UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA ESCUELA DE POSGRADOS SOGAMOSOESPECIALIZACION EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

OBJETIVOS DEL PROYECTO OBJETIVO GENERAL

Realizar el diseo de una red industrial Profibus que permita incluir los sistemas integrados de manufactura para optimizar los procesos de aprendizaje.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Realizar las especificaciones para la instrumentacin que contendr los sim.

Realizar la especificacin de la central de control, un PLC marca BOSCH.

Diseo de un manual con las caractersticas de la red industrial PROFIBUS en la incluya los detalles de la instrumentacin, plc y red industrial.

Realizar una gua de trabajo segn estndares del SENA para prcticas con la red PROFIBUS.

METODOLOGA DEL DESARROLLO DE AVANCES

1. Estudio del estado del arte sobre los tipos de redes industriales, ms especficamente Profibus y de controladores lgicos programables marca bosh e implementaciones en SIM.

2. Estudio para la especificacin de la instrumentacin que tendrn las sim.

3. Estudio de la red Profibus para el Diseo de la red industrial.

4. Correccin de errores y detalles finales.

5. Elaboracin de documento.

6. Entrega de resultados.

ESTUDIO DEL ESTADO DEL ARTE

RED PROFIBUS DPProfibus es un estndar de comunicacin para bus de campo, deriva de las palabras PROcess Field BUS, fue un proyecto desarrollado entre los aos 1987-1990 por las empresas alemanas Bosch, Klckner Mller y siemens, y por otras como ABB, AEG, Honeywell, landis & Gyr, Phoenix contact, Rheinmetall, RMP, sauter-cumulus y schleicher. En 1989 la norma alemana DIN 19245 adopto el estndar Profibus, parte 1 y 2 (la parte 3, Profibus-DP no fue definida hasta 1993). Profibus fue confirmada como norma europea en 1996 como EN50170.INTERFASES DE PROFIBUS:Profibus tiene, conforme al estndar, cinco diferentes tecnologas de transmisin, que son identificadas como la:

RS-485 utilizando un par de cobre trenzado apantallado, y permite velocidades entre 9.6kbps y 12Mbps, hasta 32 estaciones, o ms si se utilizan repetidores. MBP Manchester coding y Bus Powered, es transmisin sincrnica con una velocidad fija de 31.25 kbps. RS-485 IS esta versin IS son intrnsecamente seguras, utilizadas en zonas peligrosas (explosivas). MBP IS esta versin IS son intrnsecamente seguras, utilizadas en zonas peligrosas (explosivas). FIBRA OPTICA incluye versiones de fibra de vidrio multimodo y monomodo, fibra plstica y fibra HCS.

CONTROL DE LAS COMUNICACIONES:Desde el punto de vista del control de las comunicaciones, el protocolo Profibus es maestro esclavo, pero permite:Aplicaciones mono maestro con un solo maestro activo en el bus, usualmente un PLC, los dems dispositivos son esclavos. Este esquema es el que permite los ciclos de lectura mas cortos.Aplicaciones multi maestro: permite mas de un maestro. Puede ser aplicaciones de sistemas independientes.CLASE DE MAESTRO:Maestro DP clase 1, si existe solo un maestro en la red, se cataloga a este como maestro clase 1 o DPM1. DP Master Class 1 es un controlador central que intercambia informacin connsus esclavos en forma cclica. Tpicamente un PLC.

Si existen varios maestros en una red, por ejemplo un PLC y un PC para configuracin de dispositivos, el acceso al bus se realiza por medio de un procedimiento llamado TOKEN PASSING. En el cual cada maestro toma el control de la comunicacin en un espacio de tiempo definido como token.

LOS NIVELES FUNCIONALES: Profibus DP es la versin mas extendida, esta actualmente disponible en tres versiones:DP-V0 Provee las funcionalidades bsicas incluyendo transferencia cclica de datos, diagnostico de estaciones, modulos y canales, y soporte de interrupciones.DP-V1 Agrega comunicacin aciclica de datos, orientada a transferencia de parmetros, operacin y visualizacin.DP-V2 Permite comunicaciones entre esclavos. Esta orientada a tecnologas de drives, permitiendo alta velocidad para sincronizacin entre ejes en aplicaciones complejas.TECNOLOGIA DE COMUNICACIN:

La tecnologa de comunicacin para PROFIBUS DP se realiza de acuerdo con el estndar EIA RS485, este utiliza un cable apantallado con dos hilos de cobre. En ambientes donde existan altos niveles de interferencia se utiliza la fibra ptica.TRANSMISION DE DATOS:La transmisin de datos se realiza BYTE a BYTE, la interface RS-485 introduce un bit de start, un bit de stop y un bit de paridad por cada byte de informacin, esto significa que cada byte de informacin comprende 8 bits y se transmiten 11 bits atraves del cable, asi las tramas tienen un alto nivel de proteccin contra errores de transmisin.

