8/18/2019 113 Protocolos de Comunicacion
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INSTRUMENTOS DE CONTROLINSTRUMENTOS DE CONTROL
PROTOCOLOS DEPROTOCOLOS DECOMUNICACIONCOMUNICACION
Elaborado por: Ing. Isaac Quispe UretaElaborado por: Ing. Isaac Quispe Ureta
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1.0.1.0. ANALOGICO vs DIGITALANALOGICO vs DIGITAL
INTRODUCCIONINTRODUCCION
Una señal eléctrica es analógica cuandoUna señal eléctrica es analógica cuandosu representación en el tiempo es la desu representación en el tiempo es la deuna función continúa, es decir, losuna función continúa, es decir, los
cambios no son bruscos y puede adoptarcambios no son bruscos y puede adoptarinfinitos valores. Ejemplo : La voz, el calor,infinitos valores. Ejemplo : La voz, el calor,la presión , etcla presión , etcLas señales analógicas son creadas porLas señales analógicas son creadas porla naturaleza.la naturaleza.
DIGITALDIGITALUna señal es digital, cuando adopta enUna señal es digital, cuando adopta enel tiempo valores discretosel tiempo valores discretospredeterminados y limitados. Supredeterminados y limitados. Surepresentación en el tiempo, reflejarepresentación en el tiempo, refleja
cambios bruscos de magnitud.cambios bruscos de magnitud.Las señales digitales han sido creadasLas señales digitales han sido creadaspor el ser humanopor el ser humano
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1.2.1.2. ANALOGICO vs DIGITALANALOGICO vs DIGITAL
1 y 0.1 y 0.
Una señal digital seUna señal digital se
representa 1 y 0. Donderepresenta 1 y 0. Donde
1 es un nivel de tensión1 es un nivel de tensión
más elevado, que semás elevado, que sedenomina nivel alto ( HIGHdenomina nivel alto ( HIGH
))
y un 0 es un nivel másy un 0 es un nivel más
bajo de tensión ( LOW ).bajo de tensión ( LOW ).
Cuando no se repiten enCuando no se repiten en
intervalos de tiempo fijos esintervalos de tiempo fijos es
un tren de impulsos noun tren de impulsos no
periódicoperiódico
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1.3.1.3. ANALOGICO vs DIGITALANALOGICO vs DIGITAL
CONVERSORESCONVERSORESExisten circuitos que permiten convertirExisten circuitos que permiten convertirseñal analógica en señal digital yseñal analógica en señal digital yviceversa. Estos circuitos se llamanviceversa. Estos circuitos se llamanconversores :conversores :
ADC : Conversor Análogo Digital. ADC : Conversor Análogo Digital.
DAC : Conversor Digital Análogo.DAC : Conversor Digital Análogo.
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1.4.1.4. ANALOGICO vs DIGITALANALOGICO vs DIGITAL
CONVERSORESCONVERSORESLos conversores se especifican enLos conversores se especifican enfunción a la cantidad defunción a la cantidad de bit’sbit’s que utilizanque utilizanpara realizar la conversión.para realizar la conversión.
Si usamos una cantidad pequeña de bitsSi usamos una cantidad pequeña de bitsla aproximación a la señal no es muyla aproximación a la señal no es muybuena.buena.
Conforme aumentamos la cantidad deConforme aumentamos la cantidad debit’sbit’s la conversión se aproxima cada vezla conversión se aproxima cada vezmas a la señal realmas a la señal real
Los conversores pueden ser de 8, 10, 12,Los conversores pueden ser de 8, 10, 12,16, 24, 32 bits16, 24, 32 bits
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3.0 LA VARIEDAD ES LA ESENCIA DE LA VIDA3.0 LA VARIEDAD ES LA ESENCIA DE LA VIDA
Una amplia variedad de redes de “campo” están disponibles el amUna amplia variedad de redes de “campo” están disponibles el ambiente debiente de
automatización industrial. Sin embargo, la confusión se genera pautomatización industrial. Sin embargo, la confusión se genera porque susorque sus
capacidades se solapan y no son entendidascapacidades se solapan y no son entendidas
– – DeviceNetDeviceNet
– – Profibus DP / PAProfibus DP / PA
– – Foundation FieldbusFoundation Fieldbus
– – Existen otrasExisten otras
CO MM UNICATION FOUNDATION
HART
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4.0 TIPOS Y NIVELES DE PROTOCOLOS4.0 TIPOS Y NIVELES DE PROTOCOLOS
24vdc
509 -BOD
T
Nivel de DispositivoNivel de Dispositivo
Nivel de InformaciónNivel de Información
Nivel deNivel de AutomatAutomatizaciónización yy ControlControl
HighAlarmLowAlarmComm.Err.
