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CAPTULO XI CRITERIOS PARA LA SELECCIN DE LAS REDES DE CAMPO DEVICENET Y CONTROLNET

11.1 Introduccin Como se estudi en el captulo II, existen diferentes alternativas de redes de campo entre los cuales se debe determinarse cul elegir. Entre stos se encuentran las redes de campo DeviceNet y ControlNet. En el presente captulo se plantean una serie de criterios orientados a la eleccin de una red de campo para luego centrarse en los aspectos particulares que determinaran la eleccin de una red DeviceNet y ControlNet. 11.2 Posicionamiento de la red y los criterios de seleccin La seleccin de la red (o de las redes) para una aplicacin depende de varios factores. En la figura 11.1 se muestra una carta de posicionamiento de distintas redes industriales.

Figura 11.1 Posicionamiento de redes de automatizacin industrial.

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De acuerdo con la carta de posicionamiento de redes industriales ilustrada en la figura anterior, se pueden desprender varios aspectos que se deben tomar en cuenta al momento de elegir una determinada red. Entre tales aspectos se pueden observar, por ejemplo, el nivel de automatizacin y el costo.

11.3 Criterios de seleccin de una red industrial Debido a la diversidad de caractersticas que se asocian a una red, la eleccin de una determinada red de campo puede resultar compleja. Sin embargo, pueden agruparse las principales caractersticas comunes a cada red y determinar 3 criterios principales a considerar para su eleccin. stos son: Capacidad de la red para dar solucin a la aplicacin. Eficiencia con la cual la red entrega la solucin, y Proyeccin tcnica y econmica que entrega la red para la aplicacin. En la figura 11.2 se muestra una representacin abstracta de estos tres criterios y la forma en que estn interrelacionados.

Figura 11.2. Principales criterios para la eleccin de una red industrial.

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11.3.1 Capacidad de la red Las capacidades de la red se relacionan con sus caractersticas tcnicas y prestaciones. Caractersticas asociadas con el criterio de capacidad de la red son: Nivel de automatizacin Volumen de dato Tipo de dato Mtodo de acceso al medio Topologa Nmero de nodos Distancia Mtodos de comunicacin Tasa de transmisin Respuesta de tiempo-real garantizada Herramientas de software disponibles

11.3.2 Eficiencia de la red La eficiencia de la red se relaciona con la minimizacin de los costos, tanto econmicos, de tiempo y tcnicos, asociados con la solucin. Caractersticas relacionadas con el criterio de eficiencia de la red son: Reduccin del tiempo y del diseo de la ingeniera del proyecto. Reduccin y simplificacin del cableado de la red. Reduccin de la puesta en marcha del proyecto. Eficiencia en la comunicacin de la red. Costos de los dispositivos.

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11.3.3 Proyeccin de la red La proyeccin tcnica y econmica de la red se refiere a las posibilidades de ampliacin y actualizacin que la red entrega a una determinada aplicacin, lo cual se traduce en un ahorro de costos futuro. Caractersticas asociadas con el criterio de proyeccin tcnica y econmica de la red son: Interoperabilidad Integracin niveles CIM Ampliacin de la red Actualizacin y Grado de Obsolescencia Servicios de Post-Venta

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11.4 Criterios para la seleccin de la red DeviceNet Para determinar los criterios de seleccin para la red DeviceNet, se pueden plantear dos preguntas a responder: 1. Para qu tipo de aplicaciones es recomendable DeviceNet? 2. Cmo responde DeviceNet a los 3 criterios generales de seleccin de una red?

11.4.1 Para qu tipo de aplicaciones es recomendable DeviceNet? La red de campo DeviceNet ha sido diseado como una red del nivel de dispositivos dentro de una arquitectura de integracin industrial. Por ello, la red DeviceNet es recomendable en las siguientes aplicaciones: Conexin de dispositivos de bajo nivel (sensores y actuadores con comunicacin DeviceNet) directamente a los controladores de planta, sin interfazarlos a travs de mdulos I/O. En una red de Drives. Aplicaciones en que los nodos no estn muy separados. Cuando se requiere informacin de diagnstico avanzada para mejorar la recoleccin de datos y la deteccin de fallas.

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11.4.2 Cmo responde DeviceNet a los 3 criterios generales de seleccin de una red? a) Capacidad de la red DeviceNet Nivel de automatizacin: Dispositivo; conecta PLC, PC (con tarjeta de comunicacin), sensores con comunicacin DeviceNet, Drives, mdulos I/O para sensores/actuadores estndar. Recomendado especialmente para redes de Drives debido a baja perturbacin por ruido debido a la caracterstica elctrica de transmisin en voltajes invertidos. Volumen de dato: 8 bytes por trama Tipo de dato: Mensajera de entrada/salida (implcita) y Mensajera Explcita Mtodo de acceso al medio: CSMA/NBA, ofrece aleatoriedad de acceso con prioridad mediante arbitraje en caso de conflicto por el medio. Topologa: Lnea troncal con derivaciones. Nmero de nodos: 64. Distancia: hasta 500m la lnea troncal y hasta 6m las derivaciones. Mecanismos de comunicacin: Bit-Strobe, Poll, Cambio de Estado y Cclico. Tasa de transmisin: 125, 250 y 500kbps. Respuesta de tiempo real: 5 15 ms. Herramientas de software disponibles: para plataforma de control y configuracin de la red. b) Eficiencia de la red DeviceNet Reduccin del tiempo y del diseo de la ingeniera del proyecto: Alta. Reduccin y simplificacin del cableado de la red: Alta. Reduccin de la puesta en marcha del proyecto: Alta. Eficiencia en la comunicacin de la red: Alta, por la eleccin de los mecanismos de comunicacin apropiados. Costo de los dispositivos: Elevado.

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c) Proyeccin de la red DeviceNet Interoperabilidad: estndar abierto, certificacin ODVA. Integracin niveles CIM: arquitectura NetLinx de ODVA y Rockwell-Automation con las redes ControlNet y EtherNet/IP. Ampliacin de la red: hasta 64 nodos; pueden distribuirse redes DeviceNet que pueden comunicarse a travs de ControlNet o EtherNet/IP como backbone (ver seccin 7.16). Actualizacin y Grado de Obsolescencia: DeviceNet es estandarizado en el ao 2000. DeviceNet se sigue desarrollando a travs de los SIGS. Dispositivos que cumplen con el test de ODVA garantizan interoperabilidad DeviceNet con desarrollos futuros DeviceNet. A travs del protocolo CIP en las capas superiores, DeviceNet podr tener comunicacin con futuras redes que lo implementen tambin. Servicios de Venta y Post-Venta: En los Estados Unidos se han vendido cerca de 500.000 nodos DeviceNet (para el ao 2003, segn la propia Rockwell-Automation), con lo cual, en ese pas se ofrece un servicio de venta y post-venta que entrega entre otros servicios capacitacin de personal, mantenimiento y consultoras de proyectos. En el caso de Chile, si bien se dan estos servicios, existe slo un distribuidor autorizado de equipamiento Rockwell-Automation y pocas empresas para el desarrollo de proyectos con redes DeviceNet. Esto resulta una importante desventaja en los siguientes dos aspectos: o Elevado costo de la solucin. o Pobre servicio de post-venta (en relacin al dado en Estados Unidos)

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11.5 Criterios para la seleccin de la red ControlNet Para determinar los criterios de seleccin para la red ControlNet, se pueden plantear dos preguntas a responder: 1. Para qu tipo de aplicaciones es recomendable ControlNet? 2. Cmo responde ControlNet a los 3 criterios generales de seleccin de una red?

11.5.1 Para qu tipo de aplicaciones es recomendable ControlNet? El bus de campo ControlNet ha sido diseado como una red del nivel de control dentro de una arquitectura de integracin industrial. Por ello, la red ControlNet es recomendable en las siguientes aplicaciones: Transferencia de alta velocidad de datos de tiempo crtico entre controladores y dispositivos de entrada/salida. Entrega de datos determinstica y repetible. Requerimientos de medio redundante. Requerimientos de seguridad intrnseca. Como backbone (columna) para mltiples redes DeviceNet distribuidas.

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11.5.2 Cmo responde ControlNet a los 3 criterios generales de seleccin de una red? a) Capacidad de la red ControlNet Nivel de automatizacin: Control; conecta PLC, PC (con tarjeta de comunicacin), mdulos I/O para sensores/actuadores estndar. Recomendado especialmente para la adquisicin y control de datos I/O de tiempo crtico, adems de la comunicacin peer-topeer (entre controladores). Volumen de dato: 510 bytes por trama Tipo de dato: Mensajera de entrada/salida y Mensajera Explcita Mtodo de acceso al medio: CTDMA, ofrece un acceso determinstico y repetitivo. No hay conflicto por acceso al medio. Topologa: Lnea troncal, rbol, estrella, anillo y topologas mixtas. Nmero de nodos: 48 por segmentos de 248m; total de nodos mximos: 99. Distancia: desde 248 con 48 taps, y hasta 20km con uso de repetidores. Mtodos de comunicacin: Scheduled y Unscheduled. Tasa de transmisin: 5Mbps. Respuesta de tiempo real: 2ms 100ms (depende del retardo de propagacin) Herramientas de software disponibles: para plataforma de control y configuracin de la red. b) Eficiencia de la red ControlNet Reduccin del tiempo y del diseo de la ingeniera del proyecto: Alta. Reduccin y simplificacin del cableado de la red: Alta. Reduccin de la puesta en marcha del proyecto: Alta. Eficiencia en la comunicacin de la red: Alta, por la eleccin de los mecanismos de comunicacin apropiados. Costo de los dispositivos: Elevado.

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c) Proyeccin de la red ControlNet Interoperabilidad: estndar abierto, certificacin ODVA y ControlNet Internacional. Integracin niveles CIM: arquitectura NetLinx de ODVA y Rockwell-Automation con las redes DeviceNet y EtherNet/IP. Ampliacin de la red: hasta 99 nodos; pueden distribuirse redes ControlNet que pueden comunicarse a travs de la red EtherNet/IP como backbone. Actualizacin y Grado de Obsolescencia: ControlNet es estandarizado en el ao 2000. ControlNet se sigue desarrollando a travs de los SIGS. Dispositivos que cumplen con el test de ODVA y ControlNet Internacional garantizan interoperabilidad de dispositivos de diferentes fabricantes y con futuros desarrollos o mejoras de la red. A travs del protocolo CIP en las capas superiores, ControlNet podr tener comunicacin con futuras redes que lo implementen tambin. Servicios de Venta y Post-Venta: En los Estados Unidos se han vendido cerca de 900.000 nodos ControlNet (para el ao 2005, segn la propia Rockwell-Automation), con lo cual, en ese pas se ofrece un servicio de venta y post-venta que entrega entre otros servicios capacitacin de personal, mantenimiento y consultoras de proyectos. En el caso de Chile, aunque se entregan estos servicios, existe slo un distribuidor autorizado de equipamiento Rockwell-Automation y pocas empresas para el desarrollo de proyectos con redes ControlNet. Esto resulta una importante desventaja en los siguientes dos aspectos: o Elevado costo de la solucin. o Pobre servicio de post-venta (en relacin al dado en Estados Unidos).

