La mayor parte de las comunicaciones entre los instrumentos de proceso y el sistema de control se basan en señales analógicas. (neumáticas 0,2-1 bar utilizadas en pequeñas plantas y válvulas de control y electrónicas de 4 a 20 mA de corriente contínua cc). Sin embargo, los instrumentos digitales capaces de manejar grandes volúmenes de datos y guardarlos en unidades históricas están aumentando día a día sus aplicaciones. Su precisión es unas diez veces mayor que la de la señal clásica de 4 a 20 mA. En lugar de enviar cada variable por un par de hilos de 4 a 20 mA, transmiten secuencialmente las variables a través de un cable de comunicaciones llamado bus.
La tecnología de buses de campo o field bus es un protocolo de comunicaciones digital de alta velocidad que está en camino de sustituir a la clásica señal analógica de 4-20 mA. en todos los sistemas de control distribuido DCS y control lógico programable PLC, instrumentos de medida, transmisión y válvulas de control .
La arquitectura de buses de campo conecta estos aparatos con computadores que pueden trabajar para muchos niveles en la dirección de la planta. Los protocolos desarrollados por los fabricantes no permiten al usuario final la intercambiabilidad o interoperatividad de sus instrumentos, es decir que no es posible sustituir un instrumento de un fabricante por otro similar de otro fabricante, ni intercambiar instrumentos de funcionalidad equivalente.
ARQUITECTURA INTERNA DEL FIELD BUS O BUS DE CAMPO
Al igual que el modelo OSI de telecomunicaciones esta arquitectura tiene varios niveles o capas que son:
NIVEL 1 FISICO: especifica las condiciones del medio de transmisión, características eléctricas, mecánicas y funcionales y la codificación de los datos.
NIVEL 2 ENLACE: establece el enlace lógico, el control de flujo y de errores, la sincronización de la transmisión y el control de acceso al medio.
NIVEL 3 AL 6 son niveles de PROTOCOLO
NIVEL 7: APLICACIÓN que contienen los servicios y regula la transferencia de mensajes entre las aplicaciones del usuario y los diferentes instrumentos.
CAPA USUARIO: DEDICADA.
El primer bus de campo efectivamente abierto utilizado ampliamente fue el MODBUSperteneciente a Gould Modicon que solo dispone del nivel 1 y 2 que son físico y enlace.
Los protocolos de comunicaciones abiertos importantes son el HART, WorldFIP ISP, BITBUS, INTERBUS-S , P-NET, ECHELON Y CAN.
El protocolo HART (higway –addressable –remote-transducer) fue desarrollado por Rosemount inc. Agrupa la información digital sobre la señal análogica clásica de 4 a 20 mA. La señal digital usa dos frecuencias individuales de 1200 y 2200 Hz que representan los dígitos 1 y 0 y que forman una onda senoidal que se superpone sobre el lazo de corriente de 4-20mA. Como la señal promedio de una onda senoidal es cero, no se añade ninguna componente de CC a la señal analógica de 4-20mA a continuación podemos ver las señales que constituyen el protocolo HART.
Este protocolo tiene la capacidad de soportar hasta 256 variables aparte de que los transmisores pueden conectarse entre sí a través de un bus y comunicarse con 15 aparatos. (PLC, computadoras)
El WorldFIP utiliza sistemas de comunicaciones sincronizadas en tiempo basados en protocolo FIP( Factory instrumentation, protocol) de la industria francesa que garantiza una comunicación rápida en el control de procesos. Lo integran SCHNEIDER ELECTRIC, HONEYWELL, BAILEY, CEGELEC, ALLEN BRADLEY.
ISP que significa(interoperable systems Project) se basa en varios sistemas entre ellos PROFIBUS, estándar alemán en que el aparato (HOST) pasa un testigo (TOKEN) de aparato en aparato dándole así un acceso al circuito. Lo integran SIEMENS, ROSEMOUNT, FISHER CONTROLS, YOKOGAWA, FOXBORO,ABB.
La fundación Fieldbus fue creada en el año de 1994 con el propósito de definir un estándar general de acuerdo a las normas IEC-ISA y agrupando la organización WorldFIP y la fundación ISP. Todo esto fue posible gracias a los progresos efectuados en los protocolos FIP y PROFIBUS.
En europa existen normativas de la CEGELEC (EN-82150) y está en marcha una iniciativa europea que puede reunir características de las normas FIP, PROFIBUS, Y P-NET.
La normativa ISP-SP50, que inicialmente tenía que terminarse en 1989 se ha retrasado debido a la política de competencia de fabricantes de instrumentos y al dia de hoy no es un estándar universal.
El sistema totalmente abierto desde la sala de control hasta los instrumentos de campo se conseguirá con el fieldbus estándar. Este proporciona el control automático y secuencial, alarmas, inteligencia en los instrumentos de campo.
A continuación en el siguiente gráfico pueden verse las arquitecturas actual y futura de fieldbus. Cabe señalar que el sistema totalmente abierto puede combinar con UNIX, ethernet, con la base de datos relational Oracle y con Windows lo que reduce la necesidad de interfaces. Asimismo el sistema abierto combinado con el software comercial puede conducir a una potencial pérdida de seguridad de los datos por lo que los suministradores propietarios del sistema lo desarrollarán con el mayor de los cuidados.
Actualmente los fabricantes están investigando continuamente en la evolución de sus equipos por lo que no están excesivamente interesados en que exista un solo estándar. Por otro lado, al realizar en un tiempo mínimo las máximas aplicaciones posibles de su bus de campo(FIELDBUS) propietario, el fabricante puede conseguir una cierta irreversibilidad del mercado de tal modo que los propios usuarios pueden forzar la normalización del protocolo de comunicaciones que emplean.
Existen también asociaciones, fusiones y alianzas de colaboración entre empresas orientadas a conseguir un segmento importante del mercado. Todo ello contribuye a la desorientación del usuario que antes de tomar una decisión debe ponderar las ventajas de los sistemas de comunicación actuales y soluciones futuras.
De todas maneras, es deseable que los usuarios puedan disponer de un protocolo estándar y que éste pueda incorporarse lo más pronto posible a los grandes sistemas de control distribuido. Por otra parte, esos sistemas deben usar de forma transparente la infraestructura de comunicaciones de datos existente.
COMPARATIVA DE TRANSMISORES
A continuación podemos apreciar una tabla de comparación de transmisores neumáticos, electrónicos, convencionales e inteligentes estos últimos en versiones de señal de salida de 4 a 20mA y señal digital de salida
