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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LOPEZ MATEOS”

“IMPLEMENTACIÓN DE UNA RED DEVICENET PARA LA AUTOMATIZACIÓN DE UN

SIMULADOR GENERADOR DE OLAS”

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

PRESENTAN:

RAMÍREZ SIERRA JESÚS DAMIÁN ROCHA SÁNCHEZ ÁNGEL

SÁNCHEZ RESÉNDIZ EFRAÍN

ASESORES:

M. EN C. HUERTA GONZÁLEZ PEDRO FRANCISCO M. EN C. TORRES RODRÍGUEZ IVONE CECILIA

MÉXICO D.F., JUNIO 2014

Agradecimientos

Dedicamos la presente como agradecimiento al apoyo brindado durante estos

años de estudio y como un reconocimiento de gratitud al haber finalizado

esta carrera.

En testimonio de la gratitud ilimitada al término de esta etapa de nuestras

vidas, queremos expresar un profundo agradecimiento a quienes con su

ayuda, apoyo y comprensión nos alentaron a lograr esta hermosa realidad.

A Dios por permitirnos vivir este momento.

Sabiendo que jamás existirá una forma de agradecer una vida de lucha,

sacrificio y esfuerzo agradecemos a nuestros padres, porque gracias a su

cariño, guía y apoyo hemos llegado a realizar uno de los anhelos más

grandes de nuestras vidas, terminar nuestros estudios profesionales.

A nuestros hermanos y a todas las personas que nos es imposible

mencionar, pero que saben quienes son, por el apoyo recibido.

Al IPN y ESIME por la formación integral personal y profesional.

A los profesores por todo el apoyo brindado agradecemos la orientación que

siempre nos otorgaron.

I

Resumen El presente trabajo muestra la implementación de redes de comunicación industrial basadas en la arquitectura NetLinx de la empresa Rockwell Automation, para implementar un sistema de automatización en un simulador generador de olas, instalado en el laboratorio de investigación de puertos y costas de la ESIA Zacatenco del IPN. Se utiliza una plataforma de control Logix, donde se integra una red DeviceNet para conectar dispositivos de campo de tipo hidráulico y sensores, utilizando módulos de E/S analógicas y digitales distribuidas. También se emplea una red EtherNet/IP como columna para comunicar, configurar y posteriormente programar los dispositivos de campo. Los resultados obtenidos del oleaje generado en el laboratorio se podrán visualizar y monitorear mediante una HMI que será desarrollada posterior a este trabajo en el software LabVIEW, e instalada en un cuarto de control. En éste trabajo se desarrolla la selección de dispositivos, el diseño de diagramas eléctricos, la integración de los componentes seleccionados para las redes de comunicación en el proceso de automatización y la configuración de hardware y software (RSLinx, RSLogix 5000 y RSNetworx para DeviceNet).

II

Índice General

Resumen ............................................................................................................. I

Índice General ..................................................... ¡Error! Marcador no definido.

Índice de Figuras ................................................................................................ V

Índice de Tablas .............................................................................................. VIII

Objetivo General ................................................................................................ X

Objetivos Específicos ......................................................................................... X

Justificación ........................................................................................................ X

CAPÍTULO 1 GENERALIDADES ..................................................................... 1

1.1 Oleaje ........................................................................................................... 2

1.2 Clasificación de las Olas .............................................................................. 2

1.3 Principios de Operación de los Generadores ............................................... 3

1.4 Laboratorios de Ingeniería Hidráulica en México ......................................... 4

1.4.1 Instituto Mexicano del Transporte; Laboratorio de Hidráulica Marítima ..... 4

1.4.2 Instituto Politécnico Nacional; Escuela Superior de Ingeniería y

Arquitectura; Laboratorio de Puertos y Costas ................................................... 6

1.5 Hipótesis ....................................................................................................... 7

CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO ...................................................................... 8

2.1 Controladores de Automatización Programables (PAC’s) ............................ 9

2.1.1 Principales Características de los PAC´s ................................................ 10

2.3 Red de Comunicación Industrial EtherNet/IP ............................................. 11

2.3.1 Topología de Redes ................................................................................ 12

2.3.1.1 Topología Tipo Bus .............................................................................. 13

2.3.1.2 Topología Tipo Estrella ......................................................................... 13

2.3.2 Cable Utilizado en las Redes EtherNet ................................................... 14

2.3.2.1 Cable UTP ............................................................................................ 14

2.3.2.2 Categorías ............................................................................................ 15

2.3.3 Conectores .............................................................................................. 15

2.3.3.1 Cable Directo ........................................................................................ 15

2.3.3.1 Cable Cruzado ..................................................................................... 16

2.3.4 Tarjeta de Red ......................................................................................... 17

2.3.5 Conmutador o Switch .............................................................................. 17

2.4 Red de Comunicación Industrial DeviceNet ............................................... 18

2.4.1 Características de Funcionamiento ......................................................... 21

2.4.2 Capa Física ............................................................................................. 21

2.4.2.1 Topología ............................................................................................. 21

2.4.2.2 Cables .................................................................................................. 23

2.4.2.3 Conectores ........................................................................................... 24

2.4.2.4 Taps ..................................................................................................... 24

2.4.2.5 Resistencia de Término ........................................................................ 25

III

2.4.2.6 Fuente de Alimentación ........................................................................ 26

2.4.3 Capa de Enlace, Red y Transporte ......................................................... 27

2.4.3.1 Modos de Comunicación ...................................................................... 27

2.4.3.2 Bus CAN ............................................................................................... 27

2.4.4 Capas Superiores .................................................................................... 29

2.4.5 Dispositivos para la Red De Campo DeviceNet ...................................... 29

2.4.5.1 Plataforma de Control ........................................................................... 31

2.4.5.2 Herramientas de Software .................................................................... 31

2.4.5.3 Dispositivos de Entradas/Salidas o I/O Device ..................................... 33

2.4.5.4 Interfaz de Operador ............................................................................ 34

2.4.5.5 Configuración de los Dispositivos DeviceNet ....................................... 34

CAPÍTULO 3 SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS, DISEÑO E

IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN ........................ 35

3.1 Dispositivos de Entradas y Salidas (E/S) ................................................... 36

3.1.1 Controlador AB CompactLogix 1769-L35E .............................................. 36

3.1.1.1 Puerto EtherNet/IP ............................................................................... 37

3.1.1.2 Fuente de Alimentación Eléctrica 1769-PA4 ........................................ 38

3.1.1.3 Módulo Escáner 1769-SDN DeviceNet ............................................... 39

3.1.1.4 Módulo de Entradas Digitales 24 VDC 1769-IQ16 Drenador/Surtidor . 41

3.1.1.5 Módulo de Salidas Digitales 24 VDC 1769-OB16 Surtidor .................. 42

3.1.2 AB CompactBlock LDX ............................................................................ 43

3.1.2.1 Características de Hardware ................................................................ 44

3.1.2.2 Dirección de Nodo. ............................................................................... 44

3.1.2.3 AB CompactBlock LDX 1790D-TN4V0, Entradas Voltaje Analógico .... 45

3.1.2.4 AB CompactBlock LDX 1790D-TN0V2, Salidas Voltaje Analógico ...... 46

3.1.2.5 AB CompactBlock LDX 1790D-T8BV8V, E/S Digitales 24VDC ............ 48

3.1.3 Servo Drive Parker Compax3 Fluid ......................................................... 49

3.2 Fuentes de Alimentación Eléctricas ........................................................... 51

3.2.1Fuente de Alimentación Eléctrica AB 1606-XLE80E ................................ 51

3.2.2 Fuente de Alimentación Eléctrica AB 1606-XLE120EN........................... 51

3.2.3 Fuente de Alimentación Eléctrica HENGFU HF70W-SF-24 .................... 51

3.2.4 Bloque de Alimentación Eléctrica Weidmuller Ltd. 9915490000 ............. 52

3.3 Dispositivos de Protección y Seguridad ..................................................... 52

3.3.1 Interruptores Termomagnéticos .............................................................. 52

3.3.1.1 Interruptores Termomagnéticos Steck SD-61 C ................................... 52

3.3.1.2 Interruptor Termomagnético Siemens 5SX4 ........................................ 52

3.3.2 Relevadores de Control Maestro ............................................................. 53

3.3.2.1 Relevador de Control AB 700-HA33A1 ............................................... 53

3.3.2.2 Relevador de Control Omron MK2P-S ................................................. 53

3.3.3 Relevadores de Control de Conmutación ................................................ 54

3.3.3.1 Relevador de Control ABB CR-P024DC1 ............................................ 54

3.3.3.2 Relevador de Control ABB CR-P024DC2 ............................................ 54

IV

3.3.4 Columna Luminosa de Señalización ABB KX70 .................................... 55

3.4 Conmutador (Switch) TRENDNet TE100-S8 ............................................. 55

3.5 PowerTap AB 1485T–P2T5–T5 Serie C..................................................... 55

3.6 Dispositivos Finales para la Generación de Oleaje .................................... 56

3.6.1 Servo Válvula Electrohidráulica MOOG G631 ......................................... 56

3.6.2 Sensor TEMPOSONICS EP .................................................................... 58

3.6.3 Dispositivo Mecánico (Paleta) ................................................................. 59

3.6.4 Unidad Hidráulica .................................................................................... 59

3.6.5 Actuador Hidráulico ................................................................................. 60

3.7 Laboratorio de Puertos y Costas de ESIA Zacatenco ................................ 60

3.8 Diagramas Eléctricos ................................................................................. 61

3.9 Integración de Dispositivos e Implementación de Redes ........................... 77

3.9.1 Topología Red EtherNet/IP ..................................................................... 77

3.9.2 Topología Red DeviceNet ....................................................................... 78

3.9.2.1 Calculo de la Fuente de Alimentación .................................................. 78

3.9.3 Descripción del Proceso de Automatización ........................................... 80

CAPÍTULO 4 CONFIGURACIÓN DE REDES Y DISPOSITIVOS .................... 93

4.1 Asignación de Direcciones IP ..................................................................... 94

4.1.1 Dirección IP de PC’s (PC de Campo, PC-HMI) ...................................... 94

4.1.2 Dirección IP del Controlador .................................................................... 95

4.2 Configuración del Driver EtherNet/IP ......................................................... 97

4.3 Configuración de la Red DeviceNet ........................................................... 99

4.3.1 Configuración de los Dispositivos .......................................................... 100

4.4 Configuración del Controlador a través de RSLogix 5000 ........................ 105

4.4.1 Adición de módulos ............................................................................... 107

4.4.2. Direccionamiento de Datos .................................................................. 108

4.4.3 Generación de Tags DeviceNet ............................................................ 111

CAPÍTULO 5 ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................. 114

5.1 Resultados Obtenidos en la Selección de Dispositivos e Implementación de

Redes. ............................................................................................................ 115

5.2 Colocación y Distribución de los Tableros de Control Sobre el Tanque y

Canal de Pruebas ........................................................................................... 125

5.2.1 Generación de Oleaje en Tanque ......................................................... 125

5.2.2 Generación de Olas en Canal ............................................................... 125

5.3 Resultados Obtenidos de la Configuración de Redes y Dispositivos. ...... 126

5.3.1 Asignación de Memoria para los Nodos en el Controlador.................... 126

5.4 Diagnóstico de la Red DeviceNet ............................................................. 129

5.5 Tags Generados para los Nodos de la Red DeviceNet. ........................... 132

5.6 Costo del Proyecto ................................................................................... 139

Glosario .......................................................................................................... 140

Bibliografía ..................................................................................................... 141

V

Conclusiones .................................................................................................. 144

Índice de Figuras

Figura 1.1 Fuerzas que Generan el Oleaje Marino ............................................ 3

Figura 1.2 Control General de Oleaje ................................................................. 4

Figura 1.3 Laboratorio de Hidráulica Marítima ................................................... 5

Figura 1.4 Laboratorio de investigación IPN-ESIME Zacatenco......................... 6

Figura 2.1 Topología Tipo Bus ......................................................................... 13

Figura 2.2 Topología Tipo Estrella ................................................................... 14

Figura 2.3 Tipos de Cable Directo .................................................................... 16

Figura 2.4 Cable Cruzado ................................................................................ 16

Figura 2.5 Familia de Redes CIP ..................................................................... 18

Figura 2.6 DeviceNet en el Contexto de las Estandarizaciones ....................... 19

Figura 2.7 Familia de Redes CIP ..................................................................... 20

Figura 2.8 Arquitectura NetLinx de Comunicación, para la Integración de

Redes Industriales ............................................................................................ 20

Figura 2.9 Topología Línea-Troncal/Derivaciones de DeviceNet ..................... 22

Figura 2.10 Construcción Física del Cable DeviceNet Tipo Round Thick ........ 23

Figura 2.11 Conectores Abiertos Plug-in: (a) 5 Pines; (b) 10 Pines ................. 24

Figura 2.12 PowerTap: (a) Construcción Física; (b) Esquema de Conexión .... 25

Figura 2.13 Conexión de la Resistencia de Termino ........................................ 26

Figura 2.14 Esquema de Conexión de una Fuente de Poder en un Medio Tipo

Round ............................................................................................................... 26

Figura 2.15 Niveles de Voltajes CAN Utilizados para Representar un Bit

Dominante o uno Recesivo .............................................................................. 28

Figura 2.16 Representación Esquemática de los Valores Nominales de Voltaje

de las Señales del Bus CAN Definidos para DeviceNet ................................... 29

Figura 2.17 Componentes de la Red DeviceNet .............................................. 31

Figura 2.18 Esquema de una Plataforma de Control DeviceNet ...................... 31

Figura 3.1 Controlador Allen Bradley CompactLogix 1769-L35E ..................... 36

Figura 3.2 CPU 1769-L35E .............................................................................. 37

Figura 3.3 Descripción del Puerto EtherNet/IP ................................................. 38

Figura 3.4 Características Físicas del Módulo 1769-SDN ................................ 40

Figura 3.5 Módulo de Entradas Digitales: (a) Conexión de Dispositivos de

Campo; (b) Etiquetas y Bornes ........................................................................ 41

Figura 3.6 Módulo de Salidas Digitales: Conexión de Dispositivos de Campo;

(b) Etiquetas y Bornes ...................................................................................... 42

Figura 3.7 Características Físicas de los Módulos ........................................... 44

Figura 3.8 Interruptores Manuales de Direccionamiento de Nodo ................... 44

Figura 3.9 Cableado a las Terminales de Entrada del Módulo ....................... 45

Figura 3.10 Cableado a las Terminales de Salida del Módulo ........................ 47

Figura 3.11 Descripción de las Terminales de Entradas y Salidas del Módulo 48

VI

Figura 3.12 Conexión Interna PowerTap .......................................................... 56

Figura 3.13 Esquema de Conexión: (a) Configuración Interna; (b) Símbolo .... 57

Figura 3.14 Conexión Eléctrica ........................................................................ 57

Figura 3.15 Desplazamiento del Sensor LVDT ................................................ 58

Figura 3.16 Dispositivo Mecánico (Paleta) ....................................................... 59

Figura 3.17 Unidad Hidráulica .......................................................................... 59

Figura 3.18 Actuador Hidráulico ....................................................................... 60

Figura 3.19 Laboratorio de Puertos y Costas de ESIA Zacatenco ................... 60

Figura 3.20 Dimensiones del Laboratorio ......................................................... 61

Figura 3.21 Simbología .................................................................................... 66

Figura 3.22 Tablero de Control 1 (TC1); Bloque de Alimentacion Principal ..... 67

Figura 3.23 Tablero de Control 1 (TC1); Fuentes de Aliementacion Electricas 68

Figura 3.24 Tablero de Control 1; Relevadores de Control .............................. 69

Figura 3.25 Tablero de control 1; Controlador de Automatizacion Programable

......................................................................................................................... 70

Figura 3.26 Tablero de Control 2; Módulos de E/S Distribuidas ....................... 71



Figura 3.29 Tablero de Control 5; Servo Drive ................................................. 75

Figura 3.30 Tablero de Control 5; Servo Drive y Sensor LVDT ........................ 75

Figura 3.31 Arranque y Paro Automático de la Unidad Hidráulica ................... 76

Figura 3.32 Medio Físico: (a) Cable (UTP); (b) Conector RJ-45 ...................... 77

Figura 3.33 Topología Red EtherNet/IP ........................................................... 77

Figura 3.34 Medio Físico: (a) Cable Redondo Grueso; (b) Conector Abierto .. 78

Figura 3.35 Calculo de la Fuente de Alimentación para DeviceNet ................. 79

Figura 3.36 Topología Red DeviceNet ............................................................. 80

Figura 3.37 Configuración de Conexiones del Tablero de Control 1 ................ 85

Figura 3.38 Configuración de Conexión de los Componentes de la Red

EtherNet/IP ....................................................................................................... 86

Figura 3.39 Configuración de Conexión de los Tableros de Control 1 y 2 ....... 87

Figura 3.40 Configuración de Conexión de los Tableros de Control 2 y 6 ....... 88

Figura 3.41 Configuración de Conexión de los Tableros de Control 4 y 7 ...... 89

Figura 3.42 Configuraciones Conexión del Tablero de Control 5 y el Actuador

Hidráulico ......................................................................................................... 90

Figura 3.43 Configuración de Operación de los Componentes Finales para la

Generación de Oleaje en el Tanque ................................................................. 91

Figura 3.44 Esquema Sintetizado del Proceso de Automatización .................. 92

Figura 4.1 Conexión de área local; (a) Estado; (b) Propiedades ...................... 94

Figura 4.2 Propiedades de Protocolo Internet (TCP/IP) ................................... 95

Figura 4.3 BOOT-DHCP: (a) Mensaje; (b) Ajustes de Red .............................. 95

Figura 4.4 Dirección MAC del Controlador ....................................................... 96

Figura 4.5 Configuración del Controlador: (a) Asignación de Dirección IP; (b)

Dirección IP Establecida en BOOT DHCP Server ............................................ 96

VII

Figura 4.6 Pantalla de Apertura de RSLinx Classic ......................................... 97

Figura 4.7 RSLinx Classic Gateway: (a) Menú Comunicaciones; (b) Selección

del Driver EtherNet/IP ...................................................................................... 97

Figura 4.8 Configuración del Driver: (a) Nombre; (b) Exploración de Subred .. 98

Figura 4.9 Driver Instalado ............................................................................... 98

Figura 4.10 RSLinx Classic Gateway; RSWho ................................................. 98

Figura 4.11 RSWho: Dispositivos DeviceNet ................................................... 99

Figura 4.12 Pantalla de Apertura de RSNetWorx ............................................. 99

Figura 4.13 Búsqueda de Dispositivos en la Red ........................................... 100

Figura 4.14 Dispositivos Encontrados en la Red ............................................ 100

Figura 4.15 Escáner 1769-SDN: (a) Propiedades Generales; (b) Configuración

....................................................................................................................... 101

Figura 4.16 Scanlist: (a) Dispositivos Disponibles; (b) Dispositivos Agregados

....................................................................................................................... 101

Figura 4.17 Parámetros: (a) Nodo 02; (b) Nodo 03 ........................................ 102



Figura 4.20 Mapeo: (a) Nodo 03; (b) Nodo 05 ............................................... 103

Figura 4.21 Mapeo: Nodo 07 .......................................................................... 104

Figura 4.22 Mapeo: (a) Nodo 02; (b) Nodo 04 ............................................... 104

Figura 4.23 Mapeo: (a) Nodo 06; (b) Nodo 07................................................ 105

Figura 4.24 Pantalla de Apertura de RSLogix 5000 ....................................... 105

Figura 4.25 Características del Controlador ................................................... 106

Figura 4.26 Directorio de Programas y Datos ................................................ 106

Figura 4.27 Adición de Módulos ..................................................................... 107

Figura 4.28 Adición de Módulo 1769-SDN: (a) Selección; (b) Configuración . 107

Figura 4.29 Adición de Módulos: (a) 1769-IQ16; (b) 1769-OB16 ................... 108

Figura 4.30 Módulos Añadidos ....................................................................... 108

Figura 4.31 Direcciones de Tags Creados Automáticamente por RSLgix 5000

....................................................................................................................... 110

Figura 4.32 Direcciones de Entradas ............................................................. 111

Figura 4.33 Direcciones de Salidas ................................................................ 111

Figura 4.34 Informe de la Generación de Tags .............................................. 112

Figura 4.35 Pantalla de Tags de RSLogix 5000 ............................................. 113

Figura 4.36 Tags Generados para los Dispositivos de la Red DeviceNet ...... 113

Figura 5.1 Tablero de Control 1 ..................................................................... 117

Figura 5.2 Tablero de Control 1; Columna Luminosa de Señalización ........... 118

Figura 5.3 Tablero de Control 2 ..................................................................... 118

Figura 5.4 Tablero de Control 3 ...................................................................... 119



Figura 5.7 Conexión Física de los Componentes del Actuador Hidráulico: (a)

Servo Válvula; (b) Sensor LVDT .................................................................... 120

VIII

Figura 5.8 Conexión Física de la Unidad Hidráulica ....................................... 121

Figura 5.9 Montaje del Actuador Hidráulico sobre el Dispositivo Mecánico .. 121

Figura 5.10 Conexion Fisica de los Elementos Finales para la Generacion de

Oleaje ............................................................................................................. 122

Figura 5.11 Colocación y Distribución de los Tableros de Control ................. 122

Figura 5.12 Configuración de los Elementos Finales para la Generación de

Olas en el Tanque de Pruebas Parte Frontal ................................................. 123

Figura 5.13 Elementos Físicos para la Generación de Olas en el Tanque de

Pruebas Parte Frontal .................................................................................... 123

Figura 5.14 Configuración de los Elementos para la Generación de Olas en el

Tanque de Pruebas Parte Lateral Derecha .................................................... 124

Figura 5.15 Elementos Físicos para la Generación de Olas en el Tanque de

Pruebas Parte Lateral Derecha ...................................................................... 124

Figura 5.16 Configuración de Elementos Finales para la Generación de Olas en

el Canal de Pruebas ....................................................................................... 125

Figura 5.17 Canal de Pruebas: (a) canal; (b) Dispositivo Electromecánico

Generador de Olas en Canal .......................................................................... 125

Figura 5.18 Mapeo de Entradas, Nodos: 03, 05 y 07 ..................................... 127

Figura 5.19 Mapeo de Salidas, Nodos: 02, 04 y 06 ........................................ 128

Figura 5.20 Diagnostico de Red DeviceNet ................................................... 129

Figura 5.21 Tags Nodo 02: (a) Out 0 (CH0); (b) Out 1 (CH1) ........................ 133

Figura 5.22 Tags Nodo 03: (a) In 0 (CH0); (b) In 1 (CH1) .............................. 133


Figura 5.24 Tags Nodo 03: Registro de Estado ............................................. 134




Figura 5.28 Tags Nodo 05: Registro de Estado ............................................. 136


Figura 5.30 Tags Nodo 07: (a) In (0-7); (b) Out (0-7) ..................................... 137

Índice de Tablas

Tabla 1.1 Tipos de Olas ..................................................................................... 3

Tabla 2.1 Categorías Cable UTP ..................................................................... 15

Tabla 2.2 Principales Características de la Red DeviceNet ............................. 21

Tabla 2.3 Tasas de Transmisión Definidas por DeviceNet y Distancias Máximas

según el Medio Físico ....................................................................................... 22

Tabla 2.4 Hilos Conductores Especificados en DeviceNet ............................... 23

Tabla 2.5 Niveles de Voltaje Definidos para la Señal CAN en DeviceNet ........ 28

Tabla 3.1 Especificaciones Eléctricas 1769-PA4 ............................................. 38

Tabla 3.2 Asignación de Datos 1769-SDN ....................................................... 40

Tabla 3.3 Especificaciones Eléctricas y DeviceNet 1769-SDN ........................ 40

IX

Tabla 3.4 Especificaciones Eléctricas 1769-IQ16 ............................................ 41

Tabla 3.5 Archivo de Datos 1769-IQ16 ............................................................ 42

Tabla 3.6 Especificaciones Eléctricas 1769-OB16 ........................................... 43

Tabla 3.7 Archivo de Datos 1769-OB16 ........................................................... 43

Tabla 3.8 Descripción de Etiqueta de Conexión AB 1790D-TN4V0 ................. 45

Tabla 3.9 Archivo de Datos AB 1790D-TN4V0 ................................................. 46

Tabla 3.10 Especificaciones Eléctricas AB 1790D-TN4V0 ............................... 46

Tabla 3.11 Descripción de Etiqueta de Conexión AB 1790D-TN0V2 ............... 46

Tabla 3.12 Archivo de Datos AB 1790D-TN0V2 ............................................... 47

Tabla 3.13 Especificaciones Eléctricas AB 1790D-TN0V2 ............................... 47

Tabla 3.14 Descripción de Etiqueta de Conexión AB 1790D-T8BV8V ............. 47

Tabla 3.15 Archivo de Datos AB 1790D-T8BV8V ............................................ 48

Tabla 3.16 Especificaciones Eléctricas AB 1790D-T8BV8V ............................ 49

Tabla 3.17 Especificaciones Eléctricas Parker Compax3 Fluid ........................ 49

Tabla 3.18 Bloque de Conectores Parker Compax3 Fluid ............................... 50

Tabla 3.19 Especificaciones Eléctricas AB 1606-XLE80E ............................... 51

Tabla 3.20 Especificaciones Eléctricas AB 1606-XLE120EN ........................... 51

Tabla 3.21 Especificaciones Eléctricas HENGFU HF70W-SF-24 .................... 51

Tabla 3.22 Especificaciones Eléctricas Weidmuller Ltd. 9915490000 .............. 52

Tabla 3.23 Especificaciones Eléctricas Steck SD-61 C .................................... 52

Tabla 3.24 Especificaciones Eléctricas Siemens 5SX4 .................................... 53

Tabla 3.25 Especificaciones Eléctricas AB 700-HA33A1 ................................. 53

Tabla 3.26 Especificaciones Eléctricas Omron MK2P-S .................................. 53

Tabla 3.27 Especificaciones Eléctricas ABB CR-P024DC1 ............................. 54

Tabla 3.28 Especificaciones Eléctricas ABB CR-P024DC2 ............................. 54

Tabla 3.29 Especificaciones Eléctricas ABB KX70 .......................................... 55

Tabla 3.30 Especificaciones Eléctricas TRENDNet TE100-S8 ...................... 55

Tabla 3.31 Especificaciones Eléctricas AB 1485T–P2T5–T5 Serie C ............. 56

Tabla 3.32 Características Generales MOOG G631 ........................................ 56

Tabla 3.33 Especificaciones Eléctricas MOOG G631 ...................................... 57

Tabla 3.34 Especificaciones Eléctricas TEMPOSONICS EP ........................... 58

Tabla 3.35 Especificaciones Unidad Hidraulica................................................ 59

Tabla 3.36 Dispositivos de la Red EtherNet/IP................................................. 78

Tabla 3.37 Dispositivos de la Red DeviceNet................................................... 79

Tabla 4.1 Tipos de Tags ................................................................................. 108

Tabla 4.2 Tipos de Valores ............................................................................ 109

Tabla 4.3 Tipo de Datos ................................................................................. 109

Tabla 4.4 Asignación Mínima de Memoria en Tags (4 Bytes [32 bits]) ........... 109

Tabla 4.5 Formato de las Direcciones de E/S ................................................ 110

Tabla 5.1 Mapeo de Entradas Red Devicenet ................................................ 127

Tabla 5.2 Mapeo de Salidas Red DeviceNet ................................................ 1298

Tabla 5.3 Informe de Diagnostico ................................................................... 129

Tabla 5.4 Ditecciones de Tags DeviceNet...................................................... 138

X

Objetivo General

Realizar la implementación de una red de dispositivos de control para la automatización de un simulador generador de olas, ubicado en el laboratorio de puertos y costas de la ESIA Zacatenco. Objetivos Específicos Seleccionar los dispositivos necesarios para el control del simulador

generador de olas. Implementar una red DeviceNet para controlar y configurar los dispositivos a

utilizar para el sistema de automatización. Implementar una red EtherNet/IP para comunicar y configurar los

dispositivos de programación y monitoreo del proceso. Integrar las Redes DeviceNet y EtherNet/IP al sistema de control. Justificación El fenómeno del oleaje está presente en todas las costas del mundo, y no sólo ahí, también en las superficies de mares, océanos, ríos y canales, lo que implica que se tenga que estudiar y modelar en laboratorios de investigación, para poder analizar su comportamiento. Estos laboratorios tienen que estar acondicionados y equipados adecuadamente, para simular las olas y poder observar las características del oleaje generado. De acuerdo a las capacidades de cada laboratorio, se integran tecnologías de diversas áreas de ingeniería para comunicar y controlar los dispositivos y elementos que generan el oleaje, y que por medio de software especializado se puedan visualizar los resultados desde un cuarto de control o desde una computadora.

