Fieldbus

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.