ControlNet, Profibus DPControlNet, Profibus DP
/ Modbus/ Modbus• 99 nodos por red• 5 Mbaud
Ethernet TCP/IP• Número de nodos ilimitado
• 10/100 Mbaud
Ethernet TCP/IP
DeviceNet / Foundation FieldbusDeviceNet / Foundation Fieldbus -- H1 /
Hart / Profibus PA•• 64 nodos
•500 Kbaud
H1 /
Hart / Profibus PA
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5.0 LOS BUSES DE CAMPO SON DIFERENTES A LAS REDES DE COMUNICACIÓ5.0 LOS BUSES DE CAMPO SON DIFERENTES A LAS REDES DE COMUNICACIÓNN
Caracterizado por el uso de dispositivos “Inteligentes”Caracterizado por el uso de dispositivos “Inteligentes”
– – En la automatización de procesos, los buses de campo o redes deEn la automatización de procesos, los buses de campo o redes de instrumentosinstrumentos
estan reemplazando los dispositivos tradicionales de 4estan reemplazando los dispositivos tradicionales de 4--20 mA20 mA
– – En la automatización industrial, las redes de dispositivos estanEn la automatización industrial, las redes de dispositivos estan reemplzando las E/Sreemplzando las E/Sdiscretasdiscretas
Las redes o buses de campo tipicamente proveen alimentación a loLas redes o buses de campo tipicamente proveen alimentación a los dispositivoss dispositivos
Abierto pero con Reglas Abierto pero con Reglas
CO M MU NICATION FOUNDATION
HART
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7.0 AHORA EXISTE UN ESTÁNDAR PARA FIELDBUS...7.0 AHORA EXISTE UN ESTÁNDAR PARA FIELDBUS...IECIEC 6115861158
La norma IEC 61158 fué diseñada para proveer un estándar paraLa norma IEC 61158 fué diseñada para proveer un estándar parael reemplazo digital simple del estándarel reemplazo digital simple del estándar 44--20ma20ma
– – Concebido en 1985, iniciado en 1988Concebido en 1985, iniciado en 1988
1993 se publicó parte 2, la cuál fué para la capa fisica1993 se publicó parte 2, la cuál fué para la capa fisica 1996 se publicó la segunda edición de la parte 21996 se publicó la segunda edición de la parte 2
2000 se publicaron partes 32000 se publicaron partes 3 -- 6, para la parte 8 del6, para la parte 8 del
protocoloprotocolo
– – Type 1Type 1 -- resembla FF H1resembla FF H1 – – Type 2Type 2 -- ControlNetControlNet
– – Type 3Type 3 -- ProfibusProfibus--DPDP
– – Type 4Type 4 -- PP--NetNet
– – Type 5Type 5 -- FFB HSEFFB HSE – – Type 6Type 6 -- SwiftNetSwiftNet
– – Type 7Type 7 -- WorldFIPWorldFIP
– – Type 8Type 8 -- InterbusInterbus--SS
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8.0 ¿PORQUE REDES DE INSTRUMENTOS?8.0 ¿PORQUE REDES DE INSTRUMENTOS?
