemas de automatización residencial de diversos países.

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