Sistema de Comunicaciones 1
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
“INTEGRACIÓN DE REDES DE COMUNICACIÓN
APLICABLES A UN SISTEMA CONTROL DISTRIBUIDO”
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN
PRESENTAN:
DANIEL ENRIQUE PONCE MEJÍA
OMAR RAMÍREZ MARTÍNEZ
RAYMUNDO ROA TICANTE
ASESORES:
M.EN C. PEDRO FRANCISCO HUERTA GONZÁLEZ
M.EN C. IVONE CECILIA TORRES RODRÍGUEZ
ING. JOSÉ LUIS AGUILAR JUÁREZ
MÉXICO, D.F. 2013
Sistema de Comunicaciones 2
Sistema de Comunicaciones 1
RESUMEN
Al utilizar el término arquitectura se piensa en una obra civil que está compuesta de una
cimentación, una serie de trabes, vigas, etc., que están colocados en una posición determinada para
soportar una parte de la obra.
En forma similar, la arquitectura de un sistema de control distribuido especifica el tipo y número de
los componentes que integran el sistema, los que se encuentran distribuidos funcionalmente,
satisfaciendo las estrategias de control y requerimientos de seguridad en los procesos de las plantas,
además de permitir futuras expansiones o modificaciones.
Para la realización de este proyecto se parte del concepto de Sistemas de Control Distribuido:
Repartir las funciones de control en un sistema; la distribución de las funciones de los sistemas debe
ser en dos o más controladores independientes interconectados en red, brindando una mayor
capacidad y confiabilidad. Y en la cual los divide en dos puntos que son hardware y sistema de
comunicación.
Además del concepto base de un sistema de control distribuido (SCD), resulta muy importante en la
actualidad que en la integración de redes aplicable a este tipo de sistemas de control, no solo sea la
parte de control la que se distribuya; sino que a un nivel superior, también sea distribuida la
información acerca de lo que ocurre en el sistema, tanto de control como de comunicaciones.
El sistema de comunicaciones se integra en este proyecto con arquitectura NetLinx, para ello se
utilizan dispositivos de hardware y protocolos(Ethernet/IP y ControlNet) estandarizados por Allen-
Bradley para este sistema.
Los dispositivos y las redes (Ethernet/IP y ControlNet) se configuran por medio de hardwarey
software especializado; para llevar a cabo una correcta comunicación entre los dispositivos y poder
realizar las pruebas que permitan verificarlo.
Todo lo descrito anteriormente se integra en el desarrollo de este proyecto para crear el sistema de
comunicación que sea aplicable a un Sistema de Control Distribuido.
2
2 Sistema de Comunicaciones
DEDICATORIA
“A Dios que me brinda la convicción de que cada día es una nueva oportunidad de salir
adelante, a mis padres y a mi hermana que me apoyaron a lo largo de ese camino tanto
económica como emocionalmente”
Ponce Mejía Daniel Enrique
“Dedico esta tesis a mis amigos Emmanuel, Jesús y Héctor quienes fueron un gran apoyo
emocional durante el tiempo en que escribía esta tesis.
A todos los que me apoyaron para escribir y concluir esta tesis.”
Ramírez Martínez Omar
“A mis maestros quienes nunca desistieron al enseñarme, aun sin importar que muchas veces
no ponía atención en clase, a ellos que continuaron depositando su esperanza en mí. A los
sinodales quienes estudiaron mi tesis y la aprobaron.
A mis padres quienes me apoyaron todo el tiempo.”
Roa Ticante Raymundo
3
3 Sistema de Comunicaciones
AGRADECIMIENTOS
“Agradezco a Dios sobre todas las cosas. A mi padre que me brindó la oportunidad de
realizar una carrera de nivel superior y a mi madre que me motiva día a día a seguir adelante
demostrándome que el que persevera alcanza.”
Ponce Mejía Daniel Enrique
“A quien jamás encontraré la forma de agradecer el que me haya brindado su mano en las
derrotas y logros de mi vida, haciendo de este triunfo más suyo que mío por la forma en la que
guió mi vida con amor y energía.”
Con la mayor gratitud.
Ramírez Martínez Omar
“Con la mayor gratitud por los esfuezos realizados para que yo lograra terminar mi carrera
profesional siendo para mi la mejor herencia.
A mi madre que es el ser más maravilloso de todo el mundo.
Gracias por el apoyo moral, tu cariño y comprensión que desde niño me has brindado, por
guiar mi camino y estar junto a mi en los momentos más difíciles.
A mi padre porque desde pequeño ha sido para mi un gran hombre maravilloso al que
siempre he admirado.”
Roa Ticante Raymundo
4
4 Sistema de Comunicaciones
ÍNDICE
RESUMEN .......................................................................................................................................... 1
DEDICATORIA ................................................................................................................................. 2
AGRADECIMIENTOS ...................................................................................................................... 3
ÍNDICE ............................................................................................................................................... 4
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 14
1.1 Motivación y alcance del proyecto. ................................................................................ 15
1.2 Objetivos del proyecto .................................................................................................... 15
1.2.1 Objetivo general ...................................................................................................... 15
1.2.2 Objetivos específicos ............................................................................................... 16
1.3 Justificación. .................................................................................................................... 16
1.4 Antecedentes. ................................................................................................................... 17
1.5 Marco Teórico ................................................................................................................. 17
1.5.1 Automatización de Procesos ................................................................................... 18
1.5.2 Estructuras más comunes de los sistemas de control industriales ..................... 18
Control centralizado ................................................................................................... 18
Control centralizado multicapa ................................................................................. 18
Control Distribuido ..................................................................................................... 19
1.5.3 Introducción al Control Distribuido ...................................................................... 20
1.5.4 Algunos sistemas de control distribuido en el mercado ....................................... 20
Sistema A2 de Invensys Process Systems ................................................................... 20
Sistema DeltaV de Emerson ....................................................................................... 21
Sistema Freelance de ABB .......................................................................................... 22
Sistema PlantPax de Allen-Bradley ........................................................................... 23
1.5.5 Algunas aplicaciones de los Sistemas de Control Distribuido ............................. 25
1.5.6 Elementos básicos de una arquitectura ................................................................. 29
1.5.7 Sistemas de Comunicaciones. ................................................................................. 33
Redes de comunicación. .............................................................................................. 33
Modelo de Manufactura Integrada por Computadora (CIM) ................................ 33
Redes de Información ................................................................................................. 35
Redes de campo ........................................................................................................... 35
5
5 Sistema de Comunicaciones
Modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI) y buses de campo ............... 37
1.5.8 Red Ethernet TCP/IP .............................................................................................. 40
Descripción general de la red Ethernet TCP/IP ....................................................... 40
Allen-Bradley y la red Ethernet / IP .......................................................................... 41
Topología de red. ......................................................................................................... 42
Designación de MAC, máscara de Subredes IP. ...................................................... 42
1.5.9 Red ControlNet ........................................................................................................ 44
Introducción a ControlNet ......................................................................................... 44
Estandarización ControlNet ....................................................................................... 44
ControlNet dentro del contexto de la familia CIP. ................................................... 45
Características de ControlNet .................................................................................... 45
Tipos de conexión productor/consumidor ................................................................. 47
Servicios de Transporte .............................................................................................. 48
Tipos de Conexión de Transporte .............................................................................. 50
CAPÍTULO 2. ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE COMUNICACIONES. ............................ 52
2.1 Descripción General de la arquitectura. ....................................................................... 53
2.2 Visión de la arquitectura ............................................................................................... 54
2.2.1 Descripción funcional de la arquitectura .............................................................. 55
2.2.2 Elementos de la arquitectura del sistema de comunicaciones ............................. 55
2.3 Descripción de los componentes de las unidades de control en la estación de control
57
2.3.1 Descripción de la unidad de control 1 ................................................................... 57
Descripción de los dispositivos del tablero ................................................................ 57
Descripción de los componentes del PAC ControlLogix.......................................... 58
Interfaz Hombre/Máquina Panel View Plus 1000 .................................................... 62
Distribución general de la unidad de control 1 ......................................................... 63
Distribución eléctrica de la unidad de control 1 ....................................................... 65
2.3.2 Descripción de la unidad de control 2 ................................................................... 71
Descripción de los componentes del tablero .............................................................. 71
Descripción especifica de los componentes del PAC ................................................ 72
Distribución general de tablero del PAC 2 CompactLogix ..................................... 76
Distribución eléctrica de tablero del PAC CompactLogix ...................................... 78
2.3.3 Descripción del tablero de entradas y salidas remotas (Flex I/O) ....................... 82
6
6 Sistema de Comunicaciones
Descripción de los componentes del tablero .............................................................. 82
Descripción especifica de los componentes Flex I/O ................................................ 83
Distribución general del tablero Flex I/O .................................................................. 87
Diagramas de conexión eléctrica ................................................................................ 90
2.3.4 Descripción del tablero de entradas y salidas remotas (Point I/O) ..................... 92
Descripción de los componentes del tablero .............................................................. 92
Descripción especifica de los componentes POINT I/O ........................................... 93
Distribución general de la unidad remota de E/S POINT I/O ................................ 95
CAPÍTULO 3. CONFIGURACIÓN DE LA CAPA FÍSICA ........................................................... 97
3.1 Descripción de las redes implementadas. ...................................................................... 98
3.1.1 Red Ethernet/IP (Hardware) .................................................................................. 99
Topología ...................................................................................................................... 99
Conexión de dispositivos en red Ethernet/IP .......................................................... 100
3.1.2 Red ControlNet (Hardware)................................................................................. 101
Topología. ................................................................................................................... 101
Interdependencia de la longitud de la red y el número de TAPS. ........................ 102
Medio físico. ............................................................................................................... 103
Asignación de nodos .................................................................................................. 105
Conexión de dispositivos en red ControlNet. .......................................................... 106
3.1.3 Arreglo final conjuntando las dos redes: información y control....................... 107
CAPÍTULO 4. SOFTWARE PARA PROGRAMACIÓN DEL SISTEMA DE
COMUNICACIONES ..................................................................................................................... 109
4.1 Descripción del software ............................................................................................... 110
4.2 Configuración de las redes de comunicación .............................................................. 111
4.2.1 Configuración de la red Ethernet/IP ................................................................... 112
4.2.2 Configuración de la red ControlNet .................................................................... 115
4.3 RSLogix 5000 ................................................................................................................. 119
4.4 Factory Talk View Studio ............................................................................................. 140
CAPÍTULO 5. INTEGRACIÓN DEL POWERFLEX 40 AL SISTEMA DE
COMUNICACIONES. .................................................................................................................... 147
5.1 Descripción general del variador de frecuencia PowerFlex 40. ................................ 148
7
7 Sistema de Comunicaciones
Diagrama eléctrico típico del PowerFlex 40 ............................................................... 151
5.2 Configuración y programación del PowerFlex 40 ........................................................ 152
5.3 Creación de Pantallas para PanelView Plus 1000 ...................................................... 158
5.4 Esquema de la red Ethernet I/P con el PowerFlex 40 ................................................ 160
CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES FINALES DEL PROYECTO ................... 162
6.1 Resultados. ..................................................................................................................... 163
6.2 Conclusiones finales del proyecto ................................................................................ 163
6.3 Propuesta a futuro ......................................................................................................... 165
Glosario ........................................................................................................................................... 167
Bibliografía ..................................................................................................................................... 171
8
8 Sistema de Comunicaciones
Índice de figuras
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
Figura 1. 1 Esquema general de una estructura de control centralizado ........................................................... 18
Figura 1. 2 Esquema general de una estructura de control centralizado multicapa .......................................... 19
Figura 1. 3 Esquema general de una estructura de control distribuido centralizado ......................................... 19
Figura 1. 4 Arquitectura SCD DeltaV [11] ....................................................................................................... 22
Figura 1. 5 Arquitectura SCD ABB [12] .......................................................................................................... 23
Figura 1. 6 Arquitectura SCD Allen-Bradley [13] ........................................................................................... 24
Figura 1. 7 Esquema de la planta piloto ........................................................................................................... 26
Figura 1. 8 Arquitectura propuesta para la aplicación en la planta piloto ........................................................ 27
Figura 1. 9 Arquitectura de SCD para el sector de bebidas .............................................................................. 28
Figura 1. 10 Esquema general de un SCD ........................................................................................................ 29
Figura 1. 11 Modelo CIM. ................................................................................................................................ 34
Figura 1. 12 Posicionamiento de las redes [6]. ................................................................................................. 35
Figura 1. 13 Topologías típicas de redes. ......................................................................................................... 37
Figura 1. 14 Implementación del modelo OSI en buses de campo [6]. ............................................................ 38
Figura 1. 15 Carta de posicionamiento de buses de campo. ............................................................................. 39
Figura 1. 16 Topología de red Ethernet/IP. ...................................................................................................... 40
Figura 1. 17 Definición de las siglas Ethernet/IP. ............................................................................................ 41
Figura 1. 18 Representación de ControlNet en el contexto de las estandarizaciones. ...................................... 44
Figura 1. 19 Familia de redes CIP. ................................................................................................................... 45
Figura 1. 20 Posicionamiento de la red ControlNet en la arquitectura NetLinx. .............................................. 46
Figura 1. 21 Representación de ControlNet junto a sus principales características. ......................................... 46
Figura 1. 22 Productor/consumidor tipo punto-punto. ..................................................................................... 47
Figura 1. 23 Conexión productor/consumidor tipo Multi-Punto. ..................................................................... 48
Figura 1. 24 Los nodos pueden ser productores, consumidores o ambos. ........................................................ 48
Figura 1. 25 Transporte clase 1 ControlNet. ..................................................................................................... 49
Figura 1. 26 Transporte clase 3 ControlNet. ..................................................................................................... 50
CAPÍTULO 2. ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE COMUNICACIONES
Figura 2. 1 Mapa conceptual del trabajo. ......................................................................................................... 53
Figura 2. 2 Esquema general de la arquitectura del sistema de control distribuido implementado. ................. 54
Figura 2. 3 Esquema de distribución del PAC ControlLogix L-61. ................................................................. 58
Figura 2. 4 PanelView Plus 1000. .................................................................................................................... 62
Figura 2. 5 Parte frontal del gabinete I. ............................................................................................................ 63
Figura 2. 6 Parte interior del gabinete principal. .............................................................................................. 64
Figura 2. 7 Parte interior real del gabinete principal. ....................................................................................... 65
Figura 2. 8 Diagrama eléctrico de alimentación de fuentes conmutadas. ........................................................ 66
Figura 2. 9 Diagrama eléctrico de conexión del PanelView Plus 1000. ........................................................... 66
Figura 2. 10 Diagrama eléctrico de relevador conmutador............................................................................... 67
Figura 2. 11 Diagrama eléctrico de módulo de entradas digitales [14]. ........................................................... 68
Figura 2. 12 Diagrama eléctrico de módulo de salidas digitales [14]. .............................................................. 68
Figura 2. 13 Diagrama eléctrico de módulos de entradas analógicas [14]. ...................................................... 69
Figura 2. 14 Diagrama eléctrico del módulo de salidas analógicas [14]. ......................................................... 70
Figura 2. 15 Diagrama eléctrico de alimentación del switch. ........................................................................... 70
Figura 2. 16 Esquema de distribución de la unidad de control CompactLogix. ............................................... 72
9
9 Sistema de Comunicaciones
Figura 2. 17 Distribución del los elementos que conforman el tablero de control del PAC CompactLogix. . 76
Figura 2. 18 Distribución física del tablero del PAC CompactLogix. .............................................................. 77
Figura 2. 19 Diagrama eléctrico de conexión de fuentes de corriente directa de 24 VCD. .............................. 78
Figura 2. 20 Diagrama eléctrico de relevador conmutador............................................................................... 79
Figura 2. 21 Diagrama eléctrico de conexión para módulo 1769-IQ16F [15]. ................................................. 80
Figura 2. 22 Diagrama eléctrico de conexión del módulo 1769-OV16 [15]. ................................................... 80
Figura 2. 23 Diagrama eléctrico de conexión del módulo 1769-IF4 [15]. ........................................................ 81
Figura 2. 24 Diagrama eléctrico de conexión del módulo 1769-OF4VI [15]. .................................................. 82
Figura 2. 25 Imagen de la fuente del Flex I/O. ................................................................................................. 83
Figura 2. 26 Imagen del módulo de comunicación del Flex I/O. ..................................................................... 84
Figura 2. 27 Imagen del módulo I/O analógicas del Flex I/O. ......................................................................... 84
Figura 2. 28 Imagen del módulo I/O discretas del Flex I/O. ............................................................................ 85
Figura 2. 29 Imagen de la base para módulos I/O del Flex I/O. ....................................................................... 86
Figura 2. 30 Esquema de la distribución general del tablero Flex I/O.............................................................. 88
Figura 2. 31 Imagen de la distribución real del tablero Flex I/O. ..................................................................... 88
Figura 2. 32 Ampliación de la sección de clemas del tablero Flex I/O. ........................................................... 89
Figura 2. 33 Conexión de la fuente de alimentación Flex I/O. ......................................................................... 90
Figura 2. 34 Conexión de las I/O analógicas Flex I/O. [16]. ............................................................................ 91
Figura 2. 35 Conexión de las I/O digitales Flex I/O. [16]. ............................................................................... 92
Figura 2. 36 Esquema de distribución del POINT I/O. .................................................................................... 93
Figura 2. 37 Imagen de la distribución general del tablero POINT I/O............................................................ 95
Figura 2. 38 Ampliación del tablero POINT I/O. ............................................................................................. 96
CAPÍTULO 3. CONFIGURACIÓN DE LA CAPA FÍSICA
Figura 3. 1 Diagrama de la topología estrella. ................................................................................................ 100
Figura 3. 2 Diagrama de conexión final de la red Ethernet/IP. ....................................................................... 101
Figura 3. 3 Representación de la topología básica de ControlNet. ................................................................. 102
Figura 3. 4 Construcción física del cable coaxial RG-6 ControlNet. ............................................................ 103
Figura 3. 5 Panel de conexión estándar de ControlNet. .................................................................................. 103
Figura 3. 6 Conector BNC para cable coaxial RG-6. ..................................................................................... 104
Figura 3. 7 Unión de un cable coaxial ControlNet: (a) montaje del conector al cable (b) montaje terminado 104
Figura 3. 8 Construcción del T-TAP BNC: (a) variante derecha (b) variante en ángulo recto. ...................... 104
Figura 3. 9 Construcción física de la resistencia de término de ControlNet. ................................................. 105
Figura 3. 10 Resistencia de término instalada. ............................................................................................... 105
Figura 3. 11 Diagrama de conexión final de red ControlNet. ......................................................................... 107
Figura 3. 12 Diagrama de unión de las dos redes de comunicación. .............................................................. 108
CAPÍTULO 4. SOFTWARE PARA PROGRAMACIÓN DEL SISTEMA DE
COMUNICACIONES
Figura 4. 1 Diagrama de flujo para la configuración del sistema de comunicaciones. ................................... 111
Figura 4. 2 Asignación de direcciones a las estaciones de trabajo. ................................................................ 112
Figura 4. 3 Asignación de direcciones a las estaciones de trabajo. ................................................................ 113
Figura 4. 4 Ejecución del Driver para la comunicación Ethernet/IP en RSLinx. ........................................... 113
Figura 4. 5 Asignación de la dirección IP a la unidad de control 1. ............................................................... 114
Figura 4. 6 Asignación de dirección IP a terminal de operador...................................................................... 114
Figura 4. 7 Creación de un nuevo archivo para la red ControlNet. ................................................................ 115
Figura 4. 8 Puesta en línea de la red ControlNet. ........................................................................................... 116
10
10 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 9 Red ControlNet desprogramada. .................................................................................................. 116
Figura 4. 10 Habilitación de la casilla ―Editsenabled‖. .................................................................................. 117
Figura 4. 11 Propiedades de la red ControlNet. .............................................................................................. 117
Figura 4. 12 Búsqueda de un solo paso. ......................................................................................................... 118
Figura 4. 13 Escaneo de la red con ―Single Pass Browse‖. ............................................................................ 118
Figura 4. 14 Optimizar y reescribir programación para todas las conexiones. ............................................... 118
Figura 4. 15 Red ControlNet con las E/S remotas Point I/O. ......................................................................... 119
Figura 4. 16 Elección del CPU ControlLogix. ............................................................................................... 120
Figura 4. 17 Módulo de Ethernet/IP ControlLogix......................................................................................... 120
Figura 4. 18 Módulo de DeviceNet ControlLogix. ......................................................................................... 121
Figura 4. 19 Módulo de entradas digitales ControlLogix. .............................................................................. 121
Figura 4. 20 Ventana de configuración de entradas digitales del ControlLogix. ............................................ 122
Figura 4. 21 Módulo de salidas digitales ControlLogix. ................................................................................ 122
Figura 4. 22 Ventana de configuración de salidas digitales ControlLogix. .................................................... 123
Figura 4. 23 Módulo de entradas analógicas ControlLogix. ........................................................................... 123
Figura 4. 24 Ventana de configuración de entradas analógicas HART ControlLogix. ................................. 124
Figura 4. 25 Ventana de configuración alarmas para entradas analógicas ControlLogix. .............................. 124
Figura 4. 26 Módulo de salidas analógicas HART ControlLogix. ................................................................ 125
Figura 4. 27 Ventana de configuración alarmas para salidas analógicas ControlLogix. ................................ 125
Figura 4. 28 Ventana de propiedades del módulo ControlNet para ControlLogix. ........................................ 126
Figura 4. 29 Ventana de propiedades del módulo ControlNet para Flex I/O. ................................................ 126
Figura 4. 30 Ventana de propiedades del módulo de E/S analógicas para Flex I/O. ...................................... 127
Figura 4. 31 Ventana para ajustar los parámetros para las entradas analógicas de las Flex I/O. .................... 127
Figura 4. 32 Ventana para ajustar los parámetros para las salidas analógicas de las Flex I/O. ...................... 128
Figura 4. 33 Ventana de propiedades del módulo de E/S discretas para Flex I/O. ......................................... 128
Figura 4. 34 Ventana para ajustar los parámetros para las salidas digitales de las Flex I/O. .......................... 129
Figura 4. 35 Unidad de control 1 ControlLogix con sus E/S remotas Flex I/O. ............................................. 129
Figura 4. 36 Elección del CPU CompactLogix. ............................................................................................. 130
Figura 4. 37 Elección del módulo Ethernet/IP del CompactLogix. ................................................................ 130
Figura 4. 38 Elección del módulo ControlNet del CompactLogix. ................................................................ 131
Figura 4. 39 Configuración de los parámetros del módulo de entradas analógicas CompactLogix. .............. 131
Figura 4. 40 Configuración de las propiedades del módulo de entradas analógicas CompactLogix. ............. 132
Figura 4. 41 Ajuste de los parámetros del módulo de salidas analógicas CompactLogix. ............................. 132
Figura 4. 42 Ajuste de las propiedades del módulo de salidas analógicas CompactLogix. ............................ 133
Figura 4. 43 Límites de alarmas del módulo de salidas analógicas CompactLogix. ...................................... 133
Figura 4. 44 Configuración de los parámetros de las entradas digitales del CompactLogix. ......................... 134
Figura 4. 45 Configuración de los parámetros para el módulo de salidas digitales del CompactLogix. ........ 134
Figura 4. 46 Configuración del estado de las salidas en modo falla o modo programa del CompactLogix. .. 135
Figura 4. 47 Configuración de los parámetros del adaptador ControlNet para Point I/O. .............................. 135
Figura 4. 48 Configuración de los parámetros del módulo de entradas digitales Point I/O. ........................... 136
Figura 4. 49 Configuración de los parámetros del módulo de salidas digitales del Point I/O. ....................... 136
Figura 4. 50 Unidad de control 2 CompactLogix con sus E/S remotas Point I/O. ......................................... 137
Figura 4. 51 Asignación de un Tag discreto en una unidad de control. .......................................................... 138
Figura 4. 52 Tags de la estación de control 1. ................................................................................................ 138
Figura 4. 53 Tags de la estación de control 2. ................................................................................................ 139
Figura 4. 54 Descarga del programa a una estación de control. ..................................................................... 140
Figura 4. 55 Creación de un nuevo archivo. ................................................................................................... 140
Figura 4. 56 Creación de una nueva configuración. ....................................................................................... 141
Figura 4. 57 Configuración de las comunicaciones de diseño. ....................................................................... 141
11
11 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 58 Verificación de los links de comunicación. ................................................................................ 142
Figura 4. 59 Creación de un Tag en Factory Talk. ......................................................................................... 142
Figura 4. 60 Actualización de folders para Tags de los PAC’S. ..................................................................... 143
Figura 4. 61 Folders y Tags de los PAC’S. .................................................................................................... 143
Figura 4. 62 Asignación de un Tag a un botón pulsador. ............................................................................... 144
Figura 4. 63 Programación avanzada de objetos. ........................................................................................... 144
Figura 4. 64 Menú principal. .......................................................................................................................... 145
Figura 4. 65 Secuencia de llenado y vaciado automático de 2 tanques. ......................................................... 145
Figura 4. 66 Tendencias del proceso de llenado y vaciado de 2 tanques. ....................................................... 146
Figura 4. 67 Descarga de programa en el HMI. ............................................................................................. 146
CAPÍTULO 5. INTEGRACIÓN DEL POWERFLEX 40 AL SISTEMA DE COMUNICACIONES
Figura 5. 1 Variador de frecuencia PowerFlex 40. ......................................................................................... 148
Figura 5. 2 Variador de frecuencia PowerFlex 40 y su tablero de control. .................................................... 149
Figura 5. 3 Diagrama eléctrico típico del PowerFlex 40. [20]........................................................................ 151
Figura 5. 4 Driver de comunicación Ethernet/IP entre la PC y el PowerFlex 40. .......................................... 152
Figura 5. 5 Asignación de la dirección IP al PowerFlex 40............................................................................ 152
Figura 5. 6 PowerFlex 40 conectado a la red Ethernet/IP. ............................................................................. 153
Figura 5. 7 Selección del driver para el PowerFlex 40 en RSLogix 5000. ..................................................... 153
Figura 5. 8 Dirección del PowerFlex 40 en RSLogix 5000. ........................................................................... 154
Figura 5. 9 Izquierda: información proporcionada en RSLinx Classic. Derecha: especificaciones técnicas
modificadas en RSLogix 5000. ...................................................................................................................... 154
Figura 5. 10 Parámetros del variador que se manipularan por ―Comm Port‖................................................ 155
Figura 5. 11 Tags de la memoria interna del PowerFlex 40. .......................................................................... 156
Figura 5. 12 Programa para control del PowerFlex 40 en RSLogix 5000. ..................................................... 157
Figura 5. 13 Tags creados para control del PowerFlex 40 en RSLogix 5000. ................................................ 158
Figura 5. 14 Menú principal para el control del PowerFlex 40. ..................................................................... 158
Figura 5. 15 Plantilla de control para el PowerFlex 40. ................................................................................. 159
Figura 5. 16 Plantilla de tendencia del PowerFlex 40. ................................................................................... 159
Figura 5. 17 Descarga de pantallas al PanelView Plus 1000 del PowerFlex 40. ............................................ 160
Figura 5. 18 Integración del PowerFlex 40 a la red Ethernet I/P del sistema de comunicaciones. ................. 161
12
12 Sistema de Comunicaciones
Índice de tablas
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
Tabla 1. 1 Tipos de cableado para Ethernet/IP. ................................................................................................ 41
Tabla 1. 2 Características principales de la red ControlNet.............................................................................. 47
Tabla 1. 3 Clase de transportes ControlNet. ..................................................................................................... 49
CAPÍTULO 2. ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE COMUNICACIONES
Tabla 2. 1 Descripción de los componentes del Gabinete I. ............................................................................. 57
Tabla 2. 2 Especificaciones de la fuente 1756-PB72/C. ................................................................................... 59
Tabla 2. 3 Especificaciones del CPU LOGIX 5561. ....................................................................................... 59
Tabla 2. 4 Especificaciones del módulo de comunicación Ethernet/IP. ........................................................... 60
Tabla 2. 5 Especificaciones del módulo de comunicación DeviceNet 1756-DNBD. ....................................... 60
Tabla 2. 6 Especificaciones del módulo de entradas digitales 1756-IB16D. .................................................... 60
Tabla 2. 7 Especificaciones del módulo de salidas digitales 1756-OB16D. ..................................................... 60
Tabla 2. 8 Especificaciones del módulo de entradas analógicas 1756-IF8H. ................................................... 61
Tabla 2. 9 Especificaciones del módulo de salidas analógicas. ........................................................................ 61
Tabla 2. 10 Especificaciones del módulo de comunicación ControlNet. ......................................................... 62
Tabla 2. 11 Especificaciones técnicas del PanelView Plus 1000. .................................................................... 62
Tabla 2. 12 Dispositivo de acuerdo al número en la parte frontal. ................................................................... 64
Tabla 2. 13 Dispositivos de acuerdo al número en la parte interior.................................................................. 65
Tabla 2. 14 Descripción de los componentes del Gabinete 2. .......................................................................... 71
Tabla 2. 15 Especificaciones de fuente de alimentación 1768-PA3. ................................................................ 72
Tabla 2. 16 Especificaciones módulo de comunicación ControlNet. ............................................................... 73
Tabla 2. 17 Módulo de comunicación Ethernet 1768-ENBT. .......................................................................... 73
Tabla 2. 18 Tabla de módulo del controlador 1768-L43. ................................................................................. 74
Tabla 2. 19 Módulo de salidas analógicas 1769-OF4VI. ................................................................................. 74
Tabla 2. 20 Módulo de entradas analógicas 1769-IF4. ..................................................................................... 75
Tabla 2. 21 Módulo de entradas digitales de alta velocidad 1769-IQ16F. ....................................................... 75
Tabla 2. 22 Módulo de salidas digitales 1769-OV16. ...................................................................................... 75
Tabla 2. 23 Elementos generales que componen el tablero de PAC 2 CompactLogix. .................................... 77
Tabla 2. 24 Lista de los dispositivos empleados en el tablero Flex I/O. ........................................................... 82
Tabla 2. 25 Especificaciones técnicas de la fuente del Flex I/O. ...................................................................... 83
Tabla 2. 26 Especificaciones técnicas del módulo de comunicación del Flex I/O. .......................................... 84
Tabla 2. 27 Especificaciones técnicas del módulo I/O analógicas del Flex I/O. .............................................. 85
Tabla 2. 28 Especificaciones técnicas del módulo I/O discretas del Flex I/O. ................................................. 86
Tabla 2. 29 Especificaciones de las bases para módulos I/O del Flex I/O. ...................................................... 87
Tabla 2. 30 Lista de dispositivos de la distribución general Flex I/O. .............................................................. 89
Tabla 2. 31 Lista de dispositivos de la ampliación del tablero Flex I/O. .......................................................... 89
Tabla 2. 32 Lista de los dispositivos empleados en el tablero Flex I/O. ........................................................... 92
Tabla 2. 33 Especificaciones técnicas de la fuente del POINT I/O 1794-PS13. .............................................. 93
Tabla 2. 34 Especificaciones técnicas del módulo de comunicación del POINT I/O 1734-ACNR. ................ 94
Tabla 2. 35 Especificaciones técnicas del módulo entradas del POINT I/O 1734-IB4. ................................... 94
Tabla 2. 36 Especificaciones técnicas del módulo salidas digitales del POINT I/O 1734-OB2EP. ................. 95
Tabla 2. 37 Lista de dispositivos de la distribución general. ............................................................................ 96
Tabla 2. 38 Lista de dispositivos de la ampliación del tablero POINT I/O. ..................................................... 96
13
13 Sistema de Comunicaciones
CAPÍTULO 3. CONFIGURACIÓN DE LA CAPA FÍSICA
Tabla 3. 1 Equivalencia de propuesta con los modelos CIM y CIP................................................................. 99
Tabla 3. 2 Características físicas y técnicas de las dos redes. ......................................................................... 108
CAPÍTULO 4. SOFTWARE PARA PROGRAMACIÓN DEL SISTEMA DE
COMUNICACIONES
Tabla 4. 1 Direcciones IP de las estaciones de trabajo. .................................................................................. 112
Tabla 4. 2 Direcciones IP asignadas en toda la red Ethernet. ......................................................................... 115
CAPÍTULO 5. INTEGRACIÓN DEL POWERFLEX 40 AL SISTEMA DE COMUNICACIONES
Tabla 5. 1 Indicadores luminosos del tablero del PowerFlex 40. ................................................................... 149
Tabla 5. 2 Botones de control en el tablero del PowerFlex 40. ...................................................................... 150
Tabla 5. 3 Especificaciones técnicas del PowerFlex 40. ................................................................................ 150
Tabla 5. 4 Descripción de los dispositivos de la red Ethernet/IP en la arquitectura donde se integra el variador
de frecuencia PowerFlex 40. .......................................................................................................................... 161
14
14 Sistema de Comunicaciones
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
Para poder comprender que es un sistema de control distribuido resulta necesario analizar su
arquitectura y forma de operación. Estas arquitecturas bien pueden ser diseñadas por fabricantes a
nivel mundial como Siemens, Allen-Bradley, ABB, etcétera o ajustarse a las necesidades y
características del proceso cumpliendo con los elementos y características básicas.
