instituto politÉcnico...

Sistema de Comunicaciones 1

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

“INTEGRACIÓN DE REDES DE COMUNICACIÓN

APLICABLES A UN SISTEMA CONTROL DISTRIBUIDO”

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

PRESENTAN:

DANIEL ENRIQUE PONCE MEJÍA

OMAR RAMÍREZ MARTÍNEZ

RAYMUNDO ROA TICANTE

ASESORES:

M.EN C. PEDRO FRANCISCO HUERTA GONZÁLEZ

M.EN C. IVONE CECILIA TORRES RODRÍGUEZ

ING. JOSÉ LUIS AGUILAR JUÁREZ

MÉXICO, D.F. 2013


RESUMEN

Al utilizar el término arquitectura se piensa en una obra civil que está compuesta de una

cimentación, una serie de trabes, vigas, etc., que están colocados en una posición determinada para

soportar una parte de la obra.

En forma similar, la arquitectura de un sistema de control distribuido especifica el tipo y número de

los componentes que integran el sistema, los que se encuentran distribuidos funcionalmente,

satisfaciendo las estrategias de control y requerimientos de seguridad en los procesos de las plantas,

además de permitir futuras expansiones o modificaciones.

Para la realización de este proyecto se parte del concepto de Sistemas de Control Distribuido:

Repartir las funciones de control en un sistema; la distribución de las funciones de los sistemas debe

ser en dos o más controladores independientes interconectados en red, brindando una mayor

capacidad y confiabilidad. Y en la cual los divide en dos puntos que son hardware y sistema de

comunicación.

Además del concepto base de un sistema de control distribuido (SCD), resulta muy importante en la

actualidad que en la integración de redes aplicable a este tipo de sistemas de control, no solo sea la

parte de control la que se distribuya; sino que a un nivel superior, también sea distribuida la

información acerca de lo que ocurre en el sistema, tanto de control como de comunicaciones.

El sistema de comunicaciones se integra en este proyecto con arquitectura NetLinx, para ello se

utilizan dispositivos de hardware y protocolos(Ethernet/IP y ControlNet) estandarizados por Allen-

Bradley para este sistema.

Los dispositivos y las redes (Ethernet/IP y ControlNet) se configuran por medio de hardwarey

software especializado; para llevar a cabo una correcta comunicación entre los dispositivos y poder

realizar las pruebas que permitan verificarlo.

Todo lo descrito anteriormente se integra en el desarrollo de este proyecto para crear el sistema de

comunicación que sea aplicable a un Sistema de Control Distribuido.

2

2 Sistema de Comunicaciones

DEDICATORIA

“A Dios que me brinda la convicción de que cada día es una nueva oportunidad de salir

adelante, a mis padres y a mi hermana que me apoyaron a lo largo de ese camino tanto

económica como emocionalmente”

Ponce Mejía Daniel Enrique

“Dedico esta tesis a mis amigos Emmanuel, Jesús y Héctor quienes fueron un gran apoyo

emocional durante el tiempo en que escribía esta tesis.

A todos los que me apoyaron para escribir y concluir esta tesis.”

Ramírez Martínez Omar

“A mis maestros quienes nunca desistieron al enseñarme, aun sin importar que muchas veces

no ponía atención en clase, a ellos que continuaron depositando su esperanza en mí. A los

sinodales quienes estudiaron mi tesis y la aprobaron.

A mis padres quienes me apoyaron todo el tiempo.”

Roa Ticante Raymundo

3


AGRADECIMIENTOS

“Agradezco a Dios sobre todas las cosas. A mi padre que me brindó la oportunidad de

realizar una carrera de nivel superior y a mi madre que me motiva día a día a seguir adelante

demostrándome que el que persevera alcanza.”

Ponce Mejía Daniel Enrique

“A quien jamás encontraré la forma de agradecer el que me haya brindado su mano en las

derrotas y logros de mi vida, haciendo de este triunfo más suyo que mío por la forma en la que

guió mi vida con amor y energía.”

Con la mayor gratitud.

Ramírez Martínez Omar

“Con la mayor gratitud por los esfuezos realizados para que yo lograra terminar mi carrera

profesional siendo para mi la mejor herencia.

A mi madre que es el ser más maravilloso de todo el mundo.