CAPÍTULO 1

1

CAPÍTULO 1

GENERALIDADES

CAPÍTULO 1

2

1.1 Oleaje El oleaje es el fenómeno más importante que afecta las costas, además es el principal elemento para el diseño de las estructuras que se utilizan en las zonas costeras y playas. El fenómeno es complejo y difícil de representar de una forma matemática, sin embargo se tienen modelos matemáticos que pueden representar el estado del mar y calcular los efectos del oleaje. Existen varias teorías las cuales se aplican de acuerdo a las condiciones de un problema particular. [1] Las técnicas de pronóstico de oleaje se desarrollaron después de la Segunda Guerra Mundial y ellas usaban de manera común relaciones empíricas entre la velocidad del viento y la altura de la ola para obtener características del oleaje. Versiones más recientes de los modelos de pronóstico, aún son usadas por simplicidad y eficiencia. Sin embargo, para prácticas de diseño contemporáneo, se requiere el espectro del oleaje, información que no suministraban los modelos anteriores. La aplicación de los conceptos espectrales por Pierson & Marks marcó el comienzo de una nueva era en el pronóstico de oleaje. Algunos modelos espectrales fueron elaborados por Pierson, Barnett, Ewing y Cardone. En los últimos años se han desarrollado nuevos modelos espectrales de olas con la creciente capacidad computacional y en función de las recientes teorías sobre modelado de olas por el equipo SWAMP y el equipo SWIN. Las actividades crecientes en las regiones costeras requieren de información más detallada, como la que se obtiene con radares, de la que suministran los modelos a escala global. Sin embargo, el desarrollo de un sistema integrado para diagnóstico y pronóstico de oleaje tienen un compromiso entre equipo computacional, tamaño de área y el tamaño del mallado utilizado para el cálculo numérico. Las limitantes, antes mencionadas, llevan a establecer sistemas integrados de técnicas de pronóstico de oleaje para las costas, donde la información sobre el mismo es necesaria en el manejo y planificación de las actividades marinas y para ello son necesarios laboratorios de hidráulica. 1.2 Clasificación de las Olas A continuación se muestran los diversos tipos de olas que se presentan en el océano, las cuales se clasifican de acuerdo al período y la relación con la fuerza principal que producen el disturbio, y la fuerza que restaura o disipa la ondulación. La clasificación se complementa con la tabla 1.1 y la figura 1.1, que muestra el nivel de energía que contiene el oleaje, el cual es proporcional al cuadrado de la altura de ola (H2). La forma más sencilla de reproducir la característica del estado del mar, en particular su energía, esto es período (T) y amplitud (H) significativos, es con un oleaje regular que lo podemos asumir como cercano a una sinusoidal, con altura, período y dirección constantes. Pero si observamos la superficie del mar y la medimos vemos que la superficie del mar está compuesta de olas que varían en período y amplitud moviéndose en diferentes direcciones. Esto indica que el oleaje es irregular y que una forma de análisis es por métodos estadísticos o bien por un análisis aleatorio. [1]

CAPÍTULO 1

3

Tabla 1.1 Tipos de Olas

Periodo Tipo Fuerza que la produce Fuerza que Restaura

<0.1 seg Capilares Viento Tensión superficial

0.1 a 1 seg Ultragravedad Viento Tensión superficial, fuerza y gravedad

1 a 30 seg Gravedad Viento Gravedad

30 seg a 5 min Infragravedad Viento Gravedad

5 min a 12 hr Largo periodo Tormentas y Tsunamis Fuerza de coriolis

24 hr a 30 hr Largo periodo Sol y luna Fuerza de coriolis

>24 hr Muy largo periodo Sol y luna Fuerza de coriolis

Figura 1.1 Fuerzas que Generan el Oleaje Marino

1.3 Principios de Operación de los Generadores De los diferentes tipos de generadores de olas, el más ventajoso y más sencillo de construir y el que más representa las formas de las olas, es el mecánico figura 1.2. Estos generadores se construyen con una gran diversidad de tipos: paleta o bastidores, articula o tipo pistón, tipo cuña vertical, o bien a un sistema de servo-mecanismos hidráulicos. [1] Existen en forma básica dos tipos de oleaje: los de oleaje regular e irregulares.

CAPÍTULO 1

4

Figura 1.2 Control General de Oleaje

1.4 Laboratorios de Ingeniería Hidráulica en México En el desarrollo y la construcción de grandes obras portuarias, la Ingeniería en México siempre se ha visto apoyada por los Laboratorios de Hidráulica Marítima, de tal forma, que han ayudado a que la Ingeniería Mexicana en estos tiempos sea reconocida a nivel Mundial. [2] 1.4.1 Instituto Mexicano del Transporte; Laboratorio de Hidráulica Marítima El Laboratorio de Hidráulica Marítima, del Instituto Mexicano del Transporte es único en el país y el mejor equipado de los pocos que existen en Latinoamérica. Infraestructura: [2] Tanque de olas mayor mostrado en la figura 1.3. Tiene dimensiones de 29 m de ancho 43 m de largo y 1.20 m de profundidad, cuenta con 2 generadores de oleaje que tienen una paleta metálica de 10 m de longitud, con movimiento tipo pistón, con motores de 30 KVA de corriente directa, con poca inercia; y se operan con una PC, los generadores de oleaje se pueden mover conjuntamente o independientemente para representar diversas direcciones de oleaje en el tanque de olas. Tanque de olas menor. Tiene dimensiones de 16.4 m de ancho 40 m de largo y 1.20 m de profundidad, cuenta con un generador de oleaje que tiene una paleta metálica de 10 m de longitud, con movimiento tipo pistón, con motores de 30 KVA de corriente directa, con poca inercia, y se operan con una PC, el generador se puede mover para representar diversas direcciones de oleaje en el tanque. El tipo de oleaje que se puede generar en estos tanques es monocromático y aleatorio unidireccional, con capacidad de movimiento en varias direcciones de oleaje. Con un tirante de agua de 80 cm es posible generar alturas de la ola de hasta 40 cm., con períodos de ola de hasta 5 seg.

Controlador

de Motor Motor

CD o CA

Elemento de

Medición y

Procesamiento

CD o CA

E

de

Me

dic

ión

y

Pro

ces

am

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CD

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R

CD

o

CA

t

CD

o

CA

Tornillo o

Mecanismo

Pistón o

Paleta Canal de

Oleaje

t

CD

o

CA

CAPÍTULO 1

5

Figura 1.3 Laboratorio de Hidráulica Marítima

Canal de olas ancho. Tiene dimensiones de 4.9 m de ancho 35 m de largo y 1.20 m de profundidad, cuenta con 1 generador de oleaje que tiene una paleta metálica de 4.90 m de longitud con movimiento tipo pistón, con motores de 30 KVA corriente directa con poca inercia operado por una PC, el generador de oleaje es fijo sólo puede generar oleaje en una sola dirección. Canal de olas angosto. Tiene dimensiones de 0.6 m de ancho 50 m de largo y 1.20 m de profundidad, cuenta con 1 generador de oleaje que tiene una paleta metálica de 0.60 m de longitud con movimiento tipo pistón, con motores de 30 KVA corriente directa con poca inercia operado por una PC, el generador de oleaje es fijo sólo puede generar oleaje en una sola dirección. El tipo de oleaje que se puede generar en estos canales es monocromático y aleatorio unidireccional, con valores de alturas de ola y períodos de ola como los indicados en el tanque de olas mayor. Sensores para la medición de la altura y período de ola. Cuenta con sensores para la medición de la altura y período de ola, son de tipo resistivo, y pueden medir alturas de ola de hasta 10 cm y periodos de hasta 5 seg. Complementariamente, se cuenta con sensores de tipo capacitivo de diferentes longitudes que varían de 20 a 60 cm, y pueden medir alturas de ola de hasta 40 cm y periodos de hasta 5 seg. Casetas de control. Se cuenta con dos casetas de control desde las cuales se puede generar y analizar el oleaje por medio de una computadora, convertidores de señales digital/análoga, análoga/digital, dispositivos de elevación para controlar la elevación de los sensores, ológrafos para observar

CAPÍTULO 1

6

la variación del voltaje con respecto a los cambios del nivel de agua. El equipo es el mismo para cada uno de los generadores de oleaje. Sistema de generación y medición de oleaje. Sistema que se utiliza para generar y medir oleaje en cada uno de los tanques y canales de ola. 1.4.2 Instituto Politécnico Nacional; Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura; Laboratorio de Puertos y Costas La Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura del Instituto Politécnico Nacional (IPN) cuenta con un generador de olas en aguas poco profundas, único en su tipo en América Latina mostrado en la figura 1.4. [3]

Sus instalaciones cuentan con un tanque y un canal de pruebas. Debido a sus características es posible hacer simulación de oleaje para ver los efectos sobre puertos y desembocadura de ríos.

Además, se realiza modelación con cuerpos de agua, como las lagunas, para conocer los efectos con determinada cantidad de nutrientes, otras investigaciones como observar el comportamiento de resistencia de estructuras mediante el golpeo de las olas.

La maquinaria, es de origen danés, fue adquirida por Petróleos Mexicanos (Pemex) como parte de un proyecto para instalar su propio laboratorio de oleaje, a mediados de los años 80 del siglo pasado y posteriormente donado al Instituto Politécnico Nacional.

Actualmente, es un proyecto único en México. Sólo los países del primer mundo tienen capacidad para desarrollarlos como Holanda o Alemania.

Figura 1.4 Laboratorio de investigación IPN-ESIME Zacatenco

CAPÍTULO 1

7

1.5 Hipótesis Para el desarrollo de este trabajo de automatización en el laboratorio de puertos y costas de la ESIA Zacatenco con base a sus características y equipo con el que cuenta. Requiere la implementación de redes de comunicación industrial para satisfacer las necesidades de la simulación de generación de oleaje, a través de sus dispositivos mecánicos llamados paletas que se encuentran distribuidos sobre el tanque de pruebas y en forma conjunta dar funcionamiento al canal de olas. Para el control y monitoreo se establecen las redes DeviceNet y EtherNet/IP que serán monitoreadas desde un cuarto de control por medio de una interfaz gráfica (HMI) en el software desarrollado en LabVIEW.

CAPÍTULO 2

8

CAPÍTULO 2

MARCO TEÓRICO

CAPÍTULO 2

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2.1 Controladores de Automatización Programables (PAC’s) Los controladores PAC’s, término creado por la Corporación de Investigación de Automatización (ARC), lo nombra Controlador de Automatización Programable (PAC) y es utilizado para describir una nueva generación de controladores industriales que combinan las mejores características de la Computadora Personal (PC) (computadora personal), y del Controlador Lógico Programable (PLC). También es utilizado para describir sistemas de control de alto desempeño. [4] Las aplicaciones actuales de automatización son cada vez más exigentes y poseen nuevas características, entre ellas están las de poder implementar un control avanzado, conectividad de red, integración de subsistemas remotos y distribuidos, interoperabilidad e integración de datos de toda la empresa. Para que un PLC pueda cumplir estas exigencias, las cuales son tareas más apropiadas para una PC, se les debe adicionar procesadores en paralelo, Gateways y convertidores de red, programas especiales para la comunicación con una PC, etc. Por otro lado, aparecieron soluciones en base a PC’s industriales (IPC); las cuales, si bien cumplen con las exigencias modernas de conectividad e integración, requieren tarjetas o módulos de expansión I/O para poder realizar el control de una maquina o proceso; además se debe cargar en la PC un sistema operativo que permita operar en forma determinística. La solución típica y obligada para poder cumplir de alguna manera con las exigencias modernas de la automatización, es mediante el empleo del PLC, DCS y PC en forma conjunta; lo cual conllevó al desarrollo del Controlador de Automatización Programable, una solución integral. El PAC se caracteriza principalmente por su diseño y construcción modular (VGA, Dual USB, Ethernet, RS-232/RS-485), y por el uso de arquitecturas abiertas que permiten la interconexión con otros equipos cumpliendo los siguientes requerimientos: Trabajan bajo una plataforma única en varios dominios desarrollando funciones lógicas, de conteo, control de movimiento, control de procesos, etc. Integran estrechamente el hardware del controlador con el software.

Se programan empleando diferentes herramientas de software. Emplean estándares de facto para las interfaces de red, los lenguajes de

programación y protocolos, permitiendo el intercambio de datos dentro de una red de sistemas de varios proveedores.

Proporcionan un procesamiento eficiente de las Entradas y Salidas I/O. Estos controladores ofrecen múltiples ventajas económicas. El costo global del sistema de control es reducido porque el hardware es menos costoso, y se

CAPÍTULO 2

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reduce el tiempo de desarrollo e integración. La adquisición de un PAC es a menudo más económica que equipar un PLC con los diferentes módulos para poder tener capacidades similares. Esta plataforma de control es una tecnología industrial orientada al control automatizado avanzado, al diseño de sistemas sofisticados y a la medición de magnitudes análogas. El PAC se refiere al conjunto formado por un controlador (una CPU típicamente), módulos de entradas y salidas, y uno o múltiples buses de datos que lo interconectan todo. Este controlador combina eficientemente la fiabilidad de control de un autómata o PLC junto a la flexibilidad de monitorización, cálculo y desempeño de una PC. Los PAC’s pueden utilizarse en el ámbito de la investigación, sobre todo en el industrial, para el control de máquinas y proceso, A destacar los siguientes: múltiples lazos cerrados de control independientes, lazos de control robusto, adquisición de datos de precisión, análisis matemático y memoria profunda, monitorización remota, visión artificial, control de movimiento y robótica, entre otros. [5] Se comunican usando los protocolos industriales de red abiertos como TCP/IP u OPC, EtherCAT, Lightbus, PROFIBUS DP / FMS, Interbus, CANopen, Multi-Master, DeviceNet, ControlNet, Modbus, Fipio, CC-Link, SERCOS RS232/RS485, Ethernet TCP / IP, Ethernet / IP, PROFINET, USB, entre otros. 2.1.1 Principales Características de los PAC´s La Corporación de Investigación de Automatización, identifica las cinco principales características de los PAC’s: [5] Funcionalidad de dominios múltiples, al menos dos de lógica, movimiento,

control PID, manejadores y procesos en una sola plataforma.

Plataforma de desarrollo simple multidisciplinaria, incorporando etiquetado común y una sola base de datos para acceder a todos los parámetros y funciones.

Herramientas de software que permiten el diseño por flujo de proceso a

través de diversas máquinas o unidades de procesos, junto con la norma IEC 61131-3, guía del usuario y administración de datos.

Arquitecturas abiertas, modulares, que reflejen las aplicaciones industriales

a partir de planos de maquinarias en fábricas a operaciones unitarias en plantas de procesos.

Utilización de normas para interfaces de redes, lenguajes, etc., tales como

TCP/IP, OPC y consultas XML y SQL.

CAPÍTULO 2

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2.3 Red de Comunicación Industrial EtherNet/IP EtherNet/IP, abreviatura de “Ethernet™ Industrial Protocol” (Protocolo Industrial Ethernet), es una solución abierta estándar para la interconexión de redes industriales que aprovecha los medios físicos y los chips de comunicación Ethernet comerciales. Al utilizar la tecnología Ethernet, no sólo se toma una tendencia tecnológica común actualmente, sino que, además, se disfruta de la posibilidad de obtener acceso a datos en el nivel de los dispositivos mediante la Internet. [6] EtherNet/IP ha sido diseñada para satisfacer la gran demanda de aplicaciones de control compatibles con EtherNet. Esta solución estándar para la interconexión de redes admite la transmisión de mensajes implícita (transmisión de mensajes de E/S en tiempo real) y la transmisión de mensajes explícita (intercambio de mensajes). EtherNet/IP es una red abierta que utiliza tecnología comercial ya existente, como:

El estándar de vínculo físico y de datos IEEE 802.3.

El conjunto de protocolos Ethernet TCP/IP (Protocolo de control de

transmisión/Protocolo Internet), estándar del sector para Ethernet.

Protocolo de control e información (CIP), el protocolo que permite la transmisión de mensajes de E/S en tiempo real e información/transmisión de mensajes entre dispositivos similares.

El Protocolo industrial Ethernet (EtherNet/IP) es un estándar para la interconexión de redes industriales que admite la transmisión de mensajes implícita y explícita, y que utiliza medios físicos y chips de comunicación Ethernet comerciales. Es una red abierta que utiliza:

El estándar de comunicación física y de datos IEEE 802.3

El conjunto de protocolos Ethernet TCP/IP (Protocolo industrial

Ethernet/Protocolo Internet).

El protocolo de control e información (CIP).

TCP/IP es el protocolo del nivel de transporte y red de Internet y suele estar vinculado con las instalaciones Ethernet, proporciona una serie de servicios que puede utilizar cualquier pareja de dispositivos para compartir datos. Dado que la tecnología Ethernet y los conjuntos de protocolos estándar como TCP/IP han sido promocionados para uso público, se han producido de forma masiva y pueden conseguirse fácilmente medios físicos y herramientas de software estandarizadas, con lo que puede disfrutar de las ventajas de una tecnología conocida y una gran facilidad de acceso.

CAPÍTULO 2

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El UDP/IP (Protocolo de datagrama de usuario) también se utiliza junto con la red Ethernet. Proporciona un transporte de datos rápido y eficiente, características necesarias para el intercambio de datos en tiempo real. El protocolo CIP en conjunto con TCP/UDP/IP tiene la finalidad de proporcionar un nivel de aplicaciones común. EtherNet/IP utiliza el modelo de red de productor/consumidor, al igual que las redes DeviceNet y ControlNet, que también utilizan CIP. Con la introducción de la tecnología de conmutación de Ethernet y la transmisión de datos full-duplex, se eliminan las colisiones de datos y el rendimiento mejora drásticamente en la red EtherNet/IP. Por lo general, una red EtherNet/IP utiliza una topología de estrella activa en la que los grupos de dispositivos están conectados punto a punto con un conmutador. La ventaja de una topología en estrella radica en la compatibilidad con productos y que puede combinar dispositivos de 10 y 100 Mbps, y el conmutador Ethernet negociará la velocidad. Asimismo, la topología de estrella le ofrece conexiones fáciles de cablear o de depurar, o en las que resulta fácil detectar fallos y llevar a cabo tareas de mantenimiento. EtherNet/IP ha sido diseñada para gestionar grandes cantidades de datos de transmisión de mensajes, hasta 1500 bytes por paquete. Permite la gestión de grandes volúmenes de datos de un modo previsible. Además de su capacidad para el tratamiento de datos, la velocidad de EtherNet/IP (10/100 Mbps), facilita aún más la transmisión de información. Gracias a la gran aceptación de la tecnología Ethernet en los últimos años, el costo por nodo de los dispositivos Ethernet está disminuyendo rápidamente. Por todas estas características, EtherNet/IP se está convirtiendo en una opción viable para muchas aplicaciones de control. 2.3.1 Topología de Redes La forma en la cual las conexiones de una red son hechas se llama topología de red, específicamente al layout físico de la red, las locaciones de los dispositivos y como el cable corre entre ellos. Estos tipos de redes son: [6]

Tipo Bus.

Tipo Estrella. Tipo Anillo. Tipo Malla.

Tipo Árbol.

CAPÍTULO 2

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2.3.1.1 Topología Tipo Bus Consiste en un cable con un terminador en cada extremo del que se conectan todos los elementos de una red. Todos los nodos de la red están unidos a este cable. [6] En esta topología, los elementos que constituyen la red se disponen linealmente, es decir, en serie y conectados por medio de un cable; el bus. Las tramas de información emitidas por un nodo (terminal o servidor) se propagan por todo el bus (en ambas direcciones), alcanzado a todos los demás nodos. Cada nodo de la red se debe encargar de reconocer la información que recorre el bus, para así determinar cuál es la que le corresponde, la destinada a él. En la figura 2.1 se muestra un ejemplo de la topología tipo bus con cada una de las redes de comunicación industrial: EtherNet/IP, ControlNet y DeviceNet con dispositivos Allen Bradley de Rockwell Automation.

Figura 2.1 Topología Tipo Bus

2.3.1.2 Topología Tipo Estrella Todos los elementos de la red se encuentran conectados directamente mediante un enlace punto a punto al nodo central de la red, quien se encarga de gestionar las transmisiones de información por toda la estrella. [6] Se utiliza sobre todo para redes locales. La mayoría de las redes de área local que tienen un enrutador (router), un conmutador (switch) o un concentrador (hub) siguen esta topología.

ControlNet

CAPÍTULO 2

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El nodo central en esta seria el conmutador o el concentrador, por el que pasan todos los paquetes. En una red de estrella, cada dispositivo necesita solamente un enlace y un puerto de entrada/salida para conectarse a cualquier número de dispositivos. Este factor hace que también sea más fácil de instalar y reconfigurar. Además, es necesario instalar menos cables, y la conexión, desconexión y traslado de dispositivos afecta solamente a una conexión: la que existe entre el dispositivo y el conmutador. En la figura 2.2 se muestra un ejemplo de la topología estrella mediante la red Ethernet/IP con dispositivos Allen Bradley de Rockwell Automation.

Figura 2.2 Topología Tipo Estrella

2.3.2 Cable Utilizado en las Redes EtherNet El cable más utilizado para la comunicación de redes EtherNet es el cable UTP (Unshielded Twisted Pair), aunque en un principio se utilizó el coaxial y hoy en día se utiliza también la fibra óptica. [6] 2.3.2.1 Cable UTP El cable par trenzado sin blindaje (Unshielded Twisted Pair – UTP), son cables de pares trenzados sin blindar que se utilizan para diferentes tecnologías de redes locales. Son de bajo costo y de fácil uso, pero producen más errores que otros tipos de cable y tienen limitaciones para trabajar a grandes distancias sin regeneración de la señal. [6]

CAPÍTULO 2

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El entrelazado de los cables disminuye la interferencia debido a que el área de bucle entre los cables, la cual determina el acoplamiento eléctrico en la señal, se ve aumentada. En la operación de balanceado de pares, los dos cables suelen llevar señales paralelas y adyacentes (modo diferencial), las cuales son combinadas mediante sustracción en el destino. El ruido de los dos cables se aumenta mutuamente en esta sustracción debido a que ambos cables están expuestos a interferencias electromagnéticas similares. La tasa de trenzado, usualmente definida en vueltas por metro, forma parte de las especificaciones de un tipo concreto de cable. Cuanto menor es el número de vueltas, menor es la atenuación de la diafonía. 2.3.2.2 Categorías En la siguiente tabla 2.1 se muestran las categorías del cable UTP. [6]

Tabla 2.1 Categorías Cable UTP

Categoría Ancho de Banda (MHz)

Aplicaciones

Categoría 1 0.4 Líneas telefónicas y módem de banda ancha.

Categoría 2 ----- Cable para conexión de antiguos terminales como IBM 3270

Categoría 3 16 10BASE-T and 100BASE-T EtherNet

Categoría 4 20 16 Mbit/s Token Ring

Categoría 5 100 100BASE-TX y 1000BASE-T EtherNet

Categoría 5e 100 100BASE-TX y 1000BASE-T EtherNet

Categoría 6 250 1000BASE-T EtherNet

Categoría 6e 250 – 500 10GBASE-T EtherNet

Categoría 7 600

Categoría 7a 1,200 Para servicios de telefonía, Televisión por cable y EtherNet 1000BASE-T en el mismo cable

Categoría 8 1,200

2.3.3 Conectores RJ-45 (registered jack 45) es una interfaz física comúnmente usada para conectar redes de cableado estructurado, (categorías 4, 5, 5e, 6 y 6a). Posee ocho pines o conexiones eléctricas, que normalmente se usan como extremos de cables de par trenzado. Una aplicación común es su uso en cables de red Ethernet, donde suelen usarse 8 pines (4 pares). Otras aplicaciones incluyen terminaciones de teléfonos (4 pines o 2 pares). [6] 2.3.3.1 Cable Directo El cable directo de red sirve para conectar dispositivos desiguales, como un computador con un hub o switch. En este caso ambos extremos del cable deben tener la misma distribución, como se muestra en la figura 2.3. No existe diferencia alguna en la conectividad entre la distribución 568A y la distribución 568B siempre y cuando en ambos extremos se use la misma. [6]

CAPÍTULO 2

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Figura 2.3 Tipos de Cable Directo

2.3.3.1 Cable Cruzado Un cable cruzado es un cable que interconecta todas las señales de salida en un conector con las señales de entrada en el otro conector, y viceversa; permitiendo a dos dispositivos electrónicos conectarse entre sí con una comunicación full duplex. El término se refiere comúnmente al cable cruzado de Ethernet. También permite transmisión confiable vía conexión Ethernet. Figura

2.4. [6]

Figura 2.4 Cable Cruzado

Para que todos los cables funcionen en cualquier red, se sigue un estándar a la hora de hacer las conexiones. Los dos extremos del cable llevarán un conector RJ45 con los colores en el orden indicado. Existen dos maneras de unir el cable de red con su respectivo terminal RJ45, el pochado se puede hacer de manera manual o al vacío sin aire mediante inyectado de manera industrial. Para usar con un HUB o SWITCH hay dos normas, la más usada es la B, en los dos casos los dos lados del cable son iguales: [6]

Cable directo 568A

Cable directo 568B

Cable cruzado 568A/568B

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Norma A Norma B

1. Blanco Verde 1. Blanco Naranja 2. Verde 2. Naranja

3. Blanco Naranja 3. Blanco Verde 4. Azul 4. Azul

5. Blanco Azul 5. Blanco Azul 6. Naranja 6. Verde

7. Blanco Marrón 7. Blanco Marrón 8. Marrón 8. Marrón

2.3.4 Tarjeta de Red Una tarjeta de red o adaptador de red permite la comunicación con aparatos conectados entre sí y también permite compartir recursos entre dos o más computadoras (discos duros, CD-ROM, impresoras, etc.). A las tarjetas de red también se les llama NIC (por network interface card; en español "tarjeta de interfaz de red"). Hay diversos tipos de adaptadores en función del tipo de cableado o arquitectura que se utilice en la red, pero actualmente el más común es del tipo Ethernet utilizando una interfaz o conector RJ-45. [6] Cada tarjeta de red tiene un número de identificación único de 48 bits, en hexadecimal llamado dirección MAC (siglas en inglés de media access control; en español "control de acceso al medio"). Estas direcciones hardware únicas son administradas por el Institute of Electronic and Electrical Engineers (IEEE). [6] 2.3.5 Conmutador o Switch Un conmutador o Switch es un dispositivo digital de lógica de interconexión de redes de computadores que opera en la capa de enlace de datos del modelo OSI. Su función es interconectar dos o más segmentos de red, de manera similar a los puentes de red, pasando datos de un segmento a otro de acuerdo con la dirección MAC de destino de las tramas en la red. [6] Los conmutadores se utilizan cuando se desea conectar múltiples redes, fusionándolas en una sola. Al igual que los puentes, dado que funcionan como un filtro en la red, mejoran el rendimiento y la seguridad de las redes de área local. Poseen la capacidad de aprender y almacenar las direcciones de red de nivel 2 (direcciones MAC) de los dispositivos alcanzables a través de cada uno de sus puertos. Por ejemplo, un equipo conectado directamente a un puerto de un conmutador provoca que el conmutador almacene su dirección MAC. Esto permite que, a diferencia de los concentradores o hubs, la información dirigida a un dispositivo vaya desde el puerto origen al puerto de destino. En el caso de conectar dos conmutadores o un conmutador y un concentrador, cada conmutador aprenderá las direcciones MAC de los dispositivos accesibles por sus puertos, por lo tanto en el puerto de interconexión se almacenan las MAC de los dispositivos del otro conmutador.