La aplicación de redes de comunicación en sistemas de automatización de procesos redunda en una
mayor eficiencia y optimización de los recursos, pudiendo implantar sistemas distribuidos que van
desde meros procesos de fabricación y manufactura a una integración de diferentes áreas dentro de
la empresa (fabricación, gestión de producción, almacenaje, control de calidad, ventas, distribución,
etc.), permitiendo una mayor eficiencia en los procesos de fabricación.
Así, el concepto de sistemas industriales distribuidos abarca un campo muy amplio, pues se puede
aplicar en diferentes niveles dentro de una fábrica, desde la simple automatización de un proceso
aislado, a la gestión integral de una fábrica.[1]
Estos tipos de niveles de automatización se realizan bajo un concepto denominado, Computer
Integrated Manufacturing que en español se traduce como Manufactura Integrada por Computadora
(CIM), por el cual se determina una jerarquización de las redes según el propósito para el que han
sido diseñadas y aplicadas.
15
15 Sistema de Comunicaciones
1.1 Motivación y alcance del proyecto.
En la carrera de Ingeniería en Control y Automatización denominado ICA se desarrollan trabajos
acerca del control de distintos tipos de procesos, utilizando distintas tecnologías, como son:
instrumentación, controladores, comunicaciones e interfaces para los distintos casos de estudio, etc.
Esta tesis es elaborada con el fin de desarrollar una herramienta que sea útil a futuras generaciones,
que estén interesadas en el estudio e implementación de redes de comunicación industriales,
utilizando en este caso la tecnologíade Allen-Bradley (para los niveles de información y control)
que es una marcareconocida a nivel mundial por la calidad y confiabilidad de sus equipos lo que
brinda al proyecto una sensación mucho más realista del acontecer actual sobre los equipos y redes
empleados en el control de procesos.
El alcance de este proyecto es llevar a cabo la integración de un sistema de comunicaciones en el
laboratorio B-08 de pesados de la carrera de Ingeniería en Control y Automatización de ESIME
Zacatenco, del cual se abarcará configuración del hardware y softwarepara la comunicación entre
los dispositivos que se encuentran en los niveles de información y control, tomando como
referencia la arquitectura NetLinx desarrollada por Rockwell-Automation y otras asociadas a
―Open DeviceNetVendorsAssociation‖ que en español se traduce Asociación Abierta de
Vendedores DeviceNet (ODVA) y ControlNet internacional (CI).Además de lo anterior, se plantea
integrar una pequeña arquitectura como anexo al proyecto, añadiendo un variador de frecuencia
PowerFlex 40 que es un dispositivo que forma parte de la red Ethernet I/P, como una alternativa al
nivel de campo, con el motivo de aproximar más el proyecto realizado al ambiente industrial.
Los dispositivos con los que se cuenta en el laboratorio B-08 para establecer los niveles de
información y control son:
Controladores: ControlLogix y CompactLogix que están contenidos en gabinetes.
Elementos para prueba de señales discretas y analógicas.
Interfaz Hombre/Máquina (HMI) que está contenido en un gabinete.
Computadora (PC).
Variador de frecuencia (PowerFlex 40)
1.2 Objetivos del proyecto
1.2.1 Objetivo general
Integrar y configurar un sistema de comunicaciones industriales que sea aplicable a un sistema de
control distribuido, utilizando las redes Ethernet/IP y ControlNet, con el fin de aplicarlo en el
aprendizaje de la carrera de Ingeniería en Control y Automatización para comunicaciones
industriales, utilizando una parte dela tecnología del laboratorio B-08 la cual cuenta con las
especificaciones técnicas básicas para el sistema de comunicaciones y que además el proyectosirva
como antecedente de posteriores trabajos.
16
16 Sistema de Comunicaciones
1.2.2 Objetivos específicos
Integrar un sistema de comunicaciones aplicables a los Sistemas de Control
Distribuido,llevando su arquitectura al laboratorio B-08 de pesados de la carrera de Ingeniería
en Control y Automatización de la ESIME Zacatenco.
Utilizar el sistema de comunicaciones planteado en este proyecto para realizar pruebas de
monitoreo de señales digitales y analógicas proveniente de los PAC’S y de E/S remotas
Monitorear y controlar el comportamiento del variador de frecuenciaPowerFlex 40a través de
unaHMI, de forma complementaria al uso del sistema de comunicaciones realizado en este
proyecto.
1.3 Justificación.
Se ocupó el equipo del fabricante Allen-Bradley debido a que es el fabricante que accedió a dar un
descuento a la ESIME por ser una Institución Escolar; de gran utilidad ya que como cualquier
dependencia federal, trabaja bajo un presupuesto; además de que cubre los requerimientos de lo que
se estudia en la carrera de Ingeniería en Control y Automatización.
La realización de este proyecto se basa en que en los laboratorios pesados de Control y
Automatización de ESIME Zacatenco no se ha integrado un sistema de comunicacionesindustriales
basada en la arquitectura NetLinx, por lo tanto, se utilizan los PAC´S de Allen-Bradley y la forma
de intercomunicarlos será por medio de ControlNet en el nivel de control y Ethernet/IP en el nivel
de información, recalcando nuevamente que se trata de una implementación en el laboratorio B-08
de pesados de la carrera de Ingeniería en Control y Automatización de ESIME Zacatenco para la
simulación de entradas y salidas analógicas y digitales.
Se realiza esta tesis con el fin de servir de punto de partida para otras tesis que se enfoquen a un
sistema de control distribuido que sea aplicable a un sistema real; ya que el sistema de
comunicaciones es parte fundamental en un control distribuido o de cualquier otro tipo de control,
ya que sin este no es posible monitorear el comportamiento del sistema.
Otros criterios que respaldan que el hardware utilizado en el sistema de comunicaciones que se
elabora en este proyecto es aplicable a un sistema de control distribuido:
- Los PAC’S de Allen-Bradley están diseñados para sistemas robustos y grandes, ya que
dentro de los protocolos de comunicación que emplean estos como son, por ejemplo,
Ethernet I/P y ControlNet,se tiene la capacidad de albergar un gran número de dispositivos
(estaciones) dependiendo de las características de cada protocolo y de su cableado, como
las que se mencionan en el desarrollo de este proyecto.Además de que los PAC’S tienen la
capacidad de llevar a cabo control de alto nivel, como por ejemplo el control de
movimiento, lo cual es gracias a la capacidad de su CPU, es decir, la cantidad de eventos o
tareas que pueden procesar por milisegundo, así como la cantidad de memoria con que
cuentan.
- El equipo de Allen-Bradley no está limitado a sostener comunicación solo con los
protocolos estandarizados por el fabricante como los dos anteriores que se mencionaron,
sino que gracias a la flexibilidad en cuanto a comunicación que presentan los PAC’S en
general, pueden por medio de las tarjetas apropiadas formar parte de otras redes con
17
17 Sistema de Comunicaciones
diferentes protocolos de comunicación o mediante dispositivos ―traductores‖, mismos que
elabora también el fabricante para mejorar la flexibilidad de comunicación.
1.4 Antecedentes.
Desde siempre, el hombre ha intentado hacer su vida más fácil y cómoda. Para ello, a lo largo de la
historia ha construido infinidad de aparatos capaces de facilitar las tareas habituales o permitir
realizar trabajos nunca antes conseguidos debido a las limitaciones existentes. Este fenómeno es lo
que se puede llamar la ―evolución tecnológica‖ y que en estos últimos siglos ha sido espectacular si
se compara con etapas anteriores.
Como se muestra en la literatura, la tesis de Diseño e implementación de un sistema SCADA para
una planta de producción y envasado de líquidos. Este proyecto se establece la implementación de
un sistema SCADA en una planta piloto de fabricación y envasado de líquidos. En este documento
se muestra toda la información que ha sido necesaria para realizar el sistema de automatización en
los tres niveles propios de un SCADA: nivel de campo, nivel de control y nivel de supervisión.
Para el nivel de control utilizaron los PLC´S de los fabricantes: SIEMENS e IZUMI y utilizando la
interface de Intouch de WonderWare a nivel supervisión, mientras que el nivel de campo fue
solamente de revisión ya que su laboratorio ya contaba con todo el equipo para esta etapa. [2]
La tesina de implementación de control distribuido en el proceso de fabricación de cartón
monitoreado y controlado mediante una interfaz hombre maquina (HMI). En este proyecto se
presenta en primer lugar la ventaja que presentan los sistemas de control distribuido, ya que
permiten la ejecución de rutina de control en paralelo, ejecutadas por algún controlador y con ayuda
del software apropiado, en este caso en particular A2
y DeltaV, mismos que fueron elegidos de
acuerdo al proceso. [4]
En el trabajo de investigación sobre sistemas de control distribuido, se especifican las ventajas que
presentan los sistemas de control distribuido, frente a los centralizados como por ejemplo que los
sistemas de control distribuido son capaces de ejecutar rutinas de control en paralelo; además de las
características especiales que deben tener los protocolos para acortar los tiempos de comunicación
entre los equipos. Características que establecen los fabricantes en sus controladores para tal
cometido como escalabilidad, apertura, concurrencia y tolerancia a fallas. [3]
1.5 Marco Teórico
En el presente trabajo se aborda el tema de redes de comunicación industrial a nivel control y a
nivel información, a razón delos diferentes niveles de automatización definidos por el modelo CIM.
De forma similar los sistemas de control distribuido ayudan a automatizar la planta integrando
diferentes niveles de redes y aventajando a otros tipos de arquitecturas de control industrial aislando
o dividiendo el proceso en subprocesos que lo hagan más robusto y tolerante a las fallas, mejorando
la calidad del proceso y producción.
18
18 Sistema de Comunicaciones
1.5.1 Automatización de Procesos
Las razones de la automatización de las plantas de proceso son proporcionar un entorno seguro y a
la vez mantener la calidad deseada del producto y alta eficiencia de la planta con reducción de la
demanda de trabajo humano.[20]
1.5.2 Estructuras más comunes de los sistemas de control industriales
Las dos arquitecturas más comunes de control industrial, aunque cabe aclarar que no son las únicas
y muchas soluciones de automatizaciones son una mezcla de estas que se adaptan a las necesidades
específicas de cada situación.
Control centralizado
Control descentralizado
Control centralizado
Es un sistema jerárquico en donde el control sobre todo el proceso está centrado en un procesador.
En la figura 1.1. Puede verse la estructura general del control centralizado la cual debe contar con
un procesador, una interfaz de proceso y una estación de operador, interfaz de trabajo.
Figura 1. 1 Esquema general de una estructura de control centralizado
La principal ventaja es que su arquitectura facilita el flujo de información y se hace posible que los
objetivos de optimización global del proceso puedan ser alcanzados, pero tiene la desventaja que
depende de la fiabilidad del procesador. Para solucionar esto se aplica redundancia de servicios
críticos. Una variante del control centralizado puede verse en la figura 1.2 y quizás la más aplicable
por la probada robustez de los controladores industriales.
Control centralizado multicapa
Es un sistema en el cual las funciones de control y administración están dispersas a través de la
planta. Múltiples procesadores efectúan las funciones de administración y control y usan una red
Data Highway +, una red Ethernet, o un sistema bus para comunicación.A partir de esta arquitectura
de control aparece el concepto de SCADA que viene de las siglas de ―Adquisición de Datos y
Control de Supervisión‖. En la figura 1.2 puede verse el esquema general de la estructura de un
control centralizado multicapa.
19
19 Sistema de Comunicaciones
Figura 1. 2 Esquema general de una estructura de control centralizado multicapa
Se trata de una aplicación software especialmente diseñada para funcionar sobre procesadores en el
control de producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores
autónomos, autómatas programables, etc.) y controlando el proceso de forma automática desde la
pantalla del procesador. Además, provee de toda la información que se genera en el proceso
productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros supervisores dentro de la
empresa: control de calidad, supervisión, mantenimiento, etc.
En este tipo de sistemas usualmente existe un procesador, que efectúa tareas de supervisión y
gestión de alarmas, así como tratamiento de datos y control de procesos. La comunicación se realiza
mediante buses especiales o redes LAN. Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y están
diseñados para dar al operador de planta la posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos.
Control Distribuido
La figura 1.3 muestra un esquema de control distribuido, donde puede observarse que es muy
similar al control centralizado multicapa solo que aquí su comunicación entre cada controlador de
proceso (comunicación horizontal),existencia de varias unidades de control que llevan a cabo las
tareas.
Figura 1. 3Esquema general de una estructura de control distribuido centralizado
En caso de avería o sobrecarga de trabajo, será posible transferir todo o parte de las tareas a otras
unidades. La idea de poder hacer bypass a las unidades con problemas permite evitar los bloqueos
necesarios del sistema, (paros de planta) pero por otra parte exige que los diferentes controladores
tengan una asignación dinámica de las tareas y por tanto se les va a exigir gran capacidad de acceso
a la comunicación y tratamiento de la información. La desventaja de esto es la disminución de la
velocidad de comunicación debido a los retardos, posibles desbordamientos en el procesamiento de
datos en cada nivel y falta de flujo de información directa entre controladores. Pero esto está siendo
20
20 Sistema de Comunicaciones
solucionado por la aparición de nuevas tecnología de comunicación de datos cada vez más potentes.
Aquí vemos que también tenemos una unidad de control y supervisión (SCADA) que cumple con
las características antes mencionadas para el control centralizado multicapa.
Cabe mencionar que de igual manera el control distribuido puede ser descentralizado, ya que se
puede emplear más de una PC, así como interfaces Hombre/Máquina en la estación de trabajo,
siendo que la información puede llegar a más sitios en la planta como una PC de operación hasta
una donde se registren tendencias, historiales, etcétera.
A partir de lo expuesto hasta aquí se puede observar que la comunicación entre controladores es un
aspecto fundamental para el funcionamiento de un sistema de control distribuido.
1.5.3 Introducción al Control Distribuido
Definición:
Hablar de SCD normalmente se refiere a un sistema de control de un proceso industrial, sistema de
proceso o cualquier tipo de sistema dinámico en el que los elementos de control no están
centralizados en una localización, pero están distribuidos a lo largo del sistema en cada componente
del subsistema controlado por uno o más controladores. El sistema entero de controladores está
conectado por redes de comunicación y supervisión. [19]
El concepto que revolucionó la aplicación de los sistemas de control digital, fue el desarrollo de los
microprocesadores, que permitieron la distribución de la funciones de los sistemas en varios
controladores independientes interconectados en red, con una mayor capacidad y confiabilidad y
con menores costos de adquisición. Todo esto según la Sociedad de Instrumentistas de América
(ISA), sección México. [9]
1.5.4 Algunos sistemas de control distribuido en el mercado
En este punto se mencionan las arquitecturas de control distribuido que se encuentran actualmente
en el mercado.
Sistema A2 de Invensys Process Systems
A2Foxboro es un producto de InvensysProcessSystems, es un sistema de control distribuido muy
compacto, que combina control y tecnología de I/O dentro de un chasis expandible como un PLC.
Aparte del sistema I/A SERIES, INVENSYS ofrece el sistema A2 con una alta relación costo-
beneficio muy usado en aplicaciones industriales pequeñas. El sistema de la serie A2 es un Sistema
Industrial Abierto que integra y automatiza las operaciones de fabricación. Este es un sistema
distribuido que tiene la capacidad de crecimiento para permitirle a la planta ajustar gradualmente el
sistema de acuerdo a las necesidades de su proceso. Los módulos que componen el sistema A2
se
comunican entre sí aunque ellos se encuentren en lugares diferentes, dependiendo de las
condiciones y el diseño del proceso de cada planta.
21
21 Sistema de Comunicaciones
Otra ventaja de un sistema distribuido es que cada módulo tiene responsabilidades específicas e
independientes que las realiza sin tener en cuenta el estado de los otros módulos. La familia A2 de
FOXBORO se adapta a las necesidades específicas de control que requiera el proceso. Es un
sistema muy seguro y confiable el cual proporciona redundancia opcional en varios componentes
como:
Redundancia en procesador
Redundancia en fuente de alimentación
Redundancia en conexión de área de trabajo
Sistema DeltaVde Emerson
DeltaV es un sistema de automatización que ofrece un software y hardware de fácil uso para control
avanzado de plantas industriales. El sistema DeltaV se puede implementar tanto en plantas discretas
como en plantas analógicas, realizando también control en elementos que trabajen con el protocolo
Fieldbus.
DeltaV permite definir alarmas y monitorear las variables controladas y manipuladas. Éstas
variables se pueden medir o graficar en una interfaz gráfica amigable para el operador (HMI). La
comunicación entre el controlador y la estación de trabajo se realiza mediante una conexión IP a
través de la red local, la cual se puede implementar con mecanismos que evitan la pérdida de
comunicación.
Debido a la implementación opcional de lazos PID en los instrumentos permite independizar el
control del procesador central, aumentando la confiabilidad y dejando mayor capacidad de
procesamiento en el Controlador para otras tareas. Le elevada capacidad de diagnóstico facilita las
tareas de mantenimiento al integrar la interfaz de configuración de los instrumentos en la propia
base de datos del Sistema. En la figura 1.4 se muestra la arquitectura de un sistema de control
distribuido propuesta por DeltaV.
22
22 Sistema de Comunicaciones
Figura 1. 4 Arquitectura SCD DeltaV [11]
Sistema Freelance de ABB
ABB divide la arquitectura Freelance 8000F en nivel de operador y nivel de proceso. El nivel de
operador contiene las funciones de operación y observación, archivos y registros, tendencias y
alarmas. Las funciones de control a lazo abierto y lazo cerrado son procesadas en los controladores.
Nivel de operador Freelance 800F DigiVis
Las estaciones de operador DigiVis utilizan hardware de PC, ya sea estándar o industrializado en
línea con el proceso, corriendo por debajo del sistema operativo de Microsoft Windows. DigiVis
soporta una operación de monitor doble, es decir, dos monitores pueden ser usados con una sola PC,
operada usando un solo ratón y un teclado.
Una estación de ingeniería y algunas estaciones de operador pueden ser instaladas en el nivel de
operador. La estación de ingeniería constructora del control F es utilizada para configurar y
comisionar el sistema. Usualmente, el equipo portable como Laptops, permiten a la vez
configuraciones en la oficina y en el sitio. Las PCs del nivel de operador pueden usarse en la
estación de ingeniería. La conexión permanente al sistema de ingeniería no es necesaria.
Nivel de proceso Freelance 800F
En el nivel de proceso, el sistema Freelance 800F puede consistir de algunas estaciones de proceso
que son conectadas con unidades de E/S. Se tiene la opción de correr estaciones de proceso ya sean
redundantes (redundancia de CPU, módulo Fieldbus redundante) o sin redundancia. Las entradas
modulares de los módulos de E/S son usadas de acuerdo con el tipo y cantidad de señales del
proceso. Con AC 800F, compatible con los componentes Fieldbus como las E/S remotas o
dispositivos de campo pueden ser conectados.
23
23 Sistema de Comunicaciones
Comunicación del sistema
Los niveles de operador y proceso pueden comunicarse mediante otras vías el bus del sistema
(basado en Ethernet) con TCP/IP, en donde se puede elegir ente varios medios de transmisión como
AUI, pares trenzados, fibra óptica o cable coaxial. El servidor OPC Freelance es viable para
conectarse a niveles altos de las estaciones de operador (800xA) u otros clientes OPC. Las variables
de proceso en tiempo real y alarmas provenientes del sistema Freelance pueden ser accesadas vía
OPC. La interfaz de programación ―C‖ para programas de Windows pueden utilizarse para
aplicaciones externas pero no pueden usarse en la interfaz OPC estándar. Para esto se emplea el
DMS-API. En la figura 1.5 se observa la propuesta de un sistema de control distribuido por
Freelance.
Figura 1. 5 Arquitectura SCD ABB [12]
Sistema PlantPax de Allen-Bradley
La arquitectura que se emplea en este trabajo consta por su parte en nivel de trabajo y nivel de
control. El nivel de trabajo es el similar del nivel de operador de Freelance, contiene las funciones
de operación y observación, archivos y registros, tendencias y alarmas. Las funciones de control a
lazo abierto y lazo cerrado son procesadas en los controladores.
Nivel de trabajo SCD
La estación de trabajo emplea varios componentes como las PC que se utilizan como estaciones de
operación y estaciones de control, enlazados si así se requiere con interfaces Hombre/Máquina.
También se le conoce como red de información:
Proporciona un vínculo entre la fábrica y los sistemas de ejecución de fabricación
Se conecta a las computadoras principales de múltiples vendedores
Tienen la capacidad de transmitir datos de tamaño grande
24
24 Sistema de Comunicaciones
Es compatible con las herramientas estándar de administración de redes y resolución de
problemas
Nivel de control SCD
Ofrece el rendimiento en tiempo real
Determinista y repetible
Compatible con la transmisión de mensajes entre dispositivos similares
Se conecta a los controladores programables, laptops, dispositivos de interface de operador-
máquina, variadores, dispositivos de movimiento, etc.
Es compatible con la programación y la configuración de dispositivos
Nivel de campo SCD
Reduce los gastos de cableado puesto que no es necesario que los dispositivos se conecten
directamente a un controlador programable
Es compatible con los diagnósticos a nivel de dispositivos
Se conecta a dispositivos de múltiples vendedores
Figura 1. 6 Arquitectura SCD Allen-Bradley [13]
25
25 Sistema de Comunicaciones
En la figura 1.6 se ve la arquitectura de sistema de control distribuido propuesta por Allen Bradley.
Las capacidades de conexión a redes, con las redes principales de Ethernet/IP, ControlNet y
DeviceNet, permiten el intercambio de información entre una gama de dispositivos, plataformas de
computadoras y sistemas de operación.
Alternativas de redes disponibles para brindar soluciones
Red Ethernet/IP: capa de información, intercambio de información a alta velocidad, alto
ancho de banda, usado por el internet.
Red ControlNet: capa de control, transfiere datos de E/S y programa, alta velocidad de
transmisión (5Mbps), tiempo de actualización de la red 2-100ms, determinista.
Red DeviceNet: capa de dispositivos, norma abierta, velocidades de 125, 250 y 500kbps, se
conecta directo a los dispositivos de bajo nivel (reduce gastos de instalación).
Utiliza protocolo Hart para comunicación entre dispositivos de campo inteligentes y los
sistemas de control.
1.5.5 Algunas aplicaciones de los Sistemas de Control Distribuido
Los sistemas SCD son sistemas especializados dedicados a controlar procesos industriales que son
continuos u orientados a lotes, como refinerías, petroquímicas, centrales de generación eléctrica,
industria farmacéutica, alimentos y bebidas, productos de cemento, industrias de metales, e
industrias del papel.
Los SCD se conectan a los sensores y actuadores y utilizan un punto de referencia (setpoint) de
control para controlar el flujo de material a través de la planta. SCD puede emplear una o varias
estaciones de trabajo y pueden configurarse desde una estación de trabajo o por una computadora
personal desconectada del sistema (configuración fuera de línea). La comunicación local es
manejada por un controlador de red con transmisión sobre cable de par trenzado, coaxial, o fibra
óptica.
Aplicación en una planta piloto
Descripción de la Planta Piloto
La planta es una maqueta donde se recogen varios de los procesos típicos que se pueden encontrar
en muchas de las industrias. En concreto dispone de tres subprocesos (térmico, de nivel y caudal),
como se muestra en el esquema de la figura 1.7.
26
26 Sistema de Comunicaciones
Figura 1. 7 Esquema de la planta piloto
El proceso funciona de la siguiente manera, el depósito principal (D1) dispone de una resistencia de
calentamiento (J1) se utiliza para aumentar la temperatura del agua de su interior con el objeto de
simular el calor producido por una reacción química exotérmica. El agua del depósito (D1) sale
hacia el depósito (C1) impulsada por la bomba (G1). En este trayecto el caudal puede ser controlado
mediante la válvula (FV1) y una vez llega el agua a este depósito puede ser retenida controlando la
altura de agua en dicho depósito mediante la válvula (LV1). Por otra parte mediante la bomba (G2)
se extrae el agua del depósito (C1) y se vuelve a llevar al depósito (D1), pasando antes por el
intercambiador (E1), donde se puede controlar la temperatura del agua a su salida mediante el
ventilador (M1).
A continuación se describen los tres subprocesos:
- Subproceso 1, control del caudal. Es posible controlar el caudal de agua que circula del
depósito (D1) al (C1) midiéndolo con el transductor de caudal (FT1) y actuando sobre la
válvula electro-neumática (FV1).
- Subproceso 2, control del nivel. Se puede controlar el nivel de agua en el depósito (C1)
midiéndolo con el transductor de nivel (LT1) y actuando sobre la válvula electro-neumática
(LV1).
- Subproceso 3, control de temperatura. El sensor (TT1) mide la temperatura del agua a la
salida del intercambiador de calor (E1). Se puede controlar esta temperatura actuando sobre
el motor del ventilador (M1).
El rango de cada una de las variables que intervienen en el proceso es el siguiente:
- FV1: [0…..100 %] [válvula totalmente cerrada, válvula totalmente abierta].
- LV1: [0…..100 %] [válvula totalmente cerrada, válvula totalmente abierta].
- TF1: [0…..100 %] [0…..400] r.p.m.
- FT1: [0…..100 %] [0…..600] l/h.
- LT1: [0…..100 %] [0…..500] mm.
- TT1: [0…..200] oC.
- TT2: [0…..200] oC.
27
27 Sistema de Comunicaciones
- G1: [On,Off].
- G2: [On,Off].
- M2: [On,Off].
- M1: [On,Off].
Arquitectura de red SCD empleada en la planta piloto
En la figura 1.8 se muestra la arquitectura utilizada en el proyecto para la aplicación en la planta
piloto.
Figura 1. 8 Arquitectura propuesta para la aplicación en la planta piloto
Aplicación en el sector de bebidas
Planta de producción y envasado de líquidos
En las industrias de bebidas se encuentran muchas problemáticas acerca del monitoreo de la
producción en tiempo real además de configuración de las secuencias de control y los puntos de
setpoint dependiendo el tipo de líquido a embotellar. La propuesta de la planta industrial que
permite la producción y envasado de líquidos está compuesta por tres etapas de proceso:
evaporación, mezcla y embotellado.