Los fabricantes de Instrumentación están cambiando el campo de jLos fabricantes de Instrumentación están cambiando el campo de juegouego
– – Todos los Dispositivos de campo digitales proveen:Todos los Dispositivos de campo digitales proveen: Resolución y Precisión MejoradasResolución y Precisión Mejoradas Configuración RemotaConfiguración Remota Mejores/ Diagnósticos RemotosMejores/ Diagnósticos Remotos Configuración remota y automáticaConfiguración remota y automática
Más información sobre el dispositivo y el procesoMás información sobre el dispositivo y el proceso Foundation Fieldbus, definida por un Consorcio de Vendedores deFoundation Fieldbus, definida por un Consorcio de Vendedores de
Procesos (DCS), también le permite obtener un control altamenteProcesos (DCS), también le permite obtener un control altamentedistribuidodistribuido – – Bloques Funcionales que corren en el dispositivo finalBloques Funcionales que corren en el dispositivo final
Nuevo campo de batalla para la
Automatización de Procesos
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Perdida de señal
Información Gerencial
Process Variable 1
PV Status
Process Variable 2PV Status
Tag Number
Tag Name
Manufacturer
Serial Number
Configuration Data
Range Limits / Alarms
Engineering Units
Signal Damping
Sensor Limits / Alarms
Min. Sensor Span
Notas de Calibración
Sistema de InstrumentosDigitales
Variable de Proceso 1
9.0 ¿QUE INFORMACIÓN ADICIONAL ME PUEDE SUMINISTRAR UNA RED?9.0 ¿QUE INFORMACIÓN ADICIONAL ME PUEDE SUMINISTRAR UNA RED?
Información de
Control
VERSUS
VERSUS
Sistema Clásico deInstrumentos Análogos
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10.0. EL FUTURO ESTÁ EN LOS DATOS….!10.0. EL FUTURO ESTÁ EN LOS DATOS….!
Endress+Hauser
Mass Flow Meter• PV: Mass Flow Rate• SV: Totalizer 1
• TV: Density
• FV: Temperature
• Volume Flow
• Std. Volume Flow• Target Flow
• Carrier Flow
• Calculated Density
• Totalizer 2
• Set Flow Units• Reset Totalizers
• Set Zero & Full Scale Range
• Change K Factor
• Change Pipe Diameter
• Set Flow Direction• Set “Low Flow Cutoff”
• Make Density Adjustments
EscrituraLectura
Fisher Control
Valve
• PV: Percent Travel
• SV: Travel Setpoint
• TV: Temperature
• FV: Supply Pressure
• Status Bytes• RAM Fail
• Pressure Sensor Fail
• Temperature Sensor Fail
• Position Sensor Fail
• Perform Diagnostic Tests
• Set Zero & Span
• Adjust For Mechanical Wear
• Adjust Valve Sensitivity
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11.0. UN BUS DE CAMPO ES UNA TECNOLOGÍA HABILITANTE …11.0. UN BUS DE CAMPO ES UNA TECNOLOGÍA HABILITANTE …
Para una red de comunicación abierta, en dos sentidos, toda digiPara una red de comunicación abierta, en dos sentidos, toda digital, para dispositivostal, para dispositivos
“inteligentes” en las industrias de proceso“inteligentes” en las industrias de proceso
Que permite la conexión de multiples dispositivos de campo (y diQue permite la conexión de multiples dispositivos de campo (y diferentes fabricantes)ferentes fabricantes)
en el mismo par de hilosen el mismo par de hilos
Que reemplaza el cableado tradicional puntoQue reemplaza el cableado tradicional punto--punto entre elementos tradicionales depunto entre elementos tradicionales decampo “nocampo “no--inteligentes” y controladoresinteligentes” y controladores
Two-way communication
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12.0. EXISTEN PRIMARIAMENTE TRES REDES DIGITALES DE CAMPO UTILIZ12.0. EXISTEN PRIMARIAMENTE TRES REDES DIGITALES DE CAMPO UTILIZADAS CON LAADAS CON LAINSTRUMENTACIÓN DE CONTROL DE PROCESOSINSTRUMENTACIÓN DE CONTROL DE PROCESOS
HART (Highway Addressable Remote Transducer)HART (Highway Addressable Remote Transducer) – – El más antiguo,El más antiguo,más sencillo con la más grande base instalada aún con el volumenmás sencillo con la más grande base instalada aún con el volumen dedeventas más altoventas más alto