CAPÍTULO 2

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2.4 Red de Comunicación Industrial DeviceNet La red de comunicación industrial DeviceNet es una red abierta destinada a la comunicación entre controladores industriales y dispositivos de entradas y salidas (E/S), o I/O. Es desarrollada por la empresa Rockwell Automation como un bus de comunicación abierto y hace su aparición en 1994. Actualmente, la administración del estándar DeviceNet está a cargo de la ODVA, acrónimo de la Open DeviceNet Vendor Association (Asociación de Vendedores DeviceNet Abierto). [7] La red de campo DeviceNet es una red de comunicación basada en el modelo de referencia ISO/OSI de capas. Para integrar las diferentes redes de los distintos niveles de automatización en la industria. Se desarrolló el protocolo llamado CIP, Common Industrial Protocol (Protocolo Industrial Común).

El protocolo CIP define las características de las capas de aplicación para diferentes redes lo que ha dado lugar a llamar la “Familia de Redes CIP”. La figura 2.5 muestra la arquitectura de red, de acuerdo al modelo de referencia OSI, para las distintas redes que implementan CIP en sus capas superiores.

Figura 2.5 Familia de Redes CIP

La red DeviceNet está basada en el Modelo de Referencia OSI, estándar ISO/IEC 7498, que otorga una naturaleza jerárquica a la red estructurándola en 7 capas. En función de sus características y la Capa correspondiente a OSI, podemos particularizar una estructura de cuatro capas:

CAPÍTULO 2

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Capa física

Capa de Enlace

Capa de Red y Transporte

CIP Las capas de aplicación (Sesión, Presentación y Aplicación) son definidas bajo el Volumen 1 de CIP, el cual también ha sido estandarizado como parte del IEC-61158 type 2. Las capas Física, Enlace, Red y Transporte son definidas bajo el Volumen 3 de CIP, el cual ha sido estandarizado como IEC-62026-3. El estándar ISO 11898 es la definición del protocolo de comunicación CAN, Controller Area Network (Red de Área de Control). Éste implementa una comunicación serial para dispositivos, y como se representa en la figura 2.6, define completamente la capa de enlace y parcialmente una capa física.

Figura 2.6 DeviceNet en el Contexto de las Estandarizaciones

DeviceNet se compone de tres estándares internacionales. Pero dado que el protocolo CAN (ISO 11898) está contenido dentro del Volumen 3 de CIP, DeviceNet queda totalmente definida por el protocolo CIP en sus Volúmenes 1 y 3, o que es lo mismo que los estándares internacionales IEC 61158 e IEC 62026 respectivamente. Al conjunto de redes de comunicación basadas en el protocolo CIP es llamado “Familia CIP”. La red DeviceNet fue la primera red en formar parte de esta familia. El Volumen 1 de CIP otorga una especificación común a las redes DeviceNet, ControlNet, EtherNet/IP y CompoNet, para las capas superiores del modelo OSI. Luego, un volumen particular de adaptación CIP. Para cada red en particular es definido. La figura 2.7 representa en forma gráfica las redes que componen la familia CIP, junto a su volumen de especificación.

CAPÍTULO 2

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Figura 2.7 Familia de Redes CIP

La red DeviceNet se ubica entre los 2 primeros niveles de la jerarquía CIM, es

decir, en los niveles de sensor/actuador y campo (y parcialmente en el nivel de

control). En forma paralela, como parte de la Arquitectura NetLinx de

comunicación de 3 niveles, desarrollada en conformidad al modelo CIM,

impulsada por la empresa Rockwell-Automation y otras asociadas a ODVA y a

ControlNet International, se ubica en su nivel de dispositivo, es decir, en su

nivel 1. Esto es representado en la figura 2.8.

Figura 2.8 Arquitectura NetLinx de Comunicación, para la Integración de

Redes Industriales

Esta arquitectura tiene como objetivo la integración de los diferentes niveles jerárquicos de redes industriales presentes en la empresa. DeviceNet cumple su papel como la red de los dispositivos de bajo nivel, tales como sensores, botoneras y drives entre otros. También conecta dispositivos de mayor nivel tales como PLC.

CAPÍTULO 2

21

2.4.1 Características de Funcionamiento El estándar de comunicación industrial DeviceNet está diseñado como un protocolo de funcionalidad media y bajo coste para el nivel inferior del bus de campo. [7] La red DeviceNet permite utilizar hasta 64 nodos con una tasa de transmisión media de 125, 250 ó 500 Kbps. Los dispositivos pueden alimentarse a través del bus DeviceNet o disponer de su propia fuente de alimentación. En la tabla 2.2 se enlistan las principales características de la red DeviceNet.

Tabla 2.2 Principales Características de la Red DeviceNet

Característica Descripción

Topología Línea Troncal/Derivaciones

Número de nodos 64

Longitud máxima de red 500m

Energización 24VDC sobre el mismo medio

Tasa de transmisión 125, 250y500 Kbps (según longitud de red)

Método de Acceso al Medio CSMA/NBA (Arbitraje de Bus)

Paquetes de Datos 0 – 8 Bytes

Método de Comunicación Productor/Consumidor (Strobe, Poll, Cambio de estado, Cíclico)

Arquitectura de Control Centralizada y Distribuida

Otras funciones especiales Reemplazo automático (ADR); detección automática de velocidad (Autobaud).

Los dispositivos DeviceNet deben cumplir con requisitos de Interoperabilidad e Intercambiabilidad. La Interoperabilidad se refiere a que todo dispositivo DeviceNet,

independientemente del fabricante, tiene la capacidad de ser configurado para operar dentro de una red DeviceNet.

La Intercambiabilidad se refiere a que todo dispositivo que sigue un mismo perfil es capaz de ser sustituido por otro, independientemente del fabricante, que cumple con el mismo perfil.

2.4.2 Capa Física La especificación DeviceNet comprende 2 volúmenes y en el volumen 3 se define la capa física y medio de transmisión para este bus de campo. En DeviceNet es posible la conexión de hasta 64 nodos en una topología de red que consiste en una línea troncal cerrada en ambos extremos con una resistencia de 121 Ω y que permite derivaciones. [7] 2.4.2.1 Topología DeviceNet implementa el protocolo CAN. Por ello es que en muchas ocasiones, se hace referencia a CAN, cuando se describen características de DeviceNet. La topología básica de una implementación CAN es la bus o línea troncal.

CAPÍTULO 2

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En el caso de DeviceNet, ésta define una topología Trunkline-Dropline, o Línea Troncal con Derivaciones, que corresponde al bus de datos principal (Trunkline) de la que se cuelgan las distintas derivaciones (Dropline). En la figura 2.9 se muestra esquemáticamente la topología posible con DeviceNet. [7]

Figura 2.9 Topología Línea-Troncal/Derivaciones de DeviceNet

En la red DeviceNet existe una interdependencia entre la longitud de la red y la tasa de transmisión. Ésta es debida al retardo de propagación de señal. El retardo de propagación de señal es determinado por los 2 nodos que están más alejados el uno del otro dentro del sistema. Es el tiempo que se toma la señal para viajar desde un nodo a otro que sea el más lejano (tomando en cuenta el retardo causado por la transmisión y recepción del nodo), sincronización y la señal desde el segundo nodo que viaja de regreso al primero. Debido a esto, la relación que existe entre la longitud y la tasa de transmisión es inversamente proporcional, es decir, a mayor longitud de red, menor es la tasa de transmisión posible. Además, las longitudes de las derivaciones también afectarán la tasa de transmisión máxima. La especificación DeviceNet, define 3 velocidades para determinados rangos de longitud de la red. En la tabla 2.3 se muestran las velocidades y longitudes para DeviceNet, según el medio físico con el que se haya implementado.

Tabla 2.3 Tasas de Transmisión Definidas por DeviceNet y Distancias Máximas según el Medio Físico

Tasa de Transmisión

Longitud Línea Troncal Longitud Derivación

Cable Grueso

Cable Delgado

Cable Plano KwikLink

Máxima Acumulada

125 Kbps 500 m 100 m 420 m 6 m 156 m

250 Kbps 250 m 100 m 200 m 6 m 78 m

500 Kbps 100 m 100 m 75 m 6 m 39 m

CAPÍTULO 2

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2.4.2.2 Cables La especificación DeviceNet define 3 tipos de cables: [7] Round-Thick (Redondo Grueso)

Round-Thin (Redondo Delgado)

Flat (Plano). Round Thick: éste cable es utilizado principalmente para la línea troncal (trunk-line) de la red DeviceNet (también puede ser utilizado para las línea de derivación o drop-line). Posee un diámetro de 12,2 mm (0,48 in). En la figura 2.10 se muestra la construcción física de este cable.

Figura 2.10 Construcción Física del Cable DeviceNet Tipo Round Thick

Los medios Round tienen 5 hilos conductores, mientras que el medio Plano tiene 4. En la tabla 2.4 se muestran los hilos conductores definidos en DeviceNet.

Tabla 2.4 Hilos Conductores Especificados en DeviceNet

Color del Cable

Identidad del Cable

Uso de Cable Redondo Uso de Cable Plano

Blanco CAN_H Señal señal

Azul CAN_L señal señal

Sin forro tierra blindaje n/a

Negro V- Alimentación 0 VCD Alimentación 0 VCD

Rojo V+ Alimentación +24 VCD Alimentación +24 VCD

Pueden observarse los hilos conductores para las señales CAN_H y CAN_L. También puede notarse que se incluye un par de hilos conductores correspondientes a V- y V+, por los cuales se entrega la energía a los distintos dispositivos conectados al bus. Estos pares están presentes en los 3 tipos de cable. Además, se define un quinto hilo conductor para los medios tipo Round (Thick y Thin) para protección eléctrica, tierra.

CAPÍTULO 2

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2.4.2.3 Conectores Los conectores DeviceNet incorporan conexión para los 5 hilos conductores definidos anteriormente. Los tipos de conectores definidos por DeviceNet se dividen en dos categorías: [7] Conectores abiertos.

Conectores sellados. Conectores abiertos: estos conectores se denominan de esta manera debido a que los pines dejan expuestos los hilos conductores de la red. Dentro de estos conectores se definen los siguientes tipos: Plug-in.

Fixed. Plug-in: utilizado para conectar los hilos conductores en un conector removible. Se definen de 5 y 10 pines (2 líneas de 5 pines en paralelo). Las dimensiones de éste conector removible también son definidas en la especificación. En la figura 2.11 se muestra la construcción física de conectores abiertos.

Figura 2.11 Conectores Abiertos Plug-in: (a) 5 Pines; (b) 10 Pines

2.4.2.4 Taps Los taps son los puntos de la Línea Troncal (trunk-line) que cumplen alguna de las siguientes funciones: [7] Puntos desde donde se conectan los nodos a la red.

Puntos desde donde se inician las derivaciones (drop-lines). Puntos por los cuales se entrega la energía a la red.

CAPÍTULO 2

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La especificación DeviceNet define las características físicas de los Taps. Para cada tipo de cable son aplicables distintos tipos de Taps. Los definidos para DeviceNet son los siguientes: PowerTap.

T-Port. DeviceBox. DevicePort. Taps open-style: o tap de estilo abierto. PowerTap: Permite la conexión de un fuente de poder de 24VDC para la alimentación de la red y protege contra sobrecorrientes. Se utiliza sólo en medios Round. Se puede observar en la figura 2.12 la construcción física y esquema de conexión de este Tap.

Figura 2.12 PowerTap: (a) Construcción Física; (b) Esquema de Conexión

2.4.2.5 Resistencia de Término Para que un nodo pueda leer correctamente el nivel del bus es importante evitar las reflexiones de la señal en los extremos del bus. Esto se hace colocando una resistencia de término (TR) en ambos extremos del bus y evitando segmentos de término de bus innecesariamente largos. [7] La especificación DeviceNet define un valor de 121Ω para la resistencia de término y debe conectarse una en cada extremo del bus entre CAN_H y CAN_L. DeviceNet define la construcción física de la resistencia de término según el tipo de cable y conector utilizado. La figura 2.13 muestra resistencia conectada sobre un conector abierto.

Troncal

Troncal

Fuente de

Alimentación

Eléctrica

(a)

(b) (a)

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Figura 2.13 Conexión de la Resistencia de Termino

2.4.2.6 Fuente de Alimentación DeviceNet utiliza una fuente de +24VDC y permite la conexión de fuentes redundantes. La alimentación se entrega a los dispositivos a través del mismo bus a través del par de hilos V+ y V-. Además es posible insertar o desconectar nodos sin tener que desconectar la energía de la red. [7] En la figura 2.14 se muestra la conexión esquemática de una fuente de energía en un medio Round, tanto Thick como Thin. Puede observarse la conexión de la fuente a V+ y V- además de la conexión de la tierra de protección.

Figura 2.14 Esquema de Conexión de una Fuente de Poder en un Medio Tipo

Round

CAPÍTULO 2

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2.4.3 Capa de Enlace, Red y Transporte

La capa de enlace está definida por la especificación CAN. [7] Los dispositivos de una red pueden ser clientes, servidores, productores, consumidores o combinaciones. Con Deviene, algunas conexiones a clientes o servidores pueden consumir solamente mensajes (serán el destino de mensajes cíclicos o de estado), y algunas conexiones sólo producirán mensajes (serán las fuentes de datos para intercambios cíclicos o de cambio de estado). Este tipo de conexiones (cíclicas o de cambio de estado) reducen los requisitos de ancho de banda. Por el propio principio de diseño, cada nodo Deviene es responsable de la gestión de sus propios identificadores, eliminando así la necesidad de un gestor de datos centralizado para cada red. Deviene utiliza una dirección de dispositivo dentro del campo de identificación CAN, lo que proporciona un mecanismo de detección de nodos con direcciones repetidas. Esto presenta la ventaja de poder añadir a quitar nodos sin necesidad de conocer la configuración existente. Como no hay que localizar ningún tipo de registro y los nodos conocen los identificadores en uso, sólo es necesaria una petición de conexión entre los dos elementos de red indicando el tipo.

2.4.3.1 Modos de Comunicación Cíclico: un elemento produce datos a intervalos fijos y generalmente configurables, lo cual permite aprovechar mejor ancho de banda. [7] Rolling: Un esclavo recibe los datos según una lista de secuencia definida en el maestro, de duración conocida (depende de parámetros tales como el número de nodos o la velocidad de la red), lo cual proporciona comportamiento determinista de la red. Cambio de estado: Cualquier dispositivo configurado en esta modalidad, genera un mensaje cada vez que sus datos cambien, o con una cadencia determinada, utilizada también para saber que el dispositivo sigue presente y funcionando. 2.4.3.2 Bus CAN CAN (acrónimo del inglés Controlar Area Network - Red de Area de Control) es un protocolo de comunicaciones basado en una topología bus para la transmisión de mensajes en entornos distribuidos. La especificación CAN define dos estados lógicos: [7]

CAPÍTULO 2

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Recesivo (1 lógico).

Dominante (0 lógico). Por lo tanto, la transmisión de mensajes CAN y de la competencia por acceso al bus se basa en la habilidad para representar un valor de bit en términos de “Dominante” y “Recesivo”. Esto debe ser realizado por medios eléctricos. Una transmisión CAN se compone de dos señales denominadas CAN_H (CAN High o CAN Alto) y CAN_L (CAN Low o CAN Bajo). Éstas se transmiten simultáneamente cada una por un conductor distinto. Éstas operan en modo diferencial, lo que significa que portan voltajes invertidos, para disminuir la interferencia de ruido. Los niveles de voltajes dependen del estándar utilizado. En la figura 2.15 se muestra un esquema que representa esta situación. Para la representación de un bit “Recesivo” (1 lógico) los niveles de voltaje de las señales CAN_H y CAN_L es el mismo; y para la representación de un bit “Dominante” (0 lógico) existe una diferencia de voltaje, VDIFF, en donde el nivel de voltaje de CAN_H es mayor que el de CAN_L. DeviceNet utiliza los valores definidos por ISO 11898-2, adaptada en IEC 62026-3, para los niveles de voltaje de estas señales. En la tabla 2.5 se describen los niveles de voltaje definidos por esta especificación.

Figura 2.15 Niveles de Voltajes CAN Utilizados para Representar un Bit

Dominante o uno Recesivo

Tabla 2.5 Niveles de Voltaje Definidos para la Señal CAN en DeviceNet

Señal Recesivo Dominante Unidad

Mínimo

Nominal Máximo Mínimo Nominal Máximo

CAN-High 2,0 2,5 3,0 2,75 3,5 4,5 Volt

CAN-Low 2,0 2,5 3,0 0,5 1,5 2,25 Volt

CAPÍTULO 2

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La figura 2.16 muestra esquemáticamente los valores de voltaje nominal en el bus mencionados en la tabla 6.2.

Figura 2.16 Representación Esquemática de los Valores Nominales de Voltaje

de las Señales del Bus CAN Definidos para DeviceNet

2.4.4 Capas Superiores DeviceNet hace servir el protocolo CIP para las capas superiores (sesión, presentación, aplicación y usuario). [7] Como el protocolo CIP define una capa de Aplicación común, los datos de las redes basadas en este protocolo no variaran aunque cambien el tipo de red. Al definir los perfiles de los dispositivos, si estos se ciñen al estándar, dos dispositivos que sigan el mismo perfil reaccionaran de manera similar. Gracias a CIP, los mensajes que se generen en una red que haga servir este protocolo, podrán pasar por varias redes sin necesidad de retocar el mensaje en la capa de aplicación. Sólo será necesario indicar la ruta que deberán seguir los datos. 2.4.5 Dispositivos para la Red De Campo DeviceNet Dado que la red de campo DeviceNet ha sido diseñada como una red para los primeros niveles de la jerarquía de automatización, ésta permite la conexión entre dispositivos industriales simples, tales como sensores y actuadores, y los enlaza con dispositivos de mayor nivel, como lo son los PLC’s y PC’s. Los componentes de la red se clasifican según su función. En la figura 2.17 se muestra la representación de una red DeviceNet con la clasificación de los componentes de red. [7]

CAPÍTULO 2

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Figura 2.17 Componentes de la Red DeviceNet

Como se observa en la figura anterior, el equipamiento que compone a una red DeviceNet se puede clasificar en las siguientes clases: Plataforma de Control*

Medio* Sensores DeviceNet Software de Configuración* Interfaz para PC Dispositivos I/O Fuente de Poder* Interfaz de Operador Partidores Drives Motion Control Dispositivo de Enlace *Dispositivos imprescindibles. Una red DeviceNet se compondrá de las clases de dispositivos listadas. Las

clases marcadas con “*” son imprescindibles en toda red DeviceNet. El resto de

las clases dependerá de la aplicación particular para la cual se ha de emplear.

CAPÍTULO 2

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2.4.5.1 Plataforma de Control La plataforma de control para DeviceNet se compone de un Controlador Lógico Programable, o PLC, junto a un módulo de comunicación para soportar comunicación a una red DeviceNet. En la figura 2.18 se muestra un esquema que ilustra una plataforma de control para DeviceNet. [7]

Figura 2.18 Esquema de una Plataforma de Control DeviceNet

Existe una amplia gama de plataformas de control disponibles para DeviceNet, entre las que se pueden nombrar: CompactLogix ControlLogix PLC-5 FlexLogix SLC 500

2.4.5.2 Herramientas de Software Las principales herramientas de software para la red DeviceNet son: [7] RSLogix5000

RSNetworx RSLinx Integrated Architecture Builder

CAPÍTULO 2

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RSLogix5000: es la herramienta utilizada en la mantención de la plataforma de control. Este permite realizar las siguientes operaciones: Desarrollar los programas de aplicación para el PLC en alguno de los

siguientes 4 lenguajes: Ladder, texto estructurado, bloque de funciones, carta de funciones secuenciales.

Descargar (Download) los programas desde el disco duro del PC hacia el PLC.

Cargar (Upload) un programa existente en un procesador de la plataforma

de control.

Revisar y modificar los programas de ladder instalados en el procesador. Forzar entradas y salidas. Acceder a la configuración y status de operación de todos los módulos

conectados al sistema. Examinar la tabla de datos y las estructuras de datos definidas para la

aplicación.

Diagnóstico de fallas del procesador. La conexión entre el PC en el cual corre el programa RSLogix 5000 y el PLC de la plataforma de control, se efectúa por defecto vía RS-232. Pero, además, ésta se puede efectuar a través de los módulos de comunicación de la plataforma de control, con el soporte del servidor de comunicación RSLinx. RSNetworx para DeviceNet: Éste software es la herramienta de configuración para una red DeviceNet. Está desarrollado para operar en la plataforma Windows. A través de este, se crea una representación gráfica de la red, agregando y/o quitando dispositivos, y se configuran todos sus parámetros y características. Todos los dispositivos conectados a la red DeviceNet son configurados con RSNetWorx. Entre las características de configuración se pueden destacar: Nombre y descripción del dispositivo.

Dirección de nodo. Autobaud. Estado de falla. Método de comunicación: strobe, poll, cambio de estado y cíclico. ADR (reemplazo automático de dispositivo).

CAPÍTULO 2

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La comunicación entre el PC en el cual corre el programa RSNetWorx y la red DeviceNet se realiza por los siguientes medios: Por puerto de red si la plataforma de control posee un módulo de

comunicación EtherNet/IP. Por la conexión de una interfaz de comunicación en el PC anfitrión

del programa RSNetWorx, con lo cual, el PC puede ser configurado como un nodo más en la red. Por último, la conexión entre el programa RSNetWorx y la red DeviceNet es establecida por el servidor de comunicación RSLinx.

RSLinx: es un servidor de comunicación que permite el enlace entre una red de la familia CIP, y los software de aplicación en entorno Windows. De esta forma, una red DeviceNet es posible ser configurada por RSNetWorx, así como su plataforma de control por RSLogix, dado que el software RSLinx opera para soportar la comunicación. Entre otras funcionalidades que entrega este programa, se pueden mencionar: Como servidor de comunicación, establece la comunicación entre la red y los programas RSLogix5000 y RSNetWorx. Cargar (Upload) un programa en lenguaje Ladder desde un PLC y modificarlo. Navegar por los dispositivos de la red y monitorear su estado. En programa RSLinx opera automáticamente desde los programas de configuración para la red DeviceNet, RSLogix 5000 y RSNetWorx. Integrated Architecture Builder: Este software es una herramienta para el diseño de redes que implementan el protocolo CIP, es decir, DeviceNet, ControlNet y EtherNet/IP. A través de esta herramienta es posible diseñar una red DeviceNet, tomando en cuenta el medio, los dispositivos y otros factores asociados. El programa Architecture Builder permite además la generación de informes y listas de cotización.

2.4.5.3 Dispositivos de Entradas/Salidas o I/O Device Los Dispositivos de entradas/salidas, o I/O Device, son dispositivos que permiten conectar a la red DeviceNet, dispositivos de entrada salida, tales como sensores y actuadores, de tipo estándar. Un I/O Device es considerado un nodo dentro de la red, por lo cual debe asignársele una dirección de red. A través de este se conectan varios puntos I/O. [7] Para el caso de una entrada para un I/O Device, éste procesa la señal proveniente de un sensor estándar, la digitaliza y le otorga el formato de trama DeviceNet para transmitirla a la red como un nodo más. Dado que un I/O Device soporta la conexión de varios puntos I/O simultáneamente, en la trama DeviceNet va contenida la información para cada punto.

CAPÍTULO 2

34

2.4.5.4 Interfaz de Operador Las interfaces de operador entregan al usuario la capacidad de monitorear el proceso en forma visual a través de indicadores o pantallas que entregan información de lo que está ocurriendo en la planta. Estas pueden ser simples luces indicadores o completos diagramas del proceso plasmados en monitores adaptados para las condiciones industriales. Las interfaces de operador son llamadas también Interfaces Humano Máquina, o HMI (Human- Interface-Machine). [7] Las interfaces de operador DeviceNet tienen la capacidad de conectarse directamente a la red y deben ser configurados como un nodo más en la red. 2.4.5.5 Configuración de los Dispositivos DeviceNet La configuración de los dispositivos DeviceNet se lleva a cabo a través de los Electronics Data Sheets, EDS, (Hoja de Datos Electrónica).Todo dispositivo DeviceNet debe incluir su EDS para configuración. Por lo tanto, los softwares de configuración se basan en la información contenida en estos EDS para la configuración de los parámetros del dispositivo. Esto es transparente al usuario. [7]

CAPÍTULO 3

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CAPÍTULO 3

SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS, DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE

AUTOMATIZACIÓN

CAPÍTULO 3

36

3.1 Dispositivos de Entradas y Salidas (E/S) Dispositivos empleados para centralizar la recolección de los datos del proceso de automatización, donde se ejecutaran los programas de control y realizar acciones sobre el proceso en forma automática a los dispositivos de campo. 3.1.1 Controlador AB CompactLogix 1769-L35E Plataforma de control utilizada para integrar a los dispositivos de campo a través de las redes de comunicación industrial EtherNet/IP y DeviceNet. [8] La selección del controlador se hace con base a la CPU, que cuenta con un puerto EtherNet/IP integrado, se adicionan 3 módulos de expansión y una fuente de alimentación adecuada para el CompactLogix. A continuación se mencionan los componentes que lo integran. CPU Procesador 1769-L35E. Puerto EtherNet/IP Fuente de Alimentación Eléctrica 1769-PA4. Módulo Escáner 1769-SDN DeviceNet. Módulo De Entradas Digitales 24 VDC 1769-IQ16 Drenador/Surtidor Módulo De Salidas Digitales 24 VDC 1769-OB16 Surtidor En la figura 3.1 se muestran los componentes físicos del controlador CompactLogix Allen Bradley.

Figura 3.1 Controlador Allen Bradley CompactLogix 1769-L35E

PUERTO

EtherNet/IP

PUERTO

RS-232

CPU

PROCESADOR

1769-L35E

TARJETA DE MEMORIA EXTRAÍBLE COMPACTFLASH

FUENTE DE ALIMENTACIÓN ELECTRICA 1769-PA4

MODULO ESCÁNER 1769-SDN DeviceNet

MÓDULO DE ENTRADAS DIGITALES 24 VDC 1769-IQ16 DRENADOR/SURTIDOR

MÓDULO DE SALIDAS DIGITALES 24 VDC 1769-OB16 SURTIDOR

CAPÍTULO 3

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Principales características del controlador: El CPU procesador 1769-L35E figura 3.2, cuenta con una memoria de

usuario de 1.5 MB, un puerto integrado EtherNet/IP y una capacidad de E/S locales de hasta 30 E/S módulos.