Dispone de dos evaporadores de tamaño y características distintas, dos tanques mezcladores iguales
y dos tanques de embotellado, también iguales. La topología de elementos de la planta y su
conexionado permite simultáneamente la producción y el envasado de cantidades (volumen de
producción: primer requisito de producción) prefijadas de uno o dos tipos (calidad de producto:
segundo requisito de producción) de líquidos. Como consecuencia de dicha funcionalidad, más allá
de los detalles concretos de funcionalidad de la planta, resulta evidente que para cumplir con los
objetivos de producción del proceso será necesario implementar determinadas acciones de control
sobre las distintas etapas de la planta, lo que implica disponer de la instrumentación de control
necesaria.
28
28 Sistema de Comunicaciones
Sensores de las distintas variables de proceso:
Continuas: caudal, nivel.
Discretas: interruptores de fin de carrera.
Actuadores: bombas, electroválvulas y sistemas de calentamiento de líquidos.
Unidades locales de control: PAC’S
Estaciones de trabajo (PC’S y HMI)
Sistemas subsidiarios:
Acondicionamiento de señales de control (amplificadores de señal).
Sistema de comunicaciones industriales entre los distintos elementos del sistema de control
(tarjetas de comunicaciones, cables normalizados, etc.).
Así como el software necesario para la configuración de los distintos elementos del sistema de
control.
En la figura 1.9, muestra la arquitectura de un sistema distribuido en el cual se cumple con los
requerimientos de robustez además de la regulación de caudal de los líquidos por medio de PID con
que cuentan las unidades de control internamente y el manejo de variadores que regulan la
velocidad de los fluidos y ayudan a manejar de manera adecuada el sistema de flujo, así como la
regulación de velocidad de la banda transportadora.
Figura 1. 9 Arquitectura de SCD para el sector de bebidas
Se utilizó una topología estrella en Ethernet/IP debido a que para identificar alguna desconexión
solo se observará en el switch si es que ocurrió; por otra parte se propone el uso de fibra óptica para
las E/S remotas para eliminar posibles interferencias que alteren el control, estas E/S remotas se
hicieron para el control de temperatura debido a que entre más cerca esté el lector, se evitan
compensaciones de las diferencias en la lectura que puede causar la longitud del cable.
29
29 Sistema de Comunicaciones
1.5.6 Elementos básicos de una arquitectura
Un SCD como se muestra en el esquema de la figura 1.3típicamente usa computadoras
(normalmente procesadores adaptados a las necesidades del usuario) como controladores y utiliza
interconexiones y protocolos para la comunicación. Los módulos de entrada y salida forman parte
de los elementos del SCD. El procesador recibe la información de los módulos de entrada y envía la
información a los módulos de salida. Canales de comunicación en las computadoras o canales
eléctricos conectan al procesador y a los módulos a través de multiplexores/de-multiplexores. Los
canales también conectan a los controladores distribuidos con el controlador central y finalmente a
la interfaz Hombre/Máquina (HMI) o consolas de control.
Los elementos de un sistema de control distribuido pueden conectarse directamente a equipos
físicos como interruptores, bombas y válvulas o pueden trabajar a través de un sistema intermedio
como un sistema de SCADA. [19]
Para comenzar con el estudio de la arquitectura de un SCD se muestra el esquema de la figura 1.10
que describen el funcionamiento del flujo de información de los componentes básicos, y su
descripción como se mencionamás adelante.
Figura 1. 10 Esquema general de un SCD
Por tanto, la arquitectura de un sistema de control distribuido considera los siguientes dispositivos y
conceptos:
Interfaces
Unidades de almacenamiento masivo
Unidades de control
Fuentes de poder
Sistemas de fuerza continuos
Estructuras de apoyo
30
30 Sistema de Comunicaciones
Interfaz
Una interfaz es un dispositivo que hace posible la comunicación entre los diferentes componentes
del sistema con el ser humano, con otros sistemas, o con el proceso.
De las aseveraciones anteriores se obtienen los tipos de interfaces que se tienen en un sistema de
control:
Interfaces Hombre/Máquina
Interfaces Máquina/Máquina
Interfaces con el proceso
a) Interfaces Hombre/Máquina
Este tipo de interfaces son dispositivos que permiten, ya sea al operador o al ingeniero poder
monitorear, manipular y/o configurar los sistemas de control distribuido.
Las interfaces Hombre/Máquina que se consideran son:
Monitores
Teclados
Impresoras
Video-copiadora a color
Controladores del cursor
Como tal estas interfaces deben cumplir con requerimientos, estos son:
Deben tener la posibilidad de poder monitorear el proceso
Deben ser capaces de presentar las variables del proceso
Deben tener la posibilidad de presentar las condiciones de las alarmas del proceso
Deben ser capaces de establecer una prioridad de alarmas en caso de múltiples alarmas
Deben mostrar las tendencias del proceso
b) Interfaces Máquina/Máquina
Estos dispositivos permiten la comunicación del sistema con otros dispositivos inteligentes externos
al mismo.
La denominación de inteligencia en una interfaz la proporciona la incorporación de un circuito
dotado de ésta.
Para esto, el sistema debe tener la capacidad de permitir la comunicación interna entre las unidades
de control, la consola del operador y la computadora del proceso, localizadas en el cuarto de
control, sin la necesidad de usar interfaces Hombre/Máquina.
En este tipo de comunicaciones se reconocen los puertos de comunicaciones entre los equipos, ya
que estos con los medios por los cuales se recibe y se envía información. Un punto importante en
31
31 Sistema de Comunicaciones
esta consideración es que cuando se encuentran conectados en una red de un tipo específico otra
variante a considerar es el tipo de cable por el que se enlazan.
c) Interfaz con el proceso
Este tipo de interfaz engloba a los dispositivos necesarios para permitir al sistema la
recepción/envío de señales desde/hacia los instrumentos de proceso. Estas interfaces deben ser
instaladas en gabinetes de diseño modular que permiten una fácil instalación de las tarjetas
(módulos).
Se consideran dos clasificaciones de interfaces de proceso:
Interfaces de señales de campo (entradas)
Este tipo de dispositivos reciben diferentes tipos de señales de la instrumentación de campo, valida,
condiciona, estandariza y digitaliza estas señales para ser alimentadas hacia el multiplexor y ser
finalmente interpretadas por el sistema. Las principales interfaces de procesos para las señales de
entra de campo son las siguientes:
- Interfaces de entrada analógica de alto nivel (4-20mA y 0-10 V)
- Interfaces de entrada analógica de bajo nivel (termopares y RTD’S)
- Interfaces de entrada digitales
- Interfaces para transmisores inteligentes
Interfaces para señales hacia el campo (salidas)
Estas interfaces deben manejar dispositivos eléctricos como válvulas solenoide, arrancadores de
motores, luces indicadoras, elementos finales de control, etc., así como validar estas señales y
mantener su último valor en caso de falla. Las interfaces de señales de campo son divididas en los
siguientes tipos:
- Interfaces para salidas analógicas (4-20mA y 0-10 V)
- Interfaces para salidas digitales
Para la selección de interfaces se debe considerar el número de señales indicando en el sumario de
Entradas/Salidas y funciones, así como los porcentajes de reserva de (25%) y redundancias
requeridas, según la Sociedad de Instrumentistas de América (ISA) sección México.
Unidades de almacenamiento masivo
Estos son los dispositivos requeridos para permitir el arranque, operación y almacenamiento de
información de todo el sistema, por periodos especificados. Su cobertura será para todos los
dispositivos inteligentes. Los dispositivos de almacenamiento serán aquellos que permitan recopilar
de una manera eficiente y segura la información generada u obtenida.
32
32 Sistema de Comunicaciones
De esta forma se puede observar tres clasificaciones:
Medios móviles: estos son USB. Estos dispositivos son usados generalmente para crear un
respaldo de información de los discos duros de la computadora para que puedan ser leídos
en otras computadoras o en caso de prevención contra algún desperfecto en la unidad de
procesamiento.
Medios fijos: se consideran como medios fijos los discos duros de la unidad de
procesamiento de una computadora, los cuales deben tener la capacidad de almacenar la
información necesaria para el correcto desarrollo de la actividad.
Memoria permanente: en este caso se encuentra la memoria RAM (Random Access
Memory), ROM (ReadOnlyMemory) y cache que son necesarias para elcorrecto
funcionamiento de la máquina; estas memorias están contenidas en la tarjeta madre de la
máquina, y para usos industriales, se requiere que como mínimo la memoria RAM.
Unidad de control
Estos dispositivos realizan las acciones que permiten al proceso operar en condiciones normales, sin
la interacción directa de los operadores. Debiendo tener la capacidad de comunicarse con todos los
dispositivos inteligentes del sistema, así como con otras unidades de control, ya sea para el
almacenamiento y procesamiento de datos o para el despliegue de resultados.
Fuentes de poder
Una fuente de poder que se pretende utilizar para las aplicaciones de un sistema de control
distribuido debe cumplir con las características de estar regulada en voltaje y frecuencia estando
protegidas contra sobre corrientes.
Sistemas de fuerza continuos
Se ocupa en el caso de ausencia de energía eléctrica en toda la planta, si no existiera un equipo que
soportara la ausencia de energía se crearía un peligro para el proceso y los mismos operadores. Es
por ello que es necesario contar con un sistema de fuerza continuo que proporcione la energía
suficiente durante un periodo de tiempo en el que se haga posible el levantamiento de la planta
después del fenómeno que produjo el paro de energía.
Estructuras de apoyo
Este tipo de estructuras son auto soportado y alojan a los diferentes dispositivos que constituyen al
sistema de control distribuido. Las estructuras que se consideran son las consolas del operador (en
las que se alojan las Interfaces de Hombre/Máquina, los dispositivos de almacenamiento y las
fuentes de poder) y los gabinetes (en las que se alojan las Interfaces Máquina/Máquina, con el
proceso, dispositivos no incluidos en las consolas y fuentes de poder). [9]
33
33 Sistema de Comunicaciones
1.5.7 Sistemas de Comunicaciones.
Por medio de este sistema se definen todos los dispositivos, canales, accesorios, protocolos,
programas y procedimientos requeridos para permitir la interconexión y transferencia congruente de
información entre todos los dispositivos inteligentes del sistema de control distribuido. [7]
Un sistema de comunicación es la totalidad de mecanismos que proveen el enlace de información
entre la fuente y el destinatario. Todos los sistemas de comunicación tienen la misma función
básica, la transmisión de información [17]
Redes de comunicación.
La comunicación digital entre los controladores y las computadoras de supervisión era una de las
ventajas primarias de los SCD y la atención se enfocó debidamente a las redes que proporcionaron
todas las líneas importantes de comunicación que, para aplicaciones de proceso, tenían que
incorporar funciones específicas como determinismo y redundancia. Como resultado, muchos
proveedores adoptaron la norma de gestión de redes IEEE 802.4. Esta decisión fue el impulso para
la ola de migraciones necesarias cuando la informática entró a la automatización de procesos y la
norma IEEE 802.3 tomó el lugar de la IEEE 802.4 para prevalecer como el control de las redes
LAN. [19]
Modelo de Manufactura Integrada porComputadora (CIM)
En la industria moderna se utilizan diferentes redes de comunicación de acuerdo a diferentes niveles
de automatización. Estos niveles de automatización son definidos por el modelo denominado CIM,
por el cual se determina una jerarquización de las redes según el propósito para el que han sido
diseñadas y aplicadas.
Concepto de Manufactura Integrada porComputadora (CIM)
Este término en sí mismo no indica ninguna tecnología o procedimiento en particular sino la
aplicación de ciertas técnicas con una visión integradora. Podría definirse como: ―Una metodología
de trabajo y una filosofía de diseño de los sistemas de automatización, producción y gestión
orientados a la mejora de los niveles de calidad y la optimización en los procesos de fabricación‖,
donde los niveles de este modelo son: empresa, fábrica, área, célula, Estación/Máquina y proceso,
estos niveles se ejemplifican en la figura 1.11. [6]
34
34 Sistema de Comunicaciones
Figura 1. 11 Modelo CIM.
Arquitecturas de comunicación basadas en el modeloManufactura Integrada por
Computadora.
Diferentes arquitecturas de comunicación para la industria se han desarrollado de acuerdo con el
concepto de CIM, siguiendo un modelo de jerarquización de redes. Éstas distinguen generalmente 3
niveles de comunicación que son:
Nivel de Información
Nivel de Control
Nivel de Dispositivo.
Estos niveles son equivalentes con los 6 niveles de CIM, descritos anteriormente.
Entre las arquitecturas que actualmente se han desarrollado, se pueden mencionar las dos siguientes:
NetLinx
SINEC. [6]
Jerarquía de redes de comunicación según el modelo CIM y su clasificación
Pueden definirse dos grupos de redes de comunicación en la empresa:
Redes de Información
Redes de Campo.
Las primeras se ubican en la parte alta de la jerarquía CIM y las últimas en la parte baja. En la
figura 1.12 se muestra cómo se posicionan los tipos de redes en un modelo CIM.
35
35 Sistema de Comunicaciones
Figura 1. 12 Posicionamiento de las redes [6].
Redes de Información
Permiten a los diversos sistemas y archivos el acceso a los datos de la planta, relativos a los costos,
calidad, fabricación y desarrollo. Por lo general, las redes utilizadas en estos niveles jerárquicos son
basadas en tecnología IP. Ejemplos de estas redes son Ethernet, Wi-Fi y Wi-Max en el nivel de
empresa y Ethernet y MAP en el nivel de Fábrica.
Los dispositivos típicos a conectar por estas redes son Computadoras Personales (PC), servidores
(Host) y Mainframes.
Redes de campo
Red de comunicación diseñada para entornos y aplicaciones de automatización industrial,
optimizada para operar en los niveles más bajos de la jerarquía de manufactura. En el caso del
modelo CIM, en los niveles de proceso, campo y célula. [6]
Son redes utilizadas para conectar distintos procesos de aplicación con el propósito de asegurar la
explotación de la instalación (comando, supervisión, mantenimiento y gestión). Provee servicios
bajo restricciones temporales (tiempo real) y están constituidas por protocolos capaces de gestionar
estas restricciones (garantiza que las restricciones de tiempo serán respetadas con cierta
probabilidad). A diferencia de las redes de información, están diseñadas para enfrentar un tráfico
formado por un gran número de pequeños paquetes, intercambiados con frecuencia entre un alto
número de estaciones que forman la red y que muchas veces trabajan en tiempo real. Así mismo, el
volumen de datos transmitidos es más elevado en las redes del nivel de fábrica y empresa, en
comparación con las redes de más bajo nivel.
Las redes de información se pueden clasificar según su extensión, su topología y tecnología de
transmisión. Una red puede empezar siendo pequeña para crecer junto con la organización o
institución. A continuación se presenta los distintos tipos de redes disponibles:
Según su extensión de área que abarque la red
Redes LAN (Local Área Network en español red de área local): Extensión de menos de
1 km. En oficinas y empresas pequeñas. Tecnología de Broadcast (en un solo cable se
36
36 Sistema de Comunicaciones
conectan todas las máquinas). Velocidades de 10 a 100 Mbit/s; de 1 Gbit/s hasta 10
Gbit/s en empresas grandes.
Redes MAN (Metropolitana Área Network en español red de área metropolitana):
Extensión de hasta 10 km. Empresas y organizaciones con oficinas repartidas en una
misma área metropolitana u operadores que ofrecen servicios en otras empresas.
Redes WAN (Wide Área Network en español red de área global): Conjunto de nodos o
redes LAN conectadas por una subred, la cual está formada por una serie de líneas de
transmisión interconectadas por medio de dispositivos tales como módems y routers. Su
tamaño no tiene límite y pueden cubrir todo el planeta.
Según topologías de conexión
Topología en Bus: Tiene sus nodos conectados directamente a un enlace y no tiene
ninguna otra conexión entre nodos. Físicamente cada nodo está conectado a un cable
común, por lo que se puede conectar directamente, y la ruptura del cable hace que los
nodos queden desconectados. Es la topología más común en pequeñas LAN, con un
Hub o switch en uno de los extremos. La topología en bus permite que todos los
dispositivos de la red puedan ver todas las señales de todos los demás dispositivos, esto
es ventajoso si se desea que todos obtengan esta información. Sin embargo, puede
presentar una desventaja, ya que son comunes los problemas de colisiones, reduciendo
el ancho de banda efectivo de la red, que se puede disminuir segmentando la red en
varias partes.
Topología de anillo: Se compone de un solo anillo cerrado formado por nodos y
enlaces, en que cada nodo está conectado solamente con los dos nodos adyacentes. Por
lo que para que la información pueda circular, cada estación debe transferir la
información a la estación adyacente. Una topología de doble anillo consta de dos anillos
concéntricos, en el que cada nodo de la red está conectado a ambos anillos. Esta
topología aumenta la confiabilidad y flexibilidad, ya que al estar los mismos
dispositivos conectados a ambos anillos, al romperse uno de ellos, el tráfico de
información se mantiene por el otro.
Topología en estrella: Tiene un nodo central desde el que se irradian todos los enlaces
hacia los demás nodos. Por el nodo central, generalmente ocupado por un Hub, pasa
toda la información que circula por la red. La ventaja principal es que permite que todos
los nodos se comuniquen entre sí. La principal desventaja es que si el nodo central falla,
toda la red se desconecta. La topología estrella-estrella es igual a la topología en
estrella, con la diferencia de que cada nodo que se conecta con el nodo central también
es el centro de otra estrella. Generalmente el nodo central está ocupado por un Hub o un
switch, y los nodos secundarios por Hub. También se puede dar la topología estrella-
malla. La ventaja de esto es que el cableado es más corto y limita la cantidad de
dispositivos que se deben interconectar con cualquier nodo central. La topología en
estrella extendida es sumamente jerárquica, y busca que la información se mantenga
local. Esta es la forma de conexión usada actualmente por el sistema telefónico
tradicional.
Topología en árbol: Es similar a la topología en estrella extendida, salvo en que no tiene
un nodo central. El enlace troncal es un cable con varias capas de ramificaciones, y el
37
37 Sistema de Comunicaciones
flujo de información es jerárquico. Conectado en un extremo del enlace troncal,
generalmente se encuentra un servidor (host).
Topología en malla: En esta topología cada nodo se conecta con otros nodos, con al
menos dos, y siempre hay la posibilidad de establecer rutas alternativas. Las ventajas
son que, como cada nodo se conecta físicamente a los demás, creando una conexión
redundante, si algún enlace deja de funcionar la información puede circular por otros
enlaces hasta llegar al destino. La desventaja principal es que solo funciona con una
pequeña cantidad de nodos, ya que de lo contrario la cantidad de medios necesarios
para los enlaces, y la cantidad de conexiones con los enlaces es abrumadora. [7]
En la figura 1.13 se ilustran las diferentes topologías explicadas anteriormente.
Figura 1. 13 Topologías típicas de redes.
Protocolo de comunicación
Los protocolos de comunicaciones definen las reglas para la transmisión y recepción de la
información entre los nodos de la red, de modo que para que dos nodos se puedan comunicar entre
si es necesario que ambos empleen la misma configuración de protocolos, por ejemplo, dos PLC
conectados en la misma red pero con protocolos diferentes no podrían comunicarse jamás, para ello,
es necesario que ambas "hablen" el mismo idioma, por tal sentido, los protocolos como ControlNet
fueron creados para las comunicaciones.
Modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI) y buses de campo
Los buses de campo, como redes de comunicación, se basan en la estructura jerárquica especificada
en el modelo ISO/OSI (en inglés Open SystemInterconnection). Cada bus de campo implementa las
capas definidos en el modelo OSI, pero no necesariamente definirá todas las capas. Las capas que
no se definen permanecen vacías o bien son implementadas parcialmente en la misma capa de
aplicación (capa 7).
Las capas físicas, de enlace y de aplicación son siemprenecesarias. En la figura 1.14 se ilustra la
implementación del modelo OSI en los buses de campo.
38
38 Sistema de Comunicaciones
Figura 1. 14 Implementación del modelo OSI en buses de campo [6].
Siendo un protocolo de comunicaciones común e interfaces abiertas de software y hardware
permiten conectar los dispositivos de la planta a Internet. El protocolo de comunicaciones
seleccionado por Rockwell Automation es el CIP (Protocolo de control e información). Las tres
redes de la arquitectura NetLinx utilizan este protocolo para la comunicación. [18]
Buses de campo existentes
En la figura 1.15 se muestra una carta de posicionamiento de varias redes, en donde se les clasifica
por funcionalidad, complejidad, tamaño de datos, costo y nivel jerárquico de operación. [6]. Así
como los tipos de protocolos que existen en cada uno de los niveles que se ocupan en el modelo
CIM de automatización.
39
39 Sistema de Comunicaciones
Figura 1. 15 Carta de posicionamiento de buses de campo.
Características de los buses de campo
En las redes de campo se pueden destacar las siguientes 4 características principales:
- Sustitución de la señal de 4-20mAy 0-10 V por señales digitales.
- Aplicación a sistemas de control distribuido.
- Interoperabilidad de dispositivos.
- Sistemas abiertos.
a) Sustitución de la señal de 4-20mA y 0-10 V por señales digitales
La sustitución de las señales de 4-20mAy 0-10 V por señales digitales trae consigo sustanciales
ventajas sobre estas.
b) Aplicación a sistemas de Control Distribuido
Los buses de campo permiten un control distribuido al incorporar esta función en los propios
dispositivos. Sin embargo, también es posible configurar una arquitectura de control centralizada.
c) Topologías de buses de campo
Los buses de campo admiten la implementación de distintas topologías. Entre ellas, las más
comunes son:Línea Troncal (Bus), Árbol, Estrella y Anillo
En muchos casos, la topología del sistema será la combinación de dos o más de estas topologías
elementales.
40
40 Sistema de Comunicaciones
d) Interoperabilidad
Los buses de campo tienen capacidad de interoperabilidad, que es la capacidad que tiene la red de
reemplazar un dispositivo por otro del mismo tipo independientemente de la marca del fabricante.
e) Sistemas Abiertos
La interoperabilidad es posible debido a que la mayoría de los buses industriales son de estándares
abiertos que son administrados por asociaciones internacionales integradas por empresas
fabricantes.
1.5.8 Red Ethernet TCP/IP
En este subtema se aborda la red Ethernet I/P, cuyo objetivo es llevar la comunicación en el nivel de
información del sistema de comunicaciones, y en cuyos dispositivos que la integran se lleva a cabo
el monitoreo del comportamiento del sistema, así como de las señales de prueba digitales y
analógicas.
Descripción general de la red Ethernet TCP/IP
Ethernet I/P es un tipo de red que sigue la norma IEEE 802.3. Esta norma define un modelo de red
de área local utilizando el protocolo de acceso al medio CSMA/CD
(CarrierSenseMultipleAcces/CollisionDetect) en donde las estaciones están permanentemente a la
escucha del canal y, cuando lo encuentran libre de señal, efectúan sus transmisiones
inmediatamente. Esto puede llevar a una colisión que hará que las estaciones suspendan sus
transmisiones, esperen un tiempo aleatorio y vuelvan a intentarla. En la figura 1.16 se muestra la
topología de la red Ethernet /IP.
Figura 1. 16 Topología de red Ethernet/IP.
La red Ethernet I/Pes una especificación LAN banda base inventada por la empresa Xerox Corp.
que opera a 100 Mbps y utiliza CSMA/CD (Método de Acceso Múltiple con Detección de
Portadora), Ethernet fue creado en los años 70, sin embargo actualmente este término se utiliza para
referirse a todas las LAN que utilizan CSMA/CD.
41
41 Sistema de Comunicaciones
Allen-Bradley y la red Ethernet / IP
Para Allen-Bradley la red Ethernet /IP proporciona en toda la planta:
Sistemas de red abiertos, utilizando estándares de la industria de tecnologías de redes.
Permite control en tiempo real
Información en procesos discretos, continuos, por lotes, seguridad, movimiento
y aplicaciones de alta disponibilidad.
Conecta los dispositivos tales como arrancadores de motores y sensores a los
controladores y dispositivos HMI y en la empresa
Es compatible con las comunicaciones no-industriales e industriales en una infraestructura
de red común.
La especificación IEEE 802.3 que fue desarrollada en 1980 con base en la tecnología original de
Ethernet/IP, aunque el estándar Ethernet/IP por si solo únicamente define una capa física, mientras
que la especificación IEEE 802.3 presenta una gran variedad de opciones de cableado las cuales se
definen en el apartado siguiente. El estándar IEEE 802.3 es muy basto y se subdivide en diferentes
sub-estándares, por tanto los componentes del IEEE 802.3 se nombran de acuerdo con las siguientes
convenciones que se muestran en la figura 1.17.
Figura 1. 17 Definición de las siglas Ethernet/IP.
Así mismo en la tabla 1.1 se dan los tipos de cableado para la red.
Tabla 1. 1 Tipos de cableado para Ethernet/IP.
Denominación Cable Pares Full-dúplex(*) Conectores Distancia
10Base5 Coaxial grueso 1 No ―N‖ 500 m.
10Base2 RG 58 (coaxial
fino)
1 No BNC 185 m.
10Base-T UTP cat. 3 2 Si RJ-45 100 m.
10Base-T UTP cat. 5 2 Si RJ-45 150 m.
100Base-TX UTP cat. 5 2 Si RJ-45 100 m.
100Base-TX STP 2 Si 9 pin D sub. 100 m.
100Base-T4 UTP cat. 3 4 No RJ-45 100 m.
1000Base-CX STP 2 Si 8 pin HSSDC o
9 pin D sub.
25 m.
1000Base-T UTP cat. 5 4 Si RJ-45 100 m.
(*) Recordando que el modo de transmisión Full-dúplex tiene la capacidad transmitir datos en
ambas direcciones.
42
42 Sistema de Comunicaciones
NOTA: En el caso de este proyecto se empleará el tipo 100Base-T, que de acuerdo con el fabricante
Allen-Bradley que maneja este tipo de conectores para sus módulos de comunicación, que
concuerda con la velocidad empleada en nuestra red que según el estándar IEEE 802.3 es de 100
Mbps [18].
Topología de red.
La topología de la red Ethernet/IP es por definición un "bus". Cada estación está ligada en
"paralelo" al bus. Cada estación escucha los paquetes y si la dirección de destino es la propia (MAC
Address) lo recibe y procesa. Si no es para ella lo descarta.
Designación de MAC, máscara de Subredes IP.
Protocolo TCP/IP
Es una familia de protocolos desarrollados para permitir la comunicación entre cualquier par de
computadoras de cualquier fabricante o red, respetando los protocolos de cada red individual.
Los protocolos TCP/IP proporcionan a los usuarios unos servicios de comunicación universales
tales como:
Transferencia de archivos
Login remoto o terminal virtual
Correo electrónico
Acceso a archivos distribuidos
Administración de sistemas
Manejo de ventanas
En una primera aproximación se podrán estructurar los protocolos TCP/IP en cinco niveles
Nivel de aplicación
En este nivel se encuentran las aplicaciones disponibles para los usuarios. Una aplicación es un
proceso de usuario que está cooperando con otro proceso de usuario en una misma máquina o en
diferentes maquinas.
Nivel de transporte
El nivel de transporte suministra a las aplicaciones servicios de comunicaciones de extremo a
extremo utilizando dos tipos de protocolos: TCP (protocolo de control de transmisión), fiable y
orientado a conexión y el UDP (protocolo de datagrama de usuario), no fiable y no orientado a
conexión.
Nivel IP protocolo internet
El nivel IP se supone a la red física creando un servicio de red virtual independiente de aquella. No
es fiable ni orientado a conexión. Realiza su mejor esfuerzo para entregar los paquetes,
denominados datagramas, a usuario.
43
43 Sistema de Comunicaciones
Máscara en la direcciones IP
Si se asignase de una manera fija un octeto para cada subred, el máximo número de nodos por
subred seria 254, lo que puede resultar insuficiente. Para conseguir incrementar el número de
computadores conectados se emplea una máscara en la dirección IP. La máscara es un mecanismo
compuesto de unos y ceros mediante el cual los unos indican la parte de dirección de red y subred y
los ceros se corresponden con las direcciones de host.
De esta forma la estructura estándar de las direcciones IP puede ser modificada localmente
mediante la utilización de bits de dirección de host como bits adicionales de dirección de red.
Podríamos decir que, esencialmente la línea divisora entre bits de dirección de red y bits de
dirección de host es desplazada creando redes adicionales pero reduciendo el número máximo de
host que pueden pertenecer a cada red. Estos nuevos bits de red definen redes, denominadas
subredes dentro de grandes redes.
Las organizaciones deciden crear subredes para permitir solventar problemas de topología o de
gestión. La división en subredes permite una gestión descentralizada de las direcciones de HOST.
Con el esquema de direccionamiento estándar un inicio administrador es responsable de la gestión
de todas las direcciones de HOST de la red entera mientras que al realizar divisiones mediante
subredes, el administrador puede delegar en otros administradores mediante la asignación de
subdirecciones de red.
Formatos de las direcciones de IP
Existen cinco tipos de formatos diferentes para las direcciones IP que se dividen en las siguientes
clases:
CLASE A: contiene 7 bits para direccionar la red (lo que permite un máximo de 27 =128 redes),
cada una de las cuales puede tener 224
=16.777.216 computadores.se utiliza cuando tiene muchos
HOST.
CLASE B: tiene 14 bits para direcciones de red y 16 bits para direcciones de HOST. Esto permite
un máximo de 214-2= 2.097.150 redes de 28-2= 254 HOST como máximo de cada una.
CLASE C: Tiene 21 bits para direcciones de red y 8 bits para direcciones de host. Esto permite un
máximo de 221-2= 2.097.150 redes de 28-2= 254 host como máximo cada una. Por lo cual se
concluye que este es el tipo de red a utilizar en el proyecto, ya que, el número de host es pequeño y
no se contempla superar las 254 que estipula esta como máximo (8 bits).