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CAPTULO XII CONSIDERACIONES DE DISEO PARA REDES DEVICENET

12.1 Introduccin En un proyecto de diseo de red DeviceNet se deben tomar en cuenta diversos factores que confluyen en el funcionamiento esperado de la red y que da solucin a una determinada aplicacin. En el presente captulo se plantean una serie de etapas en las cuales dividir el diseo de un proyecto con el bus de campo DeviceNet. A travs de stas se propone una discusin en cuanto a los factores a tomar en cuenta para el correcto diseo, configuracin y puesta en marcha de una red DeviceNet como solucin para aplicaciones industriales.

12.2 Etapas de un proyecto de red DeviceNet Una vez que se ha seleccionado la red DeviceNet para dar solucin a una determinada aplicacin industrial, se presentan los problemas propios al diseo de la red. Por ello, el conocer las capacidades que ofrece la tecnologa DeviceNet permite visualizar primero un acercamiento a la solucin posible (Ingeniera Conceptual y Bsica) para luego especificar los detalles y corregir las interpretaciones preliminares errneas para la solucin final (Ingeniera de Detalles). Dado que el diseo de una red DeviceNet involucra muchos factores, resulta conveniente dividirlo en una serie de etapas interrelacionadas, con sus propios aspectos a considerar. De esta forma, puede dividirse el diseo de una red DeviceNet en las siguientes 9 etapas, las cuales se representan en la figura 12.1.

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Figura 12.1. Etapas proyecto de diseo de red DeviceNet.

De acuerdo con la figura 12.1, un proyecto de diseo de una red DeviceNet puede dividirse en 9 etapas. stas se interrelacionan debido a que algunas decisiones pasan por la etapa anterior, lo cual condiciona hasta cierto punto la solucin proyectada. En lo que sigue del captulo, se desglosa cada etapa con los factores a considerar dentro de ella.

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12.3 Seleccin de la arquitectura de control Para dar solucin a los requerimientos de una determinada aplicacin, se debe determinar la arquitectura de control que se ha de utilizar. DeviceNet soporta las siguientes arquitecturas de control: Control Centralizado Control Distribuido En el control centralizado, las funciones de control lgico son concentradas en un nico controlador de la red, ya sea un PLC o un PC (con tarjeta de comunicacin). Por otra parte, en el control distribuido, las funciones de control lgico son distribuidas en mltiples controladores conectados a la red, ya sean PLC o PC (con tarjetas de comunicacin). En el control distribuido, los nodos deben ser asignados a su controlador especfico. En la figura 12.2 se representan las arquitecturas de control posibles para DeviceNet.

Figura 12.2. Arquitecturas de Control para DeviceNet: (a) Control Centralizado; (b) Control Distribuido.

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12.4 Seleccin de la estrategia de comunicacin Esto se refiere a seleccionar cuidadosamente qu mecanismo de comunicacin de los soportados por DeviceNet se utilizar. Los mecanismos de comunicacin que soporta DeviceNet son: Bit-Strobe, Poll, Cambio de Estado, y Cclico. Estos mecanismos son llamados de mensajera implcita. Por otra parte, puede recurrierse al mecanismo de mensajera explcita para aplicaciones particulares (ver seccin 14.5). 12.4.1 Mtodos de comunicacin Bit-Strobe y Poll Las entradas y salidas son actualizadas a la misma tasa. Sencilla de configurar. Generalmente utiliza en forma menos eficiente el ancho de banda de la red que otras opciones. Baja cabecera por actualizacin, pero las actualizaciones son generalmente realizadas ms frecuentemente para detectar cambios en las entradas.

12.4.2 Mtodo de comunicacin Cclica Las entradas y salidas son actualizadas independientemente a una tasa configurada por el usuario. Puede utilizar eficientemente el ancho de banda de la red por medio de reducir la tasa de actualizacin de las entradas y salidas de cada estacin a su mnima ideal. Requiere ms trabajo de configuracin pero puede proveer un mejor rendimiento del sistema cuando la tasa de actualizacin mnima requerida individual de los dispositivos de entrada/salida es identificada.

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12.4.3 Mtodo de comunicacin Cambio de Estado (COS) Las entradas y salidas son actualizadas en forma independiente a una tasa mnima predefinida, y tambin cuando los datos de entrada/salida cambian. Baja cabecera y sensible a los cambio de las entradas/salidas. Requiere conocer el sistema que est siendo controlado para determinar el impacto que los mensajes de cambio de estado tendrn en el ancho de banda de la red.

12.5 Seleccin de los dispositivos La clase de dispositivos a utilizar depender de la aplicacin en la cual se van a utilizar. Por ejemplo, los sensores de proximidad inductivos, los drives o el Scanner. Sin embargo, al seleccionar la marca y el modelo de dispositivo, se deben considerar que stos puedan cumplir con los requerimientos que les impone la red. De aqu que se pueden plantear 3 factores comunes a todos los dispositivos, independientemente de la clase, que deberan cumplir para asegurar un funcionamiento ptimo de la red. Estos son: 1) Que los dispositivos soporten la tasa de transmisin proyectada de la red. 2) Que los dispositivos soporten los mecanismos de comunicacin. 3) Que los dispositivos hayan aprobado el test de conformidad de ODVA. Respecto al primer factor, la red DeviceNet soporta 3 velocidades de transmisin, 125, 250 y 500 kbps. Por tanto, al elegir determinado dispositivo, ste debe tener la capacidad de soportar la velocidad para la red. Por ejemplo, si la red es proyectada con una velocidad de 500kbps, el dispositivo debe poseer esta capacidad.

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Respecto al segundo factor, se debe asegurar que el dispositivo soporta el mecanismo de comunicacin que se le pretende aplicar. Los dispositivos no necesariamente cuentan con todos los mecanismos de comunicacin que soporta DeviceNet. Por ello, si por ejemplo, para una determinada aplicacin un dispositivo se desea configurar con mecanismo de comunicacin Cambio de Estado, se debe verificar que ste la soporta. Respecto al tercer factor, un dispositivo que no haya aprobado el test de conformidad DeviceNet de la ODVA, no entrega garanta de un correcto funcionamiento en la red en las condiciones deseadas (si bien el dispositivo pudiera funcionar correctamente en determinadas condiciones, no hay garanta de ello para todas las condiciones posibles). En cambio, un dispositivo testeado y aprobado por ODVA brinda la garanta de funcionar en cualquier condicin propia de la red DeviceNet para la cual ha sido diseado. Un dispositivo aprobado por ODVA da garanta de las siguientes capacidades: Interoperabilidad: la capacidad de funcionar en una red con dispositivos de diferentes fabricantes Intercambiabilidad: la capacidad de un dispositivo de ser reemplazado por otro que cumple con el mismo perfil definido por ODVA y de fabricante diferente. El no poner atender correctamente estos 3 criterios puede provocar problemas de compatibilidad de los dispositivos en la red.

12.5.1 Seleccin del controlador Uno de los factores determinantes en relacin al Controlador (o Controladores de la red), aparte del costo, est el rendimiento. Para este caso, el rendimiento es entendido como la combinacin de la tasa de actualizacin de las entrada/salida, y su capacidad de control lgico. Por ello, se debe evaluar que el controlador de la red entregue el rendimiento suficiente. Puede

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plantearse que la pregunta a responder es: cunto tiempo se toma el controlador para reaccionar a una entrada y actualizar una salida?.

12.5.2 Seleccin dispositivos servidores y mdulos de entrada/salida La recomendacin para la eleccin de estos dispositivos (sensores, botoneras, drives y mdulos I/O entre otros) es que stos cumplan con un perfil estndar de ODVA (si es posible y/o aplicable) para que stos puedan ser sustituidos por otro dispositivo que tambin cumpla dicho perfil, pero de cualquier fabricante, sin alterar el diseo de la red y reduciendo los tiempos de bajada.

12.5.3 Software de Configuracin En cuanto a la eleccin del software de configuracin de la red DeviceNet, el usuario est limitado al paquete de software recomendado o provisto por el fabricante de los dispositivos de la red. En el caso de las plataformas de control de Rockwell-Automation, el paquete de softwares para la red DeviceNet incluye RSLogix5000, RSNetWorx para DeviceNet y RSLinx, estudiados en la seccin 7.6, los cuales cuentan con la certificacin ODVA. Estos softwares soportan la configuracin de equipos de diferentes marcas adems de los propios de Rockwell-Automation.

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12.6 Diseo del Sistema de Cableado El siguiente paso a seguir en el diseo de un proyecto con la red DeviceNet es el diseo del sistema de cableado. Este tiene como objetivos los siguientes: El control total de la longitud de la lnea troncal. El control total del la longitud acumulada de las lneas de derivacin.

El cumplimiento de estos objetivos es imprescindible, pues tiene una influencia directa en: La mxima tasa de transmisin de la red. Distribucin de la energa sobre la red.

12.6.1 Identificar los componentes del medio fsico de la red Se debe tener la visin global de una red DeviceNet. Por ello en la figura 12.3 se ilustran los componentes del sistema de cableado una red DeviceNet.

Figura 12.3 Topologa Lnea Troncal/Derivaciones de la red DeviceNet.

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12.6.2 Topologa Determinando las necesidades de la aplicacin, se debe comenzar por la topologa bsica de lnea troncal (trunkline), luego se agregan las derivaciones (dropline) necesarias. El nmero mximo de nodos que puede admitir una red DeviceNet es de 64.

12.6.3 Determinar el medio fsico a) Cables a.1) Lnea Troncal Se debe escoger entre los tres medios fsicos disponibles para la construccin de la lnea troncal: o Round Thick: aprovecha la longitud mxima de la red de 500m. o Round Thin: para redes pequeas, ms econmico que Round Thick. o Plano Kwiklink: simplifica el diseo del sistema de cableado y montaje. Los cables Thick y Thin pueden combinarse en la construccin de la lnea troncal. Respetar las longitudes mximas de lnea troncal para cada tipo de cable. Deben tenerse en cuenta las capacidades de corriente de cada tipo de cable, as como sus cadas de voltaje.

a.2) Derivaciones Las derivaciones pueden construirse utilizando medios Round-Thick y Round-Thin. Respetar la longitud mxima de la derivacin de 6 m, para cualquier medio.

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b) Taps Los tipos de Taps a utilizar dependen del tipo de cable. El nmero de Taps depende del nmero de nodos a conectar y de la topologa configurada. Dentro de la gama existente de taps, escoger los tipos requeridos para la aplicacin.

c) Resistencia de trmino La red DeviceNet necesita que sea terminada en los extremos con una resistencia de valor 121 OHM. Se necesitan 2 Resistencias de Trmino, una para cada extremo de la red. El tipo de resistencia depende del cable con el cual se ha construido la lnea troncal.

12.6.4 Determinar la longitud de la red y la tasa de transmisin Debe tenerse en cuenta la longitud mxima permitida de la lnea troncal, la cual puede tener un mximo de 500m en un medio Round-Thick, as como la de las derivaciones que pueden tener una longitud mxima de 6 m en cualquier medio. De la misma forma, se debe tener presente la interdependencia que existe entre la longitud de la red y la tasa de transmisin. En la tabla 12.1 se muestran las longitudes de red admitidas y su respectiva tasa de transmisin.