CPU Logix de alto rendimiento con coprocesador integrado de valor con punto flotante (coma flotante).

El modelo de memoria basado en tags cumple con la norma IEC-61131-3. Entorno de desarrollo RSLogix5000, lenguaje IEC-61131-3 de diagrama de

lógica de escalera, diagrama de función secuencial, texto estructurado y diagrama de bloques de funciones.

Tarjeta de memoria extraíble CompactFlash para el almacenamiento no

volátil de códigos y datos de aplicación. CompactLogix 1769-L35E cuenta con Compact I/O, una plataforma de E/S

expansible de tipo PLC.

Figura 3.2 CPU 1769-L35E

3.1.1.1 Puerto EtherNet/IP La red EtherNet/IP es operada desde el puerto integrado de 10/100 Mbps en el CPU, figura 3.3. Acepta hasta 32 conexiones EtherNet/IP de alta velocidad para E/S distribuidas. Enclavamiento de datos en tiempo real con otros controladores EtherNet/IP, compartición de datos de alta velocidad con sistemas HMI. Otras características importantes se muestran a continuación: [8] Acepta mensajería, tags producidos/consumidos, HMI y E/S distribuidas.

Encapsulan mensajes dentro del protocolo TCP/UDP/IP estándar. Comparten una capa de aplicación común con ControlNet y DeviceNet.

CAPÍTULO 3

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Se interconectan mediante cable RJ45 categoría 5 con pares trenzados sin blindaje.

Pueden funcionar en half duplex y full duplex, a 10 Mbps 100 Mbps. Es compatible con conmutadores estándar. El controlador produce y consume tags con otros controladores de su tipo. La computadora personal puede cargar/descargar proyectos a los

controladores. La computadora personal puede configurar dispositivos en EtherNet/IP.

Figura 3.3 Descripción del Puerto EtherNet/IP

3.1.1.2 Fuente de Alimentación Eléctrica 1769-PA4 Fuente de suministro eléctrico para la CPU y los módulos de expansión que se conectan al controlador. [9]

Tabla 3.1 Especificaciones Eléctricas 1769-PA4

Distribuye alimentación desde cualquier lado de la fuente

Distribución de alimentación:

En alimentación de 4 A a 5 VDC, puede proporcionar 2 A al lado derecho de la fuente de alimentación y 2 A al lado izquierdo.

Máxima cantidad de corriente que acepta el sistema en ambas direcciones :

4 A a 5 VDC; 2 A a 24 VDC

Máxima cantidad de corriente que puede distribuirse desde cada lado:

2 A a 5 VDC; 1 A a 24 VDC

Voltaje de suministro nominal:

120/240 VAC mediante interruptor selector

Rango de voltaje:

85 a 132 VAC o 170 a 265 VAC de 47 a 63 Hz mediante interruptor selector

CAPÍTULO 3

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3.1.1.3 Módulo Escáner 1769-SDN DeviceNet El módulo escáner mantiene la conectividad con los dispositivos de campo DeviceNet del proyecto. El módulo acepta hasta 64 nodos DeviceNet, configuración remota y la recolecta de datos desde la red EtherNet/IP. El escáner, como maestro, puede ser propietario de hasta 63 nodos de E/S esclavos. [10] El escáner funciona como maestro y actúa como interface entre los dispositivos esclavos DeviceNet y el controlador. Se comunica con ellos mediante la red para leer entradas, escribir salidas y comunicarse (transmisión de mensajes). Se comunica con los dispositivos DeviceNet mediante mensajes de E/S de estroboscopio, encuestas, cambio de estado y/o cíclicos. Éste usa estos mensajes para solicitar datos desde, o enviar datos a, cada dispositivo. Los datos recibidos desde los dispositivos, o los datos de entrada, son organizados por el escáner y se ponen a disposición del controlador. Los datos recibidos desde el controlador, o los datos de salida, son organizados en el escáner y se envían a los dispositivos. Mensaje de estroboscopio es una transferencia de datos de difusión

múltiple (que tiene una longitud de 64 bits) enviada por el escáner que inicia una respuesta desde cada dispositivo esclavo estroboscópico. Los dispositivos estroboscópicos responden con sus datos, los cuales pueden ser información de 8 bytes como máximo. No compatible cuando el escáner es un esclavo.

Mensaje de encuesta es una transferencia de datos de punto a punto (0 a

64 bytes) enviada por el escáner al dispositivo esclavo. El mensaje de encuesta también inicia una respuesta de cada esclavo de encuesta. El dispositivo de entrada responde con sus datos de entrada (0 a 64 bytes).

Mensaje de cambio de estado es una transferencia de datos que se envía

cada vez que ocurre un cambio de datos. Un régimen de impulsos configurable por el usuario permite que los dispositivos indiquen una correcta operación durante los intervalos entre cambios de datos.

Mensaje cíclico es una transferencia de datos enviada a un régimen

específico configurable por el usuario, tal como cada 50 ms. Asignación de memoria. Para manejar el flujo de datos entre el controlador y los dispositivos de la red, el escáner usa imágenes de datos de entradas y salidas para transferir datos, información de estado y comandos entre el escáner y el controlador. La tabla 3.2 muestra los datos del módulo.

CAPÍTULO 3

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Tabla 3.2 Asignación de Datos 1769-SDN

Datos de Entrada

Palabra Descripción Tipo de Datos

0 a 65 Estructura de estado Matriz de 66 palabras

66 a 245 Entradas esclavas DeviceNet Matriz de 180 palabras

Datos de Salida

0 y 1 Matriz de comandos del módulo Matriz de 2 palabras

2 a 181 Salidas esclavas DeviceNet Matriz de 180 palabras

Asignaciones de Bits de Matrices de Comandos del Módulo

Palabra Bit Modo de Operación

0 0 1=Marcha, 0 = Inactivo

1 1=Fallo

2 1=Inhabilitar red

3 Reservado

4 1=restablecimiento

5 a 15 Reservado

1 0 a 15 Reservado

La figura 3.4 muestra las características del módulo 1769-SDN y su conector.

Figura 3.4 Características Físicas del Módulo 1769-SDN

Tabla 3.3 Especificaciones Eléctricas y DeviceNet 1769-SDN

Consumo máximo de corriente:

440mA a 5VCC (2.2 Watts)

Requisitos de alimentación eléctrica DeviceNet:

90 mA a 11 VCC (máximo) 110 mA a 25 VCC (máximo) 200 mA durante 1.5 ms (corriente de entrada al momento del arranque)

Velocidades en baudios:

125 K bits/segundo 250 K bits/segundo 500 K bits/segundo

Longitud máxima de cable: 500 metros a 125 K baudios; 100 metros a 500 K baudios

Distancia nominal a la fuente de alimentación eléctrica:

4 (El módulo no puede estar a una distancia de más de 4 módulos de la fuente de alimentación eléctrica).

Indicadores LED de estado del modulo y de la Red

Pantalla numérica de dirección y error

Conector macho de acoplamiento DeviceNet

Conector hembra

DeviceNet extraíble

Tornillo de tierra

CAPÍTULO 3

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3.1.1.4 Módulo de Entradas Digitales 24 VDC 1769-IQ16 Drenador/Surtidor Las entradas Drenador/Surtidor - Surtidor/Drenador describe el flujo de la corriente entre el módulo y los dispositivo de campo. [11] Los dispositivos de campo que están conectados al lado negativo (-DC) de la fuente de alimentación son dispositivos de campo drenadores. Los dispositivos de campo que están conectados al lado positivo (+DC) de la fuente de alimentación son dispositivos de campo surtidores, la descripción se muestra en la figura 3.5.

Figura 3.5 Módulo de Entradas Digitales: (a) Conexión de Dispositivos de

Campo; (b) Etiquetas y Bornes

Tabla 3.4 Especificaciones Eléctricas 1769-IQ16

Tipo de tensión: 24 VDC (drenador/surtidor)

Margen de tensión de funcionamiento:

de 10 a 30 VDC con 30ºC, de 10 a 26.4 VDC con 60ºC

Número de entradas: 16

Consumo de corriente del bus máximo:

115 mA a 5 VDC (0.575 Watts)

Distancia respecto a la fuente de alimentación:

8 (el módulo no puede estar a más de 8 módulos de distancia respecto de la fuente de alimentación o del controlador)

Grupos aislados:

Grupo 1: entradas 0 a 7 Grupo 2: entradas 8 a 15 Los grupos aislados operan, o en configuraciones drenadoras, o en configuraciones surtidoras.

CAPÍTULO 3

42

Asignación de memoria del módulo. Archivo de datos de entrada: para cada módulo de entradas, ranura x, la palabra 0 del archivo de datos de entrada contiene el estado actual de los puntos del campo de entradas, tabla 3.5.

Tabla 3.5 Archivo de Datos 1769-IQ16 Datos de Entrada

Palabra Posición de Bit

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

0 r r r r r r r r r r r r r r r r

r=rojo

3.1.1.5 Módulo de Salidas Digitales 24 VDC 1769-OB16 Surtidor Las salidas surtidoras o el término surtidor describe el flujo de corriente entre el módulo y el dispositivo de campo, alimentan con corriente a los dispositivos de campo drenadores. [12] Los dispositivos de campo que se conectan al lado positivo (+DC) de la fuente de alimentación son dispositivos de campo surtidores, la descripción se muestra en la figura 3.6.

Figura 3.6 Módulo de Salidas Digitales: Conexión de Dispositivos de Campo;

(b) Etiquetas y Bornes

CAPÍTULO 3

43

Tabla 3.6 Especificaciones Eléctricas 1769-OB16

Tipo de tensión: 24 VCC

Margen de tensión de funcionamiento:

de 20.4 VCC a 26.4 VCC (surtidor)

Número de salidas: 16

Consumo de corriente del bus máximo:

200 mA a 5 VCC (1.0 W)

Corriente de sobrecarga máximo:

2.0 A (la repetibilidad es de una vez cada 2 segundos durante un intervalo de 10 mseg.)

Distancia respecto a la fuente de alimentación:

8 (El módulo no puede estar a más de 8 módulos de distancia respecto de la fuente de alimentación.)

Grupos aislados: Grupo 1: salidas 0 a 15

Asignación de memoria del módulo. Archivo de datos de salida: para cada módulo, ranura x, la palabra 0 del archivo de datos de salida contiene el estado de los puntos de salida discreta dirigido por el programa de control. Archivo de datos de entrada: para cada módulo, ranura x, la palabra 0 del archivo de datos de entrada contiene el estado de la palabra 0 del archivo de datos de salida del módulo (eco de los datos de salida). Durante el funcionamiento normal, estos bits de entrada representan el estado lógico tienen las salidas dirigidas por el programa de control tabla 3.7. Por lo tanto, estos bits dependen de la configuración del modo programa y modo fallos. La tabla 3.7 muestra los datos de salida y entrada.

Tabla 3.7 Archivo de Datos 1769-OB16

Datos de Salida


15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

0 w w w w w w w w w w w w w w w w

w=escritura

Datos de Entrada


15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

0 r r r r r r r r r r r r r r r r

r= rojo

3.1.2 AB CompactBlock LDX Los dispositivos CompactBlock LDX I/O son unidades para monitorear y controlar las E/S distribuidas. Se emplean tres tipos de módulos: entradas de voltaje analógico de 0 a 10 VDC, salidas de voltaje analógico de 0 a 10 VDC y entradas y salidas digitales 24 VDC. [13] Los módulos actúan como esclavos dentro de la red e intercambian datos

con el maestro (escáner) a través de mensajes de encuesta, cíclicos o cambio de estado.

CAPÍTULO 3

44

Su configuración está desarrollada en el Software RSNetWorx para DeviceNet.

La red DeviceNet suministra energía a los CompactBlock LDX. Las entradas y salidas son alimentadas por una fuente externa de 24 VDC, que es independiente de la red.

3.1.2.1 Características de Hardware En la figura 3.7 se muestra de forma general las características principales de los módulos CompactBlock LDX. [13]

Figura 3.7 Características Físicas de los Módulos

3.1.2.2 Dirección de Nodo. Los módulos están establecidos internamente en la dirección de nodo 63. Para restablecer la dirección de nodo, ajustar los interruptores en la parte frontal del bloque. Los dos interruptores son dígito más significativo (MSD) y el dígito menos significativo (LSD). Los interruptores se pueden establecer entre 00 y 63, figura 3.8. [13]

Figura 3.8 Interruptores Manuales de Direccionamiento de Nodo

CAPÍTULO 3

45

La dirección de nodo también puede ser configurado a través de RSNetWorx para DeviceNet. Cuando la configuración de software se utiliza para la dirección de nodo, los interruptores se deben establecer entre 64 y 99. 3.1.2.3 AB CompactBlock LDX 1790D-TN4V0, Entradas Voltaje Analógico

Tabla 3.8 Descripción de Etiqueta de Conexión AB 1790D-TN4V0

Numero de Pin

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Descripción +24 VDC

GND IN 0 (CH0)

COM IN 1 (CH1)

COM IN 2 (CH2)

COM IN 3 (CH3)

COM

Numero de Pin

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Descripción NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC

En la figura 3.9 se muestra la descripción del módulo descrita en la tabla 3.8 sobre los pines en que deben ir conectados la fuente de alimentación y las entradas analógicas al módulo. [13]

Figura 3.9 Cableado a las Terminales de Entrada del Módulo

Archivo de datos de entradas analógicas. Los datos de entrada le permite acceder al módulo de entradas analógicas y datos para su uso en el programa de control, a través de la palabra y el bit de acceso. La estructura de datos de entradas analógicas se muestra en la tabla 3.9.

CAPÍTULO 3

46

Tabla 3.9 Archivo de Datos AB 1790D-TN4V0

Datos de Entradas Analógicas

Palabra Posición de bit

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

0 No utilizado Entrada analógica Canal de datos 0




4 No utilizado S3 S2 S1 S0

Descripciones Palabra / Bit

Palabra (lectura)

Bit Decimal

Descripción

0 Bits 0-11 Canal 0 datos de entrada

Bits 12-15 No utilizado: Se establece en 0







4 Bits 00-03 Bits de estado de los canales individuales - El bit 00 corresponde a la entrada Canal 0, el bit 01 corresponde al canal de entrada 1, y así sucesivamente. Cuando se establece (1), indica: • No hay corriente de campo • Cable abiert0 (4-20mA actual) • En Intervalo (4-20mA actual) • fallo del módulo recuperable (todo canal que se establezca) • fallo del módulo irrecuperable (todo canal que desea configurar)


Tabla 3.10 Especificaciones Eléctricas AB 1790D-TN4V0

Número de entradas: 4 unipolar, no aislado

Rango de señal: 0 ... 10 VCC

Adaptador de red: DeviceNet

Red de corriente de carga:

85 mA

Red de disipación de energía Máxima:

1.2 W a 28.8 V DC

3.1.2.4 AB CompactBlock LDX 1790D-TN0V2, Salidas Voltaje Analógico

Tabla 3.11 Descripción de Etiqueta de Conexión AB 1790D-TN0V2

Numero de pin

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Descripción +24 VDC

GND

OUT0

(CH0)

COM OUT1

(CH1)

COM NC NC NC NC

Numero de pin

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Descripción NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC

CAPÍTULO 3

47

En la figura 3.10 se muestra la descripción del módulo descrita en la tabla 3.11 sobre los pines en que deben ir conectados la fuente de alimentación y las salidas analógicas del módulo. [13]

Figura 3.10 Cableado a las Terminales de Salida del Módulo

Archivo de datos de salidas analógicas. La estructura del archivo de datos de salida se muestra en la tabla 3.12.

Tabla 3.12 Archivo de Datos AB 1790D-TN0V2

Datos de Salidas Analógicas

Palabra Posición de bit

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

0 No utilizados Salida Analógica Canal de Datos 0

1 No utilizados Salida Analógica Canal de Datos 1

Descripciones Palabra / Bit

Palabra (Escritura)

Bit Decimal Descripción

0 Bits 00-11 Canal 0 datos de salida


1 Bits 00-11 Canal 1 datos de salida


Tabla 3.13 Especificaciones Eléctricas AB 1790D-TN0V2

Número de salidas: 2 unipolar, no aislado

Rango de señal: 0 ... 10 VCC



85 mA


1.2 W a 28.8 V DC

CAPÍTULO 3

48

3.1.2.5 AB CompactBlock LDX 1790D-T8BV8V, E/S Digitales 24VDC

Tabla 3.14 Descripción de Etiqueta de Conexión AB 1790D-T8BV8V

Numero de pin

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Descripción IN0

IN1

IN2

IN3

IN4

IN5

IN6

IN7

COM COM

Numero de pin

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Descripción VDC GND OUT0

OUT 1

OUT2

OUT 3

OUT4

OUT5 OUT6

OUT7

Entradas tipo drenador: el COM (pin 9) hacia la alimentación de campo (-) GND. Entradas tipo surtidor: el COM (pin 9) hacia la alimentación de campo (+) 24 VCD. Ambos COM (pin 9, pin 10) se conectan internamente. Salidas tipo drenador: la conexión VCD (pin 11) hacia la alimentación de campo. (+) 24 VCD, La conexión GND (pin 12) hacia la alimentación de campo (-) GND. En la figura 3.11 se muestra la descripción del módulo descrita en la tabla 3.14. [14]

Figura 3.11 Descripción de las Terminales de Entradas y Salidas del Módulo

Archivo de datos de entradas y salidas. La tabla 3.15 muestra los archivos de datos de entradas y salidas del módulo.

Tabla 3.15 Archivo de Datos AB 1790D-T8BV8V

Definición Palabra / Bit

Bit 07 06 05 04 03 02 01 00

Producidos I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0

Consumidos O7 O6 O5 O4 O3 O2 O1 O0

Palabra Bit Descripción

Producidas 00-07 Bits de estado de entrada: Cuando se establece el bit (1) la entrada está activada. Bit 00 corresponde a la entrada I0, bit 01 corresponde a la entrada I1, bit 02 corresponde a la entrada I2, bit 03 corresponde a la entrada I3 etc.

Consumidas 00-07 Bits de salida: Cuando se establece el bit (1) la salida está activada. Bit 00 corresponde a la salida O0, bit 02 corresponde a la salida O2, bit 03 corresponde a la salida O3 etc.

CAPÍTULO 3

49

Tabla 3.16 Especificaciones Eléctricas AB 1790D-T8BV8V

Entradas:

Número de entradas: 8,surtidor o drenador no aisladas

Tensión de entrada en estado activado, nominal:

24 VDC

Salidas:

Número de salidas: 8, drenador no aisladas

Voltaje, salida en estado activado Nominal:

24VDC

Salida de corriente:

0.5 A max. por salida, 4.0 A máx. por acción ordinaria



100 mA


1.2 W a 28.8 V DC

3.1.3 Servo Drive Parker Compax3 Fluid El Servo Drive resuelve las aplicaciones de control de movimiento de tipo hidráulico. El tipo de programación para este dispositivo es CODESYS y PLC OPEN. [15]

Tabla 3.17 Especificaciones Eléctricas Parker Compax3 Fluid

Voltaje de alimentación: 24 VDC

Consumo de corriente del dispositivo: 0.8A (max. 1.5A)

Entradas y salidas:

8 Entradas de control: 24VDC / 10 kOhm

4 salidas de control: 24 V / 100 mA

4 entradas de corriente analógicas:

14 Bits

2 entradas de voltaje analógicas:

14Bits

4 salidas analógicas: 16 Bits corriente o voltaje

2 salidas de control analógico :

8 Bits

La tabla 3.18 muestra los bloques de conectores con los que cuenta el dispositivo y la descripción de los utilizados para el control de los de dispositivos de campo.

CAPÍTULO 3

50

Tabla 3.18 Bloque de Conectores Parker Compax3 Fluid

X1 Entradas Analógicas

X2 Salidas analógicas

X3 Fuente de alimentation 24 VDC

X10 RS232/RS485

X11 2. sistema de retroalimentación

X12 Entradas/salidas

X13 1.sistema de Retroalimentación

Entradas Analógicas (X1)

Conector X1 Pin

Descripción

Combicon 3,81mm; Conector hembra

1 24 V Alimentación-Sensor 0

2 GND Alimentación-Sensor 1

3 IN0 + Señal-Sensor 0 +

4 IN0 - Señal-Sensor 0 -













17 IN4 + +/-10V Entrada 4

18 IN4 - +/-10V Entrada 4

19 IN5 + +/-10V Entrada 5

20 IN5 - +/-10V Entrada 5

Salidas Analógicas (X2)

Conector X2 Pin

Descripción Combicon 3.81mm; Conector Hembra

1 I/Uout0 +/-10V/10mA o 4..20mA

2 GND 0

3 I/Uout1 +/-10V/10mA o 4..20mA

4 GND 1

5 I/Uout2 +/-10V/10mA o 4…20mA

6 GND 2

7 I/Uout3 +/-10V/10mA o 4…20mA

8 GND 3

9 Iout0 +/-100mA Salida de Corriente 0

10 GND

11 Iout1 +/-100mA Salida de Corriente 1

12 GND

Fuente de Alimentación (X3)

Conector X3 Pin

Descripción Combicon 5mm

1 +24V 24 VDC

2 GND 24V GND

CAPÍTULO 3

51

3.2 Fuentes de Alimentación Eléctricas Fuentes de suministro eléctrico de modo conmutado para los dispositivos de E/S y La Red DeviceNet. A continuación de muestran las diferentes fuentes utilizadas y sus especificaciones eléctricas. 3.2.1Fuente de Alimentación Eléctrica AB 1606-XLE80E Fuente de suministro para los módulos de E/S distribuidas de 24 VDC. [16]

Tabla 3.19 Especificaciones Eléctricas AB 1606-XLE80E

Voltaje de entrada: 100…120/200…240 VCA

Alimentación eléctrica de salida: 80 W

Voltaje de salida: 24…28 VCC

Corriente de salida: 3.3 A a 24 V 2.9 A a 28 V

Volts/Watts de salida: 24 V...28 V/80 W

Corriente de entrada nominal: 1.24 A (100 VCA) 0.68 A (240 VCA)

3.2.2 Fuente de Alimentación Eléctrica AB 1606-XLE120EN Fuente de suministro externa para el módulo de salidas digitales del controlador y la red DeviceNet. [17]

Tabla 3.20 Especificaciones Eléctricas AB 1606-XLE120EN

Voltaje de entrada: 90…130 VCA

Alimentación eléctrica de salida (watts): 120 W

Voltaje de salida: 24…28 VCC

Corriente de salida: 5 A a 24 V

Volts/Watts de salida: 24 V...28 V/ 120 W

Corriente de entrada nominal: 1.4 A

3.2.3 Fuente de Alimentación Eléctrica HENGFU HF70W-SF-24 Fuente de suministro para los bloques analógicos del servo drive y sensor LVDT. [18]

Tabla 3.21 Especificaciones Eléctricas HENGFU HF70W-SF-24

Voltaje de entrada AC:

85 ~ 132/170 ~ 264VAC seleccionado por el interruptor

Frecuencia de entrada: 47 ~ 63Hz

Corriente de entrada: arranque en frío, 20A/115V, 40A/230V

Voltaje de salida: 24V

Corriente de salida: 3.0A

Potencia de salida: 51 - 100 W

CAPÍTULO 3

52

3.2.4 Bloque de Alimentación Eléctrica Weidmuller Ltd. 9915490000 Dispositivo de alimentación de 127 VAC a 60 Hz para la PC en Campo. [19]

Tabla 3.22 Especificaciones Eléctricas Weidmuller Ltd. 9915490000

Diagrama de conexión

Corriente nominal

15 A

Voltaje nominal

127 VAC 60 Hz

Contactos 2

3.3 Dispositivos de Protección y Seguridad Dispositivos empleados para la protección de las instalaciones eléctricas del

sistema de automatización y seguridad para disminuir el riesgo de accidentes.

3.3.1 Interruptores Termomagnéticos Destinados a la protección de los conductores que conforman la instalación eléctrica de todos los dispositivos, contra sobrecargas y/o cortocircuitos. 3.3.1.1 Interruptores Termomagnéticos Steck SD-61 C Elementos de protección utilizados en la entrada de alimentación a las fuentes de suministro. [20]

Tabla 3.23 Especificaciones Eléctricas Steck SD-61 C

Corriente nominal:

4 A

4 SD-61 C04

6 A 6 SD-61 C06

16 A 16 SD-61 C16

20 A 20 SD-61 C20

Tensión máxima: 440V-50/60Hz

Frecuencia: 50/60Hz

Curva característica de disparo:

C

Numero de polos: 1

3.3.1.2 Interruptor Termomagnético Siemens 5SX4 Elementos de protección utilizado en la entrada del bloque alimentación de corriente alterna. [21]

CAPÍTULO 3

53

Tabla 3.24 Especificaciones Eléctricas Siemens 5SX4

Corrientes asignadas (In):

0,5 - 50 A

Numero de polos: 1

Tensión asignada: 230/400

Tensión de servicio : 440 VCA máximo

Tensión de aislamiento asignada: 250 / 440 VCA

Capacidad de ruptura: 10 kA

Curva característica: C

Corriente nominal: 10 A

3.3.2 Relevadores de Control Maestro Relés de seguridad usados para desactivar la alimentación eléctrica y proveer un paro de seguridad controlado el proceso automático. 3.3.2.1 Relevador de Control AB 700-HA33A1 Dispositivo utilizado para el corte de energía eléctrica de los tableros de control1 y 2. [22]

Tabla 3.25 Especificaciones Eléctricas AB 700-HA33A1

Contactos conmutados: 3 3PDT (3polos 2 tiros)

Voltaje de bobina: 120VAC 50/60 Hz

Contacto nominal: 10 A

Tiempo de operación: 10ms

Conexión de base conexión de bobina y contactos

3.3.2.2 Relevador de Control Omron MK2P-S Dispositivo utilizado para el corte de energía eléctrica de los tableros de control 3 y 4. [23]

Tabla 3.26 Especificaciones Eléctricas Omron MK2P-S

Diagramas de conexión

Bobina: AC/DC

Contactos conmutados: 2 DPDT (2 polos 2 tiros)

Carga nominal: 10 A a 120 VAC

Voltaje máximo de operación: 250 VAC

Corriente máxima de operación: 10 A

Tensión nominal 120 VAC

Corriente nominal ((a 60 Hz): 18 mA

Resistencia de bobina: 1587 Ω

Resistencia de contactos 50 mΩ max.

Tiempo de operación: 20 ms max.