Gracias por el apoyo moral, tu cariño y comprensión que desde niño me has brindado, por

guiar mi camino y estar junto a mi en los momentos más difíciles.

A mi padre porque desde pequeño ha sido para mi un gran hombre maravilloso al que

siempre he admirado.”

Roa Ticante Raymundo

4


ÍNDICE

RESUMEN .......................................................................................................................................... 1

DEDICATORIA ................................................................................................................................. 2

AGRADECIMIENTOS ...................................................................................................................... 3

ÍNDICE ............................................................................................................................................... 4

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 14

1.1 Motivación y alcance del proyecto. ................................................................................ 15

1.2 Objetivos del proyecto .................................................................................................... 15

1.2.1 Objetivo general ...................................................................................................... 15

1.2.2 Objetivos específicos ............................................................................................... 16

1.3 Justificación. .................................................................................................................... 16

1.4 Antecedentes. ................................................................................................................... 17

1.5 Marco Teórico ................................................................................................................. 17

1.5.1 Automatización de Procesos ................................................................................... 18

1.5.2 Estructuras más comunes de los sistemas de control industriales ..................... 18

Control centralizado ................................................................................................... 18

Control centralizado multicapa ................................................................................. 18

Control Distribuido ..................................................................................................... 19

1.5.3 Introducción al Control Distribuido ...................................................................... 20

1.5.4 Algunos sistemas de control distribuido en el mercado ....................................... 20

Sistema A2 de Invensys Process Systems ................................................................... 20

Sistema DeltaV de Emerson ....................................................................................... 21

Sistema Freelance de ABB .......................................................................................... 22

Sistema PlantPax de Allen-Bradley ........................................................................... 23

1.5.5 Algunas aplicaciones de los Sistemas de Control Distribuido ............................. 25

1.5.6 Elementos básicos de una arquitectura ................................................................. 29

1.5.7 Sistemas de Comunicaciones. ................................................................................. 33

Redes de comunicación. .............................................................................................. 33

Modelo de Manufactura Integrada por Computadora (CIM) ................................ 33

Redes de Información ................................................................................................. 35

Redes de campo ........................................................................................................... 35

5


Modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI) y buses de campo ............... 37

1.5.8 Red Ethernet TCP/IP .............................................................................................. 40

Descripción general de la red Ethernet TCP/IP ....................................................... 40

Allen-Bradley y la red Ethernet / IP .......................................................................... 41

Topología de red. ......................................................................................................... 42

Designación de MAC, máscara de Subredes IP. ...................................................... 42

1.5.9 Red ControlNet ........................................................................................................ 44

Introducción a ControlNet ......................................................................................... 44

Estandarización ControlNet ....................................................................................... 44

ControlNet dentro del contexto de la familia CIP. ................................................... 45

Características de ControlNet .................................................................................... 45

Tipos de conexión productor/consumidor ................................................................. 47

Servicios de Transporte .............................................................................................. 48

Tipos de Conexión de Transporte .............................................................................. 50

CAPÍTULO 2. ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE COMUNICACIONES. ............................ 52

2.1 Descripción General de la arquitectura. ....................................................................... 53

2.2 Visión de la arquitectura ............................................................................................... 54

2.2.1 Descripción funcional de la arquitectura .............................................................. 55

2.2.2 Elementos de la arquitectura del sistema de comunicaciones ............................. 55

2.3 Descripción de los componentes de las unidades de control en la estación de control

57

2.3.1 Descripción de la unidad de control 1 ................................................................... 57

Descripción de los dispositivos del tablero ................................................................ 57

Descripción de los componentes del PAC ControlLogix.......................................... 58

Interfaz Hombre/Máquina Panel View Plus 1000 .................................................... 62

Distribución general de la unidad de control 1 ......................................................... 63

Distribución eléctrica de la unidad de control 1 ....................................................... 65

2.3.2 Descripción de la unidad de control 2 ................................................................... 71

Descripción de los componentes del tablero .............................................................. 71

Descripción especifica de los componentes del PAC ................................................ 72

Distribución general de tablero del PAC 2 CompactLogix ..................................... 76

Distribución eléctrica de tablero del PAC CompactLogix ...................................... 78