CLASE D: Se reservan todas las direcciones para multi-destino esto es, un computador transmite un
mensaje a un grupo específico de computadores, entre computadores de clase D.
CLASE E: Esta clase se utiliza como fines experimentales.
44
44 Sistema de Comunicaciones
1.5.9 Red ControlNet
En este subtema se habla acerca de la red de control que forma parte del sistema de comunicaciones
que se desarrolla en este proyecto, cuyo nombre es ControlNet y que es estandarizada por el
fabricante Allen-Bradley para los equipos del nivel de control, la cual se encarga de llevar a cabo la
comunicación entre los dispositivos que pertenecen a dicha red, como son los PAC’S y las E/S
remotas las cuales en capítulos posteriores se describen más a detalle.
Introducción a ControlNet
La red de comunicación industrial ControlNet es una red de estándar abierto e implementada según
el modelo OSI. Posee ciertos aspectos generales que es necesario dejar en claro para el desarrollo de
su estudio. Por ello es que el presente punto tiene el objetivo de establecer las características de
normalización, de posicionamiento y de funcionamiento de la red ControlNet.
La red de campo ControlNet es una red de comunicación digital serial de tipo determinista que
entrega un transporte de alta velocidad para I/O de tiempo crítico y para mensajería de datos.
ControlNet es desarrollada e introducida por la empresa Rockwell-Automation en 1997 como una
red de comunicación abierta. Actualmente, el estándar ControlNet es administrado por la asociación
ControlNet International (CI) que agrupa a diferentes empresas fabricantes de productos para la red
ControlNet. Tanto ODVA como CI trabajan en conjunto para el desarrollo de nuevas redes basadas
en el Protocolo Común Industrial, CIP, y que permitan la interconectividad.
Estandarización ControlNet
La red ControlNet, de la misma forma que DeviceNet y otras redes que implementan el protocolo
CIP, está basada en el Modelo de Referencia OSI, estándar ISO/IEC 7498, que otorga una
naturaleza jerárquica a la red estructurándola en 7 capas.
La forma en que las 7 capas definidas por ISO/IEC 7498 son cubiertas en ControlNet se muestra en
la figura 1.18.
Figura 1. 18 Representación de ControlNet en el contexto de las estandarizaciones.
45
45 Sistema de Comunicaciones
Como se observa en la figura 1.18, la red ControlNet está definida por el estándar IEC-61158, del
año 2000, que corresponde al Protocolo Industrial Común (CIP). En este contexto, ControlNet se
compone de los Volúmenes 1 y 4 de CIP.
ControlNet dentro del contexto de la familia CIP.
Al conjunto de redes basadas en el protocolo CIP es llamado ―Familia de redes CIP‖. La red
ControlNet fue la segunda red en formar parte de esta familia, luego de DeviceNet. La figura 1.19
representa en forma gráfica las redes que componen la familia CIP.
Figura 1. 19 Familia de redes CIP.
Características de ControlNet
Posicionamiento
La red ControlNet se ubica en el nivel de Control dentro del modelo jerárquico CIM. En forma
paralela, como parte de la Arquitectura NetLinx de comunicación de 3 niveles, desarrollada en
conformidad al modelo CIM, impulsada por la empresa Rockwell-Automation y otras asociadas a
ODVA (Open DeviceNetVendorsAssociation) y ControlNet internacional (CI), también se ubica en
su nivel de control, que corresponde a su nivel 2. Esto se representa en la figura 1.20.
46
46 Sistema de Comunicaciones
Figura 1. 20 Posicionamiento de la red ControlNet en la arquitectura NetLinx.
Esta arquitectura de integración de redes industriales es para las redes abiertas de la familia CIP. Sin
embargo, también pueden integrarse otras redes que permitan comunicación con ellas a través de
adaptadores de comunicación, por ejemplo, Fundación Fieldbus.
Características físicas
La tasa de transmisión de la red ControlNet es de 5 Mbit/s, siendo una red de alta velocidad.
Permite cualquier tipo de topología de red, siendo la topología básica una línea troncal construida
con cable coaxial RG-6. Las longitudes que admite son desde 250m hasta 1km, pudiendo llegar a un
máximo de 20 km con la utilización de repetidores. También, es posible la conexión de hasta 48
dispositivos por segmento, con máximo de 99 nodos (entre controladores y dispositivos) en toda la
red. En la figura 1.21 se representan algunas de estas características.
Figura 1. 21 Representación de ControlNet junto a sus principales características.
47
47 Sistema de Comunicaciones
Características de comunicación
ControlNet, utiliza método de comunicación Productor/Consumidor, que soporta comunicación
Punto a punto y Multi- Punto. Además, esto le otorga la capacidad de priorización de mensajes.
Además es una red determinística dado el método de acceso al medio empleado CTDMA (Code and
Time-DivisiónMúltiple Access), que garantiza la comunicación de los dispositivos.
La tabla 1.2 resume las características principales de la red ControlNet.
Tabla 1. 2 Características principales de la red ControlNet.
Característica Descripción
Topología Línea troncal
Árbol
Estrella
Anillo
Topologías mixtas
Cantidad de nodos 48 por segmento, hasta 99 en la red
Longitud máxima de red 1000m por segmento; hasta 20km con repetidores
Tasa de transmisión 5Mbps
Medio físico Cable coaxial RG-6
Fibra óptica
Método de acceso al medio CTDMA
Paquetes de datos 0-510 Bytes
Métodos de comunicación Productor/Consumidor
Arquitectura de control Centralizada y distribuida
Otras funciones especiales Redundancia de red: configuración de dispositivos
por puerto NAP
Tipos de conexión productor/consumidor
a) Conexión punto-punto.
Esta conexión es aquella en que se conecta directamente un productor y un consumidor en la figura
1.22 se ilustra este tipo de conexión.
Figura 1. 22 Productor/consumidor tipo punto-punto.
b) Conexión Multi-Punto.
Este tipo de conexión es aquella en que un mensaje es transmitido simultáneamente a más de un
nodo Consumidor. El mensaje puede ser recibido por alguno, algunos o todos los nodos de la red
48
48 Sistema de Comunicaciones
según el mensaje (esto a diferencia de una comunicación Broadcast en que el mensaje siempre es
transmitido a todos los nodos). En la figura 1.23 se representa este tipo de conexión.
Figura 1. 23 Conexión productor/consumidor tipo Multi-Punto.
En la figura 1.23, Se representa una red compuesta de 8 nodos. La flecha de línea segmentada
representa un Mensaje-Objeto. El nodo #1 es el Productor de este Mensaje-Objeto, y los nodos #4,
#7 y #8 son sus Consumidores. Aunque todos los nodos ven el mensaje, no todos están interesados
en él. En la figura, los nodos #2, #3, #5 y #6 no consumen el mensaje. Los nodos pueden ser
Productores, Consumidores o ambos, según qué operación realicen. En la figura 1.24 se ilustra esta
situación.
Figura 1. 24 Los nodos pueden ser productores, consumidores o ambos.
El nodo #1 es un Productor que envía un Mensaje-Objeto para los nodos #3 y #4. El nodo #4 es
tanto Consumidor como Productor, y envía un segundo Mensaje-Objeto basándose en la
información recibida del primer mensaje, del cual fue Consumidor. El Consumidor de este segundo
mensaje es el nodo #3.
Servicios de Transporte
En la tabla 1.3 se enlistan las dos clases de transporte de propósito general que han sido definidas
por la red ControlNet. Cada clase de transporte entrega diferentes niveles de servicios. Estos
servicios permiten la comunicación entre aplicaciones. Las clases de transporte con números altos
incorporan y construyen las funciones de clases de transporte bajas. La aplicación Originadora debe
determinar qué clase de transporte es mejor para sus necesidades en la transferencia de un
determinado dato.
49
49 Sistema de Comunicaciones
Tabla 1. 3 Clase de transportes ControlNet.
Clase de transporte
Clase número Nombre de clase
1 Detección de duplicación
3 Verificación
a) Transporte clase 1
El transporte clase 1 es ilustrado en la figura 1.25. Ésta clase sólo entrega un nivel mínimo de
servicio con detección de duplicación de datos.
Figura 1. 25 Transporte clase 1 ControlNet.
Las características de esta clase de transporte son las siguientes:
Usa una conexión.
Entrega un encabezado de conteo de secuencia para detectar duplicación de paquetes de
datos repartidos.
No carga ninguna aplicación-objetivo (target) con detección de duplicación.
Usada para transferencia cíclica de datos.
b) Transporte clase 3
El transporte clase 3 es ilustrado en la figura 1.26. Ésta clase sí entrega verificación de datos.
50
50 Sistema de Comunicaciones
Figura 1. 26 Transporte clase 3 ControlNet.
Las características de esta clase de transporte son las siguientes:
Usa una conexión para repartir datos de aplicación.
Emplea una segunda conexión para verificar que el dato transmitido ha sido recibido y leído
por el Consumidor.
Usado para transferencia de datos Cambio de Estado (Change-Of-State, COS) y
aplicaciones de disparo(otriggered).
Tipos de Conexión de Transporte
La red ControlNet soporta dos tipos de conexión:
Punto a punto: ésta conexión usa un Productor y sólo un Consumidor. Ninguna conexión
adicional puede ser agregada.
Multi-Punto: ésta conexión permite a un Productor de datos comunicarse simultáneamente
con más de un Consumidor. Ambos tipos, además, son definidos por la aplicación,
dependiendo de los servicios particulares que ésta requiera. De esta forma se tiene la
siguiente clasificación:
Punto a punto Clase 1
Punto a punto Clase 3
Multi-Punto Clase 1
A continuación se entrega una descripción de los tipos de conexión de transporte.
a) Punto a Punto Clase 1
En este ejemplo, los datos son simplemente enviados desde una aplicación a otra. La clase 1 de
transporte sólo entrega los servicios de reparto de datos y de detección de duplicación de datos;
ningún otro.
Este tipo de conexión es usado normalmente por transferencia de datos Cíclica I/O.
51
51 Sistema de Comunicaciones
b) Punto a Punto Clase 3
En este tipo de conexión, la aplicación específica un transporte clase 3, con notificación de reparto.
Un uso típico de este tipo de conexión es el tráfico de mensajes cliente/servidor.
Un cliente es una aplicación que requiere datos desde otra aplicación en una conexión
yaestablecida. Mientras que un servidor es una aplicación que responde al requerimiento de un
cliente enviando este dato en la conexión.
La verificación de reparto no es un requerimiento de la conexión punto a punto, sino que aumenta
sus capacidades.
c) Multi-Punto Clase 1
En esta conexión un Productor envía un Mensaje-Objeto sobre la red, el cual es consumido por los
nodos para los cuales ha sido transmitido. La aplicación puede especificar que se requiere detección
de duplicación, aunque no es obligatorio. Un uso común de este tipo de conexión Multi-Punto
puede ser un adaptador que envía entradas a múltiples dispositivos scanner.[6]
52
52 Sistema de Comunicaciones
CAPÍTULO 2. ARQUITECTURA DEL
SISTEMA DE COMUNICACIONES.
En el capítulo presente se plantea la arquitectura para las redes que se utilizaran Ethernet I/P y
ControlNet, de igual manera la asignación de las tareas a realizar de cada equipo que esté
involucrado en las redes, de la misma forma se realizará el levantamiento de las unidades de control
con las que se cuenta, lo que implica identificar los elementos que las componen con sus
características más importantes, verificar las conexiones eléctricas, dimensionamiento general de
las unidades y la distribución de todos los elementos en ellas.
53
53 Sistema de Comunicaciones
2.1 Descripción General de la arquitectura.
En la figura 2.1 se muestra el mapa conceptual de lo que se plantea desarrollar en el presente
trabajo; el cual se describirá brevemente a continuación, tomando en cuenta que el objetivo
principal es la integración de un sistema de comunicaciones dando la opción a que este sea aplicable
a un control distribuido sin ser forzosamente un requerimiento.
Figura 2. 1 Mapa conceptual del trabajo.
Debido a que se propone un sistema de comunicaciones que sea aplicable a un sistema de control
distribuido, el hardware que se recomienda para este tipo de sistemas son los PAC´S (en este caso
se utilizan los PAC´S ControlLogix y CompactLogix de la familia de Allen-Bradley), ya que este
cuenta con una flexibilidad en comunicaciónóptima y una alta velocidad de procesamiento para
llevar a cabo el monitoreo y control en tiempo real de un proceso,
Para complementar este sistema se emplearáa nivel de información varias HMI´S (PANELVIEW
PLUS 1000 Y PC´S) para el monitoreo del comportamiento del proceso ya que sin la visualización
de este no se podría tener control del mismo.
Las entradas y salidas remotas (PowerFlex y Point I/O), se utilizan en ciertos procesos donde los
puntos a controlar se encuentran a largas distancias, en estos casos se manejan este tipo de
terminales para que la señal del transmisor hacia el módulo de entradas no sea atenuada y se
obtenga una mala medición, y por medio de comunicación se mande la información hacia el
dispositivo maestro (PAC). En este proyecto se utilizan este tipo de terminales para aprovechar la
red de control.
Para la integración del sistema de comunicaciones se proponen los protocolos Ethernet I/P y
ControlNet.
54
54 Sistema de Comunicaciones
Para el nivel información tanto los PAC´S y las HMI´S utilizan el protocolo Ethernet I/P. Para esta
red la topología que se eligió es la tipo estrella ya que en los ejemplos vistos en el capítulo uno es
la que se utiliza, además esta topología nos permite a partir del nodo central (switch o hub) para
cada ramificación la distancia máxima que permita el medio físico, también esta topología es de las
más sencillas en su conexión y verificación de que cada elemento que esté conectado a la red, a
esto se puede agregar que en trabajos posteriores se someta a la red a diferentes pruebas para la
verificación de que esta red tenga un correcto funcionamiento.
En el nivel control los PAC´S y I/O Remotas utilizan el protocolo ControlNet,Se propuso que para
esta red se utilice una topología tipo bus de línea troncal ya que el fabricante (Allen-Bradley) así lo
establece para sus dispositivos pertenecientes a este nivel.
2.2 Visión de la arquitectura
La arquitectura de comunicaciones que se desarrolla en este trabajocontiene tres elementos
característicos de un sistema de control distribuido considerando que estos no son en su totalidad un
SCD y solo forman parte de.
Estación de trabajo
Estación de control
Sistema de comunicación
Figura 2. 2 Esquema general de la arquitectura del sistema de control distribuido implementado.
55
55 Sistema de Comunicaciones
2.2.1 Descripción funcional de la arquitectura
Como se observa en la figura 2.2, la forma en que interactúa cada nivel de comunicación con base
a un modelo de automatización industrial, respecto a los elementos de las estaciones de control y
trabajo es muy diferente con base en sus características de velocidad y protocolos de información.
A nivel campo o proceso la topología implementada es punto a punto, esto quiere decir, que la
acción de cada señal simulada afecta directamente al controlador y está conectada directamente
con él por medio de cables de alimentación y con ello no hay necesidad de emplear un tipo de
protocolo de comunicación adicional; la forma de cómo funciona cada una de las señales y la
manera en que se encuentran conectadas se explicarámás adelante.
A nivel control, se encuentra la estación de control que es uno elementos característicos de un
sistema de control distribuido y son los controladores, la topología implementada para la
comunicación a este nivel es tipo bus y el protocolo de comunicación es ControlNet de este tema se
retoma en el capítulo 3, ahora se describe la función que realiza la estación de control en la
arquitectura y es la de procesar, recabar, transmitir información a nivel superior e inferior, así como
en su propio nivel y realizar las estrategias de control programados en sus procesadores es por ello
que se requiere de dispositivos capaces de realizar cada uno de los antes descritos y a su vez que sea
flexible a la hora de expandir el proyecto.
A nivel información, en este nivel es donde se localiza nuestra estación de trabajo en la cual además
de monitorear y controlar las variables del proceso se introduce una estación de reprogramación de
los controladores (estación de operación). En este nivel es donde se requiere de software
especializado para la programación y monitoreo, así como configuración de las redes de
comunicación que se emplean en dicho sistema, estos temas se tocarán en el capítulo 4.
2.2.2 Elementos de la arquitectura delsistema de comunicaciones
De la explicación funcional se desprenden tres puntos clave que se deben tomar en cuenta que son:
Las estaciones de control
En la arquitectura que se muestra en la figura anterior, se emplean dos unidades de control
(ControlLogix y CompactLogix) para la estación de control, ya que para establecer un control
distribuido se requiere como mínimo esta cantidad de unidades, esto para que haya una repartición
de trabajo entre ambas.
Las estaciones de trabajo
Por otra parte se utilizan 3 elementos que engloban a la estación de trabajo, estas son: la estación de
monitoreo (PanelView Plus 1000), la estación de operación (Workstation o CPU) y la estación de
control (Workstation o CPU), denominadas así únicamente por motivos de identificación, ya que
realizaran algunas tareas similares entre ellas. A través de las tres estaciones se monitorean y
controlan las E/S locales (unidades de control 1 y 2) y remotas (Point I/O y Flex I/O), sin embargo,
la programación de las secuencias de control y el establecimiento de las redes de comunicación solo
se pueden llevar a cabo en la estación de control y la estación de monitoreo (PC), debido a que
ambas cuentan con el software necesario para tal motivo.
56
56 Sistema de Comunicaciones
A pesar de que las estaciones de monitoreo, operación y control que conforman a la estación de
trabajo (nivel de información) realizan algunas actividades similares como ya se ha mencionado, es
indispensable contar con las tres; ya que se pueden localizar en puntos estratégicos dentro de una
planta; siendo la estación de monitoreo (PanelView Plus 1000) la que se localiza en campo, es
decir, junto a las máquinas y/o equipos que están en contacto con el proceso y que permitirá al
operador realizar maniobras de control y monitoreo en el mismo lugar; por otro lado la estación de
operación y la estación de control (Workstation o CPU) se localizan en cuartos de ingeniería juntos
o separados, las cuales también permitirán realizar maniobras de control y monitoreo, pero además
permiten reprogramar las secuencias de control del proceso, agregar elementos a las redes de
comunicación y almacenar datos relevantes provenientes del proceso; todo esto en ambas
estaciones, lo que sirve de respaldo para accidentes en donde una estación deje de operar, la otra
estación se hace cargo por si sola de todas las actividades evitando pérdidas de información o
rupturas en las redes de comunicación, de esta forma se establece la distribución en el nivel de
información y en la comunicación que es de suma importancia en un sistema distribuido.
La topología en estrella y el cable de par trenzado categoría 5 (red Ethernet I/P)
Se utiliza el cable de par trenzado UTP ya que en el lugar en donde es armada la red Ethernet/IP no
hay interferencias electromagnéticas ni tampoco hay grandes distancias entre nuestros elementos de
las estaciones de trabajo (PanelView Plus 1000, Workstations o CPUs) y las unidades de control
(ControlLogix y CompactLogix). Siendo aplicables para las interferencias electromagnéticas el
cable coaxial y para interferencias electromagnéticas y grandes distancias la fibra óptica que a su
vez son más costosos e innecesarios para este proyecto. En el capítulo 3 se muestran de forma más
clara las características de este tipo de cableado.
La topología en estrella es sumamente útil para este proyecto debido a que al contar con un punto
central de conexión ayuda a ahorrar tramos de cable y mediante ese mismo punto central que es el
switch indica si algún elemento no se está comunicando en la red.
Topología bus y el cable coaxial (red ControlNet)
Se emplean en este proyecto la topología tipo bus y el cable de tipo coaxial, ya que son los que
recomienda y utiliza el fabricante Allen-Bradley en su equipo para la red ControlNet (nivel de
control) que también es utilizada y estandarizada por el mismo fabricante en sus equipos; una
ventaja de este cableado es que es más resistente a interferencias electromagnéticas que otros tipos
como el par trenzado, y además es muy útil enzonas explosivas gracias a que no maneja
alimentación eléctrica. En el capítulo 3 se muestran de forma más clara las características de este
tipo de cableado y sus componentes.
E/S remotas Flex I/O y Point I/O
Para que la red ControlNet o nivel de control sea sustentable es necesario emplear equipos que la
utilicen, para lo cual se emplean las terminales Flex I/O y Point I/O, las cuales mediante sus
entradas y salidas analógicas y discretas mandan información a las unidades de control
(CompactLogix y ControlLogix) para que estas determinen las acciones de control en su unidad de
procesamiento CPU; todo esto, a través de la red ControlNet.
A partir de lo expuesto hasta aquí se puede observar que la comunicación entre controladores es un
aspecto fundamental para el funcionamiento de un sistema de control distribuido.
Con base en los puntos anteriores tratados, la problemática que surge para la realización de este
proyecto es que los elementos que forman parte de la arquitectura: dos Controladores de
57
57 Sistema de Comunicaciones
Automatización Programables (PAC) ControlLogix y CompactLogix, una Interfaz
Hombre/Máquina (PanelView Plus 1000) y E/S remotas (Flex I/O y Point I/O), todo de la marca
Allen-Bradley , no pertenecen a ninguna una red hasta comienzos de este proyecto, así que para
permitir el intercambio de información en cada uno de sus niveles mostrados, tanto horizontal
como verticalmente, se realiza en este proyecto desde las conexiones eléctricas y de comunicación,
hasta programación y configuración de los equipos y las redes de comunicación.
2.3 Descripción de los componentes de las unidades de control en la estación de
control
La descripción que se realiza en esta sección es a partir de los elementos de hardware que forman
parte de la arquitectura para su implementación. Estas unidades de control son un gabinete que
contiene un PAC ControlLogix y dos tableros: el primero cuenta con una unidad de control (PAC
CompactLogix) y el otro es la unidad remota de entradas y salidas (I/O), todos estos elementos de la
estación de control cuentan con señales de pruebas instaladas en los tableros para la simulación e
interacción con los controladores y los componentes remotos permitiendo poner a prueba señales y
salidas analógicas y digitales.
2.3.1 Descripción de la unidad de control 1
En la figura 2.5 y 2.6, se observa la distribución general así como los elementos que contiene la
unidad de control 1. A continuación se describenlos elementos,su funcionamiento y su diagrama
eléctrico de los mismos que contiene la unidad.
Descripción de los dispositivos del tablero
En la tabla 2.1. Se muestra la descripción de hardware que conforma el tablero de la unidad de
control 1.
Tabla 2. 1 Descripción de los componentes del Gabinete I.
Número Dispositivo Descripción Marca Código
1 PAC ControlLogix 5561 Allen-Bradley 1756-L61
2 Interruptor termo
magnético
Interruptor general Legrand 01907 C20
3 Relevador Enclavamiento de los
módulos I/O
Allen-Bradley CAT 700-HA33A1
SER-D
4 Interruptor termo
magnético
Protección del módulo de
entradas
Steck SD 1P C6 IEC60898
5 Interruptor termo
magnético
Protección del módulo de
salidas
Steck SD 1P C6 IEC60898
6 Interruptor termo
magnético
Protección de la fuente del
PAC
Steck SD 1P C10
IEC60898
7 Fuente conmutada Alimentación a fuente del
PAC
Allen-Bradley 1606-XLE 120EN
8 Botón arranque verde Activación de los módulos
I/O
Steck S-PL42
9 Botón paro de
emergencia rojo
Desactivación de los
módulos I/O
Steck S-PL41
10 Luz indicadora verde Indicador de activación de Steck S-DS110
58
58 Sistema de Comunicaciones
los módulos I/O
21 Botón pulsador Botón de pruebas de señales
digitales
_________ ____________
22 Lámpara indicadora Lámpara indicadora de
señales de pruebas discretas.
_________ ____________
23 Potenciómetro de alta
precisión
Para señales analógicas de
prueba
_________ ____________
24 Voltmetro Para medir las señales
analógicas de pruebas
IMESA 108
Descripción de los componentes del PAC ControlLogix.
Las características de la familia ControlLogix son: rendimiento, capacidad de escalado,
Multiprocesamiento, Redundancia, Conexión en puente de red, Integración de
Movimiento/Variador/Proceso/Seguridad, Comunicaciones Ethernet/IP, ControlNet, DeviceNet
múltiples y otras redes.
En la figura 2.3 se observa el PAC ControlLogix, el cual es el principal dispositivo de la unidad de
control 1 en esta figura se mencionan los módulos que componen este dispositivo y su distribución.
Figura 2. 3 Esquema de distribución del PAC ControlLogix L-61.
A continuación se presentan las características principales de los módulos:
Fuente 1756-PB72/C
En la tabla 2.2 se presentan las especificaciones de la fuente de alimentación 1756-PB72/C
59
59 Sistema de Comunicaciones
Tabla 2. 2 Especificaciones de la fuente 1756-PB72/C.
Atributo 1756-PB72/C
Rango de voltaje de entrada 18VCD a 32 VCD
Voltaje nominal de entrada 24 VCD
Potencia máxima de entrada 95 W
Potencia máxima de salida 75 W
Corriente máxima de entrada 30 A
Capacidad de corriente a 1.2V 1.5 A
Capacidad de corriente a 3.3V 4A
Capacidad de corriente a 5.1V 10 A
Capacidad de corriente a 24V 2.8 A
Temperatura de operación 0…60°C (32…140°F)
Módulo de CPU LOGIX 5561 o 1756-L61
En la tabla 2.3 se presentan las especificaciones del módulo del CPU LOGIX 5561
Tabla 2. 3 Especificaciones del CPU LOGIX 5561.
Atributo 1756-L61
Tareas del controlador 32 tareas
100 programas/tareas
Puertos de comunicación 1 Puerto serial RS-232
Opciones de comunicación - Ethernet/IP
- ControlNet
- DeviceNet
- Data Highway Plus
- I/O remotas
Máximo de conexiones 250
Conexiones de red por módulo de
comunicación
- 100 ControlNet (1756-CN2/A)
- 40 ControlNet (1756-CNB)
- 256 Ethernet/IP; 128 TCP (1756-
EN2x)
- 128 Ethernet/IP; 64 TCP (1756-
ENBT)
Lenguajes de programación Escalera (relevador)
Texto estructurado
Bloque de función
SFC
Memoria de usuario 2 MB
I/O digitales, máx. 128,000
I/O analógicas, máx. 4,000
Número de slots 1
Módulo de comunicación Ethernet IP 1756 EWEB+/A
En la tabla 2.4 se presentan las especificaciones del módulo de comunicación Ethernet EWEB+/A
60
60 Sistema de Comunicaciones
Tabla 2. 4 Especificaciones del módulo de comunicación Ethernet/IP.
Mecánicas Ethernet 1756 WEB+/A
Ubicación del módulo Cualquier ranura en el chasis ControlLogix
Conector Ethernet RJ45 categoría 5
Conductores Cableado de Categoría 2 (en los puertos de
comunicación)
Módulo de comunicación DeviceNet 1756-DNB D
La tabla 2.5. Se presentan las especificaciones del módulo de comunicación DeviceNet 1756-
DNBD
Tabla 2. 5 Especificaciones del módulo de comunicación DeviceNet 1756-DNBD.
Módulo de entrada digital 1756-IB16 D
En la tabla 2.6. Se presentan las especificaciones del módulo de entradas digitales 1756-IB16 D
Tabla 2. 6 Especificaciones del módulo de entradas digitales 1756-IB16D.
Atributo 1756-IB16D
Entradas 16 (8 por grupo)
Categoría de voltaje 12/24 VCD
Rango de voltaje 10VCD a 31.2 VCD
Número de slots 1
Módulo de salidas digitales 1756-OB16D
En la tabla 2.7. Se presentan las especificaciones del módulo de salidas digitales 1756-OB16D
Tabla 2. 7 Especificaciones del módulo de salidas digitales 1756-OB16D.
Atributo 1756-OB16D
Disipación de potencia, máx. 3,3 W a 60 ° C (140 ° F)
Corriente por punto, máximo 2 A a 30 ° C (86 ° F) lineal de reducción de potencia
1 A a 60 ° C (140 ° F) lineal de reducción de
potencia
Corriente por módulo, máx. 8 A a 30°C (86°F) lineal de reducción de potencia
4 A a 60°C (14°F) lineal de reducción de potencia
Corriente de sobretensión por punto 4 A durante 10 ms por punto, repetible cada 1 s
Corriente de carga, min 3mA por punto
Bloque de terminales extraíble 1756-TBCH
Atributo 1756-DNB D
Velocidad de comunicación 125 Kbps (500 m max)
250 Kbps (250 m max)
500 Kbps (100 m máx.)
Máximo de nodos 64
Número de Slots 1
Puertos 1 conector estilo abierto DeviceNet de
5 o 10 pines lineal
1 USB 1.1
Temperatura de operación 0…60 °C (32…140 °F)
61
61 Sistema de Comunicaciones
1756-TBS6H
Anchura de la ranura 1
Tamaño del cable 0.33... 2,1 mm2 (22... 14 AWG) de cobre sólido o
trenzado
cables clasificados a 90°C (194°F) o mayor, de 1,2
mm (3/64 pulgadas)
aislamiento máx. (1)
Cable categoría 1 (2)
Módulo de entradas analógicas 1756-IF8H
En la tabla 2.8. Se presentan las especificaciones del módulo de entradas analógicas 1756-IF8H
Tabla 2. 8 Especificaciones del módulo de entradas analógicas 1756-IF8H.
Atributo 1756-IF8H
Entradas 8 diferentes voltajes o corrientes
Rango de entrada +-10V
0…..5V
0…..10V
0….20mA
4…..20mA
Resolución 16…….21bits
Corriente de consumo 5V 300mA
Corriente de consumo a 24V 70mA
Disipación de potencia, máx. Voltaje: 3.21mA
Corriente: 4.01mA
Voltaje de aislamiento 50V
Bloque de terminales extraíbles 1756-TBCH
Módulo de salidas analógicas 1756-OF8H
En la tabla 2.9. Se presentan las especificaciones del módulo de entradas analógicas 1756-IF8H
Tabla 2. 9 Especificaciones del módulo de salidas analógicas.