CAPÍTULO 3

54

3.3.3 Relevadores de Control de Conmutación Dispositivos electromecánicos, que funcionan como elementos intermediarios (interruptores) entre el controlador y los dispositivos de campo, por medio de su bobina, se acciona el grupo contactos que permiten manipular los dispositivos a los que han sido conectados. 3.3.3.1 Relevador de Control ABB CR-P024DC1 Dispositivos para activar la unidad hidráulica de potencia mediante las salidas digitales del controlador. [24]

Tabla 3.27 Especificaciones Eléctricas ABB CR-P024DC1

Bobinas DC

terminales de conexión

1 contacto conmutado: 250 V, 16 A

Tensión nominal: 24 VCC Potencia nominal: 0.4-0,48 W Resistencia de bobina (a 20 °C):

1440Ω

Tensión de conmutación mínima:

5V

Tensión de conmutación máxima:

300VCC

Intensidad de corte mínima:

5 mA

Resistencia del contacto:

≤100 mΩ

Tiempo de respuesta: 7 ms

3.3.3.2 Relevador de Control ABB CR-P024DC2 Dispositivos para activar la columna luminosa de señalización mediante las salidas digitales del controlador. [24]

Tabla 3.28 Especificaciones Eléctricas ABB CR-P024DC2

Bobinas DC

terminales de conexión

2 contactos conmutados: 250 V, 8 A

Tensión nominal: 24 VCC Potencia nominal: 0.4-0,48 W Resistencia de bobina (a 20 °C):

1440Ω

Tensión de conmutación mínima:

5V

Tensión de conmutación máxima:

300VCC

Intensidad de corte mínima:

5 mA

Resistencia del contacto: ≤100 mΩ

Tiempo de respuesta: 7 ms

CAPÍTULO 3

55

3.3.4 Columna Luminosa de Señalización ABB KX70 Elemento fundamental en el proceso para la señalización visual y acústica del estado de las instalaciones. [25]

Tabla 3.29 Especificaciones Eléctricas ABB KX70

Elemento de sirena 115 VCA, 40 mA

KS70-1104

Luces intermitentes 115 VAC led integrado Corriente de arranque < 0.5 A

Luz roja KL70-342R

Luz amarilla KL70-342Y

Luz verde KL70-342G

Elemento terminal para tubo de montaje KT70-1001

Base con tubo KA70-1011

3.4 Conmutador (Switch) TRENDNet TE100-S8 Conmutador o switch, de interconexión entre los elementos de la red EtherNet/IP. Cada puerto del conmutador dedica un ancho de banda dedicado y velocidad de red entre 10/100Mbps así como modos half/full dúplex y método de conmutación de almacenamiento. [26]

Tabla 3.30 Especificaciones Eléctricas TRENDNet TE100-S8

Estándares:

IEEE 802.3 10Base-T; IEEE 802.3u 100Base-TX; IEEE 802.3x

Medios de Red

Ethernet: UTP/STP Cat. 3,4,5, estándar EIA/TIA-568 de 100 Ω. Fast Ethernet: UTP/STP Cat. 5. 5E estándar EIA/TIA-568 de 100 Ω.

Transmisión de datos:

Ethernet: 10Mbps/20Mbps (Half/Full-Dúplex)Fast Ethernet: 100Mbps/200Mbps (Half/Full-Dúplex)

Topología: Estrella

Interfaz: 8 puertos RJ-45, velocidad de red 10/100Mbps

Memoria Buffer: 512Kbytes por dispositivo

Consumo eléctrico: 2.8 W (máx)

LED de diagnóstico: Power (Encendido), Enlace/Actividad, 100Mbps

Adaptador de alimentación:

Alimentación de conmutación 5V DC 800mA Alimentación lineal (7.5V DC 1ª)

3.5 PowerTap AB 1485T–P2T5–T5 Serie C Tap utilizado para permitir la conexión de la fuente de alimentación eléctrica de 24 VDC a la línea troncal de la red DeviceNet. En la figura 3.12 se muestra el Diagrama eléctrico interno del PowerTap indicando la posición de los cables de la fuente de alimentación y las terminales de las líneas troncales sobre los bornes de conexión. [27]

CAPÍTULO 3

56

Tabla 3.31 Especificaciones Eléctricas AB 1485T–P2T5–T5 Serie C

Corriente::

15 A máximo de corriente total; (7.5 A máximo por troncal) a 25 º C

Requisitos de alimentación:

24 VDC

Fusible de 7.5 A máximo en cada troncal

Figura 3.12 Conexión Interna PowerTap

3.6 Dispositivos Finales para la Generación de Oleaje Dispositivos del lazo de control cerrado de tipo hidráulico, elementos de potencia y mecánicos finales para la generación de oleaje. 3.6.1 Servo Válvula Electrohidráulica MOOG G631 Accionador de tipo hidráulico regulador de flujo. [28]

Tabla 3.32 Características Generales MOOG G631

Presión de operación:

Vías: P, X, A y B 4500 psi [315 bar]

Vía: T 2000 psi [140 bar]

Presión de suministro:

mínimo de 200 psi [14 bar]

máximo estándar 4500 psi [315 bar]

Flujo nominal: 4 a 76 l/min (1 to 20 gpm) @ ∆p 70 bar (1000 psi)

Flujo máximo: 150 l/min (40 gpm)

Fluido hidráulico: Aceite mineral

CAPÍTULO 3

57

Configuración interna de la servo válvula; 4 vías 2 Etapas (4 vías 3 posiciones de centros cerrados), Conexión piloto opcional, interno o externo, figura 3.13.

Figura 3.13 Esquema de Conexión: (a) Configuración Interna; (b) Símbolo

La figura 3.14 muestra la conexión eléctrica de las bobinas de la servo válvula utilizando el modo serie. La señal de entrada es de tipo diferencial de +/- 50mA.

Figura 3.14 Conexión Eléctrica

Tabla 3.33 Especificaciones Eléctricas MOOG G631

Conexión eléctrica: serie

Resistencia de la bobina : 56 Ω

Intensidad de corriente : +/- 50 mA

Inductancia bobina a 50 Hz: 0.8 H

Potencia eléctrica: .14 W

polaridad de apertura de la válvula P → B, A → T

A (+), D (-) B y C conectados

Corriente nominal de bobina individual: 100 mA

Resistencia nominal de bobina individual: 28 Ω

(a) (b)

CAPÍTULO 3

58

3.6.2 Sensor TEMPOSONICS EP Sensor de distancia tipo LVDT (transformador diferencial de Variación lineal), elemento de medida inductivo. El sensor proporciona una salida analógica de 0-10V/10-0V, actuando hacia adelante y en acción inversa (regreso). La señal de salida analógica es proporcional a la posición del imán a lo largo de la carrera de medición activa del sensor, figura 3.15. [29]

Figura 3.15 Desplazamiento del Sensor LVDT

Tabla 3.34 Especificaciones Eléctricas TEMPOSONICS EP

Variable de medición :

Desplazamiento

Salidas:

de 0 a 10 VDC o 10 a 0 VDC *carga mínima ≥ 5k Ω

Rango de medición: 50 a 700 mm (2 a 60 pulgadas)

Voltaje de funcionamiento:

+ 24 VDC (+ 20% - 15%)

Consumo de energía: 50 a 110 mA

Descripción de Conexión

Pin Cable Función

1 Gris 0-10 VDC

2 rosa Regreso a Pin 1

3 amarillo 10-0 VDC

4 verde Regreso a Pin 3

5 Marrón +24 VDC (+/- 10%)

6 blanco GND DC

blindaje Protector de carcasa

CAPÍTULO 3

59

3.6.3 Dispositivo Mecánico (Paleta) En la figura 3.16 se muestra las características de los dispositivos mecánicos o “paletas” que generan las olas en tanque con el que cuenta el laboratorio, estos dispositivos realizan el desplazamiento de su cara frontal a través de un actuador hidráulico montado sobre se estructura. Las unidades con las que cuenta son ocho y estarán colocadas sobre el tanque de pruebas de acuerdo a los requerimientos de oleaje.

Figura 3.16 Dispositivo Mecánico (Paleta)

3.6.4 Unidad Hidráulica La figura 3.17 muestra el tipo de unidad hidráulica de potencia con las que cuenta el laboratorio, es un sistema hidráulico que consta de dos bombas, la cantidad de unidades con las que se cuenta son dos y estarán colocadas de forma adecuada para dar el suministro a los actuadores hidráulicos montados en cada uno de los dispositivos mecánicos generadores de olas en el tanque.

Figura 3.17 Unidad Hidráulica

Tabla 3.35 Especificaciones Unidad Hidraulica

Tegn. nr. = 3-9604

O. nr. = 310-1305-B

Type: hydraulic_Power _Pack

S/N: NEX-02

Danish Hydraulic Institute

Presion de servicio maxima: 360 bar

Potencia motor electrico: 15 a 60 kW

Numero de bombas: 2

CAPÍTULO 3

60

3.6.5 Actuador Hidráulico Los dispositivos que integran el actuador hidráulico que es montado en los dispositivos mecánicos (paletas), está compuesto del sensor LVDT Temposonics EP, la Servo Válvula Electrohidráulica Moog G631, el cuerpo del cilindro con las adaptaciones metálicas para el montaje de los componentes y el pistón de la figura 3.18.

Figura 3.18 Actuador Hidráulico

3.7 Laboratorio de Puertos y Costas de ESIA Zacatenco En la figura 3.19 se muestra el laboratorio mostrando en la parte frontal el cuarto de control sobre el tanque de pruebas.

Figura 3.19 Laboratorio de Puertos y Costas de ESIA Zacatenco

CAPÍTULO 3

61

Las dimensiones del tanque y canal de pruebas sobre los que se simulara la generación del oleaje. El tanque cuenta con 36 m de largo x 27 m de ancho con una profundidad de .60 m, el canal cuenta con 60 m de longitud x 2 m de ancho, figura 3.20.

Figura 3.20 Dimensiones del Laboratorio

3.8 Diagramas Eléctricos La figura 3.22 muestra la entrada principal de suministro eléctrico. El tablero eléctrico principal de distribución, suministra con 3 hilos 1 fase al bloque principal de alimentación del tablero de control 1 (TC1), con una línea (L1) de 127 VCA a 60 Hz, un neutro (N) y una conexión puesta a tierra, la línea se protege a través de un interruptor termomagnético (Circuit Breaker - CB) de 20 A (CB 1 20 A STECK 20 SD-61 C20), para tener una salida de tensión protegida (L1 P). La figura 3.23 muestra la salida del bloque principal de alimentación (L1 P), que suministra a las Fuentes de Alimentación Eléctricas del TC1, la Fuente de Alimentación Eléctrica 1769-PA4 entrega una salida de 24 VDC y 5 VDC (24 VDC, 5 VDC – PA4, COM – PA4), que alimentan al Controlador CompactLogix (Módulo Escáner 1769-SDN DeviceNet, Módulo de Entradas Digitales 24 VDC 1769-IQ16 Drenador/Surtidor y Módulo de Salidas Digitales 24 VDC 1769-OB16 Surtidor). Seguido L1 P, pasa por un interruptor termomagnético de 6 A (CB 2 6A 6 SD-61 C06) a la Fuente de Alimentación Eléctrica AB 1606-XLE120EN (DeviceNet), que entrega 24 VDC (24 VDC – DEVICENET, COM – DEVICENET) de salida para alimentar la red.

CUARTO DE CONTROL

TANQUE

CANAL

ENTRADA PRINCIPAL

CAPÍTULO 3

62

Después L1 P pasa por el interruptor termomagnético de 4 A (CB 3 4A 4 SD-61 C04) a la Fuente de Alimentación Eléctrica AB 1606-XLE120EN, que entrega 24 VDC (24 VDC – TC1, COM – TC1) para alimentar las salidas del módulo (1769-OB16). Finalmente L1 P pasa por el interruptor termomagnético de 10 A (CB 4 10 A SIEMENS 5SX4), a un bloque de alimentación de 127 VCA WEIDMULLER LTD, que alimenta al CONMUTADOR (SWITCH) TRENDNet (TE100-S8) y la PC de Campo. Todas las fuentes tienen conexión puesta a tierra. La figura 3.24 muestra la alimentación L1 P que pasa por el botón de paro de cada uno de los tableros de control (TC1-TC7), y el botón de arranque del TC1 en paralelo con los contactos de enclavamiento (MCR 1 y MCR 2) de los relevadores de control maestro (AB 700-HA33A1 y Omron MK2P-S), en conexión con sus bobinas conectadas en paralelo (MCR 1 y MCR 2). Seguido L1 P alimenta a los bloques de contactos de los Relevadores de Control (ABB CR-P024DC2), que accionan la columna luminosa de señalización ABB (KT70-1001 - KA70-1011). El contacto normalmente abierto CR1, acciona la luz verde (KL70-342G) El contacto normalmente abierto CR2, acciona la luz amarilla (KL70-342Y) El contacto normalmente abierto CR3, acciona la luz roja (KL70-342R) El contacto normalmente abierto CR4, acciona la luz sirena (KS70-1104) El bloque (ABB CR-P024DC1), acciona el arranque y paro automático de la unida hidráulica. El contacto normalmente abierto CR5 activa el arranque de la bomba 1. El contacto normalmente cerrado CR6 activa el paro de la bomba 1. El contacto normalmente abierto CR7 activa el arranque de la bomba 2. El contacto normalmente cerrado CR8 activa el paro de la bomba 2. La figura 3.25 muestra la alimentación (24 VDC – TC1, COM - TC1), que pasa a través de un fusible de 3 A a 250 V, para quedar protegida (24 VDC – TC1 P) y sigue a un contacto (MCR 1) normalmente abierto del relevador de control maestro (AB 700-HA33A1), que alimenta al Módulo (1769-OB16). Del módulo (1769-OB16), las salidas (OUT0-OUT15) tienen protección de fusible de 0.5 A – 250 V y estos se conectan a las bobinas de los bloques de Relevadores de Control (ABB CR-P024DC2 y ABB CR-P024DC1).

CAPÍTULO 3

63

OUT 0 se conecta a la bobina del relevador CR1 (CR-P024DC2). Estableciéndose la etiqueta (OUT 0 TC1 - DC). OUT 1 se conecta a la bobina del relevador CR2 (CR-P024DC2). Etiqueta OUT 1 TC1 - DC). OUT 2 se conecta a la bobina del relevador CR3 (CR-P024DC2). Etiqueta (OUT 2 TC1 - DC). OUT 3 se conecta a la bobina del relevador CR4 (CR-P024DC2). Etiqueta (OUT 3TC1 - DC). OUT 4 se conecta a la bobina del relevador CR5 (CR-P024DC1). Etiqueta (OUT 4 TC1 - DC). OUT 5 se conecta a la bobina del relevador CR6 (CR-P024DC1). Etiqueta (OUT 5 TC1 - DC). OUT 6 se conecta a la bobina del relevador CR7 (CR-P024DC1). Etiqueta (OUT 6 TC1 - DC). OUT 7 se conecta a la bobina del relevador CR8 (CR-P024DC1). Etiqueta (OUT 7 TC1 - DC). Todas ellas conectadas al común (COM – TC1) lo mismo que el módulo 1769-OB16. La alimentación 24 VDC – TC1 – P pasa a otro contacto normalmente abierto del relevador de control maestro (MCR 1) para alimentar a las entradas Módulo (1769-IQ16), no se conecta ninguna entrada. La figura 3.26 muestra la alimentación L1 P al TC2, que pasa por un contacto normalmente abierto (MCR 2) del relevador de control maestro (Omron MK2P-S) y un interruptor termomagnético de 16 A (CB5 16 A STECK 16 SD-61 C16), para suministrar a la Fuente de Alimentación Eléctrica AB 1606-XLE80E (TC2), que entrega una salida de 24 VDC (24 VDC – TC2, COM – TC2) que pasa a un fusible de 1 A 250 V para tener una alimentación protegida (24 VDC – TC2 P, COM – TC2) para los módulos AB CompactBlock LDX 1790D-TN0V2, Salidas Voltaje Analógico y AB CompactBlock LDX 1790D-TN4V0, Entradas Voltaje Analógico. Módulo AB CompactBlock LDX 1790D-TN0V2, 2 Salidas Voltaje Analógico de 0…10 VDC. [OUT 0 TC2 AN (CH0) (+), COM (-)], conexión al Servo Drive Parker Compax3 Fluid. [OUT 1 TC2 AN (CH1) (+), COM (-)].

CAPÍTULO 3

64

Módulo AB CompactBlock LDX 1790D-TN4V0, 4 entradas de voltaje analógico de 0…10 VDC. [IN 0 – TC2 AN (CH0) (+), COM (-)]. Conexión de oleógrafo. [IN 1 – TC2 AN (CH1) (+), COM (-)]. Conexión de oleógrafo. [IN 2 – TC2 AN (CH2) (+), COM (-)]. Conexión de oleógrafo. [IN 3 – TC2 AN (CH3) (+), COM (-)]. Conexión de oleógrafo. La figura 3.27 muestra la alimentación L1 P al TC3 que pasa por un contacto normalmente abierto (MCR 2) del relevador de control maestro (Omron MK2P-S), y un interruptor termomagnético de 16 A (CB6 16 A STECK 16 SD-61 C16) para suministrar a la Fuente de Alimentación Eléctrica AB 1606-XLE80E (TC3), que entrega una salida de 24 VDC (24 VDC – TC3, COM – TC3) que pasa a un fusible de 1 A 250 V para tener una alimentación protegida (24 VDC – TC3 P, COM – TC3) para los módulos AB CompactBlock LDX 1790D-TN0V2, Salidas Voltaje Analógico y AB CompactBlock LDX 1790D-TN4V0, Entradas Voltaje Analógico. Módulo AB CompactBlock LDX 1790D-TN0V2, 2 Salidas Voltaje Analógico de 0…10 VDC. Protegidas por fusible de 0.5 a 250 V [OUT 0 TC3 AN (CH0) (+), COM (-)]. [OUT 1 TC3 AN (CH1) (+), COM (-)]. Módulo AB CompactBlock LDX 1790D-TN4V0, 4 entradas de voltaje analógico de 0…10 VDC. [IN 0 – TC3 AN (CH0) (+), COM (-)]. [IN 1 – TC3 AN (CH1) (+), COM (-)]. [IN 2 – TC3 AN (CH2) (+), COM (-)]. [IN 3 – TC3 AN (CH3) (+), COM (-)]. La figura 3.28 muestra la alimentación ( L1 P) al TC4 que pasa por un contacto normalmente abierto (MCR 2) del relevador de control maestro 2 (Omron MK2P-S), y un interruptor termomagnético de 16 A (CB7 16 A STECK 16 SD-61 C16) para suministrar a la Fuente de Alimentación Eléctrica AB 1606-XLE80E (TC4), que entrega una salida de 24DC (24 VDC – TC4, COM – TC4) la cual para a través de un fusible de 3 A a 250 V para tener una alimentación protegida (24 VDC – TC4 P, COM – TC4) a los módulos AB CompactBlock LDX 1790D-TN0V2, Salidas Voltaje Analógico.

CAPÍTULO 3

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Módulo AB CompactBlock LDX 1790D-TN0V2, 2 salidas de voltaje analógico de 0…10 VDC. Protegidas por fusible de 0.5 a 250 V [OUT 0 TC4 AN (CH0) (+), COM (-)]. [OUT 1 TC4 AN (CH1) (+), COM (-)]. Módulo AB CompactBlock LDX 1790D-T8BV8V, 8 entradas (IN 0 TC4 DC – IN 7 TC4 DC). Y 8 salidas (OUT 0 TC4 DC - OUT 7 TC4 DC), Protegidas por fusible de 0.5 a 250 V. La figura 3.29 muestra la alimentación L1 P al TC5 que entra al interruptor termomagnético de 16 A (CB 8 16 A 16 SD-61 C16), que alimenta a la Fuente de Alimentación Eléctrica HENGFU HF70W-SF-24 (TC5), que entrega 24 VDC (24 VDC – TC5, COM – TC5), la cual pasa a través de un fusible de 3 A a 250 V para tener una alimentación protegida (24 VDC – TC5 P, COM – TC5) para el bloque de entradas analógicas X1 donde se conecta la salida analógica del AB CompactBlock LDX 1790D-TN0V2, del TC2 a la entrada (IN0+,IN0-) y la salida de 0…10 VDC [PIN 1 GRIS (+) , PIN AMARILLO (-)] del Sensor LVDT TEMPOSONICS EP a la entrada (IN1+,IN1-) del Servo Drive Parker Compax3 Fluid. La figura 3.30 muestra la alimentación (24 VDC – TC5 P, COM – TC5) al TC5 que suministra al Servo Drive Parker Compax3 Fluid mediante su conector X3. Del bloque se salidas analógicas (X2) del servo drive se conecta la salida (Iout0, GND) a la Servo válvula Electrohidráulica MOOG G631 a su pines (A+ y D-) de las 2 bobinas internas conectadas en serie que manejan una señal diferencial de ± 50mA. Finalmente (24 VDC – TC5 P, COM – TC5) alimenta al Sensor LVDT TEMPOSONICS EP mediante su pin 5 Marrón y su pin 6 blanco, teniendo una salida analógica de 0…10 VDC mediante el pin gris (+) y pin Amarillo (-), que se conecta Servo Drive Parker Compax3. La figura 3.31 muestra la configuración eléctrica para accionar la unidad hidráulica de forma automática, tomando la línea de alimentación de conexión del botón de paro y arranque colocados en la unidad, en los cuales se conectan los contactos de relevadores de control. Para el caso de paro automático se utiliza un contacto normalmente cerrado conectado en paralelo con el botón de paro, y para el arranque automático, un contacto normalmente abierto conectado en paralelo con el botón de arranque agregando de la misma forma el contacto de enclavamiento de la bobina del contactor de las bombas.

La figura 3.31 muestra la simbología empleada en el diseño de los diagramas

eléctricos.

CAPÍTULO 3

66

Figura 3.21 Simbología

CAPÍTULO 3

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Figura 3.22 Tablero de Control 1 (TC1); Bloque de Alimentación Principal

CAPÍTULO 3

68

Figura 3.23 Tablero de Control 1 (TC1); Fuentes de Alimentación Eléctricas

CAPÍTULO 3

69

Figura 3.24 Tablero de Control 1; Relevadores de Control

CAPÍTULO 3

70

Figura 3.25 Tablero de control 1; Controlador de Automatización Programable

CAPÍTULO 3

71

Figura 3.26 Tablero de Control 2; Módulos de E/S Distribuidas

CAPÍTULO 3

72


CAPÍTULO 3

73


CAPÍTULO 3

74

Figura 3.29 Tablero de Control 5; Servo Drive

CAPÍTULO 3

75

Figura 3.30 Tablero de Control 5; Servo Drive y Sensor LVDT

CAPÍTULO 3

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Figura 3.31 Arranque y Paro Automático de la Unidad Hidráulica

CAPÍTULO 3

77

3.9 Integración de Dispositivos e Implementación de Redes A continuación se muestran la integración de los dispositivos mediante las redes de comunicación, indicando las características de cada uno de ellos dentro del sistema de automatización. 3.9.1 Topología Red EtherNet/IP Topología: Estrella Medio Físico: Cable de Par Trenzado sin Blindaje (UTP) Categoría 5;

Conector RJ-45, figura 3.32.

Figura 3.32 Medio Físico: (a) Cable (UTP); (b) Conector RJ-45

Componentes físicos de la red EtherNet/IP diseñada, indicando la distancia de los dispositivos con respecto al conmutador (switch) instalado en el tablero de control 1, figura 3.33. Diseño desarrollado en el software IAB de Allen Bradley

Figura 3.33 Topología Red EtherNet/IP

(a) (b)

(a) (b)

INTEGRATED ARCHITECTURE BUILDER

CONMUTADOR (SWITCH)

TRENDNET TE100-S8

192.168.1.2


CONMUTADOR (SWITCH)

TRENDNET TE100-S8

192.168.1.2

192.168.1.4

CAPÍTULO 3

78

La tabla 3.36 muestra los dispositivos que conforman la red y su dirección IP asignada.

Tabla 3.36 Dispositivos de la Red EtherNet/IP

Clase de red “C”

Dispositivo Direccion IP

PC (Campo) 192.168.1.1

CompactLogix 1769-L35E 192.168.1.2

PC-HMI (Cuarto de Control) 192.168.1.3

Conmutador (Switch) TRENDNet TE100-S8 192.168.1.4

3.9.2 Topología Red DeviceNet Topología: Línea Troncal sin Derivaciones (Longitud de Derivación Cero). Velocidad de Transmisión de Datos: 125 k bit/s Medio Físico: Cable Redondo Grueso; .Conectores abiertos 5-Pin Plug

Lineal (Dispositivos con Conector Enchufable de Tipo Abierto), figura 3.34.

Figura 3.34 Medio Físico: (a) Cable Redondo Grueso; (b) Conector Abierto

3.9.2.1 Calculo de la Fuente de Alimentación La figura 3.35 muestra el cálculo hecho con el software IAB de Allen Bradley y se obtuvo el resultado del consumo de corriente total de los dispositivos que es de 1.310 A. además se muestra la distancia de cada elemento con respecto a la fuente de alimentación.

(a) (b)


(a) (b)

CAPÍTULO 3

79

Figura 3.35 Calculo de la Fuente de Alimentación para DeviceNet

La tabla 3.37 muestra los dispositivos que conforman la red y el número de nodo asignado.

Tabla 3.37 Dispositivos de la Red DeviceNet

Dispostivo Nodo

Escaner 1769-SDN DeviceNet

01

AB CompactBlock LDX 1790D-TN0V2 Salidas Voltaje Analogico (Tablero de Control 2)

02

AB CompactBlock LDX 1790D-TN4V0 Entradas Voltaje Analogico (Tablero de Control 2)

03


04

AB CompactBlock LDX 1790D-TN4V0 Entradas Voltaje Analogico (Tablero de Control 3)

05


06

AB CompactBlock LDX 1790D-T8BV8V E/S Digitales (Tablero de Control 4)

07

La figura 3.36 describe la configuración de la topología empleada en la red DeviceNet, está compuesta por 7 nodos estableciendo el controlador AB CompactLogix como dispositivo maestro (Nodo 01) y como esclavos los dispositivos CompactBlock LDX de E/S distribuidas (Nodos 02-07). Para la alimentación del Bus se emplea la fuente de alimentación de 24 VDC (AB 1606-XLE120EN) a través de la toma PowerTap (AB 1485T–P2T5–T5 Serie C) y se colocan las resistencias de termino de 121 Ohms ¼ watt.