Tabla 12.1. Tasa de transmisin versus distancia lnea troncal/longitud acumulada de derivaciones.

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a) Clculo de la longitud de la lnea troncal Se distinguen 3 criterios de medir la longitud de la lnea troncal: Longitud de red medida entre las resistencias de trmino. Longitud de red medida entre los dispositivos extremos. Longitud de red medida entre la resistencia de trmino y el dispositivo extremo.

a.1) Longitud de red medida entre las resistencias de trmino Si la distancia entre el ltimo tap de la red y la resistencia de de trmino (TR) es mayor que la distancia de la derivacin que nace desde ese tap, entonces la medida debe hacerse desde la resistencia de trmino. En la figura 12.4 se muestra una ilustracin de este criterio.

Figura 12.4. Clculo de la longitud de la lnea troncal desde las resistencias de trmino.

En este ejemplo, se observa que la distancia entre el ltimo tap y la resistencia de trmino es de 3 m, mientras que la distancia de la derivacin que nace desde este tap es de un 1 m. Por tanto, debido a que la distancia entre el tap y la resistencia de trmino es mayor, la longitud de la red debe ser medida desde TR.

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a.2) Longitud de red medida entre los dispositivos extremos Si la distancia entre el ltimo tap de la red y la resistencia de de trmino (TR) es menor que la distancia de la derivacin que nace desde ese tap, entonces la medida debe hacerse desde el dispositivo. En la figura 12.5 se muestra una ilustracin de este criterio.

Figura 12.5. Clculo de la longitud de la lnea troncal desde los dispositivos extremos. En este ejemplo observa que la distancia entre el ltimo tap y la resistencia de trmino es de 3 m, mientras que la longitud de la derivacin que nace desde este ltimo tap es de 5 m. Por lo tanto, la longitud de la red debe ser medida desde el dispositivo.

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a.3) Longitud de red medida entre la resistencia de trmino y el dispositivo extremo Esta situacin corresponde a una combinacin de las dos anteriores. En la figura 12.6 se ilustra este criterio.

Figura 12.6. Longitud de red medida entre la resistencia de trmino y el dispositivo extremo.

En este ejemplo, en un extremo de la red, la distancia entre el ltimo tap y la resistencia de trmino es de 3 m, y la distancia de la derivacin que nace desde ese tap es de 2 m, por lo tanto la medida se realiza desde TR. En el otro extremo, la distancia entre el ltimo tap y la resistencia de trmino es de 3 m, mientras que la distancia de la derivacin que nace desde ese tap es de 5 m. Por lo tanto, la medida se realiza desde el dispositivo.

b) Clculo de la longitud acumulada de las derivaciones La longitud acumulada de las derivaciones se refiere a la suma total de las longitudes de todas las lneas de derivacin del sistema de cableado de la red. La suma no puede exceder la mxima longitud acumulada permitida por la tasa de transmisin utilizada.

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La tabla 12.2 muestra las longitudes cumuladas mximas permitidas para cada tasa de transmisin.

Tabla 12.2. Longitudes acumuladas de derivaciones normalizadas. A travs del siguiente ejemplo, ilustrado en la figura 12.7, se explica la forma en que se debe calcular la longitud acumulada de derivaciones.

Figura 12.7. Ejemplo de clculo de la longitud acumulada de las derivaciones de una red.

En la figura 12.7 se muestra una red construida con medios Round (Thick o Thin). Como se observa, la red tiene 4 taps tipo T, desde donde nacen las 4 derivaciones que posee. Adems, tiene 2 taps tipo Deviceport, uno de 4 puertos y otro de 8 puertos. Los tap Deviceport conectan 13 dispositivos a la lnea troncal.

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La suma total de las derivaciones es de 42 m. Adems, ningn nodo est conectado a una distancia mayor a 6 m desde la lnea troncal. Con esto se pueden utilizar velocidades de 250 kbit/s o 125 kbit/s (dependiendo de la longitud que tenga finalmente la lnea troncal y el medio Round utilizado, Thick o Thin, tal como se muestra en la tabla 12.2). La tasa de transmisin de 500 kbit/s no puede ser utilizada en este ejemplo debido a que su longitud acumulada de las lneas de derivacin de 42 m, supera a los 39 m, que es el lmite permitido para trabajar a esta tasa de transmisin.

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12.7 Diseo del sistema de energizacin La red DeviceNet entrega la energa a los dispositivos a travs del mismo cable medio. Esto implica que se deben seguir las pautas de diseo que se entregan en la especificacin DeviceNet.

12.7.1 Objetivos del diseo del sistema de energizacin Suministrar a cada nodo un rango de voltaje entre los conductores V- y V+ desde 11V como mnimo hasta 25V como mximo. Limitar la cada de voltaje de modo comn sobre los conductores V- y V+. o La diferencia de voltaje entre cualquiera de dos puntos sobre el conductor V- no debe exceder al mximo voltaje de modo comn de 4,65V. Suministrar la corriente apropiada para la red.

12.7.2 Consideraciones de diseo En la figura 12.8 se muestra un esquema elemental de la conexin de una fuente de energa a una red DeviceNet de medio Round (Thick o Thin).

Figura 12.8. Esquema elemental de la conexin de una fuente de energa para la red DeviceNet.

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La fuente de poder debe ser conectada en un extremo de la red o bien, en un lugar cercano al centro fsico del sistema de cableado. En la figura 12.9 se ilustran estas dos situaciones para la conexin de la fuente de poder.

Figura 12.9. Conexin de una fuente de poder a la red DeviceNet: (a) en un extremo de la red; (b) en el centro fsico de la red. (c) Esquema de conexin de los conductores V+ y V- con la fuente de poder.

El sistema de energizacin DeviceNet admite el uso de fuentes redundantes. Cuando se utilizan fuentes redundantes, el conductor V+ debe estar cortado entre las fuentes. En la figura 12.10 se ilustra la situacin en que se conectan dos fuentes de poder con V+ cortado entre las fuentes.

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Figura 12.10. Conexin de fuentes de poder redundantes. (a) Conexin de una fuente de poder en un extremo de la red y una segunda en el centro fsico de la red. (b) Diagrama esquemtico que muestra el corte de V+ que debe existir entre las dos fuentes. Se admite una excepcin de la pauta anterior, que es cuando se conectan dos fuentes en paralelo, una en cada extremo de la lnea troncal. Esta situacin se representa en la figura 12.11.

Figura 12.11. Representacin de una red Devicenet con dos fuentes de poder conectadas en los extremos sin V+ cortado entre s. (a) representacin general; (b) esquema de cableado.

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12.7.3 Consideraciones sobre la conduccin de corriente del medio Aunque los tipos de cable que conforman el medio de la red DeviceNet, tienen cada uno su limitacin de conduccin de corriente, el sistema de cableado puede soportar una carga mayor. Esta caracterstica debe tenerse presente para el diseo del sistema de energizacin. Los cables tipo Round-Thick y Plano-Kwiklink de Clase 1, son los que tienen la mayor capacidad de conduccin, soportando ambos hasta 8A. Sin embargo, el sistema de cableado construido con alguno de estos dos medios puede soportar una carga total mayor a los 8A. Por ejemplo, se puede conectar una fuente de energa de 16A en algn lugar del centro fsico de la lnea troncal del sistema de cableado, dividindola en dos secciones. De esta forma, la fuente de energa suministra 8A para cada seccin de la lnea troncal. Sin embargo, en ningn caso, debera suministrarse ms de 8A a uno de los lados de la lnea troncal. Las lneas de derivacin (droplines), las cuales son construidas con medios Round-Thick o Round-Thin, permiten hasta 3A, dependiendo de su longitud. La corriente mxima disminuye a medida que aumenta la longitud de la red. Para determinar la corriente mxima de la lnea de derivacin, se utiliza la siguiente ecuacin: ID=4,57/L (A) [12.1]

En donde ID es la corriente de la lnea de derivacin en amperes, y L es la longitud de la derivacin en metros. Tambin puede utilizarse los valores normalizados que se muestran en la tabla 12.3.

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Tabla 12.3. Valores normalizados de longitud de lnea de derivacin versus corriente permitida. La mxima corriente permitida se aplica a la suma de las corrientes de todos los nodos sobre la lnea de derivacin.

12.7.4 Determinar los requerimientos de energa El objetivo de la determinacin de los requerimientos de energa de la red, es que el sistema de energizacin sea capaz de entregarlos. Por ello, se establecen las siguientes dos estrategias para cumplir con tal objetivo: Ubicacin de la fuente de poder en la red. Uso de fuentes redundantes.

a) Ubicacin de la fuente de poder Una fuente de poder puede ser ubicada en un extremo o en el medio fsico de del sistema de cableado. La ubicacin final, depender del resultado de la determinacin de los requerimientos de energa de la red.

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b) Uso de fuentes redundantes El uso de fuentes redundantes le otorga flexibilidad al sistema de energizacin.

12.7.5 Mtodos para la determinacin de los requerimientos de energa Existen 3 mtodos para determinar los requerimientos de energa de la red, los cuales son: Mtodo simple Mtodo Look-up Mtodo de clculo total

a) Mtodo Simple El mtodo simple es utilizado cuando la extensin de la red es pequea. Este mtodo sirve como una aproximacin para determinar la fuente, o fuentes de poder necesarias. Este mtodo consiste en: Sumar los requerimientos de corriente nominal de todos los dispositivos que consumen potencia de la red. Con ello se obtiene la corriente nominal total del sistema ITN. Agregar un 10% adicional a ITN para permitir sobrecargas de corriente. Con ello se obtiene la corriente total IT del sistema (IT = ITN + 0, 1ITN) Asegurarse de que IT es menor que la mnima corriente nominal indicada en la placa de la fuente de poder que se utilizar.

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a.1) Ejemplos de aplicacin del mtodo simple a.1.1) Ejemplo 1: Conexin de una fuente En este ejemplo se supone que la red DeviceNet ha sido construida con medio RoundThick. La figura 12.12 muestra que el diagrama esquemtico de la red.

Figura 12.12. Red DeviceNet que utiliza una fuente de poder conectada en un extremo de la lnea troncal. Se observa que posee una fuente de poder conectada en un extremo de la red. La corriente nominal total de este sistema es: ITN = 1,50A + 1,00A + 1,20A = 3,70A La corriente total del sistema es: IT = ITN + 0, 1 ITN = 3,7A + 0,1 3,70A = 4,07A De esta forma, la mnima corriente nominal que debe entregar la fuente de poder a escoger es de 4,07A.

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a.1.2) Ejemplo 2: Conexin de dos fuentes de poder con V+ cortado En este ejemplo, se supone una red DeviceNet construida en un medio Round-Thick. La figura 12.13 muestra el diagrama esquemtico de la red.

Figura 12.13. Red DeviceNet que utiliza dos fuentes de poder con el conductor V+ cortado entre las dos fuentes para separar los segmentos de la red.

Se observa en la figura que la red tiene dos fuentes, una conectada en un extremo de la red y la otra, conectada en el centro fsico de la lnea troncal. Adems, el conductor V+ est cortado entre las fuentes de poder, dividiendo la red en dos mitades.