2.3.3 Descripción del tablero de entradas y salidas remotas (Flex I/O) ....................... 82

6



Descripción especifica de los componentes Flex I/O ................................................ 83

Distribución general del tablero Flex I/O .................................................................. 87

Diagramas de conexión eléctrica ................................................................................ 90

2.3.4 Descripción del tablero de entradas y salidas remotas (Point I/O) ..................... 92


Descripción especifica de los componentes POINT I/O ........................................... 93

Distribución general de la unidad remota de E/S POINT I/O ................................ 95

CAPÍTULO 3. CONFIGURACIÓN DE LA CAPA FÍSICA ........................................................... 97

3.1 Descripción de las redes implementadas. ...................................................................... 98

3.1.1 Red Ethernet/IP (Hardware) .................................................................................. 99

Topología ...................................................................................................................... 99

Conexión de dispositivos en red Ethernet/IP .......................................................... 100

3.1.2 Red ControlNet (Hardware)................................................................................. 101

Topología. ................................................................................................................... 101

Interdependencia de la longitud de la red y el número de TAPS. ........................ 102

Medio físico. ............................................................................................................... 103

Asignación de nodos .................................................................................................. 105

Conexión de dispositivos en red ControlNet. .......................................................... 106

3.1.3 Arreglo final conjuntando las dos redes: información y control....................... 107

CAPÍTULO 4. SOFTWARE PARA PROGRAMACIÓN DEL SISTEMA DE

COMUNICACIONES ..................................................................................................................... 109

4.1 Descripción del software ............................................................................................... 110

4.2 Configuración de las redes de comunicación .............................................................. 111

4.2.1 Configuración de la red Ethernet/IP ................................................................... 112

4.2.2 Configuración de la red ControlNet .................................................................... 115

4.3 RSLogix 5000 ................................................................................................................. 119

4.4 Factory Talk View Studio ............................................................................................. 140

CAPÍTULO 5. INTEGRACIÓN DEL POWERFLEX 40 AL SISTEMA DE

COMUNICACIONES. .................................................................................................................... 147

5.1 Descripción general del variador de frecuencia PowerFlex 40. ................................ 148

7


Diagrama eléctrico típico del PowerFlex 40 ............................................................... 151

5.2 Configuración y programación del PowerFlex 40 ........................................................ 152

5.3 Creación de Pantallas para PanelView Plus 1000 ...................................................... 158

5.4 Esquema de la red Ethernet I/P con el PowerFlex 40 ................................................ 160

CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES FINALES DEL PROYECTO ................... 162

6.1 Resultados. ..................................................................................................................... 163

6.2 Conclusiones finales del proyecto ................................................................................ 163

6.3 Propuesta a futuro ......................................................................................................... 165

Glosario ........................................................................................................................................... 167

Bibliografía ..................................................................................................................................... 171

8


Índice de figuras

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN

Figura 1. 1 Esquema general de una estructura de control centralizado ........................................................... 18

Figura 1. 2 Esquema general de una estructura de control centralizado multicapa .......................................... 19

Figura 1. 3 Esquema general de una estructura de control distribuido centralizado ......................................... 19

Figura 1. 4 Arquitectura SCD DeltaV [11] ....................................................................................................... 22

Figura 1. 5 Arquitectura SCD ABB [12] .......................................................................................................... 23

Figura 1. 6 Arquitectura SCD Allen-Bradley [13] ........................................................................................... 24

Figura 1. 7 Esquema de la planta piloto ........................................................................................................... 26

Figura 1. 8 Arquitectura propuesta para la aplicación en la planta piloto ........................................................ 27

Figura 1. 9 Arquitectura de SCD para el sector de bebidas .............................................................................. 28

Figura 1. 10 Esquema general de un SCD ........................................................................................................ 29

Figura 1. 11 Modelo CIM. ................................................................................................................................ 34

Figura 1. 12 Posicionamiento de las redes [6]. ................................................................................................. 35

Figura 1. 13 Topologías típicas de redes. ......................................................................................................... 37

Figura 1. 14 Implementación del modelo OSI en buses de campo [6]. ............................................................ 38

Figura 1. 15 Carta de posicionamiento de buses de campo. ............................................................................. 39