1.0m 5.0m 5.0m 39.0m 39.0m

43.0m 43.0m


CAPÍTULO 3

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Figura 3.36 Topología Red DeviceNet

3.9.3 Descripción del Proceso de Automatización A continuación se muestra la integración de los dispositivos y elementos finales que componen el proceso de automatización. El trabajo detalla el funcionamiento de los dispositivos a través de la redes para la generación de oleaje sobre el tanque, para el caso de la generación de oleaje en el canal de pruebas se muestra de forma general su funcionamiento. Se muestra como se genera el oleaje en el tanque mediante un sólo dispositivo mecánico (paleta) que como se mencionó anteriormente el laboratorio de puertos y costas cuenta con varias unidades de este tipo, este proyecto a través de la redes implementadas está diseñado para incluir a todas ellas en donde el principio de funcionamiento es el mismo. De esta forma todas las paletas funcionaran dentro del sistema automatizado de acuerdo a los

TABLERO DE CONTROL 1

Fuente de Alimentación Eléctrica

AB 1606-XLE120EN

24 VDC

AB PowerTap

1485T–P2T5–T5 Serie C

AB CompactLogix

1769-L35E

AB

CompactBlock

LDX

1790D-TN0V2

Salidas

Voltaje

Analógico

0…10 VDC

AB

CompactBlock

LDX

1790D-TN4V0

Entradas

Voltaje

Analógico

0…10 VDC

AB

CompactBlock

LDX

1790D-T8BV8V

E/S Digitales

24 VDC




Nodo 01

Nodo 02 Nodo 03 Nodo 04 Nodo 05 Nodo 06 Nodo 07

Línea Troncal

Resistencia de Término 121 Ohms ¼ Watt

Resistencia de Término 121 Ohms ¼ Watt

Escáner 1769-SDN DeviceNet

AB

CompactBlock

LDX

1790D-TN0V2

Salidas

Voltaje

Analógico

0…10 VDC

AB

CompactBlock

LDX

1790D-TN4V0

Entradas

Voltaje

Analógico

0…10 VDC

AB

CompactBlock

LDX

1790D-TN0V2

Salidas

Voltaje

Analógico

0…10 VDC

CAPÍTULO 3

81

requerimientos de oleaje y serán manipuladas acorde a los algoritmos de control correspondientes para cada tipo de ola. Se establecen 7 tableros de control: Tablero de control 1 (principal), instalado físicamente en laboratorio, utilizado en el tanque. Tablero de control 2, instalado físicamente en el laboratorio, utilizado en el tanque. Tablero de control 3, instalado físicamente en el laboratorio, utilizado en el tanque. Tablero de control 4, instalado físicamente en el laboratorio, utilizado en el canal. Tablero de control 5, instalado físicamente en el laboratorio, utilizado en el tanque. Tablero de control 6, no existe (contemplado a futuro), para utilizar en el tanque. Tablero de control 7, instalado físicamente en el laboratorio, utilizado en el canal. La figura 3.37 muestra la conexión de los componentes que integran el tablero de control 1, como dispositivo principal está el Controlador AB CompactLogix CPU 1769-L35E, que cuenta con una Fuente de Alimentación Eléctrica 1769-PA4 que alimenta a la CPU y los módulos de expansión integrados al controlador (Módulo Escáner 1769-SDN DeviceNet, Módulo de Entradas Digitales 24 VDC 1769-IQ16 Drenador/Surtidor y Módulo de Salidas Digitales 24 VDC 1769-OB16 Surtidor). Esta fuente es alimentada desde el bloque principal de alimentación Eléctrica. El Módulo Escáner 1769-SDN DeviceNet: módulo sobre el que opera la red DeviceNet. A través del software RSNetwox se configura el módulo escáner y los dispositivos de campo de E/S distribuidas (AB CompactBlock LDX 1790D-TN4V0, Entradas Voltaje Analógico, AB CompactBlock LDX 1790D-TN0V2, Salidas Voltaje Analógico y AB CompactBlock LDX 1790D-T8BV8V, E/S Digitales 24VDC). El módulo se conecta a la línea troncal proveniente del PowerTap AB 1485T–P2T5–T5 Serie C, por utilizar en el bus de campo el cable redondo grueso con conectores abiertos se coloca sobre el conector del módulo la resistencia de termino de 121 Ohms ¼ de Watt entre el CAN_L y CAN_H como lo especifica DeviceNet. Módulo de Entradas Digitales 24 VDC 1769-IQ16, este módulo no se utiliza, se mantiene como previsivo.

CAPÍTULO 3

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Módulo de Salidas Digitales 24 VDC 1769-OB16 Surtidor, se utilizan 8 de sus salidas que están conectadas a las bobinas de los Relevadores de Control ABB CR-P024DC1 y ABB CR-P024DC2 para activar la Columna Luminosa de Señalización ABB KT70-1001- KA70-1011 colocada sobre este tablero y el arranque y paro automático de la unidad hidráulica. Estas salidas están alimentadas por una Fuente de Alimentación Eléctrica AB 1606-XLE120EN (TC1) externa. La red EtherNet/IP será operada desde el puerto integrado del Controlador AB CompactLogix 1769-L35E, se enlaza al Conmutador (Switch) TRENDNet TE100-S8. En este tablero se encuentran el botón de arranque y paro de emergencia del proceso, conectados en serie con los botones de paro instalados en cada uno de los tableros de control, estos son conectados con las bobinas de los relevadores de control maestro AB 700-HA33A1, Omron MK2P-S que activan o desactivan a través de sus contactos los tableros de control. Las fuentes de suministro eléctrico son alimentadas por el bloque principal de corriente alterna del tablero. La figura 3.38 describe la conexión de los componentes que integran la red EtherNet/IP, el dispositivo de interconexión punto a punto entre los elementos es el Conmutador (Switch) TRENDNet TE100-S8 que cuenta con ocho puertos de los cuales se utilizan tres: Enlace con el puerto EtherNet/IP integrado en el Controlador CompactLogix. Enlace con la PC-HMI instalada en el cuarto de control que utiliza la interfaz

gráfica LabVIEW para monitorear el proceso. Enlace con la PC de campo utilizada para la configuración y programación

de los dispositivos de E/S del proceso. Cuenta con el software: RSLinx: para la configuración de la comunicación EtherNet/IP y el servidor OPC que proporciona un mecanismo estándar de la industria para comunicar e intercambiar datos entre los dispositivos mediante la tecnología OLE utilizado para vincular los tags del controlador con LabVIEW. RSLogix 5000 para la programación de E/S del proceso a través del Controlador. RSNetworx DeviceNet para la configuración de los dispositivos de la red donde se asigna el número de nodo, y configuración de los parámetros. Utilidad BOOTP-DHCP Server para establecer la dirección IP del Controlador. El conmutador y la PC de campo se conectan al Bloque de Alimentación Eléctrica Weidmuller Ltd. 9915490000.

CAPÍTULO 3

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La Figura 3.39 describe la conexión de los dispositivos que integran la red DeviceNet del tablero de control 1 y 2. La Fuente de Alimentación Eléctrica AB 1606-XLE120EN (DeviceNet) se conecta al PowerTap AB 1485T–P2T5–T5 Serie C para dar suministro eléctrico a la Red, del PowerTap sale la línea troncal hacia el escáner DeviceNet y los dispositivos de los tableros de control 2, 3 y 4. Al primer dispositivo de enlace es el AB CompactBlock LDX 1790D-TN0V2, Salidas Voltaje Analógico del tablero de control 2 módulo que cuenta con 2 salidas de 0 a 10 VDC, se utiliza una salida que se conecta al Servo Drive Parker Compax3 Fluid, esta salida representa el set point para el control de la salida del pistón. Seguido se enlaza al AB CompactBlock LDX 1790D-TN4V0, Entradas Voltaje Analógico del tablero de control 2, que cuanta con cuatro entradas analógicas de 0 a 10 VDC éstas son utilizadas para la conexión de los oleógrafos colocados en el tanque. La figura 3.40 describe la conexión de los dispositivos que integran la red DeviceNet del tablero de control 3 y dispositivos del tablero de control 6. El funcionamiento de estos tableros corresponde a la mimas operación que realizan los tableros de control 2 y 5 respectivamente. Se utiliza la Fuente de Alimentación Eléctrica AB 1606-XLE80E (TC2) externa para las E/S de los módulos AB CompactBlock LDX, esta fuente es alimentada por el bloque de corriente alterna del tablero de control 2. La figura 3.41 describe la conexión de los dispositivos que integran la red DeviceNet del tablero de control 4 y dispositivos del tablero de control 7. El dispositivo conectado sobre el bus de campo DeviceNet es el AB CompactBlock LDX 1790D-TN0V2, Salidas Voltaje Analógico, que cuenta con 2 salidas de 0 a 10 VDC , una de estas salidas es conectada al variador de velocidad utilizada como set point y así regular la velocidad del motor del dispositivo electromecánico para generar olas en el canal de pruebas. Por último se conecta sobre el bus el AB CompactBlock LDX 1790D-T8BV8V, E/S Digitales 24VDC, módulo con 8 entradas y salidas. Dos entradas son utilizadas por interruptores finales de carrera que marcan el desplazamiento del dispositivo electromecánico. Y dos salidas para el arranque y paro del variador de velocidad. Se utiliza una Fuente de Alimentación Eléctrica AB 1606-XLE80E externa para las E/S de los AB CompactBlock LDX, esta fuente es alimentada por el bloque de corriente alterna del tablero de control 2. La figura 3.42 describe la conexión de los dispositivos del tablero de control 5 y actuador hidráulico. El Servo Drive Parker Compax3 Fluid, resuelve la aplicación de control de movimiento de lazo cerrado entre los componentes del actuador hidráulico,

CAPÍTULO 3

84

mediante programación en CODESYS o PLC OPEN. Para el desplazamiento del dispositivo mecánico (paleta) y generar el oleaje en el tanque de pruebas. La salida analógica de 0 a 10 VDC del AB CompactBlock LDX 1790D-TN0V2, Salidas Voltaje Analógico del tablero de Control 2, se conecta al Servo Drive en su bloque de entradas analógicas estableciendo el set point y así regular la velocidad de salida del pistón a través de la servo válvula, también se conecta a este mismo bloque la salida analógica de 0 a 10 VDC del Sensor LVDT TEMPOSONICS EP que establece el desplazamiento del pistón. Y a través de su bloque de salidas analógicas se conecta la Servo válvula Electrohidráulica MOOG G631 que operara con una señal diferencial de ± 50 mA para regular el flujo suministrado por la unidad hidráulica de potencia. El Servo Drive y sus E/S además del sensor LVDT TEMPOSONICS EP son alimentadas por la Fuente de Alimentación Eléctrica HENGFU HF70W-SF-24(TC5) y está alimentada por el bloque de corriente alterna del tablero de control 5. La figura 3.43 describe la conexión de los componentes finales para la generación de olas en el tanque de pruebas. La unidad hidráulica de potencia suministra el flujo a la Servo válvula Electrohidráulica MOOG G631 y esta regula la entrada hacia el cilindro para el desplazamiento del pistón. El actuador hidráulico se coloca sobre la estructura estática del dispositivo mecánico (paleta) y el pistón se engancha a la parte frontal movible, de esta forma se realiza el movimiento de la paleta. Tras su desplazamiento horizontal se genera el oleaje.

CAPÍTULO 3

85

Figura 3.37 Configuración de Conexiones del Tablero de Control 1

CPU Procesador 1769-L35E

Fuente De Alimentación Eléctrica 1769-PA4

Modulo Escáner 1769-SDN DeviceNet

AB

CompactLogix Módulo de Entradas Digitales 24 VDC 1769-IQ16 Drenador/Surtidor

Módulo de Salidas Digitales 24 VDC 1769-OB16 Surtidor

Bloque Principal de Alimentación Eléctrica

127 VAC 60 Hz

Puerto

EtherNet/IP

Fuente de

Alimentación

Eléctrica

AB

1606-XLE120EN

24 VDC

(TC1)

Botones de Paro

Tableros de Control

(1 – 7)

Resistencia de Término

121 Ohms

¼ Watt

Botón Paro Tablero 1

CR7 Arranque Automático

Bomba 2

Botón Arranque

Tablero 1

DeviceNet

CR8 Paro Automático

Bomba 2

Relevadores de

Control Maestro CR6 Paro Automático

Bomba 1

CR5 Arranque Automático

Bomba 1

Salidas a Unidad Hidráulica

Relevadores de Control ABB

CR-P024DC1 (CR5-CR8)

EtherNet/IP

CR4 Sirena KS70-1104

24 VDC

CR3 Luz Roja KL70-342R24

Salidas Digitales

24 VDC CR2 Luz Amarilla KL70-342Y24

CR1 Luz Verde KL70-342G24

Columna Luminosa de

Señalización ABB

KT70-1001

KA70-1011

Ninguna Entrada Digital TABLERO DE

CONTROL 1

AB

700-HA33A1

Omron MK2P-S

AB

PowerTap

1485T–P2T5–T5

Serie C

Conmutador

(Switch)

Trendnet

TE100-S8

OUT 7

OUT 6

OUT 4

OUT 5

OUT 3

OUT 2

OUT 1

OUT 0

Relevadores de Control ABB

CR-P024DC2 (CR1-CR4)

-

+

CAPÍTULO 3

86

Figura 3.38 Configuración de Conexión de los Componentes de la Red

EtherNet/IP

EtherNet/IP

Bloque de Alimentación Eléctrica

127 VCA 60 Hz

Weidmuller Ltd. 9915490000

TABLERO DE

CONTROL 1

Conmutador

(Switch)

Trendnet

TE100-S8

PC-HMI

LabVIEW

Cuarto de Control

Puerto

EtherNet/IP

CompactLogix

PC de Campo

BOOTP-DHCP Server

RSLinx

RSLogix 5000

RSNetwox DeviceNet

CAPÍTULO 3

87

Figura 3.39 Configuración de Conexión de los Tableros de Control 1 y 2

TABLERO DE

CONTROL 2

TABLERO DE

CONTROL 1

Fuente de Alimentación

Eléctrica

AB

1606-XLE120EN

24 VDC (DeviceNet)

Entradas

Oleógrafos

0…10 VDC

DeviceNet


127 VAC 60 Hz

AB

PowerTap

1485T–P2T5–T5

Serie C

TABLERO DE

CONTROL 3


Eléctrica

AB

1606-XLE80E

24 VDC (TC2)

AB CompactBlock LDX

1790D-TN4V0

Entradas Voltaje Analógico

0…10 VDC

AB CompactBlock LDX

1790D-TN0V2

Salidas Voltaje Analógico

0…10 VDC

IN 0 – TC2 AN

(CH0)

IN 1 – TC2 AN

(CH1)

OUT 0

TC2 AN

(CH0)

(+)

0

IN 2 – TC2 AN

(CH2)

COM

(-)

IN 3 – TC2 AN (CH3)

Servo Drive

PARKER

Compax3 Fluid

TABLERO 5

TABLERO 3

TABLERO 3

Servo Drive Entradas

Oleografos

0…10 VDC

COM

10…0 VDC

(-)

OUT 0 – T AN

0…10 VDC

(+)

DeviceNet

IN 0 – T2 AN

IN 0 – T2 AN

IN 0 – T2 AN

IN 0 – T2 AN

Bloque de Alimentación

127 VCA 60 Hz

CompactBlock LDX

1790D-TN4V0

Salidas Analógicas

CompactBlock LDX

1790D-TN4V0

Entradas Analógicas

Fuente de

Alimentación

Tablero 2

AB

1606-XLE80E

24 VDC

TABLERO DE

CONTROL 5

Modulo Escáner Compact I/O 1769-SDN DeviceNet

-

-

+

+

-

+

CAPÍTULO 3

88


DeviceNet


Eléctrica

AB

1606-XLE80E

24 VDC

(TC3)

Misma Función de Tablero de Control 2

TABLERO DE

CONTROL 3


127 VAC 60 Hz

AB CompactBlock LDX

1790D-TN4V0

Entradas Voltaje Analógico

0…10 VDC

AB CompactBlock LDX

1790D-TN0V2


0…10 VDC


HENGFU HF70W-SF-24

24 VDC (TC6)

TABLERO DE

CONTROL 6


127 VCA 60 Hz

Servo Drive

PARKER

Compax3 Fluid

Misma Función de Tablero de Control 5

TABLERO DE

CONTROL 4

TABLERO DE

CONTROL 2

-

-

+

+

+

-

CAPÍTULO 3

89



121 Ohms

¼ Watt

DeviceNet

Fuente de

Alimentación Eléctrica

AB

1606-XLE80E

24 VDC

(TC4)

AB CompactBlock LDX

1790D-TN0V2


0…10 VDC

AB CompactBlock LDX

1790D-T8BV8V

E/S Digitales

24 VDC


127 VCA 60 Hz

TABLERO DE

CONTROL 4

F.C. 1

Motor F.C. 2

Finales de Carrera

Variador de Velocidad

Arranque Salida Digital 1

Paro Salida Digital 2

Entrada Digital 1

Entrada Digital 2

Salida

Analógica

Dispositivo Electromecánico

Generador de Olas en Canal

TABLERO DE

CONTROL 3

TABLERO DE

CONTROL 7

+

+

-

-

CAPÍTULO 3

90

Figura 3.42 Configuraciones Conexión del Tablero de Control 5 y el Actuador

Hidráulico

TABLERO DE

CONTROL 2

AB CompactBlock LDX 1790D-TN0V2

Salidas Voltaje Analógico 0…10 VDC

Servo Drive

PARKER

Compax3 Fluid

TABLERO DE

CONTROL 5


127 VCA 60 Hz


Eléctrica

HENGFU

HF70W-SF-24

24 VDC

(TC5)

Servo Válvula Electrohidráulica MOOG

G631 Piston

Sensor

LVDT

TEMPOSONICS

EP

Salida Analógica

0…10 VDC

Cilindro

Actuador Hidráulico

Dispositivo

Mecánico

(Paleta)

Unidad Hidráulica

Iout0

(+)

GND

PIN 1 Gris

(+)

PIN 3 Amarillo

(-)

PIN 5 Marrón 24 VDC

PIN 6 Blanco GND

IN0+

IN0-

OUT 0 - TC2 AN

(CH0)

(+)

COM

(-)

IN1+

IN1-

(+) A

(-) D


HENGFU HF70W-SF-24 24 VDC (TC5)

Sensor LVDT

TEMPOSONICS EP

+/- 50 mA

+

-

+

-

+

-

CAPÍTULO 3

91

Figura 3.43 Configuración de Operación de los Componentes Finales para la

Generación de Oleaje en el Tanque

1.55 m

.85 m

5.50 m

Desplazamiento

Unidad Hidráulica


Dispositivo Mecánico (Paleta)

Actuador Hidráulico Montado en


Generador de Olas en Tanque

Bomba 1

Bomba 2

CAPÍTULO 3

92

Configuración sintetizada del proceso completo de automatización para la generación de oleaje en el tanque y canal de pruebas, se muestra en la figura 3.44.

Figura 3.44 Esquema Sintetizado del Proceso de Automatización

EtherNet/IP

DeviceNet

TC1

Tc1


24 VDC (DeviceNet)

Bloque de

Alimentación

127 VAC

Conmutador (Switch)


PowerTap

PC-HMI

Cuarto de

Control

Entradas Digitales

Fuente de

Alimentación

Eléctrica

24 VDC

Columna

Luminosa de

Señalización

Salidas Digitales

Relevadores de Control

Controlador

Modulo

Salidas

Analógicas

Modulo

Entradas

Analógicas

Fuente de

Alimentación

Eléctrica

24 VDC

Servo Drive

Fuente de

Alimentación

Eléctrica

24 VDC

Sensor LVDT

Servo Válvula

Cilindro


Generador de Olas en Tanque


Oleógrafos

s

Fuente de

Alimentación

Eléctrica

24 VDC

Fuente de

Alimentación

Eléctrica

24 VDC

Servo Drive

Fuente de

Alimentación

Eléctrica

24 VDC

T C2

T C5

T C3

T C4

Modulo

Salidas

Analógicas

Modulo

Entradas

Analógicas

Modulo

Salidas

Analógicas

Modulo

E/S

Digitales

Oleógrafos

T C 6

Misma Función de TC5

Variador de

Velocidad

TC7 C2

Motor

Finales de Carrera

Dispositivo

Electromecánico

Generador de Olas

en Canal

Unidad Hidráulica


Pistón

PC

de

Campo

CAPÍTULO 4

93

CAPÍTULO 4

CONFIGURACIÓN DE REDES Y DISPOSITIVOS

CAPÍTULO 4

94

4.1 Asignación de Direcciones IP Para la configuración de la Red EtherNet/IP debemos identificar dos aspectos fundamentales de los dispositivos: Dirección Ethernet (Dirección MAC). Cada dispositivo Ethernet tiene una dirección Ethernet única que aparece como doce dígitos separados por el signo de dos puntos (xx:xx:xx:xx:xx:xx), cada dígito es un número en formato hexadecimal (0 a 9 o A a F). Ningún otro dispositivo tendrá la misma dirección. La dirección Ethernet se usa para identificar un dispositivo a fin de que se le pueda asignar una dirección IP. Dirección IP. Una dirección IP identifica un nodo en una red Ethernet que consta de cuatro enteros decimales separados por puntos (xxx.xxx.xxx.xxx). Cada (xxx.) es un valor decimal de 0 a 255. Una vez que establecemos la dirección IP para un dispositivo, generalmente se comunica mediante su dirección. 4.1.1 Dirección IP de PC’s (PC de Campo, PC-HMI) Seleccionamos en Windows; Conexiones de red; Conexión de área local. Se abre la ventana Estado de Conexión de área local, seleccionamos en la pestaña General; Propiedades, figura 4.1 (a). Nos aparece la ventana Propiedades de Conexión de área local indicando los elementos que utiliza la conexión, seleccionamos Protocolo Internet (TCP/IP), figura 4.1 (b).

Figura 4.1 Conexión de área local; (a) Estado; (b) Propiedades

(a) (b)

CAPÍTULO 4

95

Al seleccionar, Protocolo Internet (TCP/IP) aparece la ventana con sus propiedades, figura 4.2, seleccionamos usar la siguiente dirección IP, colocamos la dirección que le corresponde a la PC de campo (192.168.1.1), colocamos la máscara de subred: 255.255.255.0 que corresponde a una Clase de Red tipo “C”; Aceptamos. De esta forma queda asignada la dirección IP de la PC. Realizamos el mismo procedimiento para la PC-HMI (192.168.1.3).

Figura 4.2 Propiedades de Protocolo Internet (TCP/IP)

4.1.2 Dirección IP del Controlador Empleamos la utilidad BOOTP-DHCP Server para asignar la dirección IP al controlador. Seleccionamos en Windows programas; Rockwell Software; BOOTP-DHCP Server; BOOTP-DHCP Server.exe. Aparece un mensaje de configuración de la red, en la ventana Network Setup Error; Aceptamos, figura 4.3 (a). Seguido se muestra el cuadro Network Settings donde se ven los ajustes de red, colocamos la máscara de subred: 255.255.255.0; OK, figura 4.3 (b).

Figura 4.3 BOOT-DHCP: (a) Mensaje; (b) Ajustes de Red

(a) (b)

(a) (b) (a) (b)

CAPÍTULO 4

96

Se abre la ventana principal donde nos muestra la dirección MAC de los equipos que están dentro de esta subred, esto aparece en la ventana Request History; Ethernet Adress (MAC). Nos muestra una única dirección MAC que pertenece al controlador CompactLogix, su dirección MAC es (00:00:BC:25:44:A3), figura 4.4.

Figura 4.4 Dirección MAC del Controlador

Seleccionamos la MAC, aparece el diálogo New Entry. Introducimos la dirección IP que es 192.168.1.2; OK, figura 4.5 (a). La dirección IP que acabamos de introducir aparece en la ventana Relation List, figura 4.5 (b). De esta forma queda establecida la dirección IP del controlador.

Figura 4.5 Configuración del Controlador: (a) Asignación de Dirección IP; (b)

Dirección IP Establecida en BOOT DHCP Server

(a) (b)

CAPÍTULO 4

97

4.2 Configuración del Driver EtherNet/IP A través de RSLinx configuramos la comunicación que va a permitir que las PC’s puedan comunicarse con el Controlador mediante el Driver EtherNet/IP. Seleccionamos en Windows; Programas; Rockwell Software; RSLinx; RSLinx Classic, figura 4.6.

Figura 4.6 Pantalla de Apertura de RSLinx Classic

En la barra de menús seleccionamos: Communications; Configure Drivers, figura 4.7 (a). En la ventana Configure Drivers, seleccionamos la opción EtherNet/IP Driver del menú desplegable Available Driver Types. Añadimos el driver con el botón Add New, figura 4.7 (b).

Figura 4.7 RSLinx Classic Gateway: (a) Menú Comunicaciones; (b) Selección

del Driver EtherNet/IP

Aceptamos el nombre predeterminado de AB_ETHIP-1 sobre la ventana Add New RSLinx Classic Driver, OK. Figura 4.8 (a). Seguido se muestra la ventana Configure Driver AB_ETHIP-1, seleccionamos el botón de radio Browse Local Subnet (explorar la subred local, Aceptamos, figura 4.8 (b).

(a) (b)

CAPÍTULO 4

98

Figura 4.8 Configuración del Driver: (a) Nombre; (b) Exploración de Subred

El driver está disponible y ahora se puede seleccionar el puerto EtherNet/IP. Figura 4.9.

Figura 4.9 Driver Instalado

Para ver el driver que agregamos (AB_ETHIP-1), en el menú de herramientas de RSLinx seleccionamos el icono RSWho (ventana principal de RSLinx), figura 4.10.

Figura 4.10 RSLinx Classic Gateway; RSWho

(a) (b)

CAPÍTULO 4

99

Para observar los dispositivos conectados desplegamos el driver AB_ETHIP-1, sobre el Backplane (tablero al que se conectan los módulos 1769), desplegamos el 1769-SDN y sobre el módulo el Port2, DeviceNet y nos muestra los dispositivos de la Red, figura 4.11.

Figura 4.11 RSWho: Dispositivos DeviceNet

4.3 Configuración de la Red DeviceNet Configuración de los parámetros de los dispositivos que componen la red DeviceNet. En Windows, seleccionamos; Programas; Rockwell Software; RSNetWorx; RSNetWorx for DeviceNet, figura 4.12.

Figura 4.12 Pantalla de Apertura de RSNetWorx

Para visualizar los dispositivos de la red en la ventana principal de RSNetWorx, seleccionamos el icono online, aparece la ventana Browse for network, donde nos pide que elijamos la ruta de la red, seleccionamos sobre el Backplane en el módulo 1769-SDN, Port 2, DeviceNet; OK Figura 4.13.

CAPÍTULO 4

100

Figura 4.13 Búsqueda de Dispositivos en la Red

Seguido se muestra una advertencia en donde el sistema solicitara que cargue o descargue dispositivos antes de entrar en línea; OK. RSNetWorx busca los dispositivos en la red. Terminada la búsqueda nos muestra en pantalla el escáner 1769-SDN y los 6 módulos CompactBlock LDX. Una vez que los dispositivos están cargados, las direcciones de nodo aparecen debajo de sus iconos, figura 4.14.

Figura 4.14 Dispositivos Encontrados en la Red

4.3.1 Configuración de los Dispositivos Para la configuración de los parámetros del módulo Escáner, seleccionamos sobre el icono, se accede a la ventana de propiedades del módulo. Pestaña General, muestra el nombre, su dirección de nodo y se puede colocar una descripción del módulo. No se hace ninguna modificación. Figura 4.15 (a). Pestaña Module, elegimos la plataforma CompactLogix y el slot en el que está colocado el escáner (slot 1). Los demás parámetros no se modifican, figura 4.15 (b).

CAPÍTULO 4

101

Figura 4.15 Escáner 1769-SDN: (a) Propiedades Generales; (b) Configuración

Pestaña Scanlist, muestra los dispositivos (módulos CompactBlock LDX, nodos 02 al 07) esclavos disponibles en la ventana Available Devices, para agregarlos a la lista de escaneo del 1769-SDN, figura 4.16 (a). Mediante el botón intermedio “>>” agregamos todos los dispositivos a la ventana Scanlist, figura 4.16 (b).

Figura 4.16 Scanlist: (a) Dispositivos Disponibles; (b) Dispositivos Agregados

(a) (b)

(a) (b)

(a) (b)

CAPÍTULO 4

102

Una vez que se agregaron los dispositivos a la scanlist se puede editar sus parámetros, para este caso no se modifica ninguno se aceptan los establecidos. Tipo de comunicación Polled (encuesta), tamaño total de las entradas y salidas. Entradas analógicas (10 Bytes para los nodos 03 y 05), salidas analógicas (4 Bytes para los nodos 02, 04 y 06), entradas digitales (1 Byte nodo 07) y salidas digitales (1 Byte nodo 07). Figuras 4.17: (a) nodo 02; (b) nodo 03, 4.18: (a) nodo 04; (b) nodo 05, 4.19: (a) nodo 06; (b) nodo 07. Por ultimo descargamos al Scanner y marcamos la casilla de Automap on Add, esto para que haga el mapeo automático de los datos.