Una señal digital es super impuesta sobre los 4Una señal digital es super impuesta sobre los 4--20 mA analogos20 mA analogos Más de 2 Millones de Instrumentos con comunicación HARTMás de 2 Millones de Instrumentos con comunicación HART
despachados anualmentedespachados anualmente Mayores ProponentesMayores Proponentes – – EMERSON y la mayoría si no todos losEMERSON y la mayoría si no todos los
fabricantes de instrumentaciónfabricantes de instrumentación
FOUNDATION FieldbusFOUNDATION Fieldbus – – define conexiones seriales de baja velocidaddefine conexiones seriales de baja velocidad(H1) y Ethernet de alta velocidad ( High Speed Ethernet(H1) y Ethernet de alta velocidad ( High Speed Ethernet -- HSE)HSE)
Permite que el control sea distribuido y ejecutado en el disposPermite que el control sea distribuido y ejecutado en el dispositivoitivo Despachos anuales estimados en aproximadamente 75,000Despachos anuales estimados en aproximadamente 75,000
instrumentos para 2004instrumentos para 2004 Mayores ProponentesMayores Proponentes – – EMERSON, Rockwell Automation, ABBEMERSON, Rockwell Automation, ABB – – lala
mayoría fabricantes de instrumentación y sistemas de controlmayoría fabricantes de instrumentación y sistemas de control
Profibus PAProfibus PA – – Primariamente una implementación dePrimariamente una implementación deSiemens/Europea basada en Profibus DP. Profibus PA esSiemens/Europea basada en Profibus DP. Profibus PA esimplementada como un subjuego a una red DP.implementada como un subjuego a una red DP.
Mayores ProponentesMayores Proponentes – – Siemens y los fabricantes de instrumentosSiemens y los fabricantes de instrumentosque venden en Europa
CO M MUNICATION
FOU NDATION
HART
que venden en Europa
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13.0 LOS INSTRUMENTOS DE PROCESO PUEDEN PROYECTAR VARIAS CAPACID13.0 LOS INSTRUMENTOS DE PROCESO PUEDEN PROYECTAR VARIAS CAPACIDADES AADES ATRAVÉS DE CADA PROTOCOLOTRAVÉS DE CADA PROTOCOLO
P a r a m
e t r o s D i s p o
n i b l e s / C a p a c i d a d e s
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14.0 LA TECNOLOGIA APUNTA A UNA INTELIGENCIA EN EL CAMPO...14.0 LA TECNOLOGIA APUNTA A UNA INTELIGENCIA EN EL CAMPO...
1940 1960 1980 2000 Time
Dominant
Technology
CentralizedDCS
I n t e l l i
g e n t F i e l d
B a s e d
A r c h
i t e c t u r e
Hardwired
Panel Boards
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15.0 ¿EXISTEN REALMENTE BENEFICIOS?15.0 ¿EXISTEN REALMENTE BENEFICIOS?
Los Beneficios de la tecnología de redes deLos Beneficios de la tecnología de redes de
instrumentos digitales son muy conocidosinstrumentos digitales son muy conocidos – – Menores costos de cableado!Menores costos de cableado! – – Comisionamiento y puesta en marcha en menosComisionamiento y puesta en marcha en menos
tiempo!tiempo! – – Más información relevante para los operadores!Más información relevante para los operadores! – – Evita incidentes con perdidas de tiempo!Evita incidentes con perdidas de tiempo!
– – Menores costos de mantenimiento!Menores costos de mantenimiento!
Algunas exclamaciones son exageradas…pero hayAlgunas exclamaciones son exageradas…pero haysuficiente evidencia de los beneficiossuficiente evidencia de los beneficios
– – Muchos ejemplos de FieldbusMuchos ejemplos de Fieldbus – – de los fabricantes dede los fabricantes deDCSDCS
– – Tiempo para comisionamiento más bajoTiempo para comisionamiento más bajo – – Facilidad de usoFacilidad de uso
Pero… para llegar allá Usted;Pero… para llegar allá Usted; – – Debe entender la tecnología del FieldbusDebe entender la tecnología del Fieldbus
– – Aceptar que los buses de campo son diferentes a la Aceptar que los buses de campo son diferentes a latecnología tradicionaltecnología tradicional – – Necesita aplicar este entendimiento a la planificaciónNecesita aplicar este entendimiento a la planificación
del proyecto del sistemadel proyecto del sistema – – Fallar en cualquiera de ellos puede eliminar totalmenteFallar en cualquiera de ellos puede eliminar totalmente
los ahorros!!los ahorros!!