Figura 1. 16 Topología de red Ethernet/IP. ...................................................................................................... 40

Figura 1. 17 Definición de las siglas Ethernet/IP. ............................................................................................ 41

Figura 1. 18 Representación de ControlNet en el contexto de las estandarizaciones. ...................................... 44

Figura 1. 19 Familia de redes CIP. ................................................................................................................... 45

Figura 1. 20 Posicionamiento de la red ControlNet en la arquitectura NetLinx. .............................................. 46

Figura 1. 21 Representación de ControlNet junto a sus principales características. ......................................... 46

Figura 1. 22 Productor/consumidor tipo punto-punto. ..................................................................................... 47

Figura 1. 23 Conexión productor/consumidor tipo Multi-Punto. ..................................................................... 48

Figura 1. 24 Los nodos pueden ser productores, consumidores o ambos. ........................................................ 48

Figura 1. 25 Transporte clase 1 ControlNet. ..................................................................................................... 49

Figura 1. 26 Transporte clase 3 ControlNet. ..................................................................................................... 50

CAPÍTULO 2. ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE COMUNICACIONES

Figura 2. 1 Mapa conceptual del trabajo. ......................................................................................................... 53

Figura 2. 2 Esquema general de la arquitectura del sistema de control distribuido implementado. ................. 54

Figura 2. 3 Esquema de distribución del PAC ControlLogix L-61. ................................................................. 58

Figura 2. 4 PanelView Plus 1000. .................................................................................................................... 62

Figura 2. 5 Parte frontal del gabinete I. ............................................................................................................ 63

Figura 2. 6 Parte interior del gabinete principal. .............................................................................................. 64

Figura 2. 7 Parte interior real del gabinete principal. ....................................................................................... 65

Figura 2. 8 Diagrama eléctrico de alimentación de fuentes conmutadas. ........................................................ 66

Figura 2. 9 Diagrama eléctrico de conexión del PanelView Plus 1000. ........................................................... 66

Figura 2. 10 Diagrama eléctrico de relevador conmutador............................................................................... 67

Figura 2. 11 Diagrama eléctrico de módulo de entradas digitales [14]. ........................................................... 68

Figura 2. 12 Diagrama eléctrico de módulo de salidas digitales [14]. .............................................................. 68

Figura 2. 13 Diagrama eléctrico de módulos de entradas analógicas [14]. ...................................................... 69

Figura 2. 14 Diagrama eléctrico del módulo de salidas analógicas [14]. ......................................................... 70

Figura 2. 15 Diagrama eléctrico de alimentación del switch. ........................................................................... 70

Figura 2. 16 Esquema de distribución de la unidad de control CompactLogix. ............................................... 72

9


Figura 2. 17 Distribución del los elementos que conforman el tablero de control del PAC CompactLogix. . 76

Figura 2. 18 Distribución física del tablero del PAC CompactLogix. .............................................................. 77

Figura 2. 19 Diagrama eléctrico de conexión de fuentes de corriente directa de 24 VCD. .............................. 78

Figura 2. 20 Diagrama eléctrico de relevador conmutador............................................................................... 79

Figura 2. 21 Diagrama eléctrico de conexión para módulo 1769-IQ16F [15]. ................................................. 80

Figura 2. 22 Diagrama eléctrico de conexión del módulo 1769-OV16 [15]. ................................................... 80

Figura 2. 23 Diagrama eléctrico de conexión del módulo 1769-IF4 [15]. ........................................................ 81

Figura 2. 24 Diagrama eléctrico de conexión del módulo 1769-OF4VI [15]. .................................................. 82

Figura 2. 25 Imagen de la fuente del Flex I/O. ................................................................................................. 83

Figura 2. 26 Imagen del módulo de comunicación del Flex I/O. ..................................................................... 84

Figura 2. 27 Imagen del módulo I/O analógicas del Flex I/O. ......................................................................... 84

Figura 2. 28 Imagen del módulo I/O discretas del Flex I/O. ............................................................................ 85

Figura 2. 29 Imagen de la base para módulos I/O del Flex I/O. ....................................................................... 86

Figura 2. 30 Esquema de la distribución general del tablero Flex I/O.............................................................. 88

Figura 2. 31 Imagen de la distribución real del tablero Flex I/O. ..................................................................... 88

