Red H1 de Foundation Fieldbus

Foundation Fieldbus, o en adelante FF, es un  protocolo de redes bidireccional. Ver más detalles en artículo: Foundation Fieldbus.

Segmentos y redes H1

La red H1 corresponde a la red principal en donde se conectan los instrumentos de campo.

Cada segmento FF H1 requiere una fuente de poder y sus respectivos terminadores de red. Cada red puede estar formada por uno o más segmentos, unidos por un repetidor.

Todos los dispositivos en la red se comunican entre si, y comparten información. Estos se denominan dispositivos H1.

En general, todas las limitaciones de cableado se refieren a un específico segmento. Como estándar, cada segmento puede ser hasta 1900 metros de largo. A efectos de calcular esta distancia, se suman el cable troncal y todas sus derivaciones. El cable troncal se identifica como el cable de longitud más largo del segmento. Todos los demás cables se identifican como “spur” o derivaciones.

Cable

Si bien existe una especificación detallada para las características del cable a utilizar, esta no está muy distante del cable utilizado comúnmente para conexiones de 4-20 mA. Es decir, cable par trenzado apantallado, o “cable de instrumentación”.

La razón de ello es precisamente que el estándar fue diseñado en reutilizar parte de las redes existentes. Es decir, es posible pasar a FF una instalación existente con 4-20 mA, cambiando el instrumento en campo y el módulo en el sistema de control o “host”. Existen herramientas que pueden utilizarse para validar el cable en estas circunstancias.

Una actualización así permitirá no sólo acceder a las nuevas funcionalidades del instrumento, como diagnóstico o parametrización, sino también utilizar el mismo cable para conectar nuevos instrumentos.

Claro que para sacarle mejor provecho, en una instalación nueva se utilizará cable certificado FF. Dependiendo de los requerimientos de la instalación, se pueden usar los siguientes tipos:

Tipo de cable

Descripción

Calibre

Distancia

A

Par trenzado, apantallado

#18 AWG

1900 m

B

Multipar trenzado, apantallado

#22 AWG

1200 m

C

Multipar trenzado, sin pantalla

#26 AWG

400 m

D

Multiconductor, no trenzado, con pantalla

#16 AWG

200 m

Las derivaciones en general deben mantenerse cortas. El máximo es 120 metros, pero este máximo disminuye según aumenta el número de dispositivos totales por segmento o el número de dispositivos en la derivación. La siguiente tabla ilustra las diferencias.

Dispositivos Totales

1 dispositivo/ derivación

2 dispositivos/ derivación

3 dispositivos/ derivación

4 dispositivos/ derivación

1-12

120

90

60

30

13-14

90

60

30

1

15-18

60

30

1

1

19-24

30

1

1

1

25-32

1

1

1

1

Por otra parte, el efecto del ruido sobre el cable es menor en un enlace H1 que sobre un enlace de 4-20 mA.

Conexionado

Los cables de señal no se aterrizan. Sí se conecta a tierra la pantalla de los cables. La recomendación general es en un solo punto, pero si se conecta en más de un punto, debería utilizarse para ello un pequeño capacitor.

En cada extremo del cable troncal del segmento debe instalarse un terminador, salvo aquellos casos en que el dispositivo proporcione un terminador interno. Ello generalmente ocurre en el módulo FF del sistema de control.

Alimentación

Sobre el mismo par se provee la alimentación a cada uno de los dispositivos, y se transmiten los mensajes. Generalmente la fuente es de 24 VDC, pero debe asegurarse que cada punto alimentado reciba como mínimo 9 V. Se puede calcular este valor teórico en base a longitudes, consumos y resistividad del cable. En casos extraordinarios, para cubrir este voltaje mínimo, podría utilizarse una fuente hasta de 32 V DC. Existen programas que permiten calcular los requerimientos de fuentes y confirmar que los voltajes apropiados están disponibles en cada dispositivo.

Es importante tomar en cuenta que no puede usarse cualquier fuente 24 VDC. Y no es un tema comercial, como podría pensarse. Debe utilizarse una fuente especialmente diseñada, que debe soportar la superimposición de la variación del voltaje de señal. Esto puede ser una fuente, y un acondicionador de señal separado.

En algunos casos, la alimentación es proporcionada por el módulo FF del sistema de control.

Señal de comunicación

Sobre la señal de alimentación de 24 VDC se transmite mediante codificación Manchester, mediante variaciones de voltaje positivas y negativas, que ocurren una o dos veces por bit. La señal es polarizada, y un dispositivo no podrá comunicarse si no está polarizado correctamente. La polaridad se indica como + y -.

Sin embargo, existen algunos dispositivos que son capaces de determinar la polaridad en base a la tensión de alimentación, y autoajustarse. En este caso, sus terminales podrían no indicar polaridad, ya que funcionarían de cualquier modo.

Topologías

Diferentes topologías pueden ser utilizadas para la implementación de la red. Pueden ser:

  • Punto a punto. Cuando hay sólo dos dispositivos, conectados entre sí. Por ejemplo, al estilo de 4-20 mA. No se usa comúnmente.
  • Bus con derivaciones. Una línea troncal hacia la cuál se conectan todos los dispositivos a través de derivaciones.
  • “Daisy Chain”. Se conecta en cadena, pasando de un dispositivo a otro. Debe cuidarse que pueda desconectarse un equipo, sin alterar el resto de la cadena.
  • Árbol. Un bus principal, pero luego se conectan en estrella en los extremos del bus, o adicionalmente en otros puntos
  • Combinada. Puede combinarse cualquiera de las opciones, aunque en general en los proyectos se selecciona uno de los métodos como preferente.

Las reglas sobre longitudes máximas o voltajes mínimos en nodos, aplican en todos los casos.

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