Figura 4.17 Parámetros: (a) Nodo 02; (b) Nodo 03


(a) (b)

(a) (b)

CAPÍTULO 4

103


Ya creada la Scanlist del escáner vamos a las pestañas Input y Output para ver el mapeo de ubicación de los registros de datos de los dispositivos de E/S en el mapa de memoria del controlador (32 bits [0-31]).

Pestaña Input, muestra el mapeo de los nodos 03, 05 y 07.

Entradas: Figura 4.20 (a) nodo 03; (b) nodo 05. Figura 4.21 nodo 07. Pestaña Output, muestra el mapeo de los nodos 02, 04, 06 y 07.

Salidas: Figura 4.22 (a) nodo 02; (b) nodo 04. Figura 4.23 (a) nodo 06; (b) nodo 07.

Figura 4.20 Mapeo: (a) Nodo 03; (b) Nodo 05

(a) (b)

(a) (b)

(a) (b)

CAPÍTULO 4

104

Figura 4.21 Mapeo: Nodo 07


(a) (b)

CAPÍTULO 4

105


4.4 Configuración del Controlador a través de RSLogix 5000 Seleccionamos en Windows inicio; Programas; Rockwell Software; RSLogix 5000 Enterprise Series; RSLogix 5000, figura 4.24.

Figura 4.24 Pantalla de Apertura de RSLogix 5000

Iniciado el programa seleccionamos el botón New, aparece la ventana New Controller, figura 4.25. Seleccionamos el tipo de controlador (1769-L35E). La revisión de firmware con la que se crea el proyecto (17). Asignamos un nombre al controlador

(a) (b)

CAPÍTULO 4

106

(examen_comu). Y el lugar donde se guarda el proyecto (C:\RSLogix 5000\Projects); OK. Para asignar nombres (al controlador, tags, rutinas, módulos) en RSLogix 5000 se consideran los siguientes criterios: Sólo letras, números y caracteres de subrayado (_). Deben empezar con una letra o un carácter de subrayado. ≤ 40 caracteres. No utilizar caracteres de subrayado consecutivo. No se distingue entre mayúsculas y minúsculas.

Figura 4.25 Características del Controlador

En al parte izquierda de la ventana de RSLogix 5000 se muestra el directorio de carpetas y archivos que contienen toda la información sobre los programas y datos del archivo del controlador actual (Controller ESIA_ZACATENCO). Las carpetas principales que aparecen por defecto en este directorio son: Controller File Name (nombre del archivo del controlador). Tasks (tareas). Motion Groups (grupos de movimiento). Trends (tendencias). Data Types (tipos de datos). I/O Configuración (configuración E/S), figura 4.26.

Figura 4.26 Directorio de Programas y Datos

CAPÍTULO 4

107

4.4.1 Adición de módulos Para agregar los módulos Compact I/O; 1769-SDN, 1769-IQ16 y 1769-OB16. Expandimos la carpeta I/O Configuration; Backplane; 1769-L35E y sobre CompactBus Local damos clic derecho, seleccionamos New Module, figura 4.27.

Figura 4.27 Adición de Módulos

Seguido se abre la ventana Select Module, seleccionamos el tipo de módulo, para el 1769-SDN se despliega Comunications lo seleccionamos; OK, figura 4.28 (a). Se muestra una siguiente ventana para la configuración del módulo, se le asigna nombre y el número de slot (1), figura 4.28 (b).

Figura 4.28 Adición de Módulo 1769-SDN: (a) Selección; (b) Configuración

Se repite el procedimiento anterior para los módulos: 1769-IQ16 módulo Digital, Slot (2), figura 4.29 (a) y 1769-OB16 módulo digital, Slot (3), figura 4.29 (b).

(a) (b)

CAPÍTULO 4

108

Figura 4.29 Adición de Módulos: (a) 1769-IQ16; (b) 1769-OB16

Una vez que se añaden los módulos de E/S, estos se muestran sobre el CompactBus Local, figura 4.30.

Figura 4.30 Módulos Añadidos

4.4.2 Direccionamiento de Datos Con los controladores Logix 5000 se utilizan los tags (nombres alfanuméricos) para dirigirse a los datos (variables). Un tag es un nombre basado en texto para un área de la memoria del controlador donde se almacenan datos, son el mecanismo básico para asignar memoria, hacer referencia a datos de la lógica y monitorearlos. El controlador utiliza el nombre del tag internamente y no necesita comprobar una dirección física. Existen diferentes tipos de tags y estos definen su funcionamiento dentro del proyecto mostrados en la tabla 4.1.

Tabla 4.1 Tipos de Tags

Tipo Función

Base Almacene uno o varios valores para que la lógica los use en el proyecto

Alias Represente otro tag

Producido Envié datos a otro controlador

Consumido Reciba datos de otro controlador

(a) (b)

CompactBus Local, figura 4.33.

Figura 4.33 Módulos Añadidos

4.6.2. Direccionamiento de Datos. Con los controladores Logix

5000 se utilizan

CAPÍTULO 4

109

En la tabla 4.2 de describen el tipo de valores que pueden tomar los tags.

Tabla 4.2 Tipos de Valores

Estilo Base Anotación

Binario 2 2#

Decimal 10 NA

Hexadecimal 16 16#

Octal 8 8#

Exponencial NA 0.0000000e+000

Valor con punto flotante (coma flotante)

NA 0.0

La tabla 4.3 muestra el tipo de datos más comunes que el tag almacena.

Tabla 4.3 Tipo de Datos

Para Tipo

Dispositivo analógico en modo con punto flotante. REAL

Dispositivo analógico en modo con numero entero (Para frecuencias de muestreo muy rápidas).

INT

Caracteres ASCII Cadena

Bit BOOL

Contador CONTADOR

Punto de E/S digital BOOL

Numero con punto flotante REAL

Numero entero DINT

Secuenciador CONTROL

Temporizador TIMER

La asignación mínima de memoria para un tag es de 4 bytes. Cuando se crea un tag con datos que requieren menos de 4 bytes, el controlador asigna los cuatro pero los datos sólo ocupan la parte que necesitan, se muestran en la tabla 4.4.

Tabla 4.4 Asignación Mínima de Memoria en Tags (4 Bytes [32 bits])

Tipo de Datos Bits

31-16 15-8 7-1 0

BOOL No se utilizan No se utilizan No se utilizan 0 o 1

SINT No se utilizan No se utilizan –128…+127

INT No se utilizan –32,768…+32,767

DINT –2,147,483,648…+2,147,483,647

REAL –3.40282347e(38) …–1.17549435e(-38) (valores negativos) o

1.17549435e(-38) …3.40282347e(38) (valores positivos)

La información de E/S se presenta como un conjunto de tags. Cada tag utiliza una estructura de datos que depende de las características específicas del módulo de E/S. El nombre del tag se basa en la ubicación del módulo de E/S en el sistema. Cuando se añade un módulo a la carpeta I/O, el software crea automáticamente tags al alcance del controlador para el módulo. Una dirección de E/S presenta el formato mostrado en la tabla 4.5.

CAPÍTULO 4

110

Tabla 4.5 Formato de las Direcciones de E/S

[Location] [:Slot] [:Type] [.Member] [.SubMember] [.Bit] [ ] = Opcional [Ubicación] [:Ranura] [:Tipo] [.Miembro] [.Submiembro] [.Bit] [ ] = Opcional

Ubicación Ubicación de red LOCAL = el mismo chasis o riel DIN que el controlador ADAPTER_NAME = identifica el adaptador de comunicaciones remoto o el módulo puente

Ranura Número de ranura del módulo de E/S en su chasis o riel DIN

Tipo Tipo de datos I = entrada O = salida C = configuración S = estado

Miembro Los datos específicos del módulo de E/S; depende de qué tipo de datos puede almacenar el módulo. • En los módulos digitales, un miembro de datos generalmente almacena los valores del bit de entrada o salida. • En los módulos analógicos, un miembro de canal (CH#) generalmente almacena los datos de un canal.

Submiembro Datos específicos relacionados con un miembro.

Bit Punto específico en un módulo de E/S digital; depende del tamaño del módulo de E/S (de 0 a 31 para un módulo de 32 puntos)

La figura 4.31 muestra la ubicación de los tags que se crearon automáticamente con los módulos que se añadieron.

Módulo 1769-SDN (Local:1:I y Local:1:O).

Módulo 1769-IQ16 (Local:2:I).

Módulo 1769-OB16 (Local:3:C; Local:3:I; Local:3:O).

Figura 4.31 Direcciones de Tags Creados Automáticamente por RSLgix 5000

La ubicación Local:1:I; Local:1:I.Data corresponde a los dispositivos de entradas que se mapearon de la Red DeviceNet (nodos 03, 05 y 07 ), figura 4.32.

CAPÍTULO 4

111

Figura 4.32 Direcciones de Entradas

La ubicación Local:1:O; Local:1:O.Data corresponde a los dispositivos de salidas que se mapearon de la de red DeviceNet (nodos 02, 04, 06 y 07), figura 4.33.

Figura 4.33 Direcciones de Salidas

4.4.3 Generación de Tags DeviceNet

Con lo anterior sabemos dónde se ubican los datos de lectura y escritura de los dispositivos, la forma en que se generan los tags de forma automática no es la ideal para trabajar con ellos, lo cual el siguiente paso sería crear tags que representen a los creados de forma automática de cada dispositivo acorde a sus características para identificarlos en la programación de lógica de escalera.

Para hacer más sencillo el trabajo Rockwell Automation dispone de una herramienta llamada DeviceNet Tag Generator. Donde se cran tags apropiados relativos a cada dispositivo.

El procedimiento para crear los tags es el siguiente.

Abrimos en Windows Inicio; Programas; Rockwell Software; RSLogix 5000 Tools; DeviceNet Tag Generator; DeviceNet Tag Generator.exe. En la ventana principal, figura 4.34:

CAPÍTULO 4

112

1. Seleccionamos el proyecto creado en RSLogix 5000 (ESIA_ZACATENCO.ACD). 2. Seleccionamos el scanner (único en la red). 3. Seleccionamos el proyecto creado en RSNetworx (DeviceNet_esia). 4. Seleccionamos el nodo del escáner (01). 5. Seleccionamos el botón Generar Tags. 6. Aceptamos la advertencia de la generación de tags. 7. Se muestra el informe de la generación de los tags.

Figura 4.34 Informe de la Generación de Tags

La figura 4.35 muestra las direcciones de los tags creados por el generador DeviceNet en la pantalla de RSLogix 5000 en la parte alta sobre los generados de forma automática.

CAPÍTULO 4

113

Figura 4.35 Pantalla de Tags de RSLogix 5000

La figura 4.36 muestra las direcciones los tags para los dispositivos de la red DeviceNet para ser utilizados en la programación de lógica de escalera en RSLogix 5000.

Figura 4.36 Tags Generados para los Dispositivos de la Red DeviceNet

CAPÍTULO 5

114

CAPÍTULO 5

ANÁLISIS DE RESULTADOS

CAPÍTULO 5

115

5.1 Resultados Obtenidos en la Selección de Dispositivos e Implementación de Redes. Como resultado de la selección de dispositivos se instaló una plataforma de

control CompactLogix 1769-L35E de Allen Bradley para la integración de los

dispositivos de campo a través de las redes EtherNet/IP y DeviceNet.

El CompactLogix cuenta con un puerto integrado EtherNet/IP por donde opera

esta red y un módulo escáner 1769-SDN DeviceNet, el cual mantiene la

conectividad con los dispositivos de campo, cuenta también con un módulo de

entradas digitales 1769-IQ16 24 VDC de tipo drenador/surtidor, un módulo de

salidas digitales 1769-OB16 24 VDC tipo surtidor y una fuente de alimentación

eléctrica de 5 y 24 VDC con rango de 2 a 4 A, para el suministro de la CPU y

módulos de expansión.

Una característica principal del proyecto, es el manejo de entradas y salidas

distribuidas, donde el Controlador 1769-L35E está diseñado para este tipo de

control a través de las redes de comunicación industrial DeviceNet y

EtherNet/IP.

Se seleccionaron e instalaron dispositivos de E/S analógicas y digitales

distribuidas, Allen Bradley CompactBlock LDX: AB CompactBlock LDX 1790D-

TN4V0 que cuenta con 4 entradas analógicas de 0 a 10 VCD, AB

CompactBlock LDX 1790D-TN0V2 con 2 salidas analógicas de 0 a 10 VDC y

AB CompactBlock LDX 1790D-T8BV8V con 8 entradas y 8 salidas digitales de

24 VCD. Donde Las E/S analógicas son utilizadas como Set Point dentro del

sistema de automatización.

Las fuentes para el suministro eléctrico para los dispositivos de entradas y

salidas y la red DeviceNet son: AB 1606-XLE80E, AB 1606-XLE120EN,

HENGFU HF70W-SF-24 de 24 VDC con rango de 3 y 5 A y un bloque de

alimentación de 127 VAC a 60 Hz Weidmuller.

Para la seguridad del proceso se utilizaron interruptores termomagnéticos y

relevadores de control, destinados a la protección de los conductores que

conforman la instalación eléctrica de todos los dispositivos para tener el

arranque y paro del proceso de forma controlada, además de una columna

luminosa de señalización para indicar el estado del sistema.

Para conectar la fuente de alimentación eléctrica de 24 VDC a la línea troncal

de la red DeviceNet utilizamos un PowerTap AB 148ST-P2T5-T5 serie C, y en

la interconexión entre los elementos de la red EtherNet/IP se utiliza un

conmutador TRENDNet TE 100-S8.

Se seleccionó un servo drive Parker CompaxFluid para controlar el movimiento

de los dispositivos del lazo de control de tipo hidráulico.

CAPÍTULO 5

116

Como dispositivos finales para la generación de oleaje se utilizan: un sensor de

distancia tipo transformador diferencial de variación lineal (LVDT) Temposonics

EP, una servo válvula MOOG 631 que funciona como accionador de tipo

hidráulico, una unidad hidráulica de potencia para darle suministro a los

actuadores hidráulicos, y dispositivos mecánicos llamados “paletas” los cuales

son desplazados por el actuador que se encuentra montado en su estructura.

Para la conexión física de los dispositivos se realizaron diagramas eléctricos

para cada tablero de control.

En la red EtherNet/IP utilizamos la topología estrella, a través de un medio

físico de cable par trenzado sin blindaje categoría 5 conector RJ-45. Los

componentes físicos de esta red son la PC de campo, el CompactLogix y la

PC-HMI. La topología utilizada en la red DeviceNet es línea troncal sin

derivaciones a través de un medio físico de cable redondo grueso de

conectores abiertos 5 pin plug lineal.

La red DeviceNet está conformada por 7 nodos, estableciendo el

CompactLogix como nodo 1 dispositivo maestro y los módulos AB

CompactBlock LDX nodos 2 - 7 esclavos.

Los nodos 2, 4, 6 los conforman los módulos AB CompactBlock LDX de salidas

analógicas respectivamente, los nodos 3 y 5 los conforman AB CompactBlock

LDX de entradas analógicas y el nodo 7 está conformado por un módulo AB

CompactBlock LDX de entradas y salidas digitales de 24 VDC.

Para la integración de todos los elementos que componen el proceso de

automatización se obtuvieron instalados físicamente:

El tablero de control 1 como principal, los tableros de control 2,3,5 utilizados en

el tanque, los tableros de control 4 y 7 utilizados en el canal y el tablero de

control 6, que no existe físicamente y se contempla su instalación a futuro, este

último tendría la misma función que el tablero de control 5.

El tablero de control 1 está integrado por el Controlador 1769-L35E, como se

muestra en la figura 5.1. Una fuente de alimentación eléctrica 1606-XLE120EN

24 VCD externa de suministro a las salidas digitales del AB CompactLogix que

controlan el arranque y paro de las bombas de la unidad hidráulica y de la torre

luminosa a través de relevadores de conmutación ABB, también contiene una

fuente de alimentación AB 1606-XLE120EN conectada a la toma PowerTap,

de donde sale la línea troncal hacia el escáner y los dispositivos DeviceNet de

los tableros 2, 3 y 4. Y finalmente el Conmutador y el bloque de alimentación de

corriente alterna. Y sobre este tablero se encuentra la columna luminosa de

señalización mostrada en la figura 5.2.

CAPÍTULO 5

117

Los tableros de control 2 y 3 los conforman a cada uno: una fuente de

alimentación AB 1606-XLE80E, conectada al bloque de alimentación eléctrica

de 127 VAC, que suministra con 24 VDC a los AB CompactBlock LDX 1790D-

TN4V0 de entradas analógicas y AB CompactBlock LDX 1790D-TN0V2 salidas

analógicas mostrados en la figura 5.3 y 5.4.

El tablero de control 4 lo integran, una fuente de alimentación 1606-XLE80E,

que suministra a los AB CompactBlock LDX 1790D-TN0V2 de entradas

analógicas y AB CompactBlock LDX 1790D-T8BV8V de entradas y salidas

digitales mostrado en la figura 5.5.

El tablero de control 5 está integrado por una fuente de alimentación HENGFU,

que suministra energía al servo drive y sus bloques de entradas analógicas,

sensor LVDT, que se encuentra en el actuador hidráulico.

En el tablero de control 7 se encuentra instalado un variador de velocidad, que

controla el motor del dispositivo electromecánico generador de oleaje en el

canal como se muestra en la figura 5.6.

Figura 5.1 Tablero de Control 1

(a) (b)

CAPÍTULO 5

118

Figura 5.2 Tablero de Control 1; Columna Luminosa de Señalización


(a) (b)

(a) (b)

CAPÍTULO 5

119



(a) (b)

(a) (b)

CAPÍTULO 5

120


Dispositivos físicos finales para la generación de olas en el tanque de pruebas. La figura 5.7 muestra las conexiones físicas de los componentes del actuador hidráulico.

Figura 5.7 Conexión Física de los Componentes del Actuador Hidráulico: (a)

Servo Válvula; (b) Sensor LVDT

(a) (b)

Figura xxx

(a) (b)

CAPÍTULO 5

121

La figura 5.8 muestra la conexión física de la unidad hidráulica de potencia.

Figura 5.8 Conexión Física de la Unidad Hidráulica

En la figura 5.9 se muestra el actuador hidráulico montado sobre el dispositivo mecánico generador de olas.

Figura 5.9 Montaje del Actuador Hidráulico sobre el Dispositivo Mecánico

La figura 5.10 muestra los tableros de control instalados y los dispositivos de campo en el tanque de pruebas.

CAPÍTULO 5

122

Figura 5.10 Conexion Fisica de los Elementos Finales para la Generacion de

Oleaje

5.2 Colocación y Distribución de los Tableros de Control Sobre el Tanque y Canal de Pruebas En la figura 5.11 se muestra la distribución de los tableros de control colocados de acuerdo a los requerimientos para la generación de oleaje.

Figura 5.11 Colocación y Distribución de los Tableros de Control

CAPÍTULO 5

123

5.2.1 Generación de Oleaje en Tanque Componentes para la generación de oleaje en el tanque de pruebas, se emplean los tableros de control 1, 2 y 5 colocados en la parte frontal del laboratorio, figura 5.12.

Figura 5.12 Configuración de los Elementos Finales para la Generación de

Oleaje en el Tanque de Pruebas Parte Frontal

La figura 5.13 muestra los dispositivos físicos en la parte frontal del tanque.

Figura 5.13 Elementos Físicos para la Generación de Oleaje en el Tanque de

Pruebas Parte Frontal

ACTUADOR HIDRÁULICO

UNIDAD HIDRÁULICA

DISPOSITIVO MECÁNICO (PALETA)

GENERADOR DE OLAS




TANQUE

CAPÍTULO 5

124

En la parte lateral derecha se emplean los tableros de control 3 y 6, figura 5.14.

Figura 5.14 Configuración de los Elementos para la Generación de Oleaje en

el Tanque de Pruebas Parte Lateral Derecha

La figura 5.15 muestra la parte lateral derecha del laboratorio donde se encuentra instalado el tablero de control 3 y posteriormente se instalara el tablero de control 6.

Figura 5.15 Elementos Físicos para la Generación de Oleaje en el Tanque de

Pruebas Parte Lateral Derecha



UNIDAD HIDRÁULICA

DISPOSITIVO MECÁNICO

(PALETA)

GENERADOR DE OLAS TANQUE

ACTUADOR HIDRÁULICO

CAPÍTULO 5

125

5.2.2 Generación de Oleaje en Canal Componentes para la generación de oleaje en el canal de pruebas, se emplean los tableros de control 4 y 7. Colocados en la parte final del pasillo del canal en la figura 5.16 se muestra su configuración.

Figura 5.16 Configuración de Elementos Finales para la Generación de Oleaje

en el Canal de Pruebas

La figura 5.17 muestra al canal y el dispositivo electromecánico para la generación de olas.

Figura 5.17 Canal de Pruebas: (a) canal; (b) Dispositivo Electromecánico

Generador de Oleaje en Canal

DISPOSITIVO ELECTROMECÁNICO

GENERADOR DE OLAS

TABLERO DE

CONTROL 4

TABLERO DE

CONTROL 7

CANAL

(a) (b)

CAPÍTULO 5

126

5.3 Resultados Obtenidos de la Configuración de Redes y Dispositivos Como resultado de la configuración de las redes y los dispositivos, se realizó la asignación de las direcciones IP de la PC de campo y la PC-HMI, mediante el protocolo Internet (TCP/IP), donde se establece la máscara de subred que pertenece a una red clase “C” que es 255.255.255.0 y la dirección correspondiente para la PC de Campo: 192.168.1.1, y de la PC-HMI: 192.168.1.3. Para la asignación de la IP del controlador empleamos la utilidad BOOP-DHCP server, de Rockwell Software, donde se establece la máscara de subred 255.255.255.0, y mediante su dirección MAC se coloca la dirección IP, sólo se emplea para el CompactLogix dispositivo único. Introducimos la IP del controlador: 192.168.1.2. La configuración del Driver Ethernet, se realizó por medio del servidor de comunicaciones de Rockwell Software; RSLinx Classic que permite que las PC puedan comunicarse con el controlador. Se adiciono y configuro el driver EtherNet/IP Driver, donde se muestran los dispositivos conectados a la redes. Para configurar la red DeviceNet se utilizó RSNetworx de Rockwell Software. El número de nodo de cada módulo de E/S distribuidas se estableció directamente en el dispositivo, mediante sus interruptores MSD y LSD, y así, al poner en línea, la red identifica los nodos conectados con el número que se estableció manualmente, a través del software se establece el número de nodo para el escáner. Para la configuración de cada dispositivo y establecer sus características de comunicación de cada uno de los nodos se seleccionan las propiedades de cada uno en RSNetWorx. Dentro de la propiedades del escáner en RSNetworx, se establece la plataforma de control CompactLogix y se configuran los dispositivos (CompactBlock) disponibles a la lista de escaneo (ScanList) para generar la ubicación de los registros de datos de los dispositivos de E/S en el mapa de memoria del controlador de 32 bits. La configuración del AB CompactLogix se realizó en su plataforma en el software RSLogix 5000, en donde se crea el proyecto para iniciar la configuración y preparar la programación de las E/S, en donde configuramos sus características como tipo de controlador, firmware y adicionar los módulos Compact I/O (1769-SDN, 1769-IQ16 y 1769-OB16) y las características de comunicación. Para finalmente crear los tags a utilizar para desarrollo de la lógica. 5.3.1 Asignación de Memoria para los Nodos en el Controlador. Creada la lista de escaneo en el escáner en las propiedades de E/S

(Input y Output) se observó el mapeo de ubicación de los registros de datos,

como se muestra en las figuras 5.18 y 5.19, de los dispositivos de entradas y

salidas en el mapa de memoria del controlador en las tablas 5.1 y 5.2 se

detallan las características para cada nodo.

CAPÍTULO 5

127

Figura 5.18 Mapeo de Entradas, Nodos: 03, 05 y 07

Tabla 5.1 Mapeo de Entradas Red Devicenet

Dispositivo Nodo Entrada Doble Palabra - Bit

CompactBlock LDX 1790D-TN4V0 Entradas Voltaje Analogico (Tablero de Control2)

03 In 0 (CH0) In 1 (CH1) In 2 (CH2) In 3 (CH3) Registro de Estado

1:I.Data[0] - bits [0-15] 1:I.Data[0] - bits [16-31] 1:I.Data[1] - bits [0-15] 1:I.Data[1] - bits [16-31] 1:I.Data[2] - bits [0-15]

CompactBlock LDX 1790D-TN4V0 Entradas voltaje Analogico (Tablero de Control 3)


1:I.Data[2] - bits [16-31] 1:I.Data[3] - bits [0-15] 1:I.Data[3] - bits [16-31] 1:I.Data[4] - bits [0-15] 1:I.Data[4] - bits [16-31]

CompactBlock LDX 1790D-T8BV8V Entradas Digitales (Tablero de Control 4)

07 In 0 In 1 In 2 In 3 In 4 In 5 In 6 In 7

1:I.Data[5] - bits [0] 1:I.Data[5] - bits [1] 1:I.Data[5] - bits [2] 1:I.Data[5] - bits [3] 1:I.Data[5] - bits [4] 1:I.Data[5] - bits [5] 1:I.Data[5] - bits [6] 1:I.Data[5] - bits [7]

CAPÍTULO 5

128

Figura 5.19 Mapeo de Salidas, Nodos: 02, 04 y 06

Tabla 5.2 Mapeo de Salidas Red DeviceNet

Dispositivo Nodo Salida Doble Palabra - Bit

CompactBlock LDX 1790D-TN0V2 Salidas Voltaje Analogico (Tablero de Control 2)

02 Out 0 (CH0) Out 1 (CH1)

1:O.Data[0] - bits [0-15] 1:O.Data[0] - bits [16-31]


04 Out 0 (CH0) Out 1 (CH1)



06 Out 0 (CH0) Out 1 (CH1)


CompactBlock LDX 1790D-T8BV8V Salidas Digitales (Tablero de Control 4)

07 Out 0 Out 1 Out 2 Out 3 Out 4 Out 5 Out 6 Out 7

1:O.Data[3] - bit [0] 1:O.Data[3] - bit [1] 1:O.Data[3] - bit [2] 1:O.Data[3] - bit [3] 1:O.Data[3] - bit [4] 1:O.Data[3] - bit [5] 1:O.Data[3] - bit [6] 1:O.Data[3] - bit [7]

CAPÍTULO 5

129

5.4 Diagnóstico de la Red DeviceNet Una vez que configuramos los parámetros de los dispositivos de la red se realizó el diagnostico. Para ver el estado de la red, mediante RSNetworx en herramientas seleccionamos el icono Diagnostic View; Start, figura 5.20 .Se muestran los dispositivos en la parte derecha de la ventana y en la parte izquierda los resultados del diagnóstico y se observa que no existen problemas al mostrar el símbolo normal en cada uno de los dispositivos.