Para la Fuente de Poder #1

La corriente nominal para el primer segmento de este sistema es:

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ITN1 = 1,05A + 1,50A = 2,55A La corriente total para este segmento del sistema es: IT1 = ITN1 + 0, 1 ITN1 = 2,55A + 0,1 2,55A = 2,805A De esta forma, la mnima corriente nominal que debe entregar la fuente de poder #1 a escoger es de 2,805A.

Para la Fuente de Poder #2

La corriente nominal para el primer segmento de este sistema es: ITN2 = 1,00A + 1,00A + 1,00A = 3,00A La corriente total para este segmento del sistema es: IT2 = ITN2 + 0, 1 ITN2 = 3,00A + 0,1 3,00A = 3,30A De esta forma, la mnima corriente nominal que debe entregar la fuente de poder #2 a escoger es de 3,30A.

b) Mtodo Look-Up El mtodo Look-Up es un mtodo de tabla. Esto quiere decir, que se utiliza una curva normalizada para la corriente mxima permitida y la longitud de la lnea troncal cada medio. A partir de una comparacin, permite determinar la fuente de poder necesaria para la aplicacin. ste es el mtodo utilizado para la mayora de los casos, especialmente cuando la red posee una longitud extensa.

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Los pasos a seguir en este mtodo son: Determinar la longitud que existe entre el powertap (el tap al que se conecta la fuente de poder) y el ltimo tap de la red. Esta longitud es LPT. Sumar los requerimientos de corriente nominal de todos los dispositivos que consumen potencia de la red. Con ello se obtiene la corriente nominal total del sistema ITN. Buscar en la curva, o en la tabla extrada de la curva, correspondiente al medio que se est utilizando, la longitud LPT. Dentro del rango en el que se encuentra LPT, utilizar la longitud mayor y hallar la mxima corriente permitida por el sistema, IMAX. Comparar las corrientes, en donde debe ser ITN IMAX De no ser as se pueden tomar las siguientes medidas: o Utilizar el mtodo de clculo completo. o Mover la fuente a un lugar en el centro fsico del sistema de cableado y reevaluar la situacin. o Utilizacin de fuentes redundantes y dividir la red en secciones.

b.1) Ejemplo de aplicacin del Mtodo Look-up En siguiente ejemplo, se supone una red DeviceNet construida con medio Round-Thick. En la figura 12.14 se muestra un diagrama esquemtico de la red.

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Figura 12.14. Red DeviceNet con una fuente de poder en un extremo. Se observa que la red posee una fuente de poder, la cual est conectada en un extremo. La distancia que existe entre la fuente de poder y el ltimo tap es LPT = 177m. El consumo de corriente nominal total de los dispositivos conectados a la red es: ITN = 0,10A + 0,15A 0,10A + 0,30A + 0,15A = 0,80A La figura 12.15 muestra la curva Corriente Mxima Longitud de lnea Troncal para el medio Round-Thick. En ella, debe ubicarse la longitud LPT = 177m.

Figura 12.15. Curva de Corriente Mxima/Longitud de Lnea Troncal para medio Round-Thick.

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De esta manera, la longitud a utilizar es 180m. De ah, se tiene que la corriente mxima permitida para la red es IMAX = 1,70A. Al comparar las corrientes: ITN = 0,80A < IMAX = 1,70A Por lo tanto, la corriente ITN es permitida para esta red. La fuente de poder a escoger debe tener como mnimo en su indicacin de placa 0,80A de corriente nominal.

c) Mtodo de clculo completo Este mtodo es utilizado cuando en una evaluacin inicial se ha determinado que una seccin de la red est sobrecargada, o cuando los requerimientos no pueden ser encontrados utilizando el mtodo Look-Up. Una fuente de poder que no es conectada en un extremo de la red, crea dos secciones de lnea troncal. Por tanto, se debe evaluar cada seccin en forma independiente. La evaluacin de las secciones se realiza a travs de la siguiente ecuacin: VT = SUM {[(Ln x (Rc)) + (Nt x (0.005))] x In} 4.65V En donde cada parmetro significa: VT: Es la cada de voltaje total del sistema de cableado. Ln: Es la distancia (en m o en ft) ente el dispositivo y la fuente de poder, excluyendo la distancia de la lnea de derivacin. El subndice n hace alusin al nmero del dispositivo que est siendo evaluado, comenzando por uno de los dispositivos que est ms cerca de la fuente de poder, [12.2]

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incrementndose en uno para el siguiente dispositivo. La ecuacin suma la cada de voltaje de cada dispositivo y la compara con 4,65V. Rc: Es la resistencia del medio con el cual se ha construido el sistema de cableado de la red. Para cada medio, Rc tiene los siguientes valores: Round-Thick: 0,015 /m (0,0045 /ft) Round-Thin: 0,069 /m (0,021 /ft) Plano (Kwiklink): 0,019 /m (0,0058 /ft)

Nt: Es el nmero de taps entre el dispositivo que est siendo evaluado y la fuente de poder. Por ejemplo: Cuando el dispositivo a ser evaluado es el primero por ser el ms cercano a la fuente de poder, Nt=1. Cuando existe un dispositivo cualquiera entre el dispositivo a ser evaluado y la fuente de poder, entonces Nt=2. Cuando existen 10 dispositivos cualquiera entre el dispositivo a ser evaluado y la fuente de poder, entonces Nt=11. Se tratan como un solo tap los dispositivos que estn conectados a un tap tipo Devicebox o a un tap tipo Deviceport. Deben sumarse las corrientes de todos los dispositivos conectados y debe ser usada en la ecuacin una sola vez. (0,005): La resistencia nominal de contacto usada por toda conexin a la lnea troncal. In: la corriente utilizada por el dispositivo desde el sistema de cableado. Para corrientes dentro del 90% del mximo, usar la corriente nominal del dispositivo. De lo contrario, utilice la tasa de corriente mxima del dispositivo. Para los taps Devicebox o DevicePorts, sumar las corrientes de todos los dispositivos conectados, y contar el tap como si fuera uno solo.

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4,65: La mxima cada de voltaje permitida en la lnea troncal DeviceNet. Esta es la cada de voltaje total del sistema de cableado de 5V menos 0,35V reservados para las cadas de voltaje de las derivaciones. c.1) Pasos a seguir con el mtodo de clculo completo Calcular los voltajes de cada dispositivo de la red utilizando la ecuacin anterior. Sustituir los valores apropiados segn el medio de la red. Sumar el voltaje hallado para cada dispositivo. Comparar el resultado con 4,65V. Si el resultado es menor a 4,65V, entonces el sistema funcionar apropiadamente. Para hallar el porcentaje de carga se debe utilizar la siguiente ecuacin: %Carga = VT/4,65 100 [12.3]

En el caso de que VT fuera mayor que 4,65V, entonces debe reevaluarse la ubicacin de la fuente de voltaje o bien, el uso de fuentes redundantes. Luego repetir el mtodo.

c.2) Ejemplo de aplicacin del Mtodo de Clculo Completo En este ejemplo se supone una red DeviceNet construida con medio Round-Thick. En la figura 12.16 se muestra el diagrama esquemtico de esta red.

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Figura 12.16. Red DeviceNet construida con medio Round-Thick con una fuente conectada en un extremo a la cual se le aplica el mtodo completo de clculo para determinar su consumo.

De acuerdo con las pautas especificadas para este mtodo, se tiene: Se calcula la cada de voltaje provocada por cada dispositivo utilizando la ecuacin [12.2] en un medio Round-Thick: Dispositivo 1: Dispositivo 2: Dispositivo 3: Dispositivo 4: [(15 x (0,015)) + (1 (0,005))] x 1,00 = 0,23V [(30 x (0,015)) + (2 (0,005))] x 0,50 = 0,23V [(122 x (0,015)) + (3 (0,005))] x 0,50 = 0,92V [(244 x (0,015)) + (3 (0,005))] x 0,50 = 0,92V

Ahora, realizando la suma de estas cadas de voltaje, de acuerdo con la ecuacin [12.2]:

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VT = 0,23V + 0,23V + 0,92V + 0,92V = 2,3V Y realizando la comparacin: VT = 2,3 4,65V La conclusin de este clculo es que la red funcionar apropiadamente. Segn el mtodo Look-up, esta configuracin no es vlida, pero como se ve, al realizar el mtodo de clculo completo, la red s soporta la capacidad de corriente requerida, es decir: IT = 1,00A + 0,50A + 0,50A + 0,25A = 2,25A De esta forma, la fuente de poder necesaria para esta red, debe entregar como mnimo 2,25A.

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12.8 Diseo de la puesta a tierra Adems de las recomendaciones de conexin a tierra para todo sistema de automatizacin industrial, la especificacin DeviceNet establece pautas para el diseo de la conexin a tierra la red. stas deben seguirse estrictamente para evitar problemas futuros de la red.

12.8.1 Consideraciones generales Deben seguirse las pautas para el diseo de la conexin a tierra dadas por la especificacin DeviceNet, segn el medio utilizado, Round (Thick o Thin) o plano Kwiklink. La red DeviceNet debe ser conectada a tierra en un solo lugar. Conectar a tierra el conductor V-, el blindaje (shield) de la red y el conductor drain. Construir la tierra elctrica (ground) usando una trenza de cobre de 25mm o un alambre #8AWG (10mm2) con una longitud mxima de 3m. En el caso de uso de fuentes redundantes o Conectar slo una fuente a de poder a tierra, siendo esta, la que est ms cerca del centro fsico del sistema de cableado. Esto maximizar el rendimiento y minimizar los efectos de ruido externo. o El chasis de cada fuente de poder debe ser conectado a la tierra comn. o El conductor V+ debe estar cortado entre las fuentes de poder que estn conectadas, una en un extremo y la otra (u otras) en el centro de la red. Esto no aplica en el caso de utilizar dos fuentes de poder conectadas en paralelo en donde estas estn cada una en un extremo de la red (ver la seccin de diseo del sistema de energizacin).

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12.8.2 Puesta a tierra de red con medios Round-Thick y Round-Thin Se debe conectar a tierra el conductor V-, el alambre drain y el blindaje en un solo lugar. Con esto se previenen los bucles de tierra, o ground-loop. En la figura 12.17 se muestra un esquema para la conexin de tierra para una red que utiliza una fuente de poder.

Figura 12.17. Esquema de conexin de tierra para una red DeviceNet con una fuente de poder en un medio Round-Thick o Round-Thin.

En el caso de utilizar fuentes redundantes, es decir, dos o ms fuentes de poder, slo una de stas debe ser conectada a tierra, siguiendo la pauta de conexin anterior. Adems, la fuente de poder que se conectar a tierra debe ser la que est ms cercana al centro fsico del sistema de cableado de la red.

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La figura 12.18 muestra el esquema de conexin a tierra para una red que utiliza fuentes redundantes.

Figura 12.18. Esquema de conexin de tierra para una red DeviceNet con ms de dos fuentes de poder en un medio Round-Thick o Round-Thin.

Puede observarse en la figura 12.18 que el conductor V+ est cortado para separar a las fuentes de poder, tal como se explic en el diseo del sistema de energizacin.