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17.0. CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE FOUNDATION FIELDBUS17.0. CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE FOUNDATION FIELDBUS
Los Dispositivos se conectan en red y se comunican digitalmenteLos Dispositivos se conectan en red y se comunican digitalmente a través de:a través de:
H1:H1: Solución para automatización de procesos, interface a nivel de cSolución para automatización de procesos, interface a nivel de campo eampo eintegración de dispositivos. Corre a 31.25 kbit/s. Alimentaciónintegración de dispositivos. Corre a 31.25 kbit/s. Alimentación y señal están eny señal están en
el mismo par de hilos. Opción de Fibra Optica. Soporta aplicacioel mismo par de hilos. Opción de Fibra Optica. Soporta aplicacionesnes
instrisicamente seguras.instrisicamente seguras.
HSE:HSE: Solución para un sistema de control de alto performance,Solución para un sistema de control de alto performance,
usuarios/generadores de datos de alta velocidad e integración deusuarios/generadores de datos de alta velocidad e integración de subsistemas.subsistemas.Las mismas funciones de H1, pero corre a 100 Mbit/s sobre equipaLas mismas funciones de H1, pero corre a 100 Mbit/s sobre equipamientomiento
comercial Ethernet estándar.comercial Ethernet estándar.
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17.1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE FOUNDATION FIELDBUS17.1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE FOUNDATION FIELDBUS
Ejecución Deterministica de Bloques Funcionales… entre dispositiEjecución Deterministica de Bloques Funcionales… entre dispositivosvos – – Valores analogos complejos que incluyen información de estatus yValores analogos complejos que incluyen información de estatus y saludsalud
– – Interfaces consistentes para todos los Bloques Funcionales sin iInterfaces consistentes para todos los Bloques Funcionales sin importar elmportar el
fabricante incluyendo alarmasfabricante incluyendo alarmas
Los Dispositivos contienen Bloques FuncionalesLos Dispositivos contienen Bloques Funcionales – – Resources BlockResources Block – – información general del dispositivo, diagnósticosinformación general del dispositivo, diagnósticos
– – Transducer BlockTransducer Block – – información del dispositivo Input (sensor) / Output (valve),información del dispositivo Input (sensor) / Output (valve),
diagnósticosdiagnósticos
– – Control BlocksControl Blocks – – AI, AO, PID, AALM, LLAG, muchos más… AI, AO, PID, AALM, LLAG, muchos más…
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18.0. FLEXIBILIDAD EN LA CAPA FÍSICA DE FFB18.0. FLEXIBILIDAD EN LA CAPA FÍSICA DE FFB -- H1H1
Opción de Multiples
Topologías
Sigue la Capa FísicaSigue la Capa Física IEC 61158IEC 61158
– – Par trenzadoPar trenzado – – Alimentación sobre el Alimentación sobre el busbus
– – Data rate 31.25 kbit/s (H1)Data rate 31.25 kbit/s (H1)
HastaHasta 32 d32 dispositivosispositivos ppoor segmentr segmentoo(depend(dependee de varios factores)de varios factores)
– – 4 d4 dispositivos eispositivos en Clasn Clasee I, Div. 1 (I.S.)I, Div. 1 (I.S.) – – 88 aa 10 d10 dispositivosispositivos ClasClasee 22
– – El controlador debe soportar elEl controlador debe soportar elnúmero de bloques funcionalesnúmero de bloques funcionalesnecesitados por los transmisoresnecesitados por los transmisores
Alambrado par trenzado apantalladoAlambrado par trenzado apantallado DistancDistanciasias hastahasta 5700 ft.5700 ft. / / 1900 mts.1900 mts.