Figura 5.20 Diagnostico de Red DeviceNet

Informe del diagnóstico generado por RSNetworx mostrado en la tabla 5.3. RSNetWorx MD for DeviceNet C:\Documents and Settings\Administrador\Mis documentos\DeviceNet_esia.dnt Network Health Summary

Tabla 5.3 Informe de Diagnostico

Network Name: DeviceNet_esia

Description: [None]

Online Path: DESKTOP!AB_ETHIP1\192.168.1.2\Backplane\0\CompactBus\1\Port2

Diagnostic State: Running

Devices Included: 7

Devices Excluded: 0

Diagnostic Timing: 500 msec

Normal: 104

Warning: 0

Error: 0

No Read: 0

Override: 0

Reported On: 29/11/2013, 13:00:07

Version: 9.00.00 (CPR 9 SR 1)

CAPÍTULO 5

130

Network Health Snapshot DeviceNet: [Normal] Chassis: : [1790D-8BV8V CompactBlock LDX Chassis] Device: Address 07, 1790D-8BV8V 8 Univ In/8 Sink Out: [Normal] Device ID Check : [Normal] Major Recoverable Fault : [Normal] Major Unrecoverable Fault : [Normal] Minor Recoverable Fault : [Normal] Minor Unrecoverable Fault : [Normal] Chassis: : [1790D-N0V2 CompactBlock LDX Chassis] Device: Address 06, 1790D-N0V2 2 Analog Voltage Out : [Normal] Device ID Check : [Normal] Major Recoverable Fault : [Normal] Major Unrecoverable Fault : [Normal] Minor Recoverable Fault : [Normal] Minor Unrecoverable Fault : [Normal] Chassis: : [1790D-N0V2 CompactBlock LDX Chassis-1] Device: Address 04, 1790D-N0V2 2 Analog Voltage Out-1 : [Normal] Device ID Check : [Normal] Major Recoverable Fault : [Normal] Major Unrecoverable Fault : [Normal] Minor Recoverable Fault : [Normal] Minor Unrecoverable Fault : [Normal] Chassis: [1790D-N0V2 CompactBlock LDX Chassis-2] Device: Address 02, 1790D-N0V2 2 Analog Voltage Out-2 : [Normal] Device ID Check : [Normal] Major Recoverable Fault : [Normal] Major Unrecoverable Fault : [Normal] Minor Recoverable Fault : [Normal] Minor Unrecoverable Fault : [Normal] Chassis: : [1790D-N4V0 CompactBlock LDX Chassis] Device: Address 05, 1790D-N4V0 4 Analog Voltage In : [Normal] Device ID Check : [Normal] Major Recoverable Fault : [Normal] Major Unrecoverable Fault : [Normal] Minor Recoverable Fault : [Normal] Minor Unrecoverable Fault : [Normal]

CAPÍTULO 5

131

Chassis: : [1790D-N4V0 CompactBlock LDX Chassis-1] Device: Address 03, 1790D-N4V0 4 Analog Voltage In-1 : [Normal] Device ID Check : [Normal] Major Recoverable Fault : [Normal] Major Unrecoverable Fault : [Normal] Minor Recoverable Fault : [Normal] Minor Unrecoverable Fault : [Normal] Device: Address 01, 1769-SDN Scanner Module : [Normal] Device ID Check : [Normal] Identity : [Normal] Instance 1 : [Normal] Major Recoverable Fault : [Normal] Major Unrecoverable Fault : [Normal] Minor Recoverable Fault : [Normal] Minor Unrecoverable Fault : [Normal] Instance 2 : [Normal] Major Recoverable Fault : [Normal] Major Unrecoverable Fault : [Normal] Minor Recoverable Fault : [Normal] Minor Unrecoverable Fault : [Normal] Mode : [Normal] Node 00 Scan Status : [Normal] Node 01 Scan Status : [Normal] Node 02 Scan Status : [Normal] Node 03 Scan Status : [Normal] Node 04 Scan Status : [Normal] Node 05 Scan Status : [Normal] Node 06 Scan Status : [Normal] Node 07 Scan Status : [Normal] Node 08 Scan Status : [Normal] Node 09 Scan Status : [Normal] Node 10 Scan Status : [Normal] Node 11 Scan Status : [Normal] Node 12 Scan Status : [Normal] Node 13 Scan Status : [Normal] Node 14 Scan Status : [Normal] Node 15 Scan Status : [Normal] Node 16 Scan Status : [Normal] Node 17 Scan Status : [Normal] Node 18 Scan Status : [Normal] Node 19 Scan Status : [Normal] Node 20 Scan Status : [Normal] Node 21 Scan Status : [Normal] Node 22 Scan Status : [Normal] Node 23 Scan Status : [Normal] Node 24 Scan Status : [Normal]

CAPÍTULO 5

132

Node 25 Scan Status : [Normal] Node 26 Scan Status : [Normal] Node 27 Scan Status : [Normal] Node 28 Scan Status : [Normal] Node 29 Scan Status : [Normal] Node 30 Scan Status : [Normal] Node 31 Scan Status : [Normal] Node 32 Scan Status : [Normal] Node 33 Scan Status : [Normal] Node 34 Scan Status : [Normal] Node 35 Scan Status : [Normal] Node 36 Scan Status : [Normal] Node 37 Scan Status : [Normal] Node 38 Scan Status : [Normal] Node 39 Scan Status : [Normal] Node 40 Scan Status : [Normal] Node 41 Scan Status : [Normal] Node 42 Scan Status : [Normal] Node 43 Scan Status : [Normal] Node 44 Scan Status : [Normal] Node 45 Scan Status : [Normal] Node 46 Scan Status : [Normal] Node 47 Scan Status : [Normal] Node 48 Scan Status : [Normal] Node 49 Scan Status : [Normal] Node 50 Scan Status : [Normal] Node 51 Scan Status : [Normal] Node 52 Scan Status : [Normal] Node 53 Scan Status : [Normal] Node 54 Scan Status : [Normal] Node 55 Scan Status : [Normal] Node 56 Scan Status : [Normal] Node 57 Scan Status : [Normal] Node 58 Scan Status : [Normal] Node 59 Scan Status : [Normal] Node 60 Scan Status : [Normal] Node 61 Scan Status : [Normal] Node 62 Scan Status : [Normal] Node 63 Scan Status : [Normal] 5.5 Tags Generados para los Nodos de la Red DeviceNet Para el direccionamiento de datos, utilizamos tags, que son nombres basados

en textos que representan un área dentro de la memoria del controlador. Se

crearon tags apropiados para los dispositivos de E/S distribuidas. Estos se

crean con la herramienta DeviceNet Tag Generator de RSLogix 5000, figuras

5.21-5.30 y observamos todas las direcciones de los dispositivos de la red

DeviceNet y así utilizarlos en la programación.

CAPÍTULO 5

133

Nodo 02; devicenet_N02_POL_O; (32 bits [4 Bytes]); Out 0 (CH0), figura 5.21 (a); Out 1 (CH1), figura 5.21 (b).

Figura 5.21 Tags Nodo 02: (a) Out 0 (CH0); (b) Out 1 (CH1)

Nodo 03; devicenet_N03_POL_I; (80 bits [10 Bytes]); In 0 (CH0), figura 5.22 (a); In 1 (CH1), figura 5.22 (b); In 2 (CH2), figura 5.23 (a); In (CH3), figura 5.23 (b). Registro de Estado, figura 5.24.

Figura 5.22 Tags Nodo 03: (a) In 0 (CH0); (b) In 1 (CH1)

(a) (b)

(a) (b)

CAPÍTULO 5

134


Figura 5.24 Tags Nodo 03: Registro de Estado

(a) (b)

CAPÍTULO 5

135

Nodo 04; devicenet_N04_POL_O, (32 bits [4 Bytes]); Out 0 (CH0), figura 5.25 (a); Out 1 (CH1), figura 5.25 (b).


Nodo 05; devicenet_N05_POL_I; (80 bits [10 Bytes]); In 0 (CH0), figura 5.26 (a); In 1 (CH1), figura 5.26 (b); In 2 (CH2), figura 5.27 (a); In (CH3), figura 5.27 (b). Registro de Estado, figura 5.28.


(a) (b)

(a) (b)

CAPÍTULO 5

136


Figura 5.28 Tags Nodo 05: Registro de Estado

(a) (b)

CAPÍTULO 5

137

Nodo 06; devicenet_N06_POL_O; (32 bits [4 Bytes]); Out 0 (CH0), figura 5.29 (a); Out 1 (CH1), figura 5.29 (b).


Nodo 07; devicenet_N07_POL_I; (8 bits [1 Byte]); In 0 - In 7 figura 5.30 (a). devicenet_N07_POL_O; (8 bits [1 Byte]); Out 0 – Out 7, figura 5.30 (b).

Figura 5.30 Tags Nodo 07. (a) In (0-7); (b) Out (0-7)

La tabla 5.4 describe las características de cada uno de los nodos DeviceNet y los tags correspondientes para cada uno de ellos.

(a) (b)

(a) (b)

CAPÍTULO 5

138

Tabla 5.4 Direcciones de Tags DeviceNet

Dispositivo Nodo E/S Dirección

CompactBlock LDX 1790D-TN0V2 Salidas Voltaje Analogico 0…10 VDC [16 bits] (TC2)

02 Out 0 (CH0) Out 1 (CH1)

devicenet_N02_POL_O.Data[0] - bits [0-7] devicenet_N02_POL_O.Data[1] - bits [0-7] devicenet_N02_POL_O.Data[2] - bits [0-7] devicenet_N02_POL_O.Data[3] - bits [0-7]

CompactBlock LDX 1790D-TN4V0 Entradas Voltaje Analogico 0…10 VDC [16 bits] (TC2)


devicenet_N03_POL_I.Data[0] - bits [0-7] devicenet_N03_POL_I.Data[1] - bits [0-7] devicenet_N03_POL_I.Data[2] - bits [0-7] devicenet_N03_POL_I.Data[3] - bits [0-7] devicenet_N03_POL_I.Data[4] - bits [0-7] devicenet_N03_POL_I.Data[5] - bits [0-7] devicenet_N03_POL_I.Data[6] - bits [0-7] devicenet_N03_POL_I.Data[7] - bits [0-7] devicenet_N03_POL_I.Data[8] - bits [0-7] devicenet_N03_POL_I.Data[9] - bits [0-7]


04 Out 0 (CH0) Out 1 (CH1)


CompactBlock LDX 1790D-TN4V0 Entradas voltaje Analogico 0…10 VDC [16 bits] (TC3)


devicenet_N05_POL_I.Data[0] - bits [0-7] devicenet_N05_POL_I.Data[1] - bits [0-7] devicenet_N05_POL_I.Data[2] - bits [0-7] devicenet_N05_POL_I.Data[3] - bits [0-7] devicenet_N05_POL_I.Data[4] - bits [0-7] devicenet_N05_POL_I.Data[5] - bits [0-7] devicenet_N05_POL_I.Data[6] - bits [0-7] devicenet_N05_POL_I.Data[7] - bits [0-7] devicenet_N05_POL_I.Data[8] - bits [0-7] devicenet_N05_POL_I.Data[9] - bits [0-7]


06 Out 0 (CH0) Out 1 (CH1)


CompactBlock LDX 1790D-T8BV8V Entradas Digitales 24 VDC [1 bit] (TC4) Salidas Digitales 24 VDC [1 bit]

07

In 0 In 1 In 2 In 3 In 4 In 5 In 6 In 7 Out 0 Out 1 Out 2 Out 3 Out 4 Out 5 Out 6 Out 7

devicenet_N07_POL_I.Data.0 devicenet_N07_POL_I.Data.1 devicenet_N07_POL_I.Data.2 devicenet_N07_POL_I.Data.3 devicenet_N07_POL_I.Data.4 devicenet_N07_POL_I.Data.5 devicenet_N07_POL_I.Data.6 devicenet_N07_POL_I.Data.7 devicenet_N07_POL_O.Data.0 devicenet_N07_POL_O.Data.1 devicenet_N07_POL_O.Data.2 devicenet_N07_POL_O.Data.3 devicenet_N07_POL_O.Data.4 devicenet_N07_POL_O.Data.5 devicenet_N07_POL_O.Data.6 devicenet_N07_POL_O.Data.7

CAPÍTULO 5

139

5.6 Costo del Proyecto A continuación se muestra el costo aproximado de la instalación de los dispositivos tomando como referencia el precio al momento del desarrollo de este trabajo. Donde no se contempla costos por investigación e ingeniería ya que está en función de un proyecto académico entre personal de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica y la Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura, unidades Zacatenco.

Dispositivo Cantidad Precio Individual

Total

Controlador AB CompactLogix 1769-L35E 1 $ 53,312.00

Fuente De Alimentación Eléctrica 1769-PA4 1 $ 6,460.00

Módulo Escáner 1769-SDN DeviceNet 1 $ 12,430.00

Módulo de Entradas Digitales 24 VDC 1769-IQ16 1 $ 2,944.00

Módulo de Salidas Digitales 24 VDC 1769-OB16 1 $ 3,835.00

AB CompactBlock LDX 1790D-TN4V0, Entradas Voltaje Analógico

2 $9,676.4

$ 19,352.8

AB CompactBlock LDX 1790D-TN0V2, Salidas Voltaje Analógico

3 $9,404.00

$ 28,212.00

AB CompactBlock LDX 1790D-T8BV8V, E/S Digitales 24 VDC

1 $ 5,501.00

Servo Drive Compax3 Fluid 1 $ 3,900.00

Fuente de Alimentación Eléctrica AB 1606-XLE120EN

2 $3,481.00

$ 6,962.00

Fuente de Alimentación Eléctrica AB 1606-XLE80E

3 $2,420.00

$ 7,260.00

Fuente de Alimentación Eléctrica HENGFU HF70W-SF-24

1 $ 1,632.00

Bloque de Alimentación Eléctrica Weidmuller Ltd. 9915490000

1 $ 318.24

Relevador de Control AB 700-HA33A1 1 $ 160.48

Relevador de Control Omron MK2P-S 1 $ 272.00

Interruptor Termomagnético Steck 4 $70.44 $ 281.76

Interruptor Termomagnético Siemens 5SX4 1 $ 98.82

Relevador de Control ABB CR-P024DC1 4 $36.44 $ 145.76

Relevador de Control ABB CR-P024DC2 4 $43.18 $ 172.72

Columna Luminosa de Señalización ABB 1 $ 8,912

Sirena KS70-1104 1 $ 1,729.00

Luz Verde KL70-342G 1 $ 1,560.00

Luz Amarilla KL70-342Y 1 $ 1,560.00

Luz Roja KL70-342R 1 $ 1,560.00

Conmutador TRENDNet TE100-S8 1 $ 307.3

PoweTap 1485T–P2T5–T5 Serie C 1 $ 791.24

Sensor TEMPOSONICS EP 1 $ 15,116.4

Servo Válvula Electrohidráulica G631 MOOG 1 $ 38,080.00

Botón Pulsador de Arranque 1 $ 150.00

Botón Pulsador de Paro 7 $160.00 $ 1,120.00

Cable UTP 80 m $ 9.00 $ 720.00

Conector RJ-45 6 $ 5.00 $ 30.00

Cable DeviceNet, Redondo Grueso 83 m $ 54.00 $ 4,482.00

Conector abierto 5-pin Plug Lineal 7 $ 405.28 $ 2,836.96

Gabinete Principal 1 $ 790.00

Gabinetes Secundarios 5 $ 580.00 $ 2,900.00

Precios originales en USD convertidos a MXN $ 235,895.48

140

Glosario LabVIEW: Lenguaje de programación gráfico para el diseño de sistemas de adquisición de datos, instrumentación y control, permite diseñar interfaces de usuario mediante una consola interactiva basado en software. Se puede diseñar especificando un sistema funcional, diagrama de bloques o una notación de diseño de ingeniería. OPC: OPC (OLE para control de procesos) es un estándar de comunicación que ha sido desarrollado y optimizado por OPC Foundation, cuyo objetivo es proporcionar un mecanismo de intercambio industrial estándar entre los dispositivos de la planta y las aplicaciones cliente. Oleógrafo: Instrumento para medir las olas, otorga datos como la aceleración, la frecuencia, la amplitud y concurrencia de las olas. Red Clase “C”: Es una etiqueta numérica que identifica, de manera lógica y jerárquica, a un interfaz (elemento de comunicación/conexión) de un dispositivo (habitualmente una computadora) dentro de una red que utilice el protocolo IP (Internet Protocol), que corresponde al nivel de red del protocolo TCP/IP. Las direcciones de la clase C se utilizan comúnmente para redes pequeñas a medianas de tamaño. Bus de Campo: es un sistema de transmisión de información que sustituye la conexión punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de control PLC OPEN: Lenguaje de programación estandarizado para los controladores sin importar la marca o fabricante. CODESYS: Es un entorno de desarrollo para la programación de controladores conforme con el estándar industrial internacional IEC 61131-3. El término CODESYS es un acrónimo y significa Sistema de Desarrollo de Controladores. Registro de Estado: Es un registro que contiene información sobre el estado actual del procesador, dependiendo de la arquitectura de este será un registro de 64 bits, de 32 bits o 16 bits. Algoritmo de Control: Un algoritmo de control describe formalmente la estrategia de control; en el caso más simple puede tener la forma de la ecuación de un controlador. En general un algoritmo realiza procesos de cálculo en forma secuencial, de acuerdo con un esquema determinado. Set Point: Es la posición de referencia de la variable controlada para llevar a cabo el control del proceso. También se conoce con los nombres de punto de ajuste o de consigna, puede cambiarse en forma manual, o bien en forma automática en función de otro controlador.

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Bibliografía

[1]Herrera, R. (2007). Método de generación de oleaje irregular unidireccional con autoaprendizaje. Tesis Dr. en Ciencias, Centro de Investigación y Computación, Instituto Politécnico Nacional, México D.F. [2]http://www.imt.mx/micrositios/ingenieria-de-puertos-y-costas/ensayos-de-laboratorio/laboratorio-de-hidraulica-maritima.html [3]http://www.jornada.unam.mx/2012/11/11/politica/003n1pol [4]http://www.mes-sigma.net/Literatura/Tecnologia%20PAC.pdf [5]http://www.logicelectronic.com/BECKHOFF/Que%20es%20un%20PAC.htm

[6]http://www.etitudela.com/entrenadorcomunicaciones/downloads/ethertnetipdescripciondelsistema.pdf [7]http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2007/bmfcim971e/doc/parte/iii.pdf

Manuales:

[8]Allen-Bradley: Controladores CompactLogix (Núm. cat. 1769-L31, 1769-L32C, 1769-L32E, 1769-L35CR, 1769-L35E). Rockwell Automation. Consultado: noviembre 2013 http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/um/1769-um011_-es-p.pdf [9]Allen-Bradley: Fuentes de alimentación de expansión Compact (Núm. cat. 1769-PA2, -PB2, -PA4, -PB4)). Rockwell Automation. Consultado: noviembre 2013 http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/in/1769-in028_-es-p.pdf [10]Allen-Bradley: Módulo escáner Compact I/O 1769-SDN DeviceNet (Núm. Cat. 1769-SDN) Rockwell Automation. Consultado: noviembre 2013 http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/in/1769-in060_-es-p.pdf

[11]Allen-Bradley Compact™ 1769-IQ16 Módulo de entradas 24 VCC drenador/surtidor (Núm. cat. 1769-5.3ES). Rockwell Automation. Consultado: noviembre 2013 http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/in/1769-in007_-es-p.pdf

[12]Allen-Bradley: Compact 1769-OB16 Módulo de salidas surtidor 24 VCC de

estado sólido (Núm. cat. 1769-OB16, Serie B)). Rockwell Automation.

Consultado: noviembre 2013

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/um/1769-um011_-es-p.pdf

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/um/1769-um011_-es-p.pdf

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/in/1769-in028_-es-p.pdf






142

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/in/1769

-in054_-es-p.pdf

[13]Allen-Bradley: CompactBlock Analog Modules (Núm. cat. 1790D-N4CO/TN4CO,-N4VO/TN4VO, -NOC2/TNOC2,-NOV2/TNOV2, 1790P-TN4CO,-TNOC2). Rockwell Automation. Consultado: noviembre 2013 http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/um/1790-um001_-en-p.pdf

[14]Allen-Bradley: CompactBlock ldx I/O for DeviceNet (Núm. cat. 1790D). Rockwell Automation. Consultado: noviembre 2013 http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/td/1790d-td001_-en-p.pdf

[15]Parker: Compax3 Fluid Hydraulics controller (Núm. cat. 192-121100 N7)

Parker Hannifin GmbH & Co. KG. Consultado: noviembre 2013

http://www.virtus-controls.ru/catalog/c3f%20paper%20eng.pdf

[16]Allen-Bradley: POWER SUPPLY (Núm. cat. 10000108328) Rockwell Automation. Consultado: noviembre 2013 https://www.google.com.mx/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0CDgQFjAA&url=http%3A%2F%2Fegileng.no%2Fuploads%2Fproducts%2FTI1606XLE80E.pdf&ei=4_eEU_7aIIOAqgaBjILACw&usg=AFQjCNFTXNhmirh11TYoCDjSswTFIygHAQ&bvm=bv.67720277,d.b2k [17]Allen-Bradley: single phase input: (Núm. cat. 10000126349) Rockwell Automation. Consultado noviembre 2013 http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/sr/1606-sr021_-en-e.pdf

[18]Hengfu: Fuente de alimentación de conmutación hf70w-sf-24

Consultado: Consultado: noviembre 2013

http://www.digicontrole.pt/documentos/HF70W-SF.pdf

[19]Bloque de alimentación VCA 127 VCA Weidmüller ltd 9915490000

Weidmüller. Consultado: noviembre 2013

http://www.controlelectrico.com/electricaCentinela/catalogo%5Ccatalogo.pdf

[20]Steck: línea termomagnéticos (Núm. cat. IEC 60898) Steck. Consultado:

noviembre 2013

http://www.gama-me.com/sites/default/files/descargas/termomagneticas-steck-

3ka.pdf

[21]Siemens: interruptores termomagnéticos automáticos (Núm. cat. Siemens I

2.1L. 2001) siemens. Consultado: noviembre 2013

http://www.liesa.com.ar/termomagneticas.pdf



http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/um/1790-um001_-en-p.pdf

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/um/1790-um001_-en-p.pdf

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/td/1790d-td001_-en-p.pdf

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/td/1790d-td001_-en-p.pdf

http://www.virtus-controls.ru/catalog/c3f%20paper%20eng.pdf

https://www.google.com.mx/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0CDgQFjAA&url=http%3A%2F%2Fegileng.no%2Fuploads%2Fproducts%2FTI1606XLE80E.pdf&ei=4_eEU_7aIIOAqgaBjILACw&usg=AFQjCNFTXNhmirh11TYoCDjSswTFIygHAQ&bvm=bv.67720277,d.b2k




http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/sr/1606-sr021_-en-e.pdf

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/sr/1606-sr021_-en-e.pdf

http://www.digicontrole.pt/documentos/HF70W-SF.pdf

http://www.controlelectrico.com/electricaCentinela/catalogo%5Ccatalogo.pdf

http://www.gama-me.com/sites/default/files/descargas/termomagneticas-steck-3ka.pdf

http://www.gama-me.com/sites/default/files/descargas/termomagneticas-steck-3ka.pdf

http://www.liesa.com.ar/termomagneticas.pdf

143

[22]Allen-Bradley: general purpose relays (Núm. cat. 700 HA) Rockwell

Automation. Consultado: noviembre 2013

http://www.ab.com/industrialcontrols/products/relays_timers_and_temp_controll

ers/general_purpose_relays/pdf/700-ha.pdf

[23]Omron: General Purpose Relay (Núm. cat. GC RLY7). OMRON

ELECTRONICS, INC. Consultado: noviembre 2013

http://50.244.15.10/techlib/Omron/Omron_Relay_MK_spec_D100.pdf

[24]ABB: relevadores de control (Núm. cat. 1TXA114001D0701). ABB inc.


http://crouzet.com.mx/pdf/abb/relesencapsulados.pdf

[25]ABB: Signal towers K70 (Núm. cat. 1SXU000023UC0202). ABB inc.


http://www.clrwtr.com/PDF/ABB-Controls/ABB-Signal-Towers.pdf

[26]TRENDNet: fast EtherNet Switch (Núm. cat. TE100-S8).TRENDNet.


http://downloads.trendnet.com/TE100-S8_v12/manual/FR_Web_TE100-

S5_S8(1.22).pdf

[27]Allen-Bradley: PowerTap (num.cat.18.45) Rockwell Automation.


http://pdfs.icsupply.com/server131/far/1/14631.pdf

[28]Moog: 631 Series Electrohydraulic Servovalve (Núm. cat. CDS6196 Rev B 500-316 298) Moog inc. Consultado: noviembre 2013 http://www.moog.com/literature/ICD/631seriesvalve-im.pdf

[29]Temposonics: Sensores de distancia LVDT (num.cat. 3/00 550741 Rev. A)

MTS Systems Corporation.Consultado: noviembre 2013

http://www.mtssensors.com/fileadmin/media/pdfs/E_Series_Models_EP_EL.pdf

http://www.ab.com/industrialcontrols/products/relays_timers_and_temp_controllers/general_purpose_relays/pdf/700-ha.pdf

http://www.ab.com/industrialcontrols/products/relays_timers_and_temp_controllers/general_purpose_relays/pdf/700-ha.pdf

http://50.244.15.10/techlib/Omron/Omron_Relay_MK_spec_D100.pdf

http://crouzet.com.mx/pdf/abb/relesencapsulados.pdf

http://www.clrwtr.com/PDF/ABB-Controls/ABB-Signal-Towers.pdf

http://downloads.trendnet.com/TE100-S8_v12/manual/FR_Web_TE100-S5_S8(1.22).pdf

http://downloads.trendnet.com/TE100-S8_v12/manual/FR_Web_TE100-S5_S8(1.22).pdf

http://pdfs.icsupply.com/server131/far/1/14631.pdf

http://www.moog.com/literature/ICD/631seriesvalve-im.pdf

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Conclusiones

La selección de dispositivos que integran la red DeviceNet del simulador, se realizó considerando las necesidades del laboratorio, los dispositivos finales de control, la unidad mecánica y la unidad hidráulica.

Seleccionada la red, se establecieron las características de cada uno de los nodos, por lo que se seleccionó un Controlador AB CompactLogix 1769-L35E como dispositivo maestro, y como unidades esclavos el AB CompactBlock LDX para monitorear y controlar las E/S distribuidas que puede ser analógicas o digitales, con lo cual se obtuvo de manera satisfactoria la comunicación entre nodos, considerándose un máximo de 64 nodos para una futura expansión de la red.

La configuración de la red Ethernet IP se realizó asignado direcciones IP a la PC-HMI, a la PC (Campo), al CompactLogix y al conmutador TRENDNet. Con el software RSLinx se verificó la conectividad de los elementos que están en la red y por consiguiente se configuró el driver para establecer la comunicación de los elementos de la red.

En este trabajo se optó por usar la topología de línea troncal sin derivaciones, ya que permite conectar más nodos en el futuro, lo cual presenta una ventaja si fallara algún nodo, de esta forma el sistema podrá continuar trabajando sin la necesidad de detener el proceso.

Con base a las pruebas realizadas la red funcionó correctamente. Empelando el programa RSNetworx se realizó un scan para el reconocimiento de los nodos existentes, obteniendo un diagnóstico de cada uno de los dispositivos, sin encontrar fallas. La velocidad de transmisión de datos fue en tiempo real, esto se comprobó manipulando las entradas y salidas de cada uno de los nodos con el Software RSLogix 5000 usando los tags creados para cada nodo.

Finalmente se logró implementar la red DeviceNet para la automatización del simulador generador de olas.

Finalmente se cumplió el objetivo principal de desarrollar una red para controlar y comunicar los dispositivos a utilizar en el simulador generador de olas, quedando listo para que en el futuro se establezcan los algoritmos de control requeridos para la generación de olas con características específicas.