¿Qué es un segmento fieldbus?
Un segmento fieldbus es un solo cable que hace el trabajo de muchos. En lugar de correr un par dedicado a cada transmisor y válvula, un segmento fieldbus H1 envía un cable troncal hacia el campo y deja que una docena o más de dispositivos se conecten a él por ramas cortas llamadas ramales. Ese único tronco alimenta a los dispositivos y lleva su comunicación digital, que es por qué un segmento puede colapsar un gabinete entero de lazos individuales de 4-20 mA en un solo bus compartido. El detalle es que un segmento no es solo cable al que usted sigue agregando dispositivos - es una pequeña red diseñada con límites duros de longitud, conteo de dispositivos y consumo de corriente, e ignorar esos límites es como un segmento que se veía bien en el plano falla en el campo.
Segmento fieldbus en una línea: Un segmento fieldbus es un solo cable troncal H1 que suministra energía y se comunica con múltiples dispositivos de campo conectados por ramales cortos, usado por Foundation Fieldbus y PROFIBUS PA. Reemplaza muchos pares 4-20 mA dedicados, pero debe diseñarse dentro de límites de longitud total de cable, longitud de ramal, conteo de dispositivos y consumo de corriente.
Tronco, ramales y la economía del cableado compartido
La forma física de un segmento H1 es un arreglo de tronco y ramal. Un cable troncal principal corre desde la fuente de energía y comunicación hacia el campo, y a lo largo de su recorrido los dispositivos se conectan por ramales - cables de rama cortos que se derivan del tronco en cajas de conexiones o acopladores. Cada dispositivo del segmento comparte el mismo par de conductores tanto para su energía como para su comunicación, así que un solo tronco puede servir a muchos instrumentos. Esta es la economía fundamental del fieldbus: una sola ruta de cable hacia un grupo de dispositivos en lugar de un par dedicado para cada uno.
Los ahorros son reales donde los dispositivos están agrupados. Un patín, un colector de pad de pozo, o una unidad de proceso con una docena de transmisores y válvulas en un área es un candidato ideal, porque el tronco puede alcanzarlos a todos y los ramales mantienen cortas las conexiones individuales. Comparado con correr doce pares dedicados hasta el cuarto de control, un solo tronco con ramales locales recorta cable, conduit y marshalling de forma drástica. La economía del cableado es la razón por la que Foundation Fieldbus y PROFIBUS PA existen en primer lugar.
Pero el cable compartido es también la fuente de cada restricción. Como todos los dispositivos dependen del mismo tronco para energía y comunicación, ese tronco se vuelve un recurso compartido que hay que presupuestar, no solo tender. Una falla o sobrecarga que afecta al tronco afecta a cada dispositivo del segmento, lo que es un perfil de riesgo distinto al de los lazos independientes de 4-20 mA donde un lazo que falla deja a los otros intactos. La economía de compartir viene con la responsabilidad de diseñar con cuidado lo compartido.
Por qué un segmento debe diseñarse, no solo cablearse
Los límites de un segmento vienen de la física, y se interactúan entre sí. La longitud total de cable - tronco más ramales - está acotada porque la señal digital se degrada con la distancia, y los ramales tienen sus propios límites de longitud porque cada rama es un muñón sin terminar que puede distorsionar la forma de onda si es demasiado largo. El número de dispositivos también está limitado, y mientras más dispositivos lleva un segmento, más corta se vuelve típicamente su longitud de cable permitida, porque cada dispositivo toma corriente y carga el bus. Estas restricciones se compensan entre sí, así que un segmento es un acto de equilibrio en lugar de una sola regla simple.
El consumo de corriente es la restricción que más veces muerde. Cada dispositivo del segmento consume algo de corriente de operación, y la fuente de energía y el cable del segmento solo pueden entregar cierta cantidad antes de que los dispositivos del extremo lejano ya no tengan voltaje suficiente para operar. Un segmento que agrega un dispositivo de más, o que corre el tronco demasiado lejos, puede dejar al último dispositivo del bus hambriento aunque los primeros funcionen bien. Por eso los diseñadores usan herramientas de cálculo de segmento que suman la corriente de dispositivo, la resistencia del cable y la longitud para confirmar que cada dispositivo tiene voltaje adecuado en condiciones de peor caso.