Atributo 1756-OF8H
Salidas 8 diferentes voltajes o corrientes
Rango de salida +10.4V
0….20mA
4…..20mA
Resolución 15…….16bits
Corriente de consumo 5V 230mA
Corriente de consumo a 24V 230mA
Disipación de potencia, máx. 4.92W, 8 canales corriente
Voltaje de aislamiento 50V
Bloque de terminales extraíbles 1756-TBCH
1756-TBS6H
Anchura de la ranura 1
62
62 Sistema de Comunicaciones
Módulo de comunicación ControlNet 1756-CNB/E
En la tabla 2.10. Se presentan las especificaciones del módulo de comunicaciones ControlNet 1756-
CNB/E
Tabla 2. 10 Especificaciones del módulo de comunicación ControlNet.
Atributo 1756-CNB/E
Velocidad de comunicación 5 Mbps
Conexiones de comunicación Logix 48
Conexiones soportadas, máx. 64
Máximo de nodos 99
Número de Slots 1
Puertos 2 ControlNet BNC
1 NAP RJ45
Interface Hombre/MáquinaPanel View Plus 1000
Este panel sirve como interfaz entre el operador y el proceso que se quiera visualizar y trabajar. Una
de las principales características de este panel es que es de la familia Allen-Bradley a la cual
pertenece la mayoría del equipo utilizado, la comunicación principal que tiene es por medio de
Ethernet/IP. En la figura 2.4 se muestra una imagen del panel y se señalan los botones que contiene.
Figura 2. 4 PanelView Plus 1000.
En la tabla 2.11, se presentan las especificaciones del PanelView Plus 1000.
Tabla 2. 11 Especificaciones técnicas del PanelView Plus 1000.
Atributo PanelView Plus 1000
Voltaje de entrada AC (85…264 VAC)
DC (18…32 VDC)
Comunicación Ethernet y comunicación serial
Expansión de memoria 256 MB RAM y 512 MB Compact Flash
63
63 Sistema de Comunicaciones
Puertos USB 3 (teclado, ratón e imprimir)
Dimensiones Pantalla 10.4plg.
Alto 248cm. (9.77plg.)
Ancho 399cm. (15.72plg.)
Atributo Módulo de lógica
Voltaje de entrada DC (18…32V)
AC input (85…264V)
Memorias SDRAM, Flash (además un slot paramemoria Compact
Flash)
Puertos - Puerto 10/100 Base T Ethernet.
- Puerto serial RS-232 para transferencia de archivos,
imprimir, y comunicaciones del controlador lógico.
- Dos puertos USB para ratón, teclado o imprimir
Atributo Módulo de comunicaciones
Comunicaciones - DH+/DH-485
- ControlNet
Distribución general de la unidad de control 1
En la figura 2.5 se muestra la parte frontal de la unidad de control 1, en el cual se señalan los
dispositivos que contiene.
Figura 2. 5 Parte frontal del gabinete I.
En la tabla 2.12 se menciona el dispositivo del gabinete 1 en la parte frontal de acuerdo al número
que señala.
64
64 Sistema de Comunicaciones
Tabla 2. 12 Dispositivo de acuerdo al número en la parte frontal.
Número Dispositivo
1 PanelView Plus 1000
2 Botónarranque
3 Botón paro
4 Lámpara indicadora
En las figuras 2.6y 2.7, se muestra el interior de la unidad de control 1, en esta parte se observan los
dispositivos que se utilizan para el funcionamiento de dicha unidad.
Figura 2. 6 Parte interior del gabinete principal.
65
65 Sistema de Comunicaciones
Figura 2. 7 Parte interior real del gabinete principal.
En la tabla 2.13. Se menciona el dispositivo que corresponde de acuerdo al número que tiene
señalado en la figura 2.6.
Tabla 2. 13 Dispositivos de acuerdo al número en la parte interior.
Número Dispositivo
5 PAC
6 Clemas de paso
7 Clemasporta fusible
8 Interruptor termo magnético(3P/1T)
9 Fuente de alimentación 24V C.D.
10 Switch Ethernet
11 Panel de pruebas
12 Relevador
13 PowerFlex
14 Interruptor termo magnético(1P/1T)
15 RielDIN
Distribución eléctrica de la unidad de control 1
En la distribución eléctrica se observa la conexión de cada uno de los dispositivos del tablero de la
unidad de control 1 que se muestran a continuación.
66
66 Sistema de Comunicaciones
Distribución de corriente alterna
Los diagramas eléctricos siguientes hacen referencia a la alimentación de las líneas de distribución
eléctrica monofásica de 127 VCA.
Diagrama eléctrico de conexión para fuentes conmutadas
En la figura 2.8, los diagramas eléctricos siguientes hacen referencia a la alimentación de fuentes
conmutadas de corriente directa de 24 VCD.
Figura 2. 8 Diagrama eléctrico de alimentación de fuentes conmutadas.
Diagrama eléctrico de conexión de PanelView Plus 1000
En la figura 2.9, se muestra la forma en que se encuentra alimentado el PanelView Plus con línea
de 127 VCA.
Figura 2. 9 Diagrama eléctrico de conexión del PanelView Plus 1000.
67
67 Sistema de Comunicaciones
Diagrama eléctrico de conexión del relevador de control maestro
En la figura 2.10, se muestra la forma de conexión del relevador de control maestro para la
energización de paneles de entradas y salidas analógicas y digitales que ayudan a la interacción de
los módulos de entradas y salidas del PAC ControlLogix. Este relevador se hace funcionar con un
botón pulsador de un tiro el cual energiza la bobina y por medio de un arreglo de enclavamiento se
mantiene energizado y cambia de estado sus contactos.
Figura 2. 10 Diagrama eléctrico de relevador conmutador.
Distribución de corriente directa
A continuación se presentan los diagramas eléctricos de los módulos de entradas y salidas, digitales
y analógicas del PAC ControlLogix.
Diagrama de conexión de módulo de entradas digitales
En la figura 2.11, se muestra el diagrama eléctrico del módulo 1756-IB16 en el que se alimentan las
señales de prueba del panel de botoneras y llega a los bornes del módulo que es el módulo de
entradas digitales
68
68 Sistema de Comunicaciones
Figura 2. 11 Diagrama eléctrico de módulo de entradas digitales [14].
Diagrama de conexión de módulo de salidas digitales módulo 1756-OB16D
En la figura 2.12, se muestra el diagrama eléctrico del módulo 1769-OB16D, que es un módulo de
señales de salidas digitales que permite energizar el panel de prueba de lámparas indicadoras.
Figura 2. 12 Diagrama eléctrico de módulo de salidas digitales [14].
69
69 Sistema de Comunicaciones
Diagrama de conexión de módulo de entradas analógicas
En la figura 2.13, se muestra el diagrama eléctrico del módulo 1769-IF4 de señales de prueba
analógicas que son alimentadas por el panel de señales analógicas
Figura 2. 13 Diagrama eléctrico de módulos de entradas analógicas [14].
Diagrama de conexión del módulo de señales de salida analógica del módulo 1769-
OF4VI
En la figura 2.14, se muestra el diagrama eléctrico del módulo 1769- OF4VI para señales de prueba
de salida analógicas, que son conectadas a voltmetros de 10 VCD.
70
70 Sistema de Comunicaciones
Figura 2. 14 Diagrama eléctrico del módulo de salidas analógicas [14].
Diagrama eléctrico de conexión switch
En la figura 2.15, se muestra la forma de conexión del switch que permite realizar el enrutamiento
de la información a partir de las direcciones IP de dispositivo que envié información.
Figura 2. 15 Diagrama eléctrico de alimentación del switch.
71
71 Sistema de Comunicaciones
2.3.2 Descripción de la unidad de control 2
En el subtema presente se describen los elementos de la unidad de control 2 que conforman el
tablero y los diagramas eléctricos de conexión de dicha unidad.
Descripción de los componentes del tablero
En la tabla 2.14. Se muestra la descripción de hardware que conforma el tablero de la unidad de
control 2.
Tabla 2. 14 Descripción de los componentes del Gabinete 2.
Número Dispositivo Descripción Marca Código
1 Platina base de la instalación de dispositivos SM SM
2 PAC PAC CompacLogix l43 controlador de pruebas AB NC
3 Canaleta Distribuidor de cables de alimentación 5x5cm WD BK6224
4 Interruptor T. Interruptor de sobrecargas de 5A SD-C16
5 RRD Relevador de 120v a 4A 700-HA33A1
6 Riel DIN Riel de montaje perforado de acero tropicalizado WD 011750 TS
15X5
7 Botón pulsador Botón pulsador de un tiro STECK SP-L24
Paro de emergencia botón de paro de emergencia STECK SP-L41
8 Led indicador Luz indicador de C.A. EUROSIN HD16-22/D
9 Switch selector Selector de canal DIXSEN 2B2-BE101
10 Clema PASO Clema de paso de tornillo serie W WM WDU 2.5 -
102000
11 Clema TIERRA Clema de tierra de tornillo serie W WM WDU 2.5-
101000
12 Tapa tapa final de clemas WM WDU 2.5-
105000
14 Separador separador entre clemas WM WDU 2.5-
105010
15 Puente puente para comunicar distintos números de
clemas
WM WDU 2.5-
105366
16 Topes finales tope de clemas WM 038286- EW
15
17 Clema porta fusible Clemas con limitador de corriente WM WSI 4/2-
1886530000
18 Cajas Cajas de PVC ABB IP55
19 Fuente conmutada Fuente de alimentación conmutada de 24VCD a
3A
EPSON M56PA-L
20 Indicador led Indicador pantalla de LCD STECK AD16-16
21 Voltmetro Indicador analógico VDC IMESA 108
22 Potenciómetros Reguladores de tensión SM SM
23 Led CD Luz indicadora de 24VCD STECK AD16-16
72
72 Sistema de Comunicaciones
Descripción especifica de los componentes del PAC
Las características de la familia CompactLogix son: rendimiento, capacidad de escalado,
Multiprocesamiento, Redundancia, Conexión en puente de red, Integración de
Movimiento/Variador/Proceso/Seguridad, Comunicaciones Ethernet/IP, ControlNet, DeviceNet
múltiples y otras redes.
En la figura 2.16 se observa el PAC CompactLogix, el cual es el principal dispositivo de la unidad
de control 2 en esta figura se misionan los módulos con los que cuenta este dispositivo además de la
distribución con la cual cuenta.
Figura 2. 16 Esquema de distribución de la unidad de control CompactLogix.
A continuación se mencionan las características principales de los módulos del PAC:
Fuente conmutada
En la tabla 2.15 se presentan las especificaciones de la fuente de alimentación 1768-PA3
Tabla 2. 15 Especificaciones de fuente de alimentación 1768-PA3.
Atributos 1768-PA3
Voltaje de entrada nominal 120V/220V AC
Potencia de salida máxima 90 W
24VDC paraplaca base: 3.5
24 V CCal bloque de terminalesaccesible al
usuario: 0,25 A
Potencia de salida 30W
Corriente de entrada máxima 50A
Protección externa para sobre corriente 4-6A
Dimensiones (HxWxD), aprox. 131.25 x 132.75 x 105.50 mm
Ubicación del módulo Riel DIN
73
73 Sistema de Comunicaciones
Módulo ControlNet
En la tabla 2.16, se muestran las especificaciones técnicas del módulo de comunicaciones
ControlNet que es uno de los elementos de comunicación que componen el PAC CompactLogix
Tabla 2. 16 Especificaciones módulo de comunicación ControlNet.
Atributos 1768-CNB
Velocidad de comunicación 5Mbps
Numero de nodos máximo 99
Corriente de consumo a
24VCD
0A
Dimensiones (HxWxD),
aprox.
132 x 56.7 x 105.1 mm
Ubicación del módulo Riel DIN
Puertos 1 ControlNet BNC
1 ControlNet RJ45
Cable ControlNet Cable coaxial blindado RG6
Módulo de comunicación Ethernet
En la tabla 2.17, se muestra las especificaciones del módulo de comunicación 1768-ENBT que
permite la interacción con las computadoras y los dispositivos que cuenten con este tipo de
protocolo de comunicación.
Tabla 2. 17 Módulo de comunicación Ethernet 1768-ENBT.
Atributos 1768-ENBT
Velocidad de comunicación 10/100 Mbps
Conexiones TCP / IPde
comunicación
32
Potencia de disipación 4.3 W
Dimensiones (HxWxD), aprox. 132 x 56.7 x 105.1 mm
Slots 1
Puerto 1 Ethernet RJ45 Categoría 5
Cable de Ethernet Compatible con 802.3blindado opar
trenzado sin blindaje
Módulo CompactLogix L43
En la tabla 2.18 se presentan las especificaciones del módulo del CPU
74
74 Sistema de Comunicaciones
Tabla 2. 18 Tabla de módulo del controlador 1768-L43.
Atributos 1768-L43
Memoria de usuario disponible 2Mbps
Opciones de comunicación • Ethernet/IP (estándar y redundante)
• ControlNet (estándar y redundante)
• DeviceNet (estándar)
Puerto de comunicación serial 1 puerto RS-232
Lenguajes de programación •Escalera de relés
• Texto estructurado
• Función debloqueo
•Diagrama de funcionessecuenciales
Capacidad de expansión 2- 1768 módulos de comunicación y/o
movimiento
16 -1769 módulos de I/O
Corriente de consumo a 24VCD 1.3 A
Potencia de disipación 6.3 W
Potencia de consumo 31.3 W
Ubicación de módulo Riel DIN
Dimensiones (HxWxD) 131.6 x 67.4 x 121.8 mm
Módulo de salidas de señales digitales
En la tabla 2.19, se muestran las especificaciones del módulo de salidas analógicas
Tabla 2. 19 Módulo de salidas analógicas 1769-OF4VI.
Módulo de entradas analógicas
En la tabla 2.20, se muestran las especificaciones del módulo de entradas analógicas
Atributos 1769-OF4VI
Salidas 4 diferenciales, aislados
individualmente
Rango de salidas ±10V
0...10V
0...5V
1...5V
Resolución ±10V DC: 15.89 bits, 330 μV/bit
0...10V DC: 14.89 bits, 330 μV/bit
0...5V DC: 13.89 bits, 330 μV/bit
1...5V DC: 13.57 bits, 330 μV/bit
Corriente de consume a 24VCD 75 mA
Velocidad de comunicación 120 ms
Corriente de carga máxima 5 mA
Dimensiones (HxWxD), aprox. 118 x 35 x 87 mm
Ubicación del módulo Riel DIN
75
75 Sistema de Comunicaciones
Tabla 2. 20 Módulo de entradas analógicas 1769-IF4.
Atributos 1769-IF4
Entradas 4 Diferencialeso unipolares
Rango de entradas ±10V
0...10V
0...5V
1...5V
0…20 mA
4...20 mA
Consumo de corriente 60 mA
Resolución 14 bits (unipolar)
14 bits mas signo (bipolar)
Dimensiones (HxWxD), aprox. 118 x 35 x 87 mm
Ubicación del módulo Riel DIN
Módulo de entradas digitales
En la tabla 2.21, se muestran las especificaciones del módulo de entradas digitales
Tabla 2. 21 Módulo de entradas digitales de alta velocidad 1769-IQ16F.
Atributos 1769-IQ16F
Entradas 16 (8 puntos/grupo)
Rango de operación 20.4...26.4 VDC
Consumo de corriente 110 mA
Resolución 16 bits
Dimensiones (HxWxD), aprox. 118 x 35 x 87 mm
Ubicación del módulo Riel DIN
Módulo de salidas digitales
En la tabla 2.22, se muestran las especificaciones técnicas del módulo de salidas digitales
Tabla 2. 22 Módulo de salidas digitales 1769-OV16.
Atributos 1769-OV16
Entradas 16 (16 puntos/grupo)
Rango de operación 20.4...26.4V DC
Consumo de corriente 200 mA a 1.0 mA por punto
Resolución 16 bits
Dimensiones (HxWxD), aprox. 118 x 35 x 87 mm
Ubicación del módulo Riel DIN
76
76 Sistema de Comunicaciones
Distribución general de tablero del PAC 2 CompactLogix
El tablero del PAC CompactLogix se muestra en la figura 2.17, en este tablero se encuentran las
distintas variables que pueden manipularse de forma física, así como, los distintos indicadores y
dispositivos de medición que ayudan a interactuar con el PAC, es decir, los elementos que se
requieren para la simulación de programas que se alojan en el PAC CompactLogix.
Figura 2. 17 Distribución del los elementos que conforman el tablero de control del PAC CompactLogix.
En la figura 2.18 se observa la distribución física de los elementos del tablero de la unidad de
control 2
77
77 Sistema de Comunicaciones
Figura 2. 18 Distribución física del tablero del PAC CompactLogix.
En la tabla 2.23, se muestran los elementos principales con los cuales se opera al tablero del
PACCompactLogix mostrado en la figura 2.17.
Tabla 2. 23 Elementos generales que componen el tablero de PAC 2 CompactLogix.
Número Equipo
1 Estructura
2 Riel DIN
3 Platina
4 Canaleta o ducto ranurado
5 PAC
6 Interruptor termo magnético
78
78 Sistema de Comunicaciones
7 Clemas de paso
8 Relevador conmutador
9 Panel de conmutación
10 Panel de botones pulsadores
11 Panel de focos indicadores
12 Panel de señales de salidas
analógicas
13 Panel de señales de entradas
analógicas
14 Fuente conmutada de 24
VCD
15 Clemas porta-fusibles
Distribución eléctrica de tablero del PACCompactLogix
En la distribución eléctrica del tablero se observa la manera de cómo se encuentran conectados cada
uno de los dispositivos del tablero del PACCompactLogix que se muestran a continuación.
Diagrama eléctrico de alimentación de fuentes en tablero del PAC
En la figura 2.19, los diagramas eléctricos siguientes hacen referencia a la alimentación de fuentes
conmutadas de corriente directa de 24 VCD.
Figura 2. 19 Diagrama eléctrico de conexión de fuentes de corriente directa de 24 VCD.
79
79 Sistema de Comunicaciones
Diagrama eléctrico de conexión del relevador de control maestro
En la figura 2.20 se muestra la forma de conexión del relevador de control maestro para la
energización de paneles de entradas y salidas analógicas y digitales que ayudan a la interacción de
los módulos de entradas y salidas del PAC CompactLogix. Este relevador se hace funcionar con un
botón pulsador de un tiro el cual energiza la bobina y por medio de un arreglo de enclavamiento se
hace que se mantenga energizado y cambie de estado sus contactos.
Figura 2. 20 Diagrama eléctrico de relevador conmutador.
Diagrama eléctrico de conexión de señales de prueba digitales del módulo 1769-
IQ16F
En la figura 2.21, se puede observar el diagrama eléctrico de conexión de las señales de prueba del
panel de botoneras y que llega a los bornes del módulo 1769-IQ16F que es el módulo de entradas
digitales del PACCompactLogix.
80
80 Sistema de Comunicaciones
Figura 2. 21 Diagrama eléctrico de conexión para módulo 1769-IQ16F [15].
Diagrama eléctrico para conexión de señales de prueba digitales del módulo 1769-
OV16
En la figura 2.22 se muestra el diagrama eléctrico del módulo 1769-OV16, que es un módulo de
señales de salidas digitales que permite energizar el panel de prueba de lámparas indicadoras.
Figura 2. 22 Diagrama eléctrico de conexión del módulo 1769-OV16 [15].
81
81 Sistema de Comunicaciones
Diagrama eléctrico de conexión del módulo 1769-IF4 para señales de prueba
analógicas
En la figura 2.23 se muestra módulo 1769-IF4 de señales de prueba analógicas que son alimentadas
por el panel de señales analógicas.
Figura 2. 23 Diagrama eléctrico de conexión del módulo 1769-IF4 [15].
Diagrama de conexión de señales analógicas de salida del módulo 1769-OF4VI
En la figura 2.24, muestra el diagrama eléctrico de conexión del módulo 1769- OF4VI para señales
de prueba de salida analógicas
82
82 Sistema de Comunicaciones
Figura 2. 24 Diagrama eléctrico de conexión del módulo 1769-OF4VI [15].
2.3.3 Descripción del tablero de entradas y salidas remotas (Flex I/O)
En las siguientes figuras se observa la distribución general así como los elementos que contiene la
unidad de E/S remotas. Más adelante se describen todos los elementos y sus descripciones de
funcionamiento, así como sus diagramas eléctricos de los elementos que contiene esta unidad.
Descripción de los componentes del tablero
Los dispositivos deltablero se muestran en la tabla 2.24:
Tabla 2. 24 Lista de los dispositivos empleados en el tablero Flex I/O.
Número Dispositivo Descripción Marca Código
1 Flex I/O Entradas y salidas remotas Allen-Bradley Consta de varios
componentes
2 Estación de I/O, 1 4 Entradas y 4 salidas
discretas
ABB IP55
3 Estación de I/O, 2 4 Entradas y 1 salida
analógicas
ABB IP55
4 Estación de salida 1 Salida analógica ABB IP55
5 Clemas de paso Sencillas montados en el riel WM WDU 2.5 -102000
6 Clemas de paso Dobles montados en el riel WM ------------------
7 Clemas porta fusible Dobles montados en el riel WM ------------------
83
83 Sistema de Comunicaciones
para I/O discretas
8 Clemas porta fusible Sencilla con diodo
ledmontados en el riel para
I/O analógicas
WM WSI 4/2-
1886530000
9 Clemas tope Compactado de dispositivos
montados en el riel
WM 038286- EW 15
10 Riel DIN Soporte de los dispositivos Weidmüller 011750 TS 15X5
11 Canaleta Resguardo de los
conductores de conexión
BK6224
12 Interruptor termo
magnético
Interruptor general Steck SD 1P IEC60898
Descripción especifica de los componentes Flex I/O
Fuente de alimentación 1794-PS13
En la figura 2.25 se muestra la imagen de la fuente de alimentación de las E/S remotas Flex I/O.
Figura 2. 25 Imagen de la fuente del Flex I/O.
En la tabla 2.25 se muestran las especificaciones de la fuente de las E/S remotas.
Tabla 2. 25 Especificaciones técnicas de la fuente del Flex I/O.
Atributo 1794-PS13
Rango de voltaje de entrada 85-265 VCA
Corriente de entrada 0.7A Máximo
Corriente de irrupción 40 A
Voltaje de salida +24 VCD
Rango de voltaje de salida 20.4-27.6 VCD (incluye el
ruido y el 5% de
fluctuación de CA)
Corriente de salida 1.3A Máximo
Potencia de salida 31.2W
Temperatura de operación 0 a 55°C (32 a 131°F)
Módulo de comunicación ControlNet 1794-ACNR15
En la figura 2.26 se muestra la imagen del módulo de comunicación ControlNet de las E/S remotas
Flex I/O.
84
84 Sistema de Comunicaciones
Figura 2. 26 Imagen del módulo de comunicación del Flex I/O.
En la tabla 2.26 se muestran las especificaciones del módulo de comunicación ControlNet de las
E/S remotas.
Tabla 2. 26 Especificaciones técnicas del módulo de comunicación del Flex I/O.
Atributo 1794-ACNR15
Capacidad de I/O 8 módulos
Tensión nominal de entrada 24V CD nominal
19.2V to 31.2 VCD
(incluye el 5% de
fluctuación de CA)
Consumo de corriente 450mA Máximo
Velocidad de comunicación 5 Mbps
Dimensiones 3.4H x 3.7W x 2.7D plg
87H x 94W x 69D mm
Temperatura de operación 0 a 55°C (32 a 131°F)
Módulo de I/O analógicas 1794-IE8XOE4
En la figura 2.27 se muestra la imagen del módulo de I/O analógicas de las E/S remotas Flex I/O.
Figura 2. 27 Imagen del módulo I/O analógicas del Flex I/O.
En la tabla 2.27 se muestran las especificaciones del módulo de I/O analógicas de las E/S remotas
Flex I/O.
85
85 Sistema de Comunicaciones
Tabla 2. 27 Especificaciones técnicas del módulo I/O analógicas del Flex I/O.
Atributo 1794-IE8XOE4
Número de entradas 8 entradas no
aisladasindividualmente
Tiempo de conversión 8ms
Entrada de corriente a la terminal 4…20mA (configurable)
0…20mA (configurable)
Entrada de voltaje a la terminal +10V (configurable)
Número de salidas 4 salidas no
aisladasindividualmente
Salida de corriente a la terminal 0mA mientras se está
configurando el módulo
4…20mA (configurable)
0…20mA (configurable)
Salida de voltaje a la terminal 0V mientras se está
configurando el módulo
+10V (configurable)
Voltaje fuente externa 24VCD nominal
10…31.2 VCD (incluye el
5% de fluctuación de CA)
Corriente fuente externa 140mA a 24 VCD
280mA a 10 VCD
Dimensiones 94H x 94W x 53.3D mm
Temperatura de operación -20…60 °C (-4…140 °F)
Unidad base para terminales 1794-TB3G
Módulo de I/O discretas 1794-IB16XOB16P
En la figura 2.28 se muestra la imagen del módulo de I/O discretas de las E/S remotas Flex I/O.
Figura 2. 28 Imagen del módulo I/O discretas del Flex I/O.
En la tabla 2.28 se muestran las especificaciones del módulo de I/O analógicas de las E/S remotas
Flex I/O.
86
86 Sistema de Comunicaciones
Tabla 2. 28 Especificaciones técnicas del módulo I/O discretas del Flex I/O.
Atributo 1794- IB16XOB16P
Número de entradas 16 entradas no
aisladasindividualmente
Voltaje en estado encendido 10 VCD mínimo
24 VCD nominal
31.2V CD máximo
Corriente en estado encendido 2.0mA mínimo
8.8mA nominal a 24VDC
12.1mA máximo
Número de salidas 16 salidas no
aisladasindividualmente
Voltaje en estado encendido 10VCD mínimo
24VCD nominal
31.2VCD máximo
Salida de corriente 0.5A por salida
8A máximo por módulo
Corriente en estado encendido 1.0mA mínimo por canal
0.5A máximo por canal
8A máximo por módulo
Potencia de salida 7W máximo
Voltaje fuente externa 24VCD nominal
10…31.2 VCD (incluye el
5% de fluctuación de CA)
Corriente fuente externa 78mA a 10V CD; 137mA
a 24V CD;
168mA a 31.2VCD
Dimensiones 3.7H x 3.7W x 2.7D plg
94H x 94W x 69D mm
Temperatura de operación 0 a 55°C (32 to 131°F)
Unidad base para terminales 1794-TB32
Base para terminales 1794-TB3G (I/O analógicas) y 1794-TB32 (I/O discretas)
En la figura 2.29 se muestra la imagen de la base para módulos I/O de las E/S remotas Flex I/O.
Figura 2. 29 Imagen de la base para módulos I/O del Flex I/O.
En la tabla 2.29 se muestra las especificaciones de la base para módulos I/O de las E/S remotas
Flex I/O.
87
87 Sistema de Comunicaciones
Tabla 2. 29 Especificaciones de las bases para módulos I/O del Flex I/O.
Atributo 1794-TB3G y 1794-TB32
Esfuerzo de torsión 0.56...0.79 Nm
Voltaje en estado encendido 10 VCD mínimo
24 VCD nominal
31.2 VCD máximo
Voltaje máximo de alimentación FLEXBUS: 5 VDC,
640mA
V/COM: 31.2 VDC/AC,
10A
Dimensiones 94H x 94W x 69D mm
3.7H x 3.7W x 2.7D plg.
(con el módulo instalado
en la base de terminal)
Temperatura de operación -20…70 °C (-4…158 °F)
Distribución general del tablero Flex I/O
Las entradas y salidas remotas del Flex I/O fueron instaladas en un tablero en conjunto con los
dispositivos necesarios para operarlo y los indicadores de funcionalidad, que en este caso, por ser
una implementación de laboratorio, se utilizaron diodos Led y botones en el caso de las I/O
discretas y resistencias variables y vóltmetros en el caso de las I/O analógicas con el único fin de
verificar si el funcionamiento es el indicado.
En las figura 2.30 se observa la distribución de los dispositivos que conforman el tablero de las Flex
I/O.
88
88 Sistema de Comunicaciones
Figura 2. 30 Esquema de la distribución general del tablero Flex I/O.
Mientras que en la figura 2.31 se muestra la distribución real de los dispositivos que conforman el
tablero de las Flex I/O.
Figura 2. 31 Imagen de la distribución real del tablero Flex I/O.
89
89 Sistema de Comunicaciones
En la tabla 2.30 se numeran los dispositivos que componen dicho tablero del Flex I/O (figura 2.30)
Tabla 2. 30 Lista de dispositivos de la distribución general Flex I/O.
Número Dispositivo
1 Fuente Flex I/O
2 Módulo de comunicación Flex I/O
3 Módulo de I/O analógicas Flex I/O
4 Módulo de I/O discretas Flex I/O
5 Estación de I/O discretas
6 Ver ampliación (figura 2.31)
7 Canaleta
8 Estación de I/O analógicas
9 Clemas porta fusible con diodo led
10 Salida analógica
En las figura 2.32 se observa a detallela distribución y montaje de las clemas del tablero de las Flex
I/O.
Figura 2. 32 Ampliación de la sección de clemas del tablero Flex I/O.
En la tabla 2.31 se enumeran los componentes observados en la figura 2.32.
Tabla 2. 31 Lista de dispositivos de la ampliación del tablero Flex I/O.