LONGITUD DEL SEGMENTO La rata de transmisin debe tener la misma configuracin en todos los segmentos de la red Profibus.

TOPOLOGIA DE RED:Una red PROFIBUS puede contener varios segmentos, cada segmento esta compuesto por 32 dispositivos, dichos segmentos se conectan entre si por REPETIDORES, estos repetidores amplifican la seal de datos, la longitud mxima de una red PROFIBUS puede llagar hasta los 4 km a una rata de 500 kbit/s usando hasta un mximo de 9 repetidores en serie para amplificar la seal.

En PROFIBUS cada dispositivo de la red sea maestro o esclavo posee una direccin de dispositivo, los repetidores y acopladores no la requieren, en total se puede direccionar hasta 126 dispositivos a lo largo de todos los segmentos, las direcciones van desde 0 hasta 125.

TERMINADORES DE RED:En el cableado de Profibus DP cada segmento de la red debe tener un terminador al inicio y al final del bus los cuales se encuentran polarizados con un voltaje, estos terminadores pueden ser activados en los conectores de los dispositivos por medio de un switch, algunas marcas distinguen los terminadores con un color amarillo.MODELO EPA PROFIBUS:La arquitectura del protocolo PROFIBUS se basa en el modelo OSI y mas especficamente en el modelo EPA, combina tareas orientadas a redes y tareas orientadas a aplicacin.

PLC`S BOSCH:Los potentes sistemas de Bosch Rexroth PLC establecen nuevos estndares para la automatizacin abierta con un diseo de control, programacin y comunicacin constante, se puede realizar cualquier tarea con rapidez y de forma rentable.PLC de marca Rexroth Bosch CL200 32E/16A(S)

Cuenta con espacios para 7 Mdulos rack utilizados para el PLC BOSCH

En su configuracin mnima, la unidad bsica consiste en:

modulo Rack GG3 o GG3-K Mdulo de alimentacin NT200 Unidad Central de procesamiento

Las ranuras de mdulo restantes pueden ser utilizados para

Mdulos digitales de entrada / salida Los mdulos analgicos Los mdulos inteligentes (R200, R200P, COM2E) Max. de 1 mdulo de expansin AG/S

Las unidades centrales de procesamiento se dividen segn sus caractersticas en:

1. ZE200Muy eficaz para tareas pequeas de control y de alta velocidad. 2 contadores de alta velocidad de 32 bits 3 entradas de interrupcin Reloj del sistema centralizado Mdulos de funcin para el control secuencial y diagnstico

2. ZE200ASimilar a ZE200, adems cuenta con 4 entradas analgicas 1 salida analgica

3. ZE200MSimilar a ZE200, adems cuenta con Tarjeta De Memoria

4. ZE200AM Cuenta con la gama de funciones de la ZE200A y ZE200M

5. ZE201Similar a ZE200, adems cuenta con Segunda Interfaz serial (puerto COM)

6. ZE200-DPSimilar a ZE200, adems cuenta con bus maestro para COMNET-DP

7. ZE200A-DPCuenta con la gama de funciones de la ZE200-DP y ZE200A

En su configuracin mnima, el CL200 facilita el despliegue rentable y econmico en los compuestos de maquinas ms pequeas, cuando se configura plenamente con todas las opciones disponibles o cuando se implementa como un controlador descentralizada en una red. Puede manejar tareas parciales en las lneas de transferencia.Gracias a su opcin de red y extenso repertorio de comandos, el CL200 tambin es capaz de asumir tareas de controladores de categora de rendimiento medio.