(m(más conás con repetrepetidor idor es)es) IntrinsicaIntrinsicamente seguro por diseñomente seguro por diseño
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19.0. FOUNDATION FIELDBUS HABILITA UN CAMBIO EN LA ESTRATEGIA DE19.0. FOUNDATION FIELDBUS HABILITA UN CAMBIO EN LA ESTRATEGIA DE CONTROLCONTROL
Métodos
tradicionalestenían el cierredel lazo en elcontrolador deprocesos
Controlador
Sistema Tradicional de Control
Fieldbus
4-20mA
PID Controlador
Sistema de ControlControlusando FF-H1
AO
AI
PID AO AI
Subsistema
de E/S
Fieldbus le permite distribuirel cierre de los lazos de
control desde el controladorde procesos hacia lainstrumentación en campo
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21.0. FOUNDATION FIELDBUS SINCRONIZA EL FLUJO DE DATOS ENTRE LOS21.0. FOUNDATION FIELDBUS SINCRONIZA EL FLUJO DE DATOS ENTRE LOS BLOQUESBLOQUESDE FUNCIONESDE FUNCIONES
Agendamiento de Bloques deAgendamiento de Bloques deFunciones (Scheduling)Funciones (Scheduling) – – Programado desde fraccionesProgramado desde fracciones
de 1 millisecond en adelantede 1 millisecond en adelante[System Management][System Management]
– – Programación SincronizadaProgramación Sincronizadaentre dispositivos.entre dispositivos.[Link Active Schedule][Link Active Schedule]
– – La sincronización es opcionealLa sincronización es opcioneal Soporte a tendenciasSoporte a tendencias
– – 16 Samples of any Variable16 Samples of any Variable – – Floats, Discrete, BitstringsFloats, Discrete, Bitstrings – – Dynamic AssignmentDynamic Assignment – – Independent Save PeriodIndependent Save Period – – Includes a “status” byte perIncludes a “status” byte per
samplesample
– – Automatic Publication
AI1
AI2
AI3
ISel
PID
Time (macro cycle)
PublishExecute
AI AI22
I S el
I S el PIDPID
AOAO
Automatic Publication AI AI11
AI AI33
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22.0. PROPUESTAS PARA USAR FIELDBUS22.0. PROPUESTAS PARA USAR FIELDBUS
Fieldbus
Interface module
1757 - FIM
Linking Device
1788-CN2FF
AI A
O
FFB Loop
FlexLogix
ControlLogixProcessLogixPLC5
H1
HighAlarmLowAlarmComm.Err.
H1
FFB Loop
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23.0. EL23.0. EL LINKING DEVICELINKING DEVICE – – 17881788--CN2FFCN2FF
Tamaño pequeñoTamaño pequeño, independ, independiiententee deldel rackrack de E/Sde E/S
Interface de ControlNet con medio físico r Interface de ControlNet con medio físico r edundantedundantee
Acep Acepta alimentación r ta alimentación r edundantedundantee (FF(FFBB H1H1 no esno es
redundantredundantee))
24 V DC24 V DC
Dos interfacesDos interfaces Fieldbus pFieldbus poor Linking Devicer Linking Device
Montaje enMontaje en Din RailDin Rail
IncluIncluyeye Link Active Scheduler,Link Active Scheduler, Almacenamiento del Almacenamiento del SetSet--up, Autoup, Auto--
r r ececuperación de falla de alimentación ouperación de falla de alimentación o brownbrown--out,out, Manejo delManejo del SegmentSegmentoo
incluyendo asignación de direcciónincluyendo asignación de dirección/Tag,/Tag, Publicación dePublicación de TiTieemmpo,po, TagTag
QueryQuery
El CN2FF mapea los datos de Fieldbus
a una tabla que un PLX, PLCo CLX puedan usar
Elaborado por: Ing. Isaac Quispe UretaElaborado por: Ing. Isaac Quispe Ureta
24.0. USANDO LOS DATOS DEL INSTRUMENTO PUEDE PROVEER OPERACIONES24.0. USANDO LOS DATOS DEL INSTRUMENTO PUEDE PROVEER OPERACIONES DEDE
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PROCESO MEJORADASPROCESO MEJORADAS
Condition Monitoring
Engineering
Historical Trending
Visualization
Remote Monitoring
Configuration and
Maintenance
Event Monitoring
Control
User Management
Advanced Diagnostics
La Gerencia de Activos y laInformación de los Dispositivosestá disponible a lo largo y anchodel sistemaElaborado por: Ing. Isaac Quispe UretaElaborado por: Ing. Isaac Quispe Ureta
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