Fieldbus (Bus de Campo) es el nombre de una
familia de protocolos industriales de redes informáticas utilizados para redes
de control industrial en tiempo real, estandarizado como norma IEC 61158. Es
una manera de conectar los instrumentos en una planta de fabricación. Fieldbus
puede trabajar en estructuras de red que normalmente permite la conexión de
topologías de red en cadena, estrella, anillo, ramas, árboles.
Los encargados de desarrollar estos
protocolos fueron un consorcio de industrias que se denominaron "Fieldbus
Foundation ", que sin fines de lucro, buscaron integrar las comunicaciones
a niveles de campo. La fundación Fieldbus representa los principales
proveedores de la industria de automatización de procesos y los usuarios
finales en todo el mundo. Han asumido un papel de liderazgo en el desarrollo de
buses de campo de las comunicaciones digitales y las arquitecturas de sistemas
integrados basados en normas regionales e internacionales. Es una tecnología de
campo que trata de mejorar la automatización industrial adecuándose a los
exigentes requerimientos de seguridad, versatilidad, y capacidad de control que
se encuentran actualmente.
Hay dos partes importantes de la arquitectura
del sistema Fieldbus: la interconexión y aplicación. La interconexión se
refiere a la transmisión de datos desde un dispositivo a otro, puede ser un
dispositivo de campo, operador de consola o un configurador. Esta es la parte
del protocolo de comunicación de bus de campo. La aplicación es la función de
automatización que el sistema realiza. Mediante la estandarización de parte de
la aplicación, Fieldbus ha ido más lejos que cualquier otro estándar de
comunicación, garantizando la interoperabilidad entre los productos.
La arquitectura de aplicación de Fieldbus se
apoya en la distribución de las tareas de automatización a los dispositivos de
campo que están interconectados a una red. Las funciones más básicas realizadas
por un dispositivo se modelan como bloques. Los bloques cooperan y se
interconectan entre sí, apoyando a la propagación de parámetros entre los
dispositivos, y el operador.
La arquitectura de interconexión Fieldbus se
basa en un subconjunto de tres capas de la arquitectura OSI, modelo de referencia
elaborado por la ISO. Los modelos de la aplicación OSI, la gestión del sistema,
así como también la arquitectura de aplicación de Fieldbus, se basan en
conceptos de Programación Orientada a Objetos. Ambas modelos, OSI y OOP se
utilizan para simplificar la comprensión de la funcionalidad de fieldbus.
Define
su propio modelo de comunicaciones:
Capa
de Aplicación (APP): permite la
interconexión entre los puntos de acceso y el usuario. El estándar define
formatos de mensaje y servicios a disposición de los AP. Esta
capa es la más importante del estándar ya que provee la interface entre el
proceso y el usuario final encargado de configurarlo. Emplea una estructura de
bloques para la interacción habilitando tendencias y alarmas en su
configuración.
Capa de Enlace de Datos (DLL): transfiere datos entre entidades de la red; realiza
el mantenimiento, la activación y desactivación de los enlaces de las
conexiones de datos, agrupación de bits en caracteres y tramas, control de
errores, control de acceso al medio y control de flujo (permitiendo a varios
dispositivos compartir la red). La norma define el tipo de control de acceso al
medio, formatos de trama, la comprobación de errores. Esta
capa se encarga de codificar y decodificar la información proveniente de la
capa física. Trabaja como un buffer de información encargado de asegurar la
transmisión de información en forma determinística.
Capa
Física (PHL): Sólo reconoce bits
individuales. La norma define los tipos de medios y señales, velocidad de
transmisión y topología, incluyendo el número de nodos, y la potencia del dispositivo.
Es
el encargado de convertir la información proveniente de la pila de comunicación
de forma de poder transmitirlo a través de la red. Esta capa define tres medios
de transmisión diferentes: fibra óptica (1 Mbit/s), par trenzado (31.25 kbit/s)
y enlace de radio (2.5 Mbit/s).
La
tecnología fieldbus (bus de campo) es un protocolo de comunicaciones digital de
alta velocidad creada para remplazar la clásica señal de 4-20 mA que aún se
utiliza en muchos de los sistemas DCS y PLC, instrumentos de
medida y transmisión y válvulas de control. La arquitectura fieldbus conecta
estos instrumentos con computadores que se usan en diferentes niveles de
coordinación y dirección de la planta. Muchos de los protocolos patentados para
dichas aplicaciones tiene una limitante y es que el fabricante no permite al
usuario final la interoperabilidad de instrumentos, es decir, no es posible
intercambiar los instrumentos de un fabricante por otro similar. Es claro que
estas tecnologías cerradas tienden a desaparecer, ya que actualmente es
necesaria la interoperabilidad de sistemas y aparatos y así tener la capacidad
de manejar sistemas abiertos y estandarizados. Con la mejora de los protocolos
de comunicación es ahora posible reducir el tiempo necesario para la
transferencia de datos, asegurando la misma, garantizando el tiempo de
sincronización y el tiempo real de respuesta determinística en algunas
aplicaciones.
Ventaja del coste de
Fieldbus
Una
ventaja importante de la puesta en práctica de Fieldbus son los ahorros que se
asocian a la eliminación del cable; los múltiples dispositivos comparten pares
para comunicarse. Otras ventajas de Fieldbus, a continuación:
- Puede
funcionar en ambientes industriales y/o peligrosos.
- Lleva
la energía por el mismo cable.
- Puede
reutilizar cables existentes.
- Soporta
Seguridad intrínseca.
- Control
determinístico.
- Mantiene
informado al usuario.
Desventajas
del fieldbus
- Los
sistemas de Fieldbus son más complejos, así que los usuarios necesitan ser
entrenados más extensivamente o ser calificados más altamente
- El precio de
los componentes del fieldbus es más altos.
- Los
dispositivos de prueba de Fieldbus son más complejos.
- Los
fabricantes de dispositivos tienen que ofrecer diversas versiones de sus
dispositivos (sensores, actuadores) debido al número de diversos
estándares (incompatibles) de fieldbus.
- Unos
o más estándares del fieldbus pueden predominar en un futuro y otros
pueden llegar a ser obsoletos. Esto aumenta el riesgo de
la inversión al poner fieldbus en ejecución.