* Las mquinas de embalaje* Tecnologa de transporte* Automatizacin de edificios* Equipo de Embotellado y plantas de estanteras* Tecnologas de calefaccin, de climatizacin, ventilacin y ambientales* Sub apartados de la construccin de la lnea de transferencia* Tecnologas de montaje y manipulacin* Industria alimentaria* Las aplicaciones generales de ingeniera mecnica

Son algunas de las aplicaciones en donde ms se ven involucrados estos PLC`S.

El CL200 es un controlador con sistema potente de diseo modular, con el software de programacin WinSPS 3.1.3. El lenguaje de programacin se basa en la norma DIN 19239.Puede ser programado con los lenguajes IL listado de instrucciones, LD diagrama escalera, FUD diagrama de funciones, SFC diagrama de funciones chart-grafcet

ESPECIFICACIONES PARA LA INSTRUMENTACIN QUE CONTENDR LOS SIM.

La instrumentacin de la estacin BAF se basa en dos cilindros de doble efecto, sensores de proximidad y fines de curso para el ensamblaje de piezas de trabajo con medidas convenientes. El control del proceso se realiza por medio de un PLC BOSCH CL200.

INSTRUMENTACIN DE LAS ESTACIONES

Instrumentacin de la Estacin Trabajo-Ensamble BAF (Bearbeiten)

Figura Estacin BAF Sensor de proximidad BOSCH 0 830 100 365

Cable Length [m]DC operating Voltage [V]DC switching current, max. [A]

312/600.13

Sensor de proximidad BOSCH 0 830 100 380 Cilindro de doble efecto BOSCH 0 822 010 657

Cilindro de doble efecto BOSCH 0 822 330 203

Cilindro de doble efecto BOSCH 0 822 331 204 Interruptor de Posicin D-A73

Instrumentacin de la Estacin PASI

Figura Estacin PASI

Sensor Capacitivo CJ8-18GM-E2 PEPPER & FUCHS

Sensor fotoelctrico OBT200-18GM70-E5 PEPER & FUCHS

Sensor Inductivo NBN8-18GM50-E2 PEPPER & FUCHS

Cilindro de doble efecto BOSCH 0 822 330 201 Fin de Curso AM5161OB53D PANASONIC

Instrumentacin de la Estacin PSV

Figura Estacin PSV Sensor Capacitivo CJ8-18GM-E2 PEPPER & FUCHS Sensor fotoelctrico OBT200-18GM70-E5 PEPER & FUCHS Sensor Inductivo NBN8-18GM50-E2 PEPPER & FUCHS 1 cilindro de doble efecto BOSCH 0 822 330 201 Fin de curso EF83161.3

Instrumentacin de la Estacin TBH

Figura Estacin TBH Sensor Inductivo NCB10-F17-B2 PEPPER & FLUCHS

Cilindro doble efecto BOSCH 0 822 330 202 Sensores de proximidad BOSCH 0 830 100 365

Instrumentacin de la Estacin TBE

Figura Estacin TBE Sensor Capacitivo CJ8-18GM-E2 PEPPER & FUCHS Conexin Ethernet

Instrumentacin de la Estacin LA

Figura Estacin LA Banda elctrica Sensores de fines de curso EF83161.3 Cilindro de doble efecto BOSCH 0 822 330 2032 Sensor de proximidad BOSCH 0 830 100 365

ESPECIFICACIN DE LA CENTRAL DE CONTROL, UN PLC MARCA BOSCH.Para nuestra aplicacin la configuracin del PLC de cada estacin ser la siguiente, teniendo en cuenta que son marca BOSCH CL200 modular: MODULO DE ALIMENTACION NT200

La fuente de alimentacin NT 200 realiza las siguientes funciones: Provisin de voltajes de funcionamiento interno: 5 V para la unidad central de procesamiento 3.4 V memoria voltaje de la batera de respaldo 7,5 V para los mdulos perifricos 12 V ISO 20 mA para interfaz Monitoreo de Baja tensin en la alimentacin 24 V Reduccin de los intermitentes de energa en alimentacin de 24 V Supervisin de alimentacin interna En el caso de un fallo de la fuente de alimentacin de 24 V, el controlador tamponadaLa memoria se alimenta de una batera de reserva. Control de la batera de reserva

MODULO UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO ZE201

Muy eficaz para tareas pequeas de control y de alta velocidad. 2 contadores de alta velocidad de 32 bits 3 entradas de interrupcin Reloj del sistema centralizado Mdulos de funcin para el control secuencial y diagnstico Segunda Interfaz serial (puerto COM)

Cuenta con un Reloj del sistema, contadores de alta velocidad, entradas de interrupcin.Para facilitar el almacenamiento de programas de PLC, las unidades centrales de proceso cuentan con dos reas de memoria interna.