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12.8.3 Puesta a tierra de red con medio plano Kwiklink Conectar el conductor V- a tierra. La figura 12.19 muestra el esquema de conexin a tierra de este medio.

Figura 12.19. Esquema de conexin de tierra para una red DeviceNet con una fuente de poder en un medio plano Kwiklink. En el caso de utilizar fuentes redundantes, es decir, dos o ms fuentes de poder, slo una de stas debe ser conectada a tierra. En este caso, tambin la fuente de poder que se debe conectar a tierra es la que est ms cerca del centro fsico del sistema de cableado de la red. La figura 12.20 muestra el esquema de conexin a tierra para una red que utiliza fuentes redundantes en un medio plano Kwiklink.

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Figura 12.20. Esquema de conexin de tierra para una red DeviceNet con ms de dos fuentes de poder en un medio plano Kwiklink.

12.8.4 Recomendaciones de puesta a tierra para sistema de automatizacin Adems de las pautas para la conexin a tierra de una red DeviceNet entregadas por su especificacin, se deben seguir las recomendaciones generales que se entregan en las publicaciones: Industrial Automation Wiring and Grounding Guidelines, February 1998, AllenBradley. IEEE Guide for the Installation of Electrical Equipment to Minimize Electrical Noise Inputs to Controllers from External Sources (IEEE Std 518-1982). Estas recomendaciones entregan las pautas a seguir para una puesta a tierra segura para cualquier red de automatizacin industrial.

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12.9 Montaje Una vez realizado las etapas anteriores, se puede proceder al montaje fsico de la red en la industria. Las instrucciones para la realizacin del montaje estn disponibles desde la ODVA y Rockwell-Automation a travs de las siguientes dos publicaciones: Recomendaciones generales de montajes industriales: Industrial Automation Wiring and Grounding Guidelines, February 1998, AllenBradley. Instrucciones para el montaje de redes DeviceNet: DeviceNet Cable System: Planning and Installation Manual, May 1999, RockwellAutomation. Ambas publicaciones estn disponibles gratuitamente desde Internet.

12.10 Configuracin de la red Los principales aspectos que deben ser configurados en la red DeviceNet son: La direccin de red para cada nodo. Mtodo de comunicacin empleado. Parmetros de dispositivo. Funciones de diagnstico y funciones especiales, si aplica (ADR, Autobaud) En el dispositivo Scanner de la red, su lista de dispositivos a escanear. La configuracin de la red se realiza a travs de las herramientas de software. Se utiliza el programa RSNetWorx para DeviceNet (o alguna herramienta similar).

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Una caracterstica especial del programa RSNetWorx es la capacidad de configurar la red en modo Offline, es decir, de manera virtual sin tener montada an la red. Esta capacidad puede ser usada para disminuir los tiempos de configuracin real y puesta en marcha de la red. Por otra parte, con el programa RSLogix5000 para la plataforma de control, se realiza el programa de control para el PLC. 12.11 Pruebas y diagnstico de fallas Una vez realizado el montaje y la configuracin de la red, se deben realizar las pruebas a la red para verificar que el sistema funciona correctamente. Se deben diagnosticar las fallas que se puedan presentar para darles solucin. 12.11.1 Fallas tpicas de la red DeviceNet La mayora de los problemas que se presentan en la red DeviceNet se deben a errores en el diseo del sistema de cableado y en el diseo del sistema de energizacin. Los problemas tpicos que se presentan en un red DeviceNet son los siguientes: Resistencia de trmino perdidas (mal conectadas, sueltas o cadas). Excesivo Voltaje de Modo Comn o Excesiva corriente en el medio o Excesiva longitud del cable o Falla en los conectores Bajo voltaje de la fuente de potencia o Excesiva corriente en el medio o Excesiva longitud del cable o Falla en los conectores Retardo de propagacin de seal excesivo La solucin a estos problemas es la reevaluacin del sistema de cableado y del sistema de energizacin de la red.

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CAPTULO XIII CONSIDERACIONES DE DISEO PARA REDES CONTROLNET

13.1 Introduccin Para el proyecto de diseo de una red ControlNet se deben tomar en cuenta diversos factores que confluyen en el funcionamiento esperado de la red y que da solucin a una determinada aplicacin. En el presente captulo se plantean una serie de etapas en las cuales dividir un proyecto de diseo con el bus de campo ControlNet. A travs de stas se propone una discusin en cuanto a los factores a tomar en cuenta para el correcto diseo, configuracin y puesta en marcha de una red ControlNet como solucin para aplicaciones industriales del nivel de control.

13.2 Etapas para un proyecto ControlNet Al plantear el desarrollo de un proyecto de diseo de una red ControlNet, resulta conveniente dividirlo en etapas consecutivas que se interrelacionen entre s. En la figura 13.1 se muestra un planteamiento en donde un proyecto de red ControlNet se divide en 7 etapas. Cada una de estas etapas se interrelacionada con la siguiente, pues los aspectos de diseo del proyecto de red ControlNet no pueden considerarse aisladamente.

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Figura 13.1. Etapas para el desarrollo de un proyecto de diseo de una red ControlNet. Cada etapa a su vez plantea una serie de consideraciones que confluirn en el correcto diseo total de la red. En las siguientes secciones de este captulo se desarrolla cada una de las etapas propuestas para un proyecto de diseo de red ControlNet.

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13.3 Seleccin de la arquitectura de control ControlNet soporta las siguientes dos arquitecturas de control: Control Centralizado Control Distribuido De acuerdo con los requerimientos de la aplicacin se debe determinar cual de stas arquitecturas se utilizar. La figura 13.2 representa esquemticamente la composicin de estas arquitecturas en una red ControlNet.

Figura 13.2. Representacin de las arquitecturas de control para ControlNet: (a) control centralizado; (b) control distribuido.

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13.4 Determinacin estrategia de comunicacin Se debe dejar establecida la estrategia de comunicacin que se requerir. Como se estudi en la seccin 9.3.1, ControlNet, soporta dos tipos de servicios de comunicacin: Scheduled (configurada o programada), y Unscheduled (no-configurada o no-programada) El servicio scheduled se utiliza en todas aquellas aplicaciones que requieran el control de datos crticos de entrada/salida (datos analgicos o digitales), mientras que el servicio unscheduled se utiliza en aquellas aplicaciones que no son de tiempo crtico, tales como configuracin o de establecimiento de conexin.

13.5 Seleccin de los dispositivos La clase de dispositivos que se utilizarn depender de la aplicacin. Siendo ControlNet una red del nivel de control, tpicamente se compondr de PLC (o PLCs, segn la arquitectura de control) y de mdulos de entrada/salida, adems del software de configuracin. Por otra parte, en cuanto a los criterios de seleccin de los dispositivos de una red ControlNet, deben considerarse los siguientes dos factores comunes a todos ellos y que influir en el correcto funcionamiento de la red: Que el dispositivo soporte el servicio de comunicacin que se emplear (scheduled, unscheduled o ambos). Que los dispositivos hayan aprobado el test de conformidad ControlNet Respecto del segundo factor, de la misma forma que con DeviceNet, la certificacin garantiza interoperabilidad e intercambiabilidad de los dispositivos en un sistema ControlNet.

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13.5.1 Seleccin del controlador El controlador puede ser un PLC o un controlador basado en PC. En la eleccin del tipo o modelo de controlador, adems de la caracterstica del costo, un factor determinante es el rendimiento. Por tanto, debe considerarse el tiempo de respuesta que ste se toma para actualizar una salida cuando ha monitoreado una entrada (ver seccin 12.5.1).

13.5.2 Dispositivos servidores y mdulos de entrada/salida La recomendacin para la eleccin de estos dispositivos es que stos cumplan con un perfil estndar de ODVA y de CI (si es posible y/o aplicable) para que stos puedan ser sustituidos por otro dispositivo que tambin cumpla dicho perfil, pero de cualquier fabricante, sin alterar el diseo de la red y reduciendo los tiempos de bajada.

13.5.3 Software de Configuracin En cuanto a la eleccin del software de configuracin de la red ControlNet, el usuario est limitado al paquete de software recomendado o provisto por el fabricante de los dispositivos de la red. En el caso de las plataformas de control de Rockwell-Automation, el paquete de softwares para la red ControlNet incluye RSLogix5000, RSNetWorx para ControlNet y RSLinx, estudiados en la seccin 10.5., los cuales cuentan con la certificacin ODVA y ControlNet Internacional (CI). Estos softwares soportan la configuracin de equipos de diferentes marcas adems de los propios de Rockwell-Automation.

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13.6 Diseo del sistema de cableado 13.6.1 Topologa Se debe determinar la topologa ms adecuada para la aplicacin. Como se estudi en la seccin 9.2.1, ControlNet soporta muchas posibles topologas, desde la lnea troncal hasta una topologa en anillo. Esto otorga mucha flexibilidad al momento de disear el sistema de cableado de la red. 13.6.2 Longitud de segmento y nmero de taps Este aspecto, tratado en la seccin 9.2.2, es el ms crtico al realizar el diseo del sistema de cableado, puesto que la longitud de segmento y el nmero de taps estn inversamente relacionados. La longitud de segmento est en funcin del nmero de taps segn la ecuacin: Segmento mximo de red permitido = 1.000 m 16,3 m (N de Taps 2 m) La grfica de esta ecuacin es representada en la figura 13.3. La longitud mxima de un segmento es de 1000m con dos taps. Por otra parte, la cantidad mxima de taps admitida por segmento es de 48. Por lo tanto, la menor longitud de segmento con el mayor nmero de taps permitidos es de 250m.

Figura 13.3. Representacin grfica de la ecuacin (*).

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Cuando la red proyectada supera la capacidad bsica impuesta por la longitud de la red y el nmero de taps, entonces, el problema se soluciona a travs del uso de repetidores. En la figura 13.3 se muestra la grfica de la ecuacin (*) en donde se puede apreciar que si los requerimientos de la red estn sobre la curva, entonces es requerido el uso de repetidor.

13.6.3 Uso de repetidores Para ilustrar el uso de repetidores para permitir extender las capacidades bsicas de red ControlNet, se plantea la siguiente situacin: Una red ControlNet con topologa de lnea troncal con una longitud de 600m, tiene 48 taps. Esto excede la capacidad bsica de la red. Por lo cual se debe utilizar un repetidor ControlNet. Se tendr que dividir la red en dos segmentos. Por lo tanto debe determinarse el nmero de taps asociados a cada segmento para dimensionar su longitud. Se distribuyen los taps en 24 por cada segmento. De ah se tiene: N taps del segmento #1 = 24 => longitud de segmento mxima 641m => longitud de segmento necesaria 300m

N taps del segmento #2 = 24

=> longitud de segmento mxima 641m => longitud de segmento necesaria 300m

De esta manera, se soporta la topologa requerida con el uso de un repetidor que una a los segmentos #1 y #2. En la figura 13.4 se representa la red ControlNet propuesta.

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Figura 13.4. Uso de un repetidor ControlNet en medio de cable coaxial. Pueden conectarse hasta 20 repetidores en serie, y puede enlazarse medios de cable coaxial con el de fibra ptica a travs del uso de stos. En todos los casos, la red no puede superar los 20km.