Número Dispositivo
1 Riel DIN
2 Clema de tope
3 Clemas de paso sencillas
4 Interruptor termo magnético
5 Clemas de paso dobles
6 Clemas porta fusible dobles
90
90 Sistema de Comunicaciones
Diagramas de conexión eléctrica
Las conexiones eléctricas realizadas en el tablero del Flex I/O fueron, como en el caso de las
conexiones de los PAC’S, implementadas con la finalidad de una aplicación de laboratorio, por lo
cual se utilizaron dispositivos como diodos Led y vóltmetros para indicar de forma visual cuando
una salida es activada por una lógica precedente.
En las figura 2.33 se observa el diagrama de conexión de la fuente de alimentación Flex I/O, la cual
consta únicamente de un interruptor termomagnético general para protección de todo el circuito,
además apreciamos que la fuente es alimentada a 120V de corriente alterna y suministra a las I/O
remotas y a los demás dispositivos del tablero correspondiente 24V de corriente directa.
Figura 2. 33 Conexión de la fuente de alimentación Flex I/O.
En la figura 2.34 se muestra la conexión de la base para terminales que es realmente en donde se
realiza la conexión y no directamente en el módulo de I/O analógicas como podría pensarse;
podemos observar que nuestras entradas son resistencias variables que entran a la terminal de
voltaje solamente y van a un Vóltmetro para medir la entrada, cada entrada tiene una conexión de
salida que va al común de la alimentación para poder cerrar el circuito con sus respectivas
protecciones (se utilizaron solo 2 entradas con fines prácticos). Las salidas analógicas son
alimentadas y protegidas con fusibles individuales en la terminal de voltaje nuevamente, las
terminales de salida de las salidas están conectadas a un Vóltmetro que cuentan con un selector de
dos señales.
91
91 Sistema de Comunicaciones
Figura 2. 34 Conexión de las I/O analógicas Flex I/O. [16].
De igual manera que en la figura 2.35 se muestra la conexión en la base para terminales
correspondiente; aquí se observa que por motivos prácticos solo se utilizaron cuatro entradas y
cuatro salidas digitales, empleando botones pulsadores en la entrada y lámparas indicadoras a la
salida. Las terminales C conectadas a +24VCD corresponden a la alimentación interna de las salidas
para lograr el encendido de los indicadores y el manual nos indica que hay que conectar unas
terminales C al común que nos servirá a su vez como la tierra de la base para terminales.
92
92 Sistema de Comunicaciones
Figura 2. 35 Conexión de las I/O digitales Flex I/O. [16].
2.3.4 Descripción del tablero de entradas y salidas remotas (Point I/O)
En las siguientes figuras se observa la distribución general así como los elementos que contiene la
unidad remota de E/S. Más adelante se describen todos los elementos y sus descripciones de
funcionamiento, así como los diagramas eléctricos de los elementos que contiene esta unidad.
Descripción de los componentes del tablero
Los dispositivos del tablero se muestran en la tabla 2.32.
Tabla 2. 32 Lista de los dispositivos empleados en el tablero Flex I/O.
Número Dispositivo Descripción Marca Código
1 POINT I/O Entradas y salidas remotas Allen-Bradley Consta de varios
componentes
2 Estación de I/O, 1 4 Entradas y 2 salidas
discretas
ABB IP55
3 Estación de salida 1 Salida analógica ABB IP55
4 Clemas de paso Sencillas montados en el riel WM WDU 2.5 -102000
5 Clemas de paso Dobles montados en el riel WM ------------------
6 Clemas porta fusible Dobles montados en el riel
para I/O discretas
WM ------------------
7 Clemas porta fusible Sencilla con diodo led
montados en el riel para I/O
analógicas
WM WSI 4/2- 1886530000
93
93 Sistema de Comunicaciones
8 Clemas tope Compactado de dispositivos
montados en el riel
WM 038286- EW 15
9 Riel DIN Soporte de los dispositivos Weidmüller 011750 TS 15X5
10 Canaleta Resguardo de los
conductores de conexión
BK6224
11 Interruptor termo
magnético
Interruptor general Steck SD 1P IEC60898
Descripción especifica de los componentes POINT I/O
POINT I/Oes una familia demódulosde E /S analógicas y digitalesque son ideales paraaplicaciones
que requieren flexibilidad, son fundamentales parael éxito del diseñodel sistemade controly
operación.Sus diagnósticosintegralesy funcionesconfigurablespermiten que el productofácil
deaplicar a cualquiersistema de automatizacióny reducir los costos de ingenieríamediante la
estandarización.
En la figura 2.36, se observa los módulos que componen la POINT I/O
Figura 2. 36 Esquema de distribución del POINT I/O.
Fuente de alimentación 1794-PS13
En la tabla 2.33 se muestran las especificaciones de la fuente de E/S remotas.
Tabla 2. 33 Especificaciones técnicas de la fuente del POINT I/O 1794-PS13.
Atributo 1794-PS13
Rango de voltaje de entrada 85-265 VCA
Corriente de entrada 0.7 A Máximo
Corriente de irrupción 40 A
Voltaje de salida +24 VCD
94
94 Sistema de Comunicaciones
Rango de voltaje de salida 20.4-27.6 VCD (incluye el
ruido y el 5% de
fluctuación de CA)
Corriente de salida 1.3 A Máximo
Potencia de salida 31.2 W
Temperatura de operación 0 a 55°C (32 a 131°F)
Módulo de comunicación ControlNet 1734-ACNR
En la tabla 2.34 se muestran las especificaciones del módulo de comunicación ControlNet de las
E/S remotas.
Tabla 2. 34 Especificaciones técnicas del módulo de comunicación del POINT I/O 1734-ACNR.
Atributo 1734-ACNR
Rango de voltaje de entrada 10-28.8 VDC
Corriente de entrada 425 mAMaximo
Corriente de irrupción 6 A
Voltaje de entrada +28.8 VCD maximo
Requisitos dealimentación
eléctrica del ladode campo
24 VCD (+20% = 28.8 VCD
maxima) @ 425 mAmaxima
Potencia de consumo 10.2 W maxima @ 28.8 VCD
Temperatura de operación 0 a 55°C (32 a 131°F)
Módulo de entradas digitales 1734-IB4
En la tabla 2.35 se muestran las especificaciones del módulo entradas digitales
Tabla 2. 35 Especificaciones técnicas del módulo entradas del POINT I/O 1734-IB4.
Atributo 1734-IB4
Especificación de entradas 4 entradas
Tiempo de conversión 0.5 ms hardware 0…63 ms
(configurable)
Entrada de corriente a la terminal 4 mA
Entrada de voltaje a la terminal 24 VCD
Especificaciones generales
del modulo
24 VCD nominal
10…28.8 VCD rango
Potencia de disipación 1 W
Dimensiones 56H x 12W x 75.5D mm
Temperatura de operación -20…60 °C (-4…140 °F)
Módulo de salidas digitales 1734-OB2EP
En la tabla 2.36 se muestran las especificaciones del módulo de salidas digitales.
95
95 Sistema de Comunicaciones
Tabla 2. 36 Especificaciones técnicas del módulo salidas digitales del POINT I/O 1734-OB2EP.
Atributo 1734-OB2EP
Especificación de entradas 2 (1 por grupo)no aislada
Corriente de salida por punto 1 A a 2 A máximo por punto
Voltaje de salida por punto 24 VCD nominal
Especificaciones generales
del módulo
24 VCD nominal
10…28.8 VCD rango
Potencia de disipación 3.4 W máximo @ 28.8 VCD
Dimensiones 56 H x 12 W x 75.5 D mm
Corriente de alimentación de modulo 8 mA
Distribución general de la unidad remota de E/S POINT I/O
Las entradas y salidas remotas del POINT I/O fueron instaladas en un tablero en conjunto con los
dispositivos necesarios para operarlo y los indicadores de funcionalidad, que en este caso, por ser
una implementación de laboratorio, se utilizaron diodos Led y botones en el caso de las I/O
discretas, con el único fin de verificar si el funcionamiento es el indicado.
En las siguientes figuras 2.37 y 2.38 se observa la distribución de los dispositivos que conforman el
tablero de las POINT I/O, además las tablas 2.37 y 2.38 indican los elementos con los cuales se
conforma dicho tablero.
Figura 2. 37 Imagen de la distribución general del tablero POINT I/O.
En la tabla 2.37 se numeran los dispositivos que integran el tablero de las E/S remotas Point I/O
(figura 2.37).
96
96 Sistema de Comunicaciones
Tabla 2. 37 Lista de dispositivos de la distribución general.
Número Dispositivo
1 Fuente POINT I/O
2 Módulo de comunicación POINT I/O
3 Módulo de entradas digitales POINT I/O
4 Módulo de salidas digitales POINT I/O
5 Estación de I/O discretas
6 Ver ampliación (figura 2.36.)
7 Canaleta
En la figura 2.38 se muestra una ampliación del tablero de las E/S remotas Point I/O.
Figura 2. 38 Ampliación del tablero POINT I/O.
En la tabla 2.38 se observan los dispositivos que se encuentran numerados en la figura 2.37.
Tabla 2. 38 Lista de dispositivos de la ampliación del tablero POINT I/O.
Número Dispositivo
1 Riel DIN
2 Clema de tope
3 Clemas de paso sencillas
4 Interruptor termo magnético
5 Clemas porta fusible dobles
Por último cabe destacar que todas las conexiones eléctricas fueron avaladas por los realizadores del
presente proyecto para determinar si todos los elementos estaban en las condiciones adecuadas para
ponerlas en operación.
97
97 Sistema de Comunicaciones
CAPÍTULO 3. CONFIGURACIÓN DE
LA CAPA FÍSICA
En este capítulo se habla de la configuración física de las redes de comunicación implementadas en
el laboratorio B-08, en donde se especifican las conexiones realizadas y el equipo empleadopara
poder llevar a cabo la comunicación de los dispositivos en las redes:Ethernet/IP y ControlNet, así
como la topología empleada en cada una, y los métodos de asignación de nodos para la red
ControlNet, mismas que se realizaron por medio del hardware.
98
98 Sistema de Comunicaciones
3.1 Descripción de las redes implementadas.
Basados en la teoría y ejemplos del capítulo uno que se analizaron, se propone para la red Ethernet
I/P (nivel información), utilizar como medio físico cable de par trenzado categoría 5 Unshielded
Twisted Pair (par trenzado sin blindaje, UTP), ya que las características que ofrece este medio son
suficientes para los fines de este proyecto, dentro de las características que ofrece este medio físico
se pueden destacar: una longitud máxima de 100m, considerado el transporte más rápido dentro de
la tecnología de cobre y económicamente es costeable, aunque la desventaja que tiene es que es
más propenso a ser afectado por ruido e interferencias en comparación con otros cables, pero en
este proyecto esta desventaja no es factor a considerar.
Para continuar, en la red ControlNet (nivel de control) se propone utilizar como medio físico cable
tipo coaxial RG-6 de una impedancia de 75Ω ya que es la que recomienda el fabricante Allen-
Bradley a utilizar con sus equipos en este caso: PAC, Flex I/O y Point I/O, de la misma forma para
complementar esta red se utilizaran, Taps que sirven para conectar los dispositivos a la red y
resistencias de terminación de 75Ω. Las características que ofrecen este medio y sus complementos
son una longitud máxima de 1km (dependiendo del número de Taps), considerado para frecuencias
altas y transmisiones de banda ancha.
La red ControlNet ofrece tres ventajas principales para cualquier sistema; la primera ventaja es de
seguridad físicamente, ya que esta red no funciona con voltaje y corriente solo transporta
información y por lo tanto es una red a prueba de explosión, la segunda ventaja es que ofrece una
velocidad aceptable tomando en cuenta que esta red es a nivel control, otra ventaja importante es
que da la posibilidad de identificar si en algún punto existe un error en la comunicación de esta,
también se considera esta red por su método de comunicación que es productor/consumidor y que la
red es determinística esto quiere decir que se puede asignar tiempos distintos para el escaneo de
cada dispositivo conectado en la red.
La segunda red que se propone es ControlNet de la arquitectura NetLinx, la cual se ocupará de la
red de controlla cual se ocupa de los controladores y los I/O remotas. En esta red se comunicará:
PAC ControlLogix (Unidad de control 1)
PAC CompactLogix (Unidad de control 2)
Flex I/O y Point I/O (Entradas y Salidas Remotas)
Los dispositivos Flex I/O y Point I/O sirven para la simulación de entradas y salidas remotas, estos
dispositivos funcionarán como esclavos, es decir, serán controlados por el PAC ControlLogix y
CompactLogix respectivamente, las cuales mandan la información a estos.
En la tabla 3.1, se presenta una equivalencia de los modelos CIM y CIP con la propuesta de
comunicación en el sistema actual.
99
99 Sistema de Comunicaciones
Tabla 3. 1 Equivalencia de propuesta con los modelos CIM y CIP.
MODELO CIM
PROTOCOLO CIP/
ARQUITECTURA
NETLINX
PROPUESTA DE
IMPLENETACION
EN SISTEMA
ACTUAL
EMPRESA REDES DE
INFORMACION ETHERNET/IP ETHERNET/IP
FÁBRICA
ÁREA
CÉLULA
ESTACIÓN/MÁQUINA
REDES DE
CAMPO
CONTROLNET
CONTROLNET
PROCESO DEVICENET
3.1.1 Red Ethernet/IP (Hardware)
Para el nivel de información de la arquitectura NetLinx se propuso la Protocolo Ethernet/IP ya que
las características que esta ofrece cumplen con lo exigido por una red de información industrial. Las
características principales que cumpledicha red son:
Transporte de grandes paquetes de datos.
Amplio ancho de banda.
Permitir el envío rápido de una gran cantidad de datos.
Permiten a los diversos sistemas y archivos el acceso a los datos de la planta, relativos a los
costos, calidad, fabricación y desarrollo (ofimática).
En la siguiente parte se describe de forma general las características físicas que componen la red
Ethernet IP para las redes de información.
Topología
La topología propuesta para esta red fue la tipo estrella porque cubre aspectos que son necesarios
para una red de información a nivel industrial, las características relevantes son:
Tiene un nodo central desde el que se irradian todos los enlaces hacia los demás nodos.
Toda la información circula por la red.
Todos los nodos se comunican entre sí.
En la Figura 3.1, se muestra un diagrama de la transmisión de información a través de la topología
estrella en el sistema planteado en el que se muestran las direcciones IP de los elementos de la red
para una mejor identificación, cuya configuración se verá a detalle en el capítulo 4.
100
100 Sistema de Comunicaciones
Figura 3. 1 Diagrama de la topología estrella.
Longitud máxima
La distancia máxima por estándar es de 100 metros.Esta distancia surge porque Ethernet/IP usa una
señalización llamada "código Manchester", y usa un algoritmo de detección de portadora
(CSMA/CD).
El código Manchester ofrecer cierto grado de compactación de los datos a nivel eléctrico, tiene
cierto tiempo para "propagarse". El paquete "más chico" de Ethernet/IP, cuando se termina de poner
el último dato en el cable, el primer dato va a 100 metros.
Velocidad.
La capacidad para el tratamiento de datos, la velocidad de Ethernet/IP es de 10 a 100 Mbps, facilita
aún más la transmisión de información porque tiene la posibilidad de negociar la velocidad de
enviar esta.
Medio.
Conector de medios físicos de fibra óptica ó RJ-45, para la realización de este proyecto se
emplearon las terminales RJ-45 que son compatibles con tipo de cableado de par trenzado.
Conexión de dispositivos en red Ethernet/IP
Para implementar el protocolo Ethernet/IP en la red de información se conectaron por los medios
físicos ya mencionados para esta red los dispositivos que componen y se enlistan a continuación:
101
101 Sistema de Comunicaciones
Unidad de Control 1 (ControlLogix)
Unidad de Control 2 (CompactLogix)
Estación de monitoreo (PanelView Plus 1000)
Estación de operación (Computadora)
Estación de control (Computadora)
La red de información queda conectada por medio de Ethernet/IP con la implementación de la
topología estrella. En la figura 3.2 se muestra el diagrama de conexión final de la red.
Figura 3. 2 Diagrama de conexión final de la red Ethernet/IP.
3.1.2 Red ControlNet (Hardware).
En el presente punto se hablará de las características físicas de la red ControlNet, la cual se
implementa para la red de campo y en este caso específico de la propuesta, también se aplica en el
nivel de dispositivos de campo, de acuerdo con el modelo CIM.
Topología.
La topología básica definida por la especificación ControlNet consiste de una línea troncal de cable
coaxial RG-6 de 75Ω. Ambos extremos de esta línea troncal son terminados con una resistencia de
75Ω. En la figura 3.3 se muestra una representación esquemática de esta topología.
102
102 Sistema de Comunicaciones
Figura 3. 3 Representación de la topología básica de ControlNet.
El segmento es la unidad básica de red ControlNet. Pueden unirse varios segmentos para formar un
enlace, que es la red completa. Todos los dispositivos ControlNet son conectados a la línea troncal a
través de TAPS especiales que reducen la desigualdad de impedancia, y una resistencia en ambos
extremos de la línea troncal para hacer finita la red y no provocar errores durante la programación,
dichas resistencias deben de anular la impedancia del cable coaxial que es de 75Ω, por lo que deben
tener el mismo valor. Cada dispositivo es un nodo y pueden ser admitidos hasta 99.
Interdependencia de la longitud de la red y el número de TAPS.
La especificación ControlNet no especifica una distancia mínima entre TAPS. Sin embargo, cada
TAP introduce en la red una atenuación de señal que se traduce en una disminución en la longitud
de la red. Por este motivo, cada TAP disminuye la longitud máxima de la red en 16.3 m.
ControlNet especifica un segmento máximo de red que está definido por:
Segmento máximo de red permitido = 1,000 m – 16.3 m × (Nº de TAPS – 2 m)
Esto significa que si un segmento de red posee 2 TAPS, la longitud máxima permitida de este
segmento es de 1,000 m (o 1 km).
El número máximo de TAPS permitido por segmento es de 48. Por lo tanto, la longitud máxima de
un segmento de red con éste número de TAPS es de 250m.
Características de la señal de ControlNet.
A continuación se entregan las características de la señal ControlNet:
- Tasa de transmisión de bits: 5Mbits.
Bit-tiempo=200nseg.
Byte-tiempo=1.6µseg.
- Codificación de bit: Manchester.
- Niveles de voltaje: 9.5V (p-p) en el transmisor, y que pueda ser atenuada hasta 510mV (p-
p) en el extremo receptor.
103
103 Sistema de Comunicaciones
Medio físico.
a) Cable.
Se define la utilización de cable coaxial RG-6 para la línea troncal. Este cable debe tener una
impedancia de 75 OHM como lo estipula el fabricante Allen-Bradley. En la figura 3.4 se muestra la
construcción física de este cable.
Figura 3. 4 Construcción física del cable coaxial RG-6 ControlNet.
También es definido un medio de fibra óptica para aplicaciones especiales.
b) Conectores
Los conectores especificados por ControlNet son el tipo BNC y el RJ-45. Recientemente se ha
incorporado el conector TNC para aplicaciones en entornos industriales áridos (con vibraciones y
agua entre otros). En la figura 3.5 se muestra un panel de conexión estándar ControlNet.
Figura 3. 5 Panel de conexión estándar de ControlNet.
En el panel de control estándar ControlNet pueden observarse los conectores definidos por
ControlNet. Se observa un puerto para conector BNC, así como un puerto para conector RJ-45.
También se muestran led´s indicadores (éstos no son definidos en la especificación ControlNet,
pero son incluidos normalmente en los diseños electromecánicos de los dispositivos).
Para este caso específico se utilizaron conectores BNC, los cuales son descritos a continuación.
El conector BNC es el conector definido por la especificación ControlNet para conectar los
dispositivos a la red troncal. La construcción física de un conector BNC se muestra en la figura 3.6.
104
104 Sistema de Comunicaciones
Figura 3. 6 Conector BNC para cable coaxial RG-6.
En la figura 3.7 se muestra la unión de un conector BNC a un cable coaxial RG-6 ControlNet.
Figura 3. 7 Unión de un cable coaxial ControlNet: (a) montaje del conector al cable (b) montaje terminado
c) TAPS
Los TAPS ControlNet son componentes eléctricamente pasivos. Los TAPS pueden ser con conector
BNC o TNC, según la aplicación. Éstos se componen de dos partes:
Un adaptador de impedancia de 75 OHM, y
Una longitud específica de 1 m.
Se definen 2 tipos de TAP: T-TAP e Y-TAP, cada cual con 2 variantes: derecho y en ángulo recto.
En la figura 3.8 se muestra la construcción física del T-TAPS para conector BNC junto a sus dos
variantes, el cual se emplea en este proyecto para la conexión de la red ControlNet.
Figura 3. 8 Construcción del T-TAP BNC: (a) variante derecha (b) variante en ángulo recto.
105
105 Sistema de Comunicaciones
d) Resistencia de término.
Se define una resistencia de término de 75 OHMS, la cual debe ser instalada en los extremos de la
red. La construcción física de esta resistencia se muestra en la figura 3.9.
Figura 3. 9 Construcción física de la resistencia de término de ControlNet.
Puede observarse que se compone de dos partes: un conector BNC y la implementación de la
resistencia de 75Ω.
En la figura 3.10 se muestra la conexión de una resistencia de término.
Figura 3. 10 Resistencia de término instalada.
Asignación de nodos
Para la asignación de nodo es necesario dar un orden para que sea fácil la identificación de lo que
está conectado en cada uno de estos.
Para la asignación de los nodos se empieza con el controlador principal al cual identifica con el
numero 1, el controlador 2 se identificará con el numero 2 (en este casos es 99 para probar que la
red ControlNet puede usar hasta 99 nodos) y por último el Flex I/O el cual será numerado con un
numero ente el 3 y 98
Para poder asignar el número se puede lograr por dos métodos los cuales son: una perilla
(físicamente), y por medio de software.
106
106 Sistema de Comunicaciones
Por Hardware
Este método es el más sencillo por su facilidad que tiene el controlador porque la tarjeta de
ControlNet puede ser fácil de retirar del controlador y en la parte superior tiene ciertas perillas que
se pueden modificar para asignar un numero característico.
Por Software
Este método se aplica cuando no se puede mover físicamente el número de nodo y se realiza por el
software, este método también puede ser utilizado cuando se tiene una red en redundancia y en este
caso la red ControlNet mediante el software RSNetworks se asigna de forma automática con la
condición de que los controladores que estén en esta red se dupliquen y por el software se cambien.
Conexión de dispositivos en red ControlNet.
En este punto se documenta las conexiones del Hardware que se realizaron para el protocolo de
ControlNet que se implementa en la red de campo y se enlistan los dispositivos que integran esta
red.
Controlador 1 (ControlLogix)
Controlador 2 (CompactLogix)
Entradas y salidas remotas(Flex I/O y Point I/O)
En la figura 3.11 se observa los dispositivos que están conectados a la red de ControlNet, se observa
además el número de nodo que se le configuró a cada elemento de la red, mismo que se realizó de
forma física, es decir, por hardware.
107
107 Sistema de Comunicaciones
Figura 3. 11 Diagrama de conexión final de red ControlNet.
Aunque se realizó la red para ambas E/S remotas (FLEX I/O y POINT I/O) se recurrió a hacerlo de
forma alternada ya que en la actualidad el laboratorio B-08 solo cuenta con 3 TAP’S para la red
ControlNet, se plantea que para futuras generaciones de estudiantes de la carrera de ICA de la
institución, la formación de la red completa sea una realidad; por lo que se estructuró el esquema de
la red ControlNet como se observa en la figura 3.11.
3.1.3 Arreglo final conjuntando las dos redes: información y control.
Posterior a realizar las conexiones de las dos redes se procedió a poner estas en funcionamiento
conjunto para poder empezar la parte de programación de todos los equipos involucrados en el
sistema y así comprobar el funcionamiento de las dos redes y configurarlas por medio del software
de la paquetería Rockwell-Software que se tratara en el capítulo 4
En la figura 3.12 se muestra la unión de ambas redes por medio de los controladores (PACS) los
cuales sirven de unión entre las dos redes de comunicación.
108
108 Sistema de Comunicaciones
Figura 3. 12 Diagrama de unión de las dos redes de comunicación.
En la tabla 3.2 se menciona las características físicas y técnicas de ambas redes tanto red
Ethernet/IP como ControlNet de forma resumida.
Tabla 3. 2 Características físicas y técnicas de las dos redes.
Red Ethernet/IP ControlNet
Topología Estrella Bus
Línea Troncal
Longitud
máxima 100m
248m a 1km (dependiendo del número
TAPS). 20km con repetidores
Velocidad 10/100Mbps 5Mbps
Medio Par trenzado
Fibra óptica
Cable coaxial
Fibra óptica
Nodos
máximos ---- 99
109
109 Sistema de Comunicaciones
CAPÍTULO 4. SOFTWARE PARA
PROGRAMACIÓN DEL SISTEMA DE
COMUNICACIONES
En el presente capítulo se describen las característicasy el manejo del software de Allen-Bradley
para la elaboración del sistema de comunicaciones, que se conformapor la programación y
configuración de los equipos: PAC´S (ControlLogix L61y CompactLogix L43), E/S Remotas (Point
I/O y Flex I/O) y WorkStation (Estaciones de trabajo PC) y las redes de nivel de información
(Ethernet/IP ) y nivel de control (ControlNet); de la misma forma se plantea la programación y la
elaboración de pantallas del PANELVIEW PLUS 1000 en el cual se monitorean las señales
digitales y analógicas.
110
110 Sistema de Comunicaciones
4.1 Descripción delsoftware
Como se ha mencionado en capítulos anteriores, los controladores (PAC´S) y el HMI son de la
marca Allen-Bradley y por tanto el software que se emplea para la programación es la paquetería
Rockwell-Software, de la cual se ocupan los siguientes programas para este proyecto:
BOOTP/DHCP Server: Es el software por medio del cual se asigna una dirección IP a los
controladores que no cuenten con dicha dirección para que forme parte de la red.
RSLinx Classic Professional: Es la aplicación de la paquetería Rockwell-Software que
sirve como ―OLE forProcess Control‖ (OPC), es decir, como medio de comunicación entre
los PAC`S y las estaciones de trabajo, para configurar las dos redes Ethernet/IP Y
ControlNet.
RSLogix 5000: Aplicado a los PAC’S de Allen-Bradley para elaborar la programación,
configuración del PAC, así como la carga y descarga de los programas al controlador para
llevarlo a la planta.
RSNetworksforControlNet: Este software es útil únicamente para realizar la
configuración de la red ControlNet, donde se ajustan los parámetros y propiedades para la
red ControlNet , por ejemplo, los tiempos determinados para enviar la información de cada
nodo, la visualización de los nodos de la red, etc.
Factory Talk View Studio: Este software es una aplicación exclusiva para las Interfaces
Hombre/Máquina del fabricante Allen-Bradley, es útil para crear las plantillas, configurar,
cargar y descargar las plantillas en la HMI.
111
111 Sistema de Comunicaciones
4.2 Configuración de las redes de comunicación
En el siguiente subtema se trata la configuración de cada uno de los dispositivos inmersos en las dos
redes de comunicación,propuestas para el desarrollo del sistema de comunicaciones de este
proyecto: la de información (Ethernet I/P) y la de control (ControlNet);así como la configuración de
ambas redes para integrar cada uno de los dispositivos correspondientes. En la figura 4.1 se muestra
el diagrama de flujo para la elaboración del sistema de comunicaciones.
Figura 4. 1 Diagrama de flujo para la configuración del sistema de comunicaciones.
112
112 Sistema de Comunicaciones
4.2.1 Configuración de la red Ethernet/IP
Para realizar el sistema de comunicaciones que permiten comunicar a todos los dispositivos de la
arquitectura distribuida, se requiere la configuración de la red Ethernet/IP lo primero que se
configuró fue la estación de control y la de operación. Para poder comunicar estas estaciones se
asignó la máscara de subred tipo ―C‖ la cual es 255.255.255.0 cómo se menciona en el capítulo 3.
Para esto se abre panel de control, en conexiones de red, conexión de área local, en donde se da clic
en propiedades y posteriormente se elige la red que se va a configurar que en este caso es Ethernet
(TCP/IP) como se muestra en la figura 4.2.
Figura 4. 2 Asignación de direcciones a las estaciones de trabajo.
Las direcciones IP asignadas a las estaciones de trabajo se muestran en la tabla 4.1.
Tabla 4. 1 Direcciones IP de las estaciones de trabajo.
Número de estación de
trabajo
Función Máscara de red Dirección IP
1 Operación 255.255.255.0 192.168.30.1
2 Control 255.255.255.0 192.168.30.5
La asignación de dichas direcciones se hace en las propiedades de protocolo internet TCP/IP en la
figura 4.3, de cada computadora.
113
113 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 3 Asignación de direcciones a las estaciones de trabajo.
Posterior a la asignación de direcciones IP a las estaciones de trabajo, se ponen en comunicación
los controladores y estas mismas mediante el programa RSLinxClassic para poder configurar los
controladores poniendo en modo ―Run‖ el driver de comunicación Ethernet/IP como se ve en la
figura 4.4, mediante este programa también es posible visualizar todos los dispositivos que se
encuentren conectados en la red de Ethernet/IP en la opción RSWho .
Figura 4. 4 Ejecución del Driver para la comunicación Ethernet/IP en RSLinx.
Una vez que se asignaron las direcciones IP a las estaciones de trabajo, es necesario asignar ahora
una dirección para cada unidad de control, para lo cual se emplea el software BOOTP/DHCP
Server; esto en caso de que dichos controladores no cuente con ninguna dirección IP como se ve
en la figura 4.5 ya que se borran las direcciones al estar habilitada la opción de EnableBootp que se
encuentra en las propiedades de la tarjeta que se mencionan más adelante. De lo contrario en el caso
114
114 Sistema de Comunicaciones
de que ya tenga asignada una IP el cambio de ésta será en el programa RSLogix 5000 cuando se
ajusten los parámetros del slot de comunicación Ethernet/IP.