128 kB de RAM interna 128 kB de memoria Flash EPROM

Con instalacin en el mdulo de fuente de alimentacin NT 200 cuenta con una batera de reserva de la memoria, el programa de control puede ser procesada dentro de los 128 kB RAM internos.Cuando se opera sin batera de respaldo, el programa de PLC se procesa desde adentro de la memoria de 128 kB de Flash-EPROM.Tambin es posible el funcionamiento mixto utilizando tanto RAM y memoria Flash-EPROM para almacenamiento de datos. Cuando se trabaja con la memoria RAM o Flash-EPROM, las siguientes capacidades de memoria estn disponibles para almacenar el programa de aplicacin: 12 instrucciones kB ms 16 mdulos de datos kB, OR 18 k instrucciones sin mdulos de datosEstos valores se duplican en funcionamiento mixto.La seleccin de RAM y memoria Flash-EPROM y la definicin defuncionamiento mixto se logra con el uso del programa de utilidad de PLC.

MODULO DE ENTRADAS DIGITALES E 24 V

El E 24 V- mdulos de entradas digitales para el CL200 proporciona 16 o 32 entradas digitales de acuerdo con el tipo 1 de la norma EN 61131-2. Las seales de proceso se elctricamente aislados de los circuitos lgicos internos por optoacopladores. Cada entrada est acoplada con un LED separado que indica el estado de la seal:

Se enciende LED: 1 LED apagado: 0

Imagen de la estructura electrnica de las entradas digitales

MODULO DE SALIDAS DIGITALES A 24 V - /0.5A 32 o 16 WAY

Los mdulos de salidas digitales manejan una corriente nominal de 0,5 A o 2 A.Las seales de salida estn aisladas de las seales de proceso mediante optoacopladores. Cada mdulo de salida se le asigna un diodo emisor de luz para la seal de visualizacin del estado:

LED iluminado: ALTA LED extinguir: LOW

Cuando el ciclo de la fuente POWER ON y OFF, y / o en el caso de un fallo de la unidad central de procesamiento, las salidas digitales se cambi a 0 lgico Estado (LOW = estado seguro).

MODULO DE COMUNICACIN PROFIBUS-DP DP-EA4

El mdulo de comunicacin de bus de perifricos DP-EA4 ofrece la opcin de operar un PLC CL200 como una estacin de esclavo en el bus de campo PROFIBUS-DP.El mdulo se aborda en el bus perifrico del controlador como cualquier mdulo de entrada / salida digital estndar. Una vez que el CL200 se ha encendido (7,5 V bus de perifricos), el mdulo realiza una rutina automtica de arranque y luego espera la inicializacin de la DP-Master. Comunicacin RS485. Comunicacin multipunto cclico.

El mdulo de la estacin de bus de perifricos DP-EA4 proporciona 4 bytes para entradas (desde el punto de vista del Maestro PROFIBUS-DP, estos son los resultados de esclavos), y 4 bytes para salidas (desde el punto de vista del maestro PROFIBUS-DP, estas son las entradas del esclavo).

Especificaciones del modulo de comunicacin PROFIBUS:

MODULOS DE ESTRADAS ANALOGAS E ana

Por las caractersticas de las sim no se requieren entradas anlogas sin embargo se especifican los mdulos RACK de ser necesario a futuro la utilizacin de estos, para realizar mejoras en el sistema:

El mdulo de entrada analgica E ana ofrece:

8 entradas diferenciales aislado de potencial Resolucin de 16 bits a 13 bits linealidad El rango de medicin individualmente seleccionable para todas las entradas Integracin de los valores medidos a travs de mediciones numricas Fallo del sensor y sobre Vigilancia de la zona Medicin de la tensin en 4 rangos de medicin Medicin de corriente en 2 rangos de medicin Medida de temperatura con termopar Correccin de curva caracterstica Compensacin La conversin a grados C Medida de temperatura con termmetro de resistencia Cuatro fuentes de energa estabilizadas en 2,5 mA Correccin de curva caracterstica La conversin a grados C