13.6.4 Uso del medio de fibra ptica Adems del cable coaxial, ControlNet soporta el medio de fibra ptica. ste medio se utiliza principalmente para las siguientes aplicaciones: Extender la longitud de la red. Proveer inmunidad a la interferencia electromagntica, EMC. Permitir la instalacin de ControlNet en zonas con riesgo de explosin, pues entrega caractersticas de seguridad intrnseca. El medio de fibra ptica permite extender la longitud de la red hasta 20km. Para ello se utilizan repetidores ControlNet para el medio de fibra ptica.

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En la figura 13.5 se ilustra el uso de la fibra ptica en una red ControlNet.

Figura 13.5. Red ControlNet que utiliza fibra ptica. El medio de fibra ptica enlaza dos segmentos de la red ControlNet separados por 3km. A su vez, el entorno que cruza el medio de fibra ptica est sometido a fuertes interferencias electromagnticas, las cuales no afectan la transmisin de los datos a travs de este medio. Se puede observar tambin el uso de los repetidores que permiten el cambio de medio y la extensin de la red.

13.7 Montaje Siendo ControlNet un sistema de automatizacin industrial, su montaje debe ser realizado por el personal calificado siguiendo las recomendaciones propias para todo sistema industrial. Y,

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adems de las recomendaciones generales de montaje, se deben seguir las pautas propias dadas para ControlNet. Las siguientes publicaciones provistas por ControlNet Internacional y RockwellAutomation entregan todas las pautas necesarias para realizar el montaje de la red ControlNet. Recomendaciones generales de montajes industriales: Industrial Automation Wiring and Grounding Guidelines, February 1998, AllenBradley. Especificaciones de montaje ControlNet para medio Coaxial: Planning and Installation Manual, April 1998, Allen-Bradley Company, Inc.

Especificaciones de montaje ControlNet para medio Fibra ptica: ControlNet Fiber Media Planning and Installation Guide, July 2004, Allen-Bradley. Estas publicaciones estn disponibles desde Internet en forma gratuita. 13.8 Configuracin de la red La configuracin de una red Controlnet puede dividirse en dos partes: La configuracin del controlador de la red (PLC), y La configuracin de los parmetros de red ControlNet

13.8.1 Configuracin del controlador de la red ControlNet La configuracin del controlador (o controladores) de la red ControlNet, ya sean PLC o basado en PC, se puede dividir en dos partes:

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1. Asignarle al Controlador los dispositivos que deber controlar en la red, de forma que los dispositivos de entrada/salida conversen. 2. Configurar en el controlador el intervalo entre paquetes solicitados, RPI, que es la velocidad a la que el usuario solicita el movimiento de datos hacia o desde los mdulos de entrada/salida. El valor de configuracin del RPI est relacionado con el valor del NUT, el cual tambin es configurado por el usuario. En la plataforma de Rockwell-Automation, estas configuraciones se realizan con el programa RSLogix5000.

13.8.2 Configuracin de los parmetros de red ControlNet Se deben configurar los parmetros propios de la red ControlNet que son: Direccin de red de los nodos NUT SMAX UMAX

a) Direccin de red de los nodos En una red ControlNet, es posible direccionar hasta 99 nodos. La ms baja direccin es la 00 y la ms alta es la 98. A los controladores de la red debe asignrseles las direcciones ms bajas de la red. Por ejemplo, la direccin 00. Al asignar las direcciones de nodo, tener en cuenta la posibilidad de ampliacin para no tener que cambiar la direccin de los nodos ya conectados.

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b) El NUT El tiempo de actualizacin de la red, NUT (estudiado en la seccin 9.3.1), es el ciclo de tiempo repetitivo ms pequeo configurable por el usuario al cual se pueden transmitir los datos en la red ControlNet. Este tiempo est entre 2 a 100 milisegundos. c) El SMAX Como se estudi en la seccin 9.3.1, la red ControlNet entrega capacidades de mensajera determinsticas y repetibles. Esta capacidad es utilizada normalmente para la transmisin de datos de entrada/salida crticos. Para ello tiene reservada una porcin de ancho de banda para entregar este servicio, llamado servicio scheduled. El SMAX es la direccin ms alta de la red para que un nodo que pueda transmitir utilizando la porcin scheduled del NUT, y debe ser configurada por el usuario. d) El UMAX La red ControlNet reserva una porcin de ancho de banda para aplicaciones de mensajera no programadas, el cual es llamado servicio unscheduled (ver la seccin 9.3.1). Esta capacidad es utilizada normalmente para la transmisin de datos de configuracin. El UMAX es la direccin de red ms alta para un nodo que podr transmitir en esta porcin del NUT. El valor de puede ser UMAX igual o mayor que SMAX (nunca menor). Las direcciones de red ms altas que UMAX no pueden transmitir en la red ControlNet. El usuario debe configurar esta direccin. En una plataforma Rockwell-Automation, todos estos parmetros son configurados a travs del programa RSNetWorx para ControlNet.

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13.9 Pruebas y diagnstico de fallas Una vez realizadas todas las etapas anteriores, se procede a realizar pruebas para detectar fallas en la red, y de ser as, diagnosticar la causa y corregir la situacin. Dentro de los aspectos a considerar que pueden causar problemas en la red se pueden mencionar. 13.9.1 Principales causas de fallas en la red Dentro de las principales causas de fallas en una red ControlNet, se pueden mencionar: Fallas en el montaje o Conexin errnea del Tap en la red o Conexin errnea de los dispositivos o Conexin errnea de las resistencias de trmino. Fallas en la configuracin o Asignacin de direcciones errneas o Determinacin errnea del RPI y el NUT o Determinacin errnea de SMAX o Determinacin errnea del UMAX Fallas en la topologa de la red o Distancias de segmento incompatibles con el nmero de taps o Errores en la composicin de la topologa Otros errores o Incompatibilidad de dispositivos La solucin a estos problemas, pasa normalmente por la reevaluacin del diseo de la red y verificar que sta se encuentre dentro de los lmites impuestos por los desarrolladores de la tecnologa.

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CAPTULO XIV COMENTARIOS SOBRE APLICACIN REAL DE LAS REDES DE CAMPO DEVICENET Y CONTROLNET

14.1 Introduccin En una aplicacin de automatizacin con buses de campo convergen las disciplinas de automatizacin y comunicaciones. La primera, a cargo de la aplicacin de control en s, y la segunda, a cargo de la configuracin de la red. Sin embargo, desde el punto de vista de la automatizacin, sta requiere conocer las potencialidades que le ofrece la red. Esta informacin debe ser provista desde el rea de comunicaciones industriales. En el presente captulo se plantean las reas involucradas en una aplicacin de control con bus de campo y, a travs de un ejemplo de aplicacin real de las redes DeviceNet y ControlNet, se ilustra la informacin que el rea de comunicaciones industriales debe proveer al rea de automatizacin para planear la aplicacin de control. Para ello, se toman dispositivos especficos que componen las redes, y se estudian sus posibilidades de comunicacin en la red a la cual pertenece.

14.2 reas involucradas en una aplicacin industrial con buses de campo Puede plantearse que, una aplicacin de automatizacin industrial con buses de campo, puede ser analizada desde dos puntos de vista: Desde el punto de vista de la red (bus de campo): se considera el diseo y configuracin de la red de comunicacin industrial:

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Asignacin de direccin de nodo Seleccin mecanismo de comunicacin: Strobe, Poll, Change of State (COS), Cyclic y combinaciones. Tiempos de escaneo. Configuracin de parmetros del dispositivo (la informacin sobre el valor de los parmetros son entregados desde el rea de automatizacin)

Desde el punto de vista de automatizacin: se considera el diseo de la solucin de control, determinando dispositivos y entregando los valores de los parmetros que se requieren para la aplicacin: Valor de referencia de parmetro (por ejemplo, velocidad de referencia) Valores de lectura de parmetro (por ejemplo, velocidad real) Estados de las entradas Estados de las salidas Alarmas

Por lo tanto, en la aplicacin con buses de campo, se relacionan (al menos) dos reas de conocimiento, que deben intercambiar informacin. Estas reas son: Ingeniera de Comunicaciones Industriales Ingeniera de Automatizacin Desde el mbito de la Ingeniera de Comunicaciones Industriales, sta debe ver los temas propios de la red como su diseo y su configuracin (por ejemplo, diseo de cableado y asignacin de direccin de nodo). Adems, debe proveer informacin al rea de Ingeniera de Automatizacin Industrial acerca de las potencialidades de la red, como son, los mecanismos de comunicacin, contenidos de los mensajes, y parmetros comandables desde la red, de manera que el rea de Automatizacin pueda definir la solucin.

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Por otra parte, desde el mbito de la Ingeniera de Automatizacin, sta debe ver los temas propios de la aplicacin de control (por ejemplo, control de un motor DC a travs de un Drive). Adems, debe proveer la informacin sobre los valores asignados para los parmetros del dispositivo, de modo que desde el rea de Comunicaciones Industriales puedan ser configurados. En la figura 14.1 se representa la relacin e intercambio de informacin que existe en una aplicacin entre las reas de Comunicaciones Industriales y Automatizacin.

Figura 14.1. reas de conocimiento en una aplicacin industrial con comunicacin industrial.

De la figura se observa el intercambio de informacin representado en las flechas negras. Adems, se observa que existe un traslape en las reas, en donde, las decisiones de configuracin de cada rea no pueden realizarse aisladamente.

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14.2.1 Preguntas que debe responder el rea de Comunicacin Industrial Desde el mbito de automatizacin, la forma en que planea la aplicacin no cambia en cuanto a su operacin. Esto quiere decir, que, si por ejemplo, se plantea el control de un motor DC a travs de un Drive, esto lo planea siguiendo los procedimientos tradicionales. Esto es, se configuran valores de referencia, se leen los valores reales y se procede a la accin de control. A esta forma de automatizacin tradicional, se le suman ahora las capacidades de control a travs de la red bus de campo. Por lo tanto, desde el mbito de automatizacin, lo que le interesa saber de la red es qu puede hacer a travs de ella. Debido a lo anterior, se pueden plantear dos preguntas, que deben ser respondidas por el rea de comunicaciones industriales: 1) Qu datos de entrada, es decir, qu parmetros entrega el dispositivo al controlador a travs de la red? 2) Qu datos de salida, es decir, qu acciones de comando (control y configuracin) puede realizar el controlador en el dispositivo a travs de la red? Para responder a stas preguntas, se deben realizar las siguientes acciones: Conocer las potencialidades de la red. Consultar el Manual de Usuario del Equipo. Consultar el Manual de Comunicaciones del Equipo. De lo anterior, se observa que los fabricantes de los equipos, deben proveer esta informacin, tanto en un manual de usuario tradicional, as como en un manual comunicaciones, o, al menos, en una seccin especfica dedicada a la comunicacin en red del equipo.

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La correcta interpretacin de la informacin resultar crtica en cuanto a las decisiones que se tomarn en el mbito de la automatizacin. A continuacin se estudia un caso de aplicacin prctica y se contestan las preguntas planteadas anteriormente para algunos de los dispositivos utilizados en esta aplicacin.