Figura 4. 5 Asignación de la dirección IP a la unidad de control 1.
Por último se le asigna la IP a la terminal del operador la cual es un PanelView Plus 1000; para dar
la dirección IP y máscara de red a dicha terminal, es directamente en la configuración de
comunicaciones del PanelView Plus 1000. En la figura 4.6, se muestra la IP y máscara de subred
que se asigna al Panel.
Figura 4. 6 Asignación de dirección IP a terminal de operador.
En la tabla 4.2 se muestran las direcciones IP asignadas a todos los dispositivos de la red
Ethernet/IP
115
115 Sistema de Comunicaciones
Tabla 4. 2 Direcciones IP asignadas en toda la red Ethernet.
Dispositivo Dirección IP
Estación de trabajo 1 (operación) 192.168.30.1
Estación de trabajo 2 (control) 192.168.30.5
Estación de control 1 (ControlLogix) 192.168.30.2
Estación de control 2 (CompactLogix) 192.168.30.4
Estación de monitoreo (HMI) 192.168.30.3
4.2.2 Configuración de la red ControlNet
La red ControlNet es utilizada para el nivel de control, en este nivel se comunican las unidades de
control con las unidades remotas de E/S de la familia Flex I/O y Point I/O, asignándole a cada
unidad de control una unidad remota. Debido a la falta del cuarto nodo para poder instalar los 4
elementos a la vez en la red ControlNet, se recurrió a realizar la comunicación y programación
primero con un tipo de E/S remotas y posteriormente con el otro tipo de E/S remotas, siendo las
Flex I/O las E/S remotas elegidas para formar parte de la red ControlNet de manera permanente
debido a su propiedad distintiva que es el manejo de E/S tanto discretas como analógicas, mientras
que las Point I/O solo manejan E/S discretas. Por su parte en este capítulo se formó la red con
ambos tipos de E/S remotas de la forma anteriormente mencionada.
Para formar esta red se utilizó el software RSNetworksforControlNet, siendo previamente necesario
la formación de la red Ethernet/IP en donde se muestra primeramente la red formada entre las
estaciones de control y las E/S remotas Flex I/O
Para esto se crea un nuevo archivo en el icono , en RSNetworksforControlNet, como se muestra
en la figura 4.7.
Figura 4. 7 Creación de un nuevo archivo para la red ControlNet.
Posteriormente se tiene que poner en línea oprimiendo el icono el cual desplegará la pantalla
que se observa en la figura 4.8.
116
116 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 8 Puesta en línea de la red ControlNet.
Una vez puesta en línea la red ControlNet se podrá visualizar todos los dispositivos conectados a
ella de forma ―desprogramada‖ como se ve en la figura 4.9.
Figura 4. 9 Red ControlNet desprogramada.
117
117 Sistema de Comunicaciones
NOTA: el número de nodo se asigna físicamente ya que es el método más sencillo, aunque se
puede cambiar por software.
Para lograr que la red quede configurada de forma correcta ―programada‖, se sigue la siguiente serie
de pasos:
Se selecciona la casilla de verificación ―EditsEnabled‖ o habilitar edición para poder
modificar las propiedades de la redcomo se observa en la figura 4.10.
Figura 4. 10 Habilitación de la casilla “Editsenabled”.
Del menú Network, se selecciona ―Properties‖ para modificar las propiedades, aquí se
determina el nombre que se le quiera dar a la red, el ciclo de escaneo o NUT, el número
máximo de nodos a escanear, el número del nodo más alto para la red, y los canales en uso,
por ejemplo, si solo se quiere trabajar con un canal (A o B), o si se trabajará de forma
redundante se seleccionaran ambos canales (A/B), como se muestra en la figura 4.11.
Figura 4. 11 Propiedades de la red ControlNet.
118
118 Sistema de Comunicaciones
Se selecciona ―Single Pass Browse‖(Búsqueda de un solo paso)de la barra de herramientas
para que vuelva a escanear la red, pero ahora asignando las propiedades modificadas a la
misma, como se ve en la figura 4.12.
Figura 4. 12 Búsqueda de un solo paso.
En la figura 4.13 se observa el escaneo de la red con la búsqueda de un solo paso.
Figura 4. 13 Escaneo de la red con “Single Pass Browse”.
En la barra de herramientas se da clic en ―Save‖ (guardar) la red con los cambios
realizados dándole el nombre que se quiera nuevamente.
Antes de oprimir Save, se selecciona la opción―Optimize and re-write Schedule
forallConnections‖(Optimizar y reescribir programación para todas las
conexiones)predeterminado y se da clic en OK, como se muestra en la figura 4.14.
Figura 4. 14 Optimizar y reescribir programación para todas las conexiones.
En el software RSLogix 5000, se debe guardar el proyecto en línea para empezar a
programar en este.
119
119 Sistema de Comunicaciones
Por otra parte en la figura 4.15 se muestra la formación de la red ControlNet entre ambos
controladores y las E/S remotas Point I/O (50) en donde se realiza la misma serie de pasos
anteriores, para su programación, con los cambios o configuración ya realizada.
Figura 4. 15 Red ControlNet con las E/S remotas Point I/O.
4.3 RSLogix 5000
Por medio de este software es posible la programación para las unidades de control y las E/S
remotas, utilizado para llevar a cabo la secuencia de algún proceso en planta, por ejemplo, el control
de llenado de un tanque. En este proyecto se realizó un programa para cada PAC y sus respectivas
E/S remotas.
Configuración de los módulos de la unidad de control 1 ControlLogix
Se crea un nuevo proyecto en RSLogix 5000, para comenzar a dar de alta todos los módulos,
esto nos despliega la ventana para elegir el CPU y ajustar sus parámetros, como se ve en la figura
4.16.
120
120 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 16 Elección del CPU ControlLogix.
NOTA: El número de slot se determina de acuerdo con su posición física iniciando desde cero en
adelante.
Una vez añadido el CPU se da de alta el módulo de comunicación Ethernet/IP, ajustando sus
parámetros, como se observa en la figura 4.17.
Figura 4. 17 Módulo de Ethernet/IP ControlLogix.
Consecutivamente se da de alta el módulo de comunicación DeviceNet como se muestra en la
figura 4.18, el cual no se utiliza en el desarrollo de este proyecto pero es necesario establecerlo en la
configuración del programa.
121
121 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 18 Módulo de DeviceNet ControlLogix.
En la figura 4.19 se ve la configuración de los parámetros del módulo de entradas digitales.
Figura 4. 19 Módulo de entradas digitales ControlLogix.
En la figura 4.20, se ve la ventana de configuración que da opción de habilitar las características de
diagnóstico y detección del módulo de entradas digitales.
122
122 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 20 Ventana de configuración de entradas digitales del ControlLogix.
El módulo de salidas digitales y ajuste de los parámetros se observa en la figura 4.21.
Figura 4. 21 Módulo de salidas digitales ControlLogix.
En La figura 4.22, se señalan los parámetros que pueden ser modificados en la ventana de
configuración de salidas digitales.
123
123 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 22 Ventana de configuración de salidas digitales ControlLogix.
En la figura 4.23, se muestra la configuración de los parámetros del módulo de entradas analógicas
Hart.
Figura 4. 23 Módulo de entradas analógicas ControlLogix.
La configuración de los parámetros para un canal del módulo de entradas analógicas tipo HART se
ve en la figura 4.24.
124
124 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 24 Ventana de configuración de entradas analógicas HART ControlLogix.
En la figura 4.25 se observa que se puede modificar algunos parámetros más específicos como son
las alarmas usadas en casos específicos.
Figura 4. 25 Ventana de configuración alarmas para entradas analógicas ControlLogix.
En la figura 4.26, se observa la ventana de propiedades del módulo de configuración de las salidas
analógicas HART.
125
125 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 26 Módulo de salidas analógicas HART ControlLogix.
En la figura 4.27 se ve que se puede modificar algunos parámetros más específicos como son las
alarmas usadas en casos específicos.
Figura 4. 27 Ventana de configuración alarmas para salidas analógicas ControlLogix.
126
126 Sistema de Comunicaciones
En la figura 4.28 se observan las propiedades del módulo de comunicaciones ControlNet
Figura 4. 28 Ventana de propiedades del módulo ControlNet para ControlLogix.
Configuración de los módulos de las E/S remotas Flex I/O para la unidad de control 1
ControlLogix
En la figura 4.29 se muestra la ventana de propiedades que se ajustan al módulo ControlNet de la
Flex I/O
Figura 4. 29 Ventana de propiedades del módulo ControlNet para Flex I/O.
En la figura 4.30 se ve la ventana de propiedades que se ajustan en el módulo de E/S analógicas de
la Flex I/O.
127
127 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 30 Ventana de propiedades del módulo de E/S analógicas para Flex I/O.
En la figura 4.31 se observa la ventana para ajustar los parámetros para las entradas analógicas de
las Flex I/O.
Figura 4. 31 Ventana para ajustar los parámetros para las entradas analógicas de las Flex I/O.
Mientras que en la figura 4.32 se muestra la ventana para ajustar los parámetros para las salidas
analógicas de las Flex I/O.
128
128 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 32 Ventana para ajustar los parámetros para las salidas analógicas de las Flex I/O.
En la figura 4.33 se observa la ventana de propiedades que se ajustan en el módulo de E/S discretas
de la Flex I/O.
Figura 4. 33 Ventana de propiedades del módulo de E/S discretas para Flex I/O.
En la figura 4.34 se ve la ventana para ajustar los parámetros para las salidas digitales de las Flex
I/O.
129
129 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 34 Ventana para ajustar los parámetros para las salidas digitales de las Flex I/O.
En la figura 4.35 se muestran todos los módulos asignados a la unidad de control 1 ControlLogix,
incluyendo sus E/S remotas Flex I/O.
Figura 4. 35 Unidad de control 1 ControlLogix con sus E/S remotas Flex I/O.
130
130 Sistema de Comunicaciones
Configuración de los módulos de la unidad de control 2 CompactLogix
Se crea un nuevo proyecto en RSLogix 5000, para comenzar a dar de alta todos los módulos,
esto nos despliega la ventana para elegir el CPU y ajustar sus parámetros, como se ve en la figura
4.36.
Figura 4. 36 Elección del CPU CompactLogix.
Después de elegir el CPU del PAC se da de alta el módulo de comunicación Ethernet/IP, ajustando
sus parámetros como se observa en la figura 4.37.
Figura 4. 37 Elección del módulo Ethernet/IP del CompactLogix.
131
131 Sistema de Comunicaciones
Después se da de alta el módulo de comunicación Ethernet/IP, ajustando sus parámetros como se
observa en la figura 4.38.
Figura 4. 38 Elección del módulo ControlNet del CompactLogix.
En la figura 4.39 se ve la configuración de los parámetros del módulo de entradas analógicas
HART.
Figura 4. 39 Configuración de los parámetros del módulo de entradas analógicas CompactLogix.
La configuración de las propiedades para un canal del módulo de entradas analógicas de tipo HART
se observa en la figura 4.40.
132
132 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 40 Configuración de las propiedades del módulo de entradas analógicas CompactLogix.
En la figura 4.41 se muestra la configuración de los parámetros para las salidas analógicas HART
Figura 4. 41 Ajuste de los parámetros del módulo de salidas analógicas CompactLogix.
En la figura 4.42 se muestra el ajuste de las propiedades del módulo de salidas analógicas tipo
HART.
133
133 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 42 Ajuste de las propiedades del módulo de salidas analógicas CompactLogix.
En la figura 4.43 se ve la configuración de los límites para alarmas de las salidas analógicas HART
Figura 4. 43 Límites de alarmas del módulo de salidas analógicas CompactLogix.
En la figura 4.44 se muestra la configuración de los parámetros para el módulo de entradas digitales
del CompactLogix.
134
134 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 44 Configuración de los parámetros de las entradas digitales del CompactLogix.
En la figura 4.45 se observa el ajuste de los parámetros para el módulo de salidas digitales del
CompactLogix.
Figura 4. 45 Configuración de los parámetros para el módulo de salidas digitales del CompactLogix.
En la figura 4.46 se ve la configuración del estado de las salidas en caso de falla o en modo
programa.
135
135 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 46 Configuración del estado de las salidas en modo falla o modo programa del CompactLogix.
En la figura 4.47 se ve la configuración de los parámetros del adaptador ControlNet para las E/S
remotas Point I/O
Figura 4. 47 Configuración de los parámetros del adaptador ControlNet para Point I/O.
En la figura 4.48 se observa la configuración de los parámetros para el módulo de entradas digitales
de las Point I/O
136
136 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 48 Configuración de los parámetros del módulo de entradas digitales Point I/O.
En la figura 4.49 se presenta la configuración de los parámetros del módulo de salidas digitales del
Point I/O
Figura 4. 49 Configuración de los parámetros del módulo de salidas digitales del Point I/O.
En la figura 4.50 se muestran todos los módulos asignados a la unidad de control 2 CompactLogix,
incluyendo sus E/S remotas Point I/O.
137
137 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 50 Unidad de control 2 CompactLogix con sus E/S remotas Point I/O.
Asignación de un Tag.
Para la asignación de Tags se da doble clic en ―Mainroutine‖ (resaltado en azul en la figura 4.50),
una vez ahí se coloca cualquier elemento al que se le va a asignar el Tag, por ejemplo, un contacto;
posteriormente se le da clic izquierdo en el título actual de dicho contacto, apareciendo el recuadro
que se muestra en la figura 4.51, en donde se le asigna el Tag, eligiendo: el nombre, tipo de Tag,
tipo de dato, el módulo y el punto del módulo adecuados para el tipo de señal.
138
138 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 51 Asignación de un Tag discreto en una unidad de control.
Tags en las unidades de control ControlLogix y CompactLogix
A continuación se despliegan las tablas de los tags de las unidades de control junto con las Flex I/O
y las Point I/O.
En la figura 4.52 se muestra la tabla de los tags de la unidad de controlador 1 y una prueba de la
lógica.
Figura 4. 52 Tags de la estación de control 1.
139
139 Sistema de Comunicaciones
En la figura 4.53 se observa la tabla de los tags de la unidad de controlador 2 y una prueba de lógica
escalera.
Figura 4. 53 Tags de la estación de control 2.
En la figura 4.54 se observa la descarga del programa con la red ControlNet ya configurada en una
unidad de control.
140
140 Sistema de Comunicaciones
Figura 4. 54 Descarga del programa a una estación de control.
4.4 Factory Talk View Studio
Como se mencionó en este capítulo, este software es útil para crear la Interfaz Hombre/Máquina.
Para realizar la HMI es necesario abrir un nuevo archivo como se muestra en la figura 4.55,
asignarle el nombre y especificar el idioma.
Figura 4. 55 Creación de un nuevo archivo.
141
141 Sistema de Comunicaciones
Para la comunicación con las unidades se desplaza la pestaña ―RSLinxEnterpise‖ y en el apartado
de ―ComunicationSetup‖ se da doble clic , en la ventana que aparece se
selecciona crear una nueva configuración como se muestra en la figura 4.56.
Figura 4. 56 Creación de una nueva configuración.
En la figura 4.57, se presenta las asociaciones de los links que se asignaron para cada PAC y
configuración de las comunicaciones de diseño.
Figura 4. 57 Configuración de las comunicaciones de diseño.
142
142 Sistema de Comunicaciones
Para confirmar que la comunicación es correcta se da clic en el botón .En la figura 4.58 se
observa la ventana en donde se verifica que la comunicación se estableció de forma correcta
.
Figura 4. 58 Verificación de los links de comunicación.
Que se encargará de establecer la comunicación entre ellos a través de la red Ethernet/IP
previamente instalada y configurada siendo necesario verificar si se realizó satisfactoriamente dicha
comunicación, ya que de esta manera se podrán extraer los Tags de las unidades de control y así
ejecutar la secuencia de control programado en ellos.
Posteriormente se crea un nuevo Display para comenzar con la programación de la
interfaz por medio de gráficos visuales ya predefinidos en el programa, mismos que deben estar
asociados a los Tags adecuados que son creados en el programa. Como se muestra en la figura 4.59.
Figura 4. 59 Creación de un Tag en Factory Talk.
143
143 Sistema de Comunicaciones
En la figura 4.60 se observa que se actualizan todos los folders de las unidades de control y HMI
para poder obtener los Tags de la unidad de control.
Figura 4. 60 Actualización de folders para Tags de los PAC’S.
En la figura 4.61 se observan los Tags que se descargaron de las unidades de control.
Figura 4. 61 Folders y Tags de los PAC’S.
144
144 Sistema de Comunicaciones
En la figura 4.62 se realiza la asignación del Tag a un objeto (botón pulsador) a partir de la ventana
de propiedades que se puede acceder dando doble clic sobre el objeto.
Figura 4. 62Asignación de un Tag a un botón pulsador.
En la figura 4.63 se muestra la programación avanzada de objetos, en donde se pueden emplear
Tags tanto de la unidad de control como de la memoria del programa.
Figura 4. 63 Programación avanzada de objetos.
Debido a que en este proyecto se cuenta con dos estaciones de control y dos estaciones de E/S
remotas, se crearon varios Display´s para este proyecto, uno de los cuales es un menú principal por
medio del cual el operador puede observar 2 procesos por medio de botones de tipo ―goto‖ como se
observa en la figura 4.64; uno asociado para cada controlador, y una opción más para visualizar las
145
145 Sistema de Comunicaciones
tendencias del proceso, además de un botón de tipo ―shutdown‖ para poder salir de la aplicación en
el panel únicamente por motivos de simulación, ya que en un proceso real la aplicación deberá de
permanecer siempre en la pantalla del HMI hasta que sea modificada únicamente por la estación de
ingeniería con la ayuda de las ―Workstation‖.
Figura 4. 64 Menú principal.
Una vez terminados los Display´s en la estación de trabajo, se debe verificar que realice la
secuencia requerida, como por ejemplo, en la figura 4.65 se puede observar la secuencia sencilla de
llenado y vaciado automático de 2 tanques por medio de una bomba y una válvula implementado en
este proyecto con fines demostrativos y con un botón de retorno al menú principal. La secuencia
utiliza señales de tipo discretas para el arranque y paro del proceso automático, mientras que el
nivel de ambos tanques es simulado por medio de una entrada analógica.
Figura 4. 65 Secuencia de llenado y vaciado automático de 2 tanques.
146
146 Sistema de Comunicaciones
También se verificó el Display de las tendencias para este proceso con el empleo habitual de las
variables magnitud-tiempo como se muestra en la figura 4.66, siendo el intervalo de tiempo
configurable desde segundos hasta horas, y el intervalo de escaneado desde milisegundos hasta
minutos.
Figura 4. 66 Tendencias del proceso de llenado y vaciado de 2 tanques.
Cuando los Display ya fueron verificados y su funcionamiento es satisfactorio, se descarga el
programa en el HMI como se muestra en la figura 4.67 teniendo cuidado de que la versión sea
compatible con la del HMI, en este caso fue la 5.0.
Figura 4. 67 Descarga de programa en el HMI.
147
147 Sistema de Comunicaciones
CAPÍTULO 5. INTEGRACIÓN DEL
POWERFLEX 40 AL SISTEMA DE
COMUNICACIONES.
En este capítulo se complementa el sistema de comunicaciones que se ha desarrollado en este
proyecto con un variador de frecuencia (PowerFlex 40), el cual se integra al nivel de información,
como una alternativa al nivel de campo. El objetivo de integrar este dispositivo es dar un plus al
proyecto realizado, con el fin de dar una aplicación al sistema de comunicaciones. En el desarrollo
del capítulo presente, se describe la metodología para la configuración del PowerFlex 40 para ser
integrado a la red de información (Ethernet/IP), así como la programación para interactuar con él
desde la HMI (PANELVIEW PLUS 1000), en la cual se crearán pantallas para monitorearlo y
manipularlo.
148
148 Sistema de Comunicaciones
5.1 Descripción general del variador de frecuencia PowerFlex 40.
Como se menciona anteriormente, el variador de frecuencia PowerFlex 40 es incorporado a este
proyecto como un plus de una aplicación, ya que como su nombre lo indica este dispositivo
utilizado para la regulación de velocidad en motores de corriente alterna; es por tal motivo que se
desarrolla como un complemento a lo que se ha venido elaborando a lo largo de este proyecto, sin
separarlo de la arquitectura principal propuesta para este mismo.
La familia de variadores PowerFlex del fabricante Allen-Bradley utiliza la arquitectura de redes
abiertas que proporciona el conjunto común de funciones y servicios para el protocolo industrial
común (CIP) utilizado en los sistemas Ethernet/IP, DeviceNet y ControlNet. Al proporcionar la
capacidad de control, configuración y recolección de datos en una sola red, permite simplificar la
comunicación en planta y contribuir a la reducción del costo total de propiedad, en el caso del
variador de frecuencia que se emplea en este proyecto, únicamente cuenta con la entrada RS485
(Ethernet/IP), por lo cual esta forma parte de esta red en el sistema de comunicaciones.
En la figura 5.1 se muestra la composición física del variador de frecuencia PowerFlex 40, el cual
es utilizado en el desarrollo del proyecto.
Figura 5. 1 Variador de frecuencia PowerFlex 40.
El variador de frecuencia PowerFlex 40 como se observa en la figura anterior consta de un tablero
de control montado en su chasis para su operación local, en la figura 5.2 se muestran a detalle cada
uno de los elementos que integran tablero de control.
149
149 Sistema de Comunicaciones
Figura 5. 2 Variador de frecuencia PowerFlex 40 y su tablero de control.
En la tabla 5.1 se muestra la descripción de cada uno de los indicadores luminosos que componen el
tablero de control del PowerFlex 40.
Tabla 5. 1 Indicadores luminosos del tablero del PowerFlex 40.
No. Etiqueta Condición Descripción
1 Indicadores de
arranque y sentido de
giro
Rojo constante Indica que el drive está corriendo y comandando la
dirección del motor
Rojo intermitente Indica que se ha dado un cambio de dirección
aproximándose a cero, mientras tanto indica la
dirección actual.
2 Display alfanumérico Rojo constante Indica número parámetro, valor parámetro y código
de falla
Rojo intermitente Cuando parpadea un dígito indica que este puede
ser editado, si todos los dígitos parpadean indica
una condición de fallo
3 Unidades mostradas Rojo constante Indica las unidades del valor parámetro mostrado en
el display
4 Estado del programa Rojo constante Indica que el valor parámetro puede ser cambiado
5 Estado de falla Rojo intermitente Indica si el drive está fallando
6 Estado del
potenciómetro
Verde constante Indica si el potenciómetro está activo
7 Estado botón de
arranque
Verde constante Indica si el botón de arranque fue activado.
Si se activa la reversa será deshabilitado este
indicador hasta girar completamente en tal sentido
Como es de suponer cada uno de los elementos del tablero de control (botones y potenciómetro) del
variador de frecuencia PowerFlex 40 cumplen con funciones específicas, mismas que se describen a
detalle en la tabla 5.2.
150
150 Sistema de Comunicaciones
Tabla 5. 2 Botones de control en el tablero del PowerFlex 40.
No. Botón Etiqueta Descripción
8
Salir Regresa un paso en el menú de
programación.
Cancela el cambio a un valor parámetro y
para salir del modo programa.
Seleccionar Avanza un paso en el menú de
programación.
Selecciona el digito siempre y cuando se
esté viendo el valor parámetro
Flecha arriba/Flecha abajo Incremento/decremento el valor del digito
parpadeante
Entrar Avanza un paso en el menú de
programación.
Guarda el cambio del valor parámetro
9
Potenciómetro Usado para el control de velocidad del
driver
Arranque Usado para arrancar el driver
Reversa Usado para cambiar el sentido de giro del
driver
Paro Usado para detener el driver o limpiar
fallas. Este botón siempre está activado
Como se menciona al inicio del capítulo, el variador de frecuencia PowerFlex 40 que se utiliza en el
desarrollo de este proyecto cubre ciertas especificaciones técnicas como los puertos RS-485 para la
comunicación por medio de la red Ethernet/IP, la cual viene como por default del fabricante Allen-
Bradley para este dispositivo, en la tabla 5.3 se observan además otras especificaciones técnicas
elementales del variador de frecuencia.
Tabla 5. 3 Especificaciones técnicas del PowerFlex 40.
Dispositivo PowerFlex 40
Corriente de corte 100,000 Amperes
Valores de entrada Voltaje de 3 fases: 200…240V
Frecuencia de entrada Frecuencia: 47 a 63Hz
Potencia 1HP
Rango de frecuencia de salida 0 a 400Hz
Rango de voltaje de salida De 0V hasta voltaje del motor
montado
Dimensiones mm (plg.) 180 (7.09) H x 100 (3.94) W x 136
(5.35) D
Comunicaciones Integrado: RS485
Opcional:
- DeviceNet - LonWorks
- EtherNet/IP - BACnet
- PROFIBUS™ DP - Bluetooth
- ControlNet.
Interface con operador Keypad integrado de 4 digitos, 10
Leds indicadores adicionales,
potenciómetro local y 8 botones
151
151 Sistema de Comunicaciones
adicionales para el control efectivo
del variador y sus parámetros.
Atmósfera No instalar en áreas con gases
volátiles o corrosivos, vapores o
polvos
Normas UL, C-Tick, CE, EMC EN618003,
low voltage EN602041/EN50178
Diagrama eléctrico típico del PowerFlex 40
En la figura5.3 se muestra la conexión eléctrica típica del PowerFlex 40, el cual se muestra en este
capítulo para tipificar o mostrar su conexión al suministro eléctrico a la entrada y su conexión de
salida a un motor de corriente alterna, cabe resaltar que en el caso particular de este proyecto se
limita únicamente a la comunicación por medio de la red Ethernet/IP para control y monitoreo del
mismo el cual es el tema medular del proyecto como se ha planteado en el título y en los objetivos
de este.
Figura 5. 3 Diagrama eléctrico típico del PowerFlex 40. [20]
152
152 Sistema de Comunicaciones
5.2 Configuración y programación del PowerFlex 40
A continuación se describen los pasos relevantes para poner en comunicación el PowerFlex 40 junto
con los otros elementos de la red Ethernet/IP, de esta forma se podrá operar tanto local como
remotamente.
Para integrar el variador de frecuencia PowerFlex 40 a la red Ethernet/IP, primero se asigna una
dirección a la PC o Workstation como se ha mencionado anteriormente, en conexiones de red
localizada en panel de control. Posteriormente se pone en modo ―RUN‖ el driver para redes
Ethernet/IP en el software RSLinxClassic, como se muestra en la figura 5.4, para comunicar la PC
con los PAC´S y en este caso en particular también con el variador de frecuencia PowerFlex 40.
Figura 5. 4 Driver de comunicación Ethernet/IP entre la PC y el PowerFlex 40.
Ahora se puede asignar la dirección IP al variador de frecuencia PowerFlex 40 mediante el software
BOOTP/DHCP, como se muestra en la figura 5.5.
Figura 5. 5 Asignación de la dirección IP al PowerFlex 40.
En la imagen anterior del software BOOTP/DHCP se observa que la dirección que se le asigna al
PowerFlex 40, es la 192.168.30.30 para integrarlo a la red.
En el software RSLinxClassic se verifica que los dispositivos en la red Ethernet/IP se encuentran
conectados; además de permitir la apertura de comunicación de los dispositivos con el software de
Allen-Bradley en la PC o Workstation,permitiendo la configuración del PowerFlex 40. Para utilizar
153
153 Sistema de Comunicaciones
el variador de frecuencia (PowerFlex 40), es más que suficiente que exista comunicación entre la
unidad de control 1 (ControlLogix) con dirección IP 192.168.30.19, la Interfaz Hombre/Máquina
PanelView Plus 1000 con dirección IP 192.168.30.3 y el PowerFlex 40 con dirección
192.168.30.30, como se observa en la figura 5.6.
Figura 5. 6 PowerFlex 40 conectado a la red Ethernet/IP.
Después de verificar que hay comunicación en RSLinx Classic, se procede a dar de alta el
dispositivo PowerFlex 40 en software RSLogix 5000, en este software se selecciona el driver
asociado al variador de frecuencia para comunicarlo con el PAC, como se muestra en la figura 5.7
declarándose inmediatamente al variador como esclavo y al controlador como maestro.
Figura 5. 7 Selección del driver para el PowerFlex 40 en RSLogix 5000.
154
154 Sistema de Comunicaciones
Se debe ser cuidadoso al dar de alta el módulo en RSLogix 5000, asegurándonos de darle la misma
dirección IP que se le asignó en el software BOOTP/DHCP como se muestra en la figura 5.8.
Figura 5. 8 Dirección del PowerFlex 40 en RSLogix 5000.
Se elige la opción ―Change‖ que aparece en la información general del variador al darlo de alta para
modificar parámetros importantes, como la tensión de alimentación que maneja el variador, el
número de fases y los caballos de fuerza para los que está diseñado como se muestra en la figura5.9,
misma información que se puede ver en el software RSLinxClassic al dar clic izquierdo en el icono
del variador, de no proporcionar la información correcta la comunicación entre los elementos de la
red no se dará.
Figura 5. 9 Izquierda: información proporcionada en RSLinx Classic. Derecha: especificaciones técnicas
modificadas en RSLogix 5000.
En la ventana que aparece al dar de alta el variador (figura 5.4, derecha), En la pestaña ―Drive‖se
abre la opción de ―Parameter List‖, en la cual en la columna de ―value‖ se pone en ―Comm
Port‖los parámetros a manipular desde el PanelView Plus 1000 (―Start Source‖ y ―Speed
Reference‖), como se muestra en la figura 5.10, teniendo en cuenta que esto debe ser realizado en
línea.