La conclusión práctica es que un segmento fieldbus se diseña antes de instalarse, y se cambia con cuidado después. Agregar a la ligera un dispositivo a un segmento que ya estaba cerca de sus límites puede empujar todo el bus al borde, y el síntoma - comunicación intermitente o un dispositivo que se cae - puede ser difícil de diagnosticar porque afecta al tronco compartido en lugar de a un solo lazo. Tratar el segmento como una red diseñada, con su presupuesto documentado, es lo que lo mantiene sano a medida que la planta evoluciona.
Segmentos fieldbus en SCADA y operaciones remotas
Desde el punto de vista del monitoreo, un segmento fieldbus concentra muchas mediciones en un bus, lo que cambia cómo los datos llegan al SCADA. En lugar de un rack de entradas analógicas individuales, los dispositivos del segmento se comunican digitalmente a través de una interfaz de host que los presenta a todos a la capa de control y monitoreo. Una plataforma SCADA en la nube como Merobix ve al final los valores de proceso de esos dispositivos, pero llegan como datos digitales de un segmento compartido en lugar de puntos discretos de 4-20 mA, lo que significa que la salud del segmento mismo se vuelve algo que vale la pena vigilar.
Esa naturaleza compartida es un arma de doble filo para los sitios remotos. Por un lado, el fieldbus puede reducir de forma drástica el cableado y el marshalling necesarios para instrumentar una unidad remota, lo cual es una ventaja genuina donde la mano de obra de instalación es cara y las rutas de cable son largas. Por otro lado, como todo un segmento comparte un tronco, un problema de segmento puede dejar fuera de línea varias mediciones a la vez, así que monitorear la salud del segmento - no solo los valores de proceso individuales - importa más que con los lazos independientes. Una sola falla del tronco tiene un radio de impacto más amplio que una sola falla de lazo.
Esto hace valiosa la visibilidad hacia la capa física para las operaciones remotas. Graficar y alarmar sobre los valores de proceso es el trabajo obvio, pero en un sitio donde el fieldbus concentra muchos puntos en segmentos compartidos, un operador también se beneficia de saber cuándo un segmento se está degradando antes de que suelte dispositivos. Llevar esos datos a un tablero central en la nube permite a un equipo remoto atrapar temprano un segmento en apuros, en lugar de descubrirlo solo cuando varias lecturas desaparecen juntas - la clase de falla correlacionada que el cableado compartido hace posible y que los lazos independientes no.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre un tronco y un ramal en un segmento fieldbus?
El tronco es el cable principal que corre desde la fuente de energía y comunicación hacia el campo, llevando energía y datos para todo el segmento. Los ramales son los cables de rama cortos que se derivan del tronco para conectar dispositivos individuales. El tronco lo comparte cada dispositivo, mientras que cada ramal sirve a uno o pocos dispositivos, y los ramales tienen sus propios límites de longitud.
¿Cuántos dispositivos puede soportar un segmento fieldbus?
Un segmento puede soportar una docena o más de dispositivos, pero el número exacto depende de la longitud total de cable, el consumo de corriente de los dispositivos y la energía disponible. Más dispositivos por lo general significa una longitud de cable permitida más corta, porque cada dispositivo carga el bus. Los diseñadores usan cálculos de segmento para confirmar que cada dispositivo tiene voltaje suficiente en condiciones de peor caso en lugar de apoyarse en un máximo fijo.
¿Por qué un segmento fieldbus necesita diseñarse?
Porque todos sus dispositivos comparten un tronco para energía y comunicación, un segmento tiene límites que se interactúan de longitud total de cable, longitud de ramal, conteo de dispositivos y consumo de corriente. Exceder cualquiera de ellos puede dejar a los dispositivos sin voltaje o distorsionar la señal, dejando fuera de línea varias mediciones a la vez. Diseñar el presupuesto del segmento antes de instalar, y cambiarlo con cuidado, evita estas fallas de cable compartido.
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