14.3 Problema de aplicacin Se plantea la instalacin de una planta de proceso para la elaboracin de tableros aglomerados. Para ella, se ha decidido la implementacin de tecnologa de punta, basada en redes buses de campo, para la integracin de todos los niveles de automatizacin CIM

14.3.1 Solucin basada en la arquitectura NetLinx Se elige como solucin, la arquitectura de comunicacin NetLinx, de RockwellAutomation, basada en las redes DeviceNet, ControlNet y EtherNet/IP. La implementacin se realiza siguiendo el concepto de CIM. En la figura 14.2 en la pgina siguiente se muestra la solucin propuesta en donde se aprecian las aplicaciones de la redes.

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Figura 14.2. Solucin de arquitectura integrada en planta de proceso.

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14.3.2 Descripcin de las funciones de las redes en la aplicacin a) Red EtherNet/IP Las funciones que cumple la red EtherNet/IP en el esquema de aplicacin presentado en la figura 14.2 son las siguientes: Conecta los PC de Ingeniera y Mantencin. En estos PCs, corren los programas RSNetWorx, para la configuracin de las redes, el programa RSLogix5000, para la plataforma de control, y el programa RSLinx como el servidor de comunicaciones. Sirve de interfaz fsica para la descarga (download) de las configuraciones de red, tanto de la DeviceNet como de la ControlNet, y de los programas de las plataformas de control ControlLogix. Sirve como backbone (columna) para las redes DeviceNet y Controlnet distribuidas. Conecta a los HMI PanelView. Conecta los PCs de la consola de operaciones. Conecta a los servidores.

b) Red ControlNet Las funciones que cumple la red ControlNet en el esquema de aplicacin presentado en la figura 14.2 son las siguientes: Recoleccin de datos de campo desde sensores estndar a travs de mdulos I/O con adaptador de comunicacin Flex I/O. Red de controladores ControlLogix.

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c) Red DeviceNet Las funciones que cumple la red DeviceNet en el esquema de aplicacin presentado en la figura 14.2 son las siguientes: Red de Drives o Variador de Frecuencia. o Drive DC o Partidor Suave o CCM

14.3.3 Dispositivos conectados a las redes a) En la red EtherNet/IP Mdulo de Comunicacin EtherNet/IP plataforma ControlLogix 1756-ENET Switch EtherNet PCs de escritorio para: Ingeniera, Mantencin y Consola de Operaciones Intefaces HMI PanelView. Servidores Softwares: o RSNetWorx, para la configuracin de las redes. o RSLogix5000, para realizar los programas de control. o RSLinx, como servidor de comunicaciones.

En la figura 14.3 se muestra una representacin realizada con el programa Architecture Builder de parte de la red EtherNet/IP.

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Figura 14.3. Representacin de la red EtherNet/IP con el programa Architecture Builder.

En la figura se puede apreciar el chasis ControlLogix en donde se aloja el mdulo de comunicacin EtherNet/IP 1756-ENET. Tambin puede apreciarse los PC de Ingeniera y Mantencin, entre otros dispositivos.

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b) En la red ControlNet Mdulo de Comunicacin ControlNet plataforma ControlLogix 1756-CNB y 1756-CNBR (redundante), de Rockwell-Automation Procesador (PLC) ControlLogix 1756-L55, de Rockwell-Automation Adaptador de comunicacin ControlNet Flex I/O, de Rockwell-Automation Mdulo de entradas/salidas I/O digitales y analgicas, de Rockwell-Automation Servidores En la figura 14.4 se muestra una representacin realizada con el programa Architecture Builder de una parte de la red ControlNet.

Figura 14.4. Representacin de la red ControlNet con el programa Architecture Builder.

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Puede observarse en la figura el chasis ControlLogix en donde se encuentra instalado el mdulo de comunicacin ControlNet 1756-CNB. Su muestra tambin en la figura el adaptador Flex I/O, en cuyo chasis van instalados los mdulos de entrada/salida, tanto discretos como analgicos.

c) En la red DeviceNet Mdulo de Comunicacin 1756-DNB, Rockwell-Automation DeviceNet Starter Auxiliary (DSA), Allen-Bradley Overload Relay E3 Solid State, Allen-Bradley Variador de Frecuencia Power Flex 40, Allen-Bradley Partidor Suave SMC-Flex, Allen-Bradley Drive DC 590+, Eurotherm Variador de Frecuencia 385, Vacon En la figura 14.5 se muestra una representacin realizada con el programa Architecture Builder de una parte de la red DeviceNet.

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Figura 14.5. Representacin de la red DeviceNet con el programa Architecture Builder.

A continuacin se analizan las posibilidades de comunicacin que ofrecen los dispositivos conectados a la red DeviceNet y luego los de los dispositivos conectados a la red ControlNet. Esto se analiza desde el punto de vista de comunicaciones como la informacin que debe proveer al rea de automatizacin.

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14.4 Posibilidades de comunicacin de los dispositivos de control conectados a la red DeviceNet 14.4.1 DeviceNet Starter Auxiliary (DSA) Allen-Bradley a) Consideraciones preliminares El dispositivo DSA posee comunicacin DeviceNet integrada, por lo que no necesita de alguna tarjeta adaptadora de comunicacin. Adems, por ser un equipo de fabricante nativo de la red DeviceNet, como lo es Allen-Bradley, incorpora varias funcionalidades de monitoreo y configuracin a travs del software de configuracin de red RSNetWorx. Por otra parte, el archivo de configuracin EDS del DSA, ya est contenido en la librera de dispositivos del software RSNetWorx. En la figura 14.6 se muestra la ventana de configuracin de la red DeviceNet con el programa RSNetWorx, en donde puede apreciarse cmo es representado el dispositivo DSA.

Figura 14.6. Representacin de la red DeviceNet con el dispositivo DSA. A continuacin se entregan las posibilidades de comunicacin del DSA disponibles para la aplicacin.

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b) Monitoreo y Configuracin de Parmetros A travs del software de configuracin de red RSNetWorx es posible acceder a monitorear todos los parmetros del dispositivo. Adems, es posible modificar parmetros que no son de solo lectura. La lista de parmetros es mostrada a travs de una ventana de dilogo del programa RSNetWorx. En la figura 14.7 se muestra cmo son visualizados los parmetros del dispositivo con este programa.

Figura 14.7. Visualizacin de parmetros del DSA en el RSNetWorx. c) Mecanismos de comunicacin soportados Los mecanismos de comunicacin soportados por el DSA son los siguientes: Strobe Poll Change of State (COS) Cyclic Combinacin Poll/COS Combinacin Poll/Cyclic

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Se debe determinar el mecanismo preciso de comunicacin. A travs de stos mecanismos de comunicacin, se transfieren los datos de entrada/salida para el control. Los datos son de entrada o de salida desde el punto de vista del controlador. Esto significa que una entrada es un dato producido por el DSA y consumido por el controlador, y; una salida es un dato producido por el controlador y consumido por el DSA.

d) Datos de entrada producidos por el DSA El DSA DeviceNet produce 11 mensajes con informacin de determinados parmetros, los cuales son consumidos por el controlador. Los mensajes son de diferente tamao y contienen mayor o menor informacin. Los 11 mensajes producidos por el DSA, junto a su tamao en bytes, son los siguientes: Instance 3 (1 byte) Instance 105 (1 byte) Instance 180 (2 bytes) Instance 181 (2 bytes) Instance 182 (2 bytes) Instance 184 (2 bytes) Instance 185 (2 bytes) Instance 186 (2 bytes) Instance 187 (2 bytes) Instance 188 (2 bytes) Instance 100 (8 bytes)

Cada uno de estos mensajes aporta informacin acerca de determinados parmetros del DSA, los cuales al ser consumidos por el controlador, ste podr tomar las decisiones de control programadas. Se debe escoger qu mensaje se va a utilizar; esto significa que slo uno de los

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once mensajes se puede configurar. Por ello es necesario conocer qu parmetros especficamente aporta cada mensaje. El mensaje a utilizar es configurado a travs del programa RSNetWorx. En la figura 14.8 se muestra la composicin y contenido de 5 mensajes producidos por el dispositivo DSA, a saber los mensajes Instance 3, 105, 180, 181 y 182.

Figura 14.8. Mensajes producidos por el DSA.

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Por ejemplo, puede observarse en la figura que el mensaje Instance 3 aporta informacin acerca del estado de las entradas Input 0 a Input 3 del DSA, y que adems tiene 4 bits que no se utilizan (estn reservados). En el caso del mensaje Instance 105, ste aporta informacin del estado de las entradas Input 0 a Input 3, as como de fallo en las salidas Output A y B del DSA. Tambin entrega el estado de falla de entrada Input. Tiene un bit sin utilizar (reservado).

e) Datos de salida consumidos por el DSA Allen-Bradley El DSA puede consumir 2 mensajes, procedentes desde el controlador. Los mensajes son de diferente tamao y contienen mayor o menor informacin. Los 2 mensajes consumidos por el DSA, junto a su tamao en bytes, son los siguientes: Instance 32 (1 byte) Instance 183 (2 bytes)

Cada uno de estos mensajes contiene informacin de comando, provenientes desde el controlador asociado, a travs de la cual se realizan acciones de control o de configuracin en el DSA. Se puede utilizar un solo mensaje, por lo cual debe determinarse qu mensaje se configurar. La configuracin del mensaje a utilizar se realiza a travs del programa RSNetWorx para DeviceNet. Por otra parte, el contenido del mensaje, dado que tiene que ver con las tareas de control asociadas al controlador, es programado a travs del software de la plataforma de control RSLogix5000, como parte del programa de control almacenado (downloaded) en el controlador. En la figura 14.9 se muestra la composicin y contenido de los dos mensajes consumidos por el dispositivo DSA.

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Figura 14.9. Mensajes de consumo para el DSA.

Puede observarse en la figura que el mensaje Instance 32 controla las salidas Output A y Output B del DSA. Los restantes 6 bits no son utilizados (reservados). Por otra parte, el mensaje Instance 183, compuesto de 2 bytes, tambin controla las salidas Output A y Output B del DSA; sin embrago, se agregan otras funciones de control como lo son las entradas de red, Network Input, utilizadas en un programa de control del controlador. Para un detalle ms especfico de los parmetros de control, debe consultarse el manual del DSA.

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14.4.2 Overload Relay E3 Solid State Allen-Bradley a) Consideraciones preliminares El dispositivo rel E3 posee comunicacin DeviceNet integrada, por lo que no necesita de alguna tarjeta adaptadora de comunicacin. Adems, por ser un equipo de fabricante nativo de la red DeviceNet, como lo es Allen-Bradley, incorpora varias funcionalidades de monitoreo y configuracin a travs del software de configuracin de red RSNetWorx. Por otra parte, el archivo de configuracin EDS del DSA, ya est contenido en la librera de dispositivos del software RSNetWorx. A continuacin se entregan las posibilidades de comunicacin del rel E3 disponibles para la aplicacin.

b) Monitoreo y Configuracin de Parmetros A travs del software de configuracin de red RSNetWorx es posible acceder a monitorear todos los parmetros del dispositivo. Adems, es posible modificar parmetros que no son de solo lectura. La lista de parmetros es mostrada a travs de una ventana de dilogo del programa RSNetWorx. En la figura 14.10 se muestra cmo son visualizados los parmetros del dispositivo con este programa.