155
155 Sistema de Comunicaciones
Figura 5. 10 Parámetros del variador que se manipularan por “Comm Port”.
Como se observa en la figura 5.11 ahora ya aparecen los Tags que se encuentran en la memoria del
variador para poder operarlo, con lo cual se dice que la comunicación es exitosa y es momento de
comenzar a programar la unidad de control 1 ControlLogix.
156
156 Sistema de Comunicaciones
Figura 5. 11 Tags de la memoria interna del PowerFlex 40.
En el programa elaborado para el PowerFlex 40 lleva a cabo el control elemental de este, el cual
consta de arranque, paro, cambio de giro, así como el incremento y decremento de la frecuencia de
salida; dicho control se puede realizar localmente o remotamente, a través del PAC y de la HMI
(PanelView Plus 1000), mismos que se localizan en diferentes áreas. La figura 5.12 muestra los
Tags empleados para la secuencia del programa; mismo que debe facilitar el control desde la HMI
de la mano con el programa que se crea en FactoryTalk View Studio, el cual se muestra más
adelante.
157
157 Sistema de Comunicaciones
Figura 5. 12 Programa para control del PowerFlex 40 en RSLogix 5000.
La lista de Tags creados en la memoria de la unidad de control 1 asociados al programa para el
control del variador de frecuencia se observan en la figura 5.13. Siendo los del recuadro de arriba
los asociados directamente a los botones en las plantillas de PanelView Plus 1000 (Tags del
programa) y los de abajo los modificados por los botones anteriores (Tags del controlador o CPU).
158
158 Sistema de Comunicaciones
Figura 5. 13 Tags creados para control del PowerFlex 40 en RSLogix 5000.
5.3 Creación de Pantallas para PanelView Plus 1000
Una vez creado el programa en RSLogix 5000, se procede a realizar el programa en FactoryTalk
View Studio que se muestra en la HMI. Una vez comunicado el PanelView Plus 1000 con la unidad
de control 1(ControlLogix), se establecen los ―Links‖ del PACcon la HMI, siguiendo el
procedimiento visto en el capítulo 4 de este proyecto correspondiente a FactoryTalk View Studio
para crear una nueva plantilla. En la figura 5.14 se observa el menú principal implementado para el
PanelView Plus 1000.
Figura 5. 14 Menú principal para el control del PowerFlex 40.
Como se ve en la figura anterior, el menú consta de dos imágenes principales que son la unidad de
control 1 (ControlLogix) la cual da acceso al control remoto del variador de frecuencia y un
159
159 Sistema de Comunicaciones
recuadro que nos permite visualizar el comportamiento del variador en tiempo real con un rango
especifico (tendencia); además de una opción para salir de la plantilla si así se requiere.
En la figura 5.15, se observa la plantilla de control remoto del variador que consta debotones de
arranque y paro, dos botones para cambiar el sentido de giro y dos botones para incremento o
decrementode la velocidad (frecuencia), cuyo valor actual se muestra en un Display(recuadro azul)
localizado debajo de estos cuyas unidades estan en Hertz; además cuenta con la opción para pasar
directamente de esta plantilla a la tendencia del variador, y un botón para regresar al menú
principal.
Figura 5. 15 Plantilla de control para el PowerFlex 40.
En la figura 5.16 se observa la tendencia del variador de frecuencia en un tiempo determinado junto
con su valor actual, con un botón para regresar al menú principal.
Figura 5. 16 Plantilla de tendencia del PowerFlex 40.
160
160 Sistema de Comunicaciones
Una vez terminadas las plantillas se descarga el programa completo en el PanelView Plus 1000
teniendo cuidado de que la revisión sea la misma entre el programa que se va a descargar y la
revisión del PanelView Plus 1000figura 5.17.
Figura 5. 17 Descarga de pantallas al PanelView Plus 1000 del PowerFlex 40.
5.4 Esquema de la red Ethernet/IP con el PowerFlex 40
En el sistema de comunicaciones, el variador de frecuencia PowerFlex 40 queda integrado en la red
de información Ethernet/IP como se menciona en el comienzo de este capítulo, el esquema de la red
de Ethernet/IP con el variador de frecuencia PowerFlex 40 integrado se muestra en la figura 5.18.
161
161 Sistema de Comunicaciones
Figura 5. 18 Integración del PowerFlex 40 a la red Ethernet I/P del sistema de comunicaciones.
En la arquitectura cada elemento tiene un cometido dentro de la red Ethernet/IPmismo que se
describen en la tabla 5.4.
Tabla 5. 4 Descripción de los dispositivos de la red Ethernet/IP en la arquitectura donde se integra el variador de
frecuencia PowerFlex 40.
Dispositivo Dirección IP Descripción
Estación de ingeniería 192.168.30.1 - Configuración de la red Ethernet/IP
- Elaboración del programa de la unidad de
control 1, a partir de la cual se controla el
PowerFlex 40
- Elaboración de las plantillas para la unidad de
monitoreo
Estación de monitoreo PanelView
Plus 1000
192.168.30.3 Control remoto y monitoreo del variador de
frecuencia PowerFlex 40
Unidad de control 1 ControlLogix 192.168.30.19 Control remoto del variador de frecuencia
PowerFlex 40
PowerFlex 40 192.168.30.30 Dispositivo a controlar y manipular en la
arquitectura mostrada en la figura 5.18
Con la integración del variador de frecuencia PowerFlex 40, se complementa el sistema de
comunicaciones desarrollado en el proyecto,siendo su integración en la red de información
Ethernet/IP, en la cual se lleva a cabo el control local y remoto del PowerFlex 40, siendo el control
de forma remota a través delPAC y lasHMI (PanelView Plus 100 y las PC), y de forma local en el
tablero que está integrado al chasis del variadorde frecuencia (PowerFlex 40), acercando de esta
forma el sistema de comunicaciones más a una arquitectura industrial típica.
162
162 Sistema de Comunicaciones
CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y
CONCLUSIONES FINALES DEL
PROYECTO
En este capítulo se describen los resultados que se obtuvieron a partir de los objetivos planteados al
inicio de este proyecto, revisando el objetivo general y los objetivos específicos, comprobando uno
por uno, si es que se lograron llevar a cabo y de lo contrario, se especifica porque motivos no se
cumplieron. Posteriormente se visualizan las conclusiones que se tiene del trabajo, que son las
observaciones de los puntos clave para poder entender la integración de un sistema de
comunicaciones aplicables a un sistema de control distribuido y este mismo.
163
163 Sistema de Comunicaciones
6.1 Resultados.
1. Se logró integrar la arquitectura de un sistema de comunicaciones aplicables a un SCD en el
laboratorio B-08 de Pesados,es decir, las tareas asignadas a los PAC’S y el flujo de
información se llevaron a cabo de forma distribuida,cubriendo los dos niveles (de trabajo y
de control) planteadas como un objetivo principal del proyecto.
2. El siguiente resultado que se obtuvo fue la comprobacióndel funcionamiento de las redes de
comunicación, mediante las pruebas que se realizaron a las E/S (remotas y del PAC), que se
monitorearon en las diferentes HMI´S, con la capacidad de visualizar el comportamiento de
las señales en cualquiera de estas.
3. El tercer objetivo se concluyó de manera satisfactoria, ya que a través del PANELVIEW
PLUS 1000 se logró monitorear y controlar el variador de frecuencia PowerFlex 40
modificando sus parámetros, tales como son: arranque y paro, velocidad y cambio de giro,
mostrando su comportamiento en tiempo real en la pantalla de la HMI (tendencias).
6.2 Conclusiones finales del proyecto
Con la realización de este trabajo se consiguió, integrar dos redes de comunicaciones aplicables aun
sistema de control distribuido, estas son: Ethernet/IP (nivel de información) y ControlNet (nivel de
control), ya que de por sí los sistemas industriales están concebidos de forma modular.
Entre las conclusiones que se obtienen de la elaboración de este proyecto es que en un sistema de
comunicaciones se deben evaluar las características de las redes que se van a utilizar, tanto físicas
como de comunicación, ya que de estas depende la eficacia en el intercambio de la información;
tales características son:
- Las variedades de cableado que utilizan,
- que tan vulnerables a interferencias electromagnéticas son dicha red en conjunto con su
capa física,
- si son ideales para sitios en donde se manejan productos o subproductos inflamables,
- la longitud máxima permitida del cableadoantes de que su señal se atenúe,
- el número máximo de estaciones o nodos permitidos en cada red,
- el ancho de banda,
- y no menos importante la velocidad de transferencia.
Del tipo de cableado dependen: la flexibilidad del mismo, si cuentan con blindaje para disminuir las
interferencias electromagnéticas, e incluso como se ve en el desarrollo del proyecto, afecta a la
velocidad de comunicación en el caso de Ethernet/IP que varía desde los 10Mbps (llamado también
Ethernet estándar), los 100Mbps (llamado también Fast Ethernet) y llegando hasta los 1000Mbps
(llamado también Gigabit Ethernet), de los cuales se utiliza en este proyecto la velocidad de
transmisión intermedia (100Mbps), que como se menciona en el cuerpo del trabajo, estaes la que se
ajusta a las necesidades del mismo.También del tipo de cableado dependerá el número de nodos o
estaciones que se pueden agregar a cada red, como lo dicen las especificaciones técnicas de cada
tipo.
Mientras que el ancho de banda o lo que es lo mismo la cantidad de información (bits, Bytes, etc.)
por segundo (velocidad de transferencia), como su definición lo dice, nos limita la cantidad de flujo
164
164 Sistema de Comunicaciones
de información en el sistema de comunicaciones, por lo que en una aplicación industrial cualquiera
en donde se requiera controlar una infinidad de variables, este punto a considerar es relevante.
Estas consideraciones previas aseguran una armonía entre el entorno de operación y la
comunicación de los dispositivos en la red.
Una vez que se eligen la capa física de las redes de comunicación, es indudable que el siguiente
paso es verificar que el hardware cuenta con las especificaciones técnicas necesarias para lograr el
cumplimiento de las acciones de control requeridas en un proceso, a lo que le precede las
conexiones eléctricas y de comunicación como se realiza en este proyecto, mismas que son
descritas por el fabricante, que en este caso es Allen-Bradley en los catálogos de sus dispositivos.
Estas conexiones deben realizarse minuciosamente a detalle como lo marca el fabricante, ya que de
esto también depende el funcionamiento del sistema, debido a que por ejemplo, una señal de
entrada conectada incorrectamente no será correctamente medida, por lo que el control de la
variable transmitida por esta señal no se efectuará adecuadamente; y como consecuente el
monitoreo.
En cuanto a las conexiones físicas de comunicación se debe tomar en cuenta el tipo de terminales
compatibles con el cableado y la tarjeta de comunicaciones del PAC, ya que de esto dependen las
herramientas especializadas para el ―ponchado‖ del cable.
A nivel software (capa de enlace) se tiene que considerar para la configuración de las redes varios
puntos relevantes como son:
- formato de la dirección IP (A, B, C, etc.), para el caso de la red Ethernet I/P de acuerdo con
el número de dispositivos y de subredes que vallan a formar parte de la red.
- asignación de direcciones IP o nodos irrepetibles,
- modelos de las tarjetas de comunicación, CPU, tarjetas de E/S, HMI, etc.
- revisión de los dispositivos.
La asignación de direcciones IP o nodos irrepetibles es prevenidamediante software
(BOOTP/DHCP, RSNetworks for ControlNet), el cual alerta al usuario sobre estasituación para
evitar confusiones en el sistema de comunicaciones.
En el caso de los modelos de cada dispositivo es fundamental conocer cada uno, ya que a la hora de
dar de alta cada elemento, para comenzar a elaborar una secuencia de control para el CPU de los
PACS, el software (RSLogix 5000) así lo requiere, con el fin de comunicar eficazmente las tarjetas
del PAC, tanto de comunicación (con los elementos que a esta se conecten en red) comode E/S con
el CPU de este, mediante su backplane, el cual es el elemento interno que se encarga de mantener
una comunicación constante (bus) entre todos estos; siendo que cada modelo mal proporcionado no
es detectado por el backplane, el cual no se puede comunicar con una tarjeta inexistente, por lo que
el software (RSLogix 5000) lo marca de inmediato como erróneo.
Es muy importante que la revisión de las tarjetas de comunicación tanto de los PAC’S como de las
E/S remotas (Flex I/O y Point I/O) deba ser compatible, de otra manera no se lleva a cabo la
comunicación entre ellas y por lo tanto no se forman las redes de comunicación. Otra revisión de
gran importancia como se ve en el desarrollo de este proyecto, es la del programa o plantillas que se
descargan en el HMI (PanelView Plus 1000), que debe ser la misma para que se lleve a cabo,
misma que junto con las PC’S forma parte de la capa de aplicación, en la cual es necesario como se
menciona anteriormente, sea amigable con el operador para que comprenda la función de esta en el
sistema de comunicaciones y en el proceso en general.
165
165 Sistema de Comunicaciones
De acuerdo con lo desarrollado en el trabajo, se concluye concretamente que el hardware y software
que se utiliza para las estaciones de trabajo y de control, cumple con las características necesarias
para ser aplicables a un SCD, las características que se cumplen entre otras son: en la estación de
trabajo, la interfaz es amigable y entendible para el operador, las unidades de control tienen
comunicación vertical, la cual permite llevar el flujo de información al nivel de
información(Ethernet/IP) y comunicación horizontal entre ambas unidades de control o PACS en el
nivel de control (ControlNet).
6.3 Propuesta a futuro
Base de datos
Debido a que este proyecto trata de la integración de redes de comunicación aplicables a un SCD,
no se está implementando un SCD como tal, por lo que no es estrictamente necesario establecer una
base de datos, ya que esta se aplica para la gestión de un proceso real, es decir, sirven de apoyo al
operador para analizar más a detalle el comportamiento del proceso y determinar el instante en que
este falló, si llegara a ocurrir.
De acuerdo con el software que se emplea en este proyecto, se recomienda que sea con Factory Talk
Historian Classic:
Factory Talk Historian es una solución para optimizar los procesos de fabricación mediante el
análisis de datos históricos. Historian proporciona la capacidad de recoger, almacenar, analizar y
visualizar datos usando una eficiente máquina de captura o estación de trabajo y un excelente
conjunto de herramientas de generación de informes, (tales como tendencias de serie cronológica,
gráficos de barras, gráficos circulares), y genera fácilmente informes mediante Microsoft Excel.
Factory Talk Historian está optimizado para recoger y analizar datos en serie cronológica. Los datos
se muestrean continuamente y cada valor muestreado puede guardarse en la base de datos. Con el
fin de optimizar el sistema y minimizar los requisitos de almacenamiento, sólo se almacenan los
cambios pertinentes en los datos. De esta manera el sistema puede almacenar muchos más datos que
en una base de datos relacional típica (donde generalmente se almacenan todos los puntos
muestreados).
En Historian, simplemente se selecciona qué registro o Tag del sistema de control de fábrica se
desea monitorear, e Historian hace el resto. El resultado es una serie de valores de datos recogidos
con el transcurso del tiempo.
Configurar la recogida de datos en serie cronológica implica crear Tags de recolección Historian
―puntos Historian‖, e identificar donde, en el sistema de control.
Historian debe recoger los datos y con qué frecuencia deben muestrearse.
Integrar al sistema elementos de redundancia: para brindar mayor seguridad
En cuanto a comunicaciones: para no perderla en las redes y que provoque pérdidas de información
y paros al proceso.
166
166 Sistema de Comunicaciones
En cuanto a los controladores: para que un controlador sea capaz de reemplazar las funciones con
las que cumple otro controlador si este llegara a fallar, sin dejar de lado las propias.
En cuanto a alimentación: en la fuente del PAC, para que en caso de suspensión de la alimentación
por parte de una fuente, otra sea capaz de reemplazarla y evitar la inhabilitación del PAC.
Aplicar el sistema de comunicaciones a un SCD en la industria
Como se ha comentado anteriormente, este proyecto trata de la integración de redes de
comunicación aplicables a un SCD, no se está implementando un SCD como tal, por lo que hacer
una aplicación industrial es imposible aún, ya que no están presentes una base de datos y elementos
de redundancia (aunque estos últimos no forman parte estrictamente de un SCD) que son de gran
ayuda a la gestión y operación de la empresa respectivamente. Por lo cual se propone que en
trabajos posteriores se implementen los dos puntos anteriores a este o como mínimo la base de datos
para finalmente realizar la implementación de un SCD en un proceso industrial.
167
167 Sistema de Comunicaciones
Glosario
Ancho de banda: el ancho de banda indica el volumen de información que se transmite de un lugar
a otro en un determinado tiempo. Unidades: bit/s, Kbit/s, Mbit/s, Gbit/s.
Backplane: los buses de backplane están diseñados para permitir al procesador, memoria y
dispositivos de E/S coexistir en un único bus; en estos buses se equilibran los requerimientos para la
comunicación entre el procesador y la memoria con los requerimientos para la comunicación entre
los dispositivos de E/S y la memoria. Los buses backplane reciben este nombre porque
habitualmente se construye en el plano posterior, que es una estructura de interconexión en el
chasis; las placas con el procesador, la memoria y dispositivos de E/S se conectan en el backplane
y usan el bus para la comunicación.
Bits: bit es un acrónimo de binarydigit (digito binario), y es la unidad minina de información digital
y que puede tomar dos valores: cero y uno.
Broadcast: la transmisión Broadcast tiene un carácter multidireccional: es la trasmisión simultánea
desde un punto hacia todos los terminales.
Bus: los buses son sistemas de conexión para componentes electrónicos y eléctricos. Por su
topología, un bus es siempre un medio físico al que están conectados los diferentes componentes y
que está cerrado en ambos lados. La transmisión de un bus puede ser en paralelo con bits o bytes
como en el caso del PC-Bus, o en serie como las redes con topología bus.
Cable cruzado: un cable cruzado es un latiguillo especial en el que los conductores de envío y
recepción están al revés en un extremo. Los cables cruzados se utilizan para conectar dos aparatos
finales (ordenadores) o dos componentes de una infraestructura (swiches,…) los swiches más
modernos también permiten la conexión con cables secundarios normales gracias a su función de
auto cruzamiento.
Cable de par trenzado: consiste de un cable de cobre simétrico de dos hilos trenzados. Los
conductores se componen de cables de cobre con un aislamiento exterior. Al contrario de los cables
asimétricos, como los cables coaxiales, los cables simétricos funcionan libres de potencial de
referencia. La ventaja de esta construcción consiste en la distribución idéntica de la interferencia
intercalada en ambos conductores.
Categoría 5: con componentes de categoría 5 se pueden crear redes compatibles con todos los
estándares de transmisión Ethernet hasta 100Mbit/S basados en conductores de par trenzado
incluidos 10Base-T y 100Base-TX.
Codificación Manchester: codificación de señales en la que la información binaria está
representada por la variación de tensión dentro de una transición de bits. De esta manera se puede
sincronizar fácilmente el emisor y el receptor, puesto que la transición a la mitad del intervalo de
bits produce una frecuencia segura. El primer intervalo de bits indica el valor de bit complementario
a transmitir; la segunda mitad representa el valor de bits (especificado para Ethernet y IEEE 802.3 y
utilizado en redes de 10Mbit/s).
168
168 Sistema de Comunicaciones
Colisión: hablamos de colisión cuando dos a varias estaciones envían simultáneamente a un mismo
canal de datos, por ejemplo Ethernet half-duplex o Ethernet compartido. Los datos enviados se
pierden como consecuencia de la superposición. Con la superposición de ambas señales el nivel de
señal sube hasta el nivel llamado de colisión. Esto interrumpirá la transferencia desde las dos
estaciones.
Datagrama: Es la estructura interna de un paquete de datos.Paquetes de datos que se transfieren en
una conexión.
DHCP: un servidor configurado especialmente puede asignar dinámicamente direcciones IP y otros
parámetros de red a los ordenadores por medio de un protocolo DHCP (Dynamic Host
ConfigurationProtocol) en la red.
MAC: es una dirección de hardware de 6 bytes utilizada para la identificación segura de los nodos
de red. La dirección MAC se graba en un chip y es única, no puede ser modificada. Las direcciones
MAC se asignan de acuerdo con un sistema de claves, que incluye la dirección única del adaptador,
de identificación del fabricante y la autenticación para su utilización y administración.
Estación: cada uno de los dispositivos de hardware de unos red, así como los aparatos finales
conectados a la misma. Servidor, router, teléfono, fax, etc.; así como todos los dispositivos de
comunicación conectados mediante un adaptador de red (NIC).
Funcionamiento full-dúplex: este junto con el funcionamiento dúplex permiten la comunicación
simultánea bidireccional de dos interlocutores.
Funcionamiento half-duplex: permite una utilización alterna de los conductores de transmisión en
ambos sentidos (intercomunicación). Sin embargo, en las estaciones no es posible enviar y recibir al
mismo tiempo.
Hart (protocolo): El protocolo de comunicación Hart es mundialmente reconocido como un
protocolo estándar de la industria para comunicación de los instrumentos de campo inteligentes 4-
20mA, basados en microprocesador. El protocolo Hart permite la superposición de señal de
comunicación digital a las señales analógicas de 4-20mA, sin interferencia, en el mismo cableado.
Host:Es una máquina conectada a una red. Tiene un nombre que la identifica, el hostname. La
máquina puede ser una computadora, un dispositivo de almacenamiento por red, una impresora, etc.
El término host es usado en informática para referirse a las computadoras conectadas a una Red de
computadoras de red, que proveen y utilizan servicios de ella.
Hub: es un equipo de comunicación de datos (DCE) que permite la conexión de tres o más aparatos
en estrella. Los modernos equipos de Ethernet apenas utilizan Hubs sino Switch debido al mayor
rendimiento de red y a los tiempos previsibles de transferencia que estos últimos ofrecen.
Login: En el ámbito de seguridad informática, login o logon (en español ingresar o entrar) es el
proceso mediante el cual se controla el acceso individual a un sistema informático mediante la
identificación del usuario(nombre, contraseña, etc.) utilizando credenciales provistas por el usuario.
169
169 Sistema de Comunicaciones
Mainframe: Un Mainframe es un ordenador de grandes dimensiones pensado principalmente para
el tratamiento de grandísimos volúmenes de datos. Se utiliza más comúnmente para aplicaciones de
Banca, Hacienda y mercado de valores, aerolíneas y tráfico aéreo, así como de centro neurálgico de
grandes empresas con un volumen de facturación elevado. En definitiva, es un ordenador grande, en
todos los sentidos (tanto por su capacidad, como por el volumen que ocupa).
Manufactura: fabricar con medios mecánicos. De modo más general, el consorcio internacional
para la manufactura avanzada lo define como una serie de actividades interrelacionadas que
involucra el diseño y concepción del producto, selección de materiales, planificación, producción,
aseguramiento de la calidad, gestión y marketing de materias y productos.
Método: Modo estructurado y ordenado de obtener un resultado, descubrir la verdad y sistematizar
los conocimientos.
Multicast: define un tipo de transferencia desde un punto a varios puntos simultáneamente (grupo).
NIC: es una tarjeta adaptadora de red, es un dispositivo o componente hardware que conecta el
aparato final directamente con la red. Puede ser una tarjeta de inserción para el sistema de bus de
aparato final.
OSI: describe estándares internacionales con los que funcionan los sistemas abiertos y definen las
reglas para implementar esas normas. Por sistemas abiertos se entiende el conjunto de hardware de
red y software de red y de sistemas para un grupo de aparatos conectados que permiten un
intercambio de información sin restricciones entre dichos aparatos, basándose en acuerdos comunes
de protocolos e interfaces independientemente del tipo de construcción y equipamiento de los
aparatos.
OPC:es un "protocolo" de comunicaciones abierto que permite la comunicación entre aplicaciones
informáticas y que permite la interoperabilidad entre diferentes fabricantes de software y hardware.
El OPC Server es quién lleva los datos de un punto a otro para que todas las aplicaciones los puedan
aprovechar de manera estándar.
Paquete: un paquete de datos es una secuencia de caracteres definida en el marco de una red de
datos que funciona como una unidad de las redes de transmisión de paquetes de datos. A demás de
los datos principales, los paquetes de datos contienen otra información de control indicando el
receptor, la secuencia de envió, el control de flujo y corrección de errores en todos los niveles de los
protocolos. Un paquete de datos puede tener una longitud determinada o variable aunque está
definido un límite máximo. Si el paquete de datos contiene la dirección completa de destino se
denomina datagrama. Al contrario, en una conexión virtual solo el primer paquete de datos contiene
la dirección completa, mientras que en los siguientes consta una referencia a la conexión.
Protocolo: un protocolo de transmisión de datos establece las reglas para el intercambio de
información en forma de un conjunto de reglas. Este contiene todos los formatos parámetros y
propiedades para una transmisión eficiente y libre de fallos. Los protocolos contienen convenciones
referidas a formatos de datos, intervalos de tiempo y manejo de errores para el intercambio de
información entre ordenadores. Un protocolo es una convención sobre el establecimiento de
conexión, la supervisión de conexión y su interrupción. Durante una conexión de datos
170
170 Sistema de Comunicaciones
intervienendistintos protocolos. Es posible asignar protocolos a cada capa del modelo de referencia.
Existen protocolos de transporte para las cuatro capas inferiores del modelo de referencia y los
protocolos para la gestión y disposición de datos y su utilización.
Sistema de comunicación:Componentes o subsistemas que permiten la transferencia / intercambio
de información.
Producir: proceso concreto de creación o transformación de materias primas para obtener un
producto con características diferentes a las de las materias primas de las que se origina.
Producción: suma de los productos del suelo o de la industria.
Tap: Dispositivo de derivación para instalar físicamente un nodo al bus de la red ControlNet.
Topología: por topología física se entiende la configuración de los nodos y las conexiones de una
red.
171
171 Sistema de Comunicaciones
Bibliografía
[1] Sistemas industriales distribuidos: una filosofía de automatización
APUNTES TEORÍA
3° ITT-SE. Universidad de valencia. Dpto. ingeniería electrónica
Autor: Alfredo rosado muñoz.
[2] Diseño e implantación de un sistema SCADA para una planta de producción y
envasado de líquidos.
Tesis
Autor: Manuel Redondo Sol.
[3] Sistemas De Control Distribuido
Monografía sobre Sistemas de Control Distribuido Año 2005 Juan Pablo Ferrari.
[4] Implantación de un control distribuido en el proceso de fabricación de cartón
monitoreado y controlado mediante una interface hombre- máquina (HMI)
TESINA DE TITULACIÓN
Alumnos
LAGUNA BRICEÑO MARCO ANTONIO
PÉREZ JIMÉNEZ HUGO ALBERTO
PINEDA NÁPOLES CESAR DAVID.
[5] Publicación: MONITORIZACION Y CONTROL DISTRIBUIDO A TRAV ES DE
INTERNET. APLICACION A UNA PLANTA PILOTO.
Autores: C. Ramos, J.M. Herrero, M. Martínez, J. Sanchis.
[6] ESTUDIO DE APLICACIÓN DE LOS ESTÁNDARES DEVICENET Y
CONTROLNET DE COMUNICACIONES INDUSTRIALES COMO SOLUCIÓN DE
RED DE CAMPO Y PROCESO EN UNA PLANTA INDUSTRIAL
Juan Maximiliano Muñoz Jorquera Valdivia, 2007
De la universidad austral de chile.
[7 ] REDES DE DATOS Y CONVERGENCIA IP
José Manuel Huidobro Roya y Ramos Jesús Millán Tejedor
Edit. Alfa omega.
[8] Publicación: MONITORIZACION Y CONTROL DISTRIBUIDO A TRAVES DE
INTERNET. APLICACION A UNA PLANTA PILOTO. Autores: C. RAMOS, J.M.
HERRERO, M. MART´
INEZ, J. SANCHIS.
[9] Curso de especificación y selección de sistemas de control distribuido, publicado por la
Sociedad de instrumentistas de América (ISA), Sección México.
[10] Autómatas programables. Entornos y aplicaciones. Autores: Enrique Mandado, Jorge
Marcos, Serafín Pérez, Celso Fernández e Ignacio Arnesto.
172
172 Sistema de Comunicaciones
[11] DeltaV
[12] Freelance de ABB, publicación 3BDD 010 023 EN B 10.2006
[13] PlantPax de Allen-Bradley, Rockwell-Automation.com
[14]Rockwell Automation Publicación 1756-TD002E-EN-E - April 2012
[15] Publication 1769-TD006A-EN-P - January 2010
[16]Publication 1794-IN092E-EN-P - November 2009
[17] Título: Comunicaciones digitales. Autor: Ing. Rubén O. Kustra. Editorial Hispano
Americana S.A.
[18] Rockwell Automation, Publicación ENET-SO001A-ES-P – Noviembre de 2000
[19] Tesis sobre ―Criterios para la selección y diseño de un sistema de control distribuido
(SCD)‖, Autor: Jorge Benítez Hernández, 2008.
[20] Publicación PFLEX-SG002D-ES-P – Octubre de 2011
Diccionario enciclopédico universal, Edición 1999 Cultural S.A. Madrid, España
Publication 1769-TD007A-EN-P - January 2010
Publication 1769-TD007A-EN-P - January 2010
Publication 1769-TD008A-EN-P - January 2010
Publication 1768-IN004D-EN-P - December 2009
Publication 1794-IN069D-EN-P - June 2004 Rockwell Automation
Publication 1794-IN101B-EN-P - June 2004
Publication 1794-IN106B-EN-P - December 2005
Publication 1794-IN083B-EN-P - November 2004
Publicación 1794-2.1ES-Junio de 1996
Publicación 1794-SG002C-EN-P — Octubre 2007
Publicación 1756-UM001E-ES-P - Agosto 2002
[21] Principio y Practicas de control Automático de procesos, Carlos A. Smith y Armando
B. Corripio, Editorial Well
Top Related