MODULOS DE SALIDAS ANALOGAS A ana

Por las caractersticas de las sim no se requieren entradas anlogas sin embargo se especifican los mdulos RACK de ser necesario a futuro la utilizacin de estos, para realizar mejoras en el sistema:

El mdulo de salida A ana para los CL 200 ofrece 2 salidas analgicas.El mdulo A ana ofrece:

Resolucin de 16 bits Corriente o del voltaje nominal de salida seleccionable para cada salida Deteccin defectuoso hilos de salida de corriente Cortocircuito potencia tensin nominal prueba Los actuadores estn conectados a travs de terminales push-lock. El mdulo de salida requiere una fuente de alimentacin externa de 24 V.

CONFIGURACION DEL MAESTRO DE LA RED BOSCH

Para esto se utiliza una PCL, En las ltimas dcadas, los controladores lgicos programables se han convertido en uno de la mayora de los dispositivos importantes en la tecnologa de automatizacin. Hoy en da, el tradicional PLC se enfrenta a una tecnologa de control basada en PC en muchas reas.Bosch cumple con los requisitos de esta nueva tendencia con su PCL Software-PLC.

El PCL se instala en una ranura de bus PCI libre de un ordenador personal estndar(PC). Los requisitos del sistema del PC son los siguientes:

Procesador Intel Pentium Pulso de reloj del procesador: min. 200 MHz RAM: min. 32 MBytes; en relacin con MMIMADAP: al menos 64 MByte La capacidad de disco duro disponible antes de la instalacin de WinPanel: min. 15 MBytes; MMIMADAP requiere aprox. 30 MBytes de forma adicional. Sistema operativo Windows NT comenzando con el paquete de la versin 4.0 Service 3 o Windows 95. Se recomienda la aplicacin de Windows NT. Para garantizar la compatibilidad del sistema operativo, se recomienda Windows NT Service Pack 4 o 5.

VISTA DE LA PCL PARA SER INSTALA EN LOS PUESTOS PCI DEL PC

Hay varios sistemas de bus de campo para la conexin de bus de campo integrado.Los buses de campo que permite la PCL o estn disponibles son los siguientes:

PROFIBUS-DP *INTERBUS-S CANopen DeviceNet

A la entrega, los niveles de configuracin de cada PCL son idnticos. La configuracinnivel S, L o X se determina con la licencia de tiempo de ejecucin de la PCL.

Programacin y puesta en marcha de la PCL se dividen en tres pasos:

Generacin del programa de control con WinSPS Generacin de la configuracin de E / S con, por ejemplo, WinDP o WinCAN Puesta en marcha de la PCL por parametrizacin y comenzando con WingPanelEstos pasos slo se pueden realizar cuando el PCL y todos los conductores yWingPanel estn instalados.

IMGENES DE DESARROLLO AVANCES DE RED:

Imagen de la PCL (Maestro)

Imagen de la PCL (Maestro)

Imagen del modulo rack de comunicacin PROFIBUS para PLC (esclavo)

Imagen del plc CL 200 Con mdulos RACK

Imagen de CD de drivers para configuracin de PLC y PCL.

Imagen de estacin SIM.

Imagen de software WinSPS para programacin de PLC.

Imagen de programacin de PLC con LD.

DIMENSIONES DE LA RED PROFIBUS PARA DAR SOPORTE A LAS ESTACIONES SIM

Imagen de las dimensiones de la red.

Imagen de la altura de red para dar conexin a las SIM.

Imagen de dimensiones de las estaciones SIM.

Imagen de la altura de las estaciones SIM.

REFERENCIAS Protocolos y redes wi-fi industriales. Alvarez, Juan Manuel; Mernies, Diego Alejandro; Paz, Juan Ignacio; Sanchez, Facundo Universidad Argentina de la Empresa.

Fieldbus and protocols in industrial networks, Csar Augusto SALAZAR SERNA2 Luis Carlos CORREA ORTIZ3,Universidad de Manizales facultad de ingenieras.

Boschrexroth, Robert Bosch Espaa, S.L.U. Bosch Termotecnia (TT/SEI) Hermanos Garcia Noblejas, 19 28037 Madrid .