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Figura 14.10. Visualizacin de parmetros del E3 en el RSNetWorx.

c) Mecanismos de comunicacin soportados Los mecanismos de comunicacin soportados por el E3 son los siguientes: Strobe Poll Change of State (COS) Cyclic Combinacin Poll/COS Combinacin Poll/Cyclic

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Se debe determinar el mecanismo preciso de comunicacin. A travs de stos mecanismos de comunicacin, se transfieren los datos de entrada/salida para el control. Los datos son de entrada o de salida desde el punto de vista del controlador. Esto significa que una entrada es un dato producido por el E3 y consumido por el controlador, y; una salida es un dato producido por el controlador y consumido por el E3.

d) Datos de entrada producidos por el Rel E3 El rel E3 DeviceNet produce 5 mensajes con informacin de determinados parmetros, los cuales son consumidos por el controlador. Los mensajes son de diferente tamao y contienen mayor o menor informacin. Los 5 mensajes producidos por el rel E3, junto a su tamao en bytes, son los siguientes: Instance 50 (1 byte) Instance 51 (1 byte) Instance 106 (1 byte) Instance 107 (1 byte) Instance 100 (8 bytes) Cada uno de estos mensajes aporta informacin acerca de determinados parmetros del DSA, los cuales al ser consumidos por el controlador, ste podr tomar las decisiones de control programadas. Se debe escoger qu mensaje se va a utilizar; esto significa que slo uno de los once mensajes se puede configurar. Por ello es necesario conocer qu parmetros especficamente aporta cada mensaje. El mensaje a utilizar es configurado a travs del programa RSNetWorx. En la figura 14.11 se muestra la composicin y contenido de los 5 mensajes producidos por el dispositivo rel E3.

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Figura 14.11. Mensajes producidos por el E3.

En la figura puede observarse que las instancias aportan mayor o menor informacin, por ejemplo el mensaje Instance 50 solo aporta informacin de falla, mientras que el Instance 51 avisa de falla y advertencia (warning). El mensaje ms completo es el Instance 100. Esta ltima instancia es la programada por defecto en el rel 3. Por ello se tratar con mayor profundidad a continuacin.

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d.1) La Instance 100 del Rel E3 Este mensaje producido por el E3 es el ms completo. Se compone de 4 palabras cada una de 2 bytes. Por lo tanto, el Instance 100 es de 8 bytes. Las palabras que componen el Instance 100 son: DeviceNet Status (2 bytes), L1 Current (2 bytes), L2 Current (2 bytes), y L3 Current (2 bytes) La palabra DeviceNet Status, de 2 bytes (16 bits) aporta informacin acerca del estado de diferentes parmetros del rel E3. En la figura 14.12 se muestra la composicin y contenido de la palabra DeviceNet Status.

Figura 14.12. Composicin y contenido del DeviceNet Status del rel E3. Puede observarse en la figura que el DeviceNet Status, entrega informacin del estado de las salida Output A y B, las entradas Input 1 a 4, entre otros. Los bits 10 a 15 no son utilizados (reservados). Por otra parte, las palabras L1 Current, L2 Current y L3 Current, entregan el valor de la corriente de lnea correspondiente en amperes con una resolucin de 16 bits cada una.

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d.2) Datos de salida consumidos por el rel E3 El rel E3 puede consumir 5 mensajes, procedentes desde el controlador. Los mensajes son todos de 2 bytes y contienen mayor o menor informacin. Los 5 mensajes consumidos por el rel E3, junto a su tamao en bytes, son los siguientes: Instance 2 (2 bytes) Instance 101 (2 bytes) Instance 103 (2 bytes) Instance 104 (2 bytes) Instance 105 (2 bytes)

Cada uno de estos mensajes contiene informacin de comando, provenientes desde el controlador asociado, a travs de la cual se realizan acciones de control en el rel E3. Se puede utilizar un solo mensaje, por lo cual debe determinarse qu mensaje se configurar. La configuracin del mensaje a utilizar se realiza a travs del programa RSNetWorx para DeviceNet. Por otra parte, el contenido del mensaje, dado que tiene que ver con las tareas de control asociadas al controlador, es programado a travs del software de la plataforma de control RSLogix5000, como parte del programa de control almacenado (downloaded) en el controlador. En la figura 14.13 se muestra la composicin y contenido de los 5 mensajes consumidos por el dispositivo rel E3.

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Figura 14.13. Composicin y contenido de los mensajes consumidos por el rel E3.

En la figura se puede observar, por ejemplo, que la Instance 2 slo ordena el reseteo de falla en el rel E3. Por otra parte, la Instance 105 ordena el reseteo de falla, as como tambin controla el estado de las salidas Out A y Out B.

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14.4.3 Variador de Frecuencia Power Flex 40 Allen-Bradley a) Consideraciones preliminares El variador de frecuencia (VDF) PowerFlex 40 no posee comunicacin DeviceNet integrada, por lo cual se le conecta una tarjeta de comunicacin 22-COMM-D, en el slot disponible al interior del equipo, la cual permitir al VDF conectarse a la red. La tarjeta una vez instalada pasa a formar parte ntegra del VDF, por lo que conforman una sola unidad. Por lo tanto, se hace referencia slo al VDF. Por otra parte, al ser este equipo del fabricante nativo de la red DeviceNet Allen-Bradley, posee funcionalidades de monitoreo y configuracin desde el software de configuracin de la red RSNetWorx. Tambin, el archivo de configuracin EDS del VDF est contenido en la librera del RSNetWorx. A continuacin se entregan las posibilidades de comunicacin del VDF PowerFlex 40 a travs de la red DeviceNet para la aplicacin de control.

b) Monitoreo y Configuracin de Parmetros A travs del software de configuracin de red RSNetWorx es posible acceder a monitorear todos los parmetros del dispositivo. Adems, es posible modificar parmetros que no son de solo lectura. La lista de parmetros es mostrada a travs de una ventana de dilogo del programa RSNetWorx. En la figura 14.14 se muestra cmo son visualizados los parmetros del dispositivo con este programa.

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Figura 14.14. Visualizacin de parmetros del VDF PowerFlex 40 en el RSNetWorx.

c) Mecanismos de comunicacin soportados Los mecanismos de comunicacin soportados por el VDF PowerFlex 40 son los siguientes: Strobe Poll Change of State (COS) Cyclic Combinacin Poll/COS Combinacin Poll/Cyclic

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Se debe determinar el mecanismo preciso de comunicacin. A travs de stos mecanismos de comunicacin, se transfieren los datos de entrada/salida para el control. Los datos son de entrada o de salida desde el punto de vista del controlador. Esto significa que una entrada es un dato producido por el VDF PowerFlex 40 y consumido por el controlador, y; una salida es un dato producido por el controlador y consumido por el VDF PowerFlex 40.

d) Datos de entrada El VDF produce solo 1 mensaje que aporta informacin acerca del estado de algunos de sus parmetros. Este mensaje se compone de 2 palabras de 2 bytes cada una. Por lo tanto, el mensaje producido por el VDF es de 4 bytes. Las palabras que componen el mensaje del VDF son: Logic Status (2 bytes), y Feedback (2 bytes)

d.1) Logic Status del VDF PowerFlex 40 La palabra de 2 bytes (16 bits) Logic Status es producida por el VDF y entrega informacin sobre el estado del VDF. stos podrn ser consumidos por el controlador de la red asociado. En la figura 14.15 se muestra la composicin del Logic Status y los parmetros que aporta.

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Figura 14.15. Composicin del Logic Status producido por el VDF. Se puede observar en la figura que el Logic Status aporta informacin acerca de 16 parmetros, uno por cada bit que lo compone. Entre los parmetros que pueden observarse estn: Aceleracin, Desaceleracin y el Estado de las entradas digitales 1 a 4. Tambin entrega informacin de diagnstico como Falla y Alarma.

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d.2) Feedback del VDF PowerFlex 40 La palabra de estado Feedback, de 16 bits es producida por el VDF, y contiene la frecuencia de salida real del VDF.

e) Datos de salida del VDF PowerFlex 40 El VDF consume 1 mensaje procedente desde el controlador. Este mensaje contiene informacin de control y configuracin de determinados parmetros del VDF. Este mensaje se compone de 2 palabras de 2 bytes cada una. Por lo tanto, el mensaje consumido por el VDF es de 4 bytes. Las palabras que componen el mensaje de consumo del VDF son: Logic Command (2 bytes), y Referente (2 bytes)

e.1) Logic Command El Logic Command, de 16 bits, es una palabra de control producida por el controlador y consumida por el VDF. A travs del Logic Command se pueden dar rdenes al VDF segn los requerimientos de la aplicacin. En la figura 14.16 se muestra la composicin del Logic Command.

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Figura 14.16. Composicin del Logic Command. Puede observarse en la figura que el controlador puede comandar las siguientes acciones en el VDF, a travs de la red: Partir, Parar, Acelerar, y Desacelerar, entre otras rdenes.

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e.2) Palabra Reference del VDF PowerFlex 40 La palabra de control Reference, de 16 bits es producida por el controlador, y entrega al VDF la velocidad de referencia que debe tener. Las rdenes dadas al VDF, contenidas en las palabras Logic Command y Reference, son programadas en el controlador a travs del programa de control, el cual es realizado en el lenguaje apropiado, tal como lo es el Ladder o el Bloque de Funciones. Para ello se utiliza el programa para la plataforma de control ControlLogix, RSLogix5000.

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14.4.4 Partidor Suave SMC-Flex Allen-Bradley a) Consideraciones preliminares El Partidor Suave SMC-Flex no posee comunicacin DeviceNet integrada, por lo cual se le conecta la tarjeta de comunicacin 20-COMM-D, en el slot disponible al interior del equipo, la cual permitir al Partidor Suave conectarse a la red. La tarjeta una vez instalada pasa a formar parte ntegra del equipo, por lo que conforman una sola unidad, por lo tanto se hace referencia slo al Partidor Suave. Por otra parte, al ser este equipo del fabricante nativo de la red DeviceNet Allen-Bradley, posee funcionalidades de monitoreo y configuracin desde el software de configuracin de la red RSNetWorx. Tambin, el archivo de configuracin EDS del Partidor est contenido en la librera del RSNetWorx. A continuacin se entregan las posibilidades de comunicacin del Partidor Suave SMCFlex a travs de la red DeviceNet para la aplicacin de control.

b) Monitoreo y Configuracin de Parmetros A travs del software de configuracin de red RSNetWorx es posible acceder a monitorear todos los parmetros del dispositivo. Adems, es posible modificar parmetros que no son de solo lectura. La lista de parmetros es mostrada a travs de una ventana de dilogo del programa RSNetWorx. En la figura 14.17 se muestra cmo son visualizados los parmetros del dispositivo con este programa.

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Figura 14.17. Visualizacin de parmetros del Partidor Suave SMC-Flex en el RSNetWorx.

c) Mecanismos de comunicacin soportados Los mecanismos de comunicacin soportados por el Partidor Suave SMC-Flex son los siguientes: Strobe Poll Change of State (COS) Cyclic