Figura 2. 32 Ampliación de la sección de clemas del tablero Flex I/O. ........................................................... 89

Figura 2. 33 Conexión de la fuente de alimentación Flex I/O. ......................................................................... 90

Figura 2. 34 Conexión de las I/O analógicas Flex I/O. [16]. ............................................................................ 91

Figura 2. 35 Conexión de las I/O digitales Flex I/O. [16]. ............................................................................... 92

Figura 2. 36 Esquema de distribución del POINT I/O. .................................................................................... 93

Figura 2. 37 Imagen de la distribución general del tablero POINT I/O............................................................ 95

Figura 2. 38 Ampliación del tablero POINT I/O. ............................................................................................. 96

CAPÍTULO 3. CONFIGURACIÓN DE LA CAPA FÍSICA

Figura 3. 1 Diagrama de la topología estrella. ................................................................................................ 100

Figura 3. 2 Diagrama de conexión final de la red Ethernet/IP. ....................................................................... 101

Figura 3. 3 Representación de la topología básica de ControlNet. ................................................................. 102

Figura 3. 4 Construcción física del cable coaxial RG-6 ControlNet. ............................................................ 103

Figura 3. 5 Panel de conexión estándar de ControlNet. .................................................................................. 103

Figura 3. 6 Conector BNC para cable coaxial RG-6. ..................................................................................... 104

Figura 3. 7 Unión de un cable coaxial ControlNet: (a) montaje del conector al cable (b) montaje terminado 104

Figura 3. 8 Construcción del T-TAP BNC: (a) variante derecha (b) variante en ángulo recto. ...................... 104

Figura 3. 9 Construcción física de la resistencia de término de ControlNet. ................................................. 105

Figura 3. 10 Resistencia de término instalada. ............................................................................................... 105

Figura 3. 11 Diagrama de conexión final de red ControlNet. ......................................................................... 107

Figura 3. 12 Diagrama de unión de las dos redes de comunicación. .............................................................. 108


COMUNICACIONES

Figura 4. 1 Diagrama de flujo para la configuración del sistema de comunicaciones. ................................... 111

Figura 4. 2 Asignación de direcciones a las estaciones de trabajo. ................................................................ 112

Figura 4. 3 Asignación de direcciones a las estaciones de trabajo. ................................................................ 113

Figura 4. 4 Ejecución del Driver para la comunicación Ethernet/IP en RSLinx. ........................................... 113

Figura 4. 5 Asignación de la dirección IP a la unidad de control 1. ............................................................... 114

Figura 4. 6 Asignación de dirección IP a terminal de operador...................................................................... 114

Figura 4. 7 Creación de un nuevo archivo para la red ControlNet. ................................................................ 115

Figura 4. 8 Puesta en línea de la red ControlNet. ........................................................................................... 116

10


Figura 4. 9 Red ControlNet desprogramada. .................................................................................................. 116

Figura 4. 10 Habilitación de la casilla ―Editsenabled‖. .................................................................................. 117

Figura 4. 11 Propiedades de la red ControlNet. .............................................................................................. 117

Figura 4. 12 Búsqueda de un solo paso. ......................................................................................................... 118

Figura 4. 13 Escaneo de la red con ―Single Pass Browse‖. ............................................................................ 118

Figura 4. 14 Optimizar y reescribir programación para todas las conexiones. ............................................... 118

Figura 4. 15 Red ControlNet con las E/S remotas Point I/O. ......................................................................... 119

Figura 4. 16 Elección del CPU ControlLogix. ............................................................................................... 120

Figura 4. 17 Módulo de Ethernet/IP ControlLogix......................................................................................... 120

Figura 4. 18 Módulo de DeviceNet ControlLogix. ......................................................................................... 121

Figura 4. 19 Módulo de entradas digitales ControlLogix. .............................................................................. 121

Figura 4. 20 Ventana de configuración de entradas digitales del ControlLogix. ............................................ 122

Figura 4. 21 Módulo de salidas digitales ControlLogix. ................................................................................ 122

Figura 4. 22 Ventana de configuración de salidas digitales ControlLogix. .................................................... 123

Figura 4. 23 Módulo de entradas analógicas ControlLogix. ........................................................................... 123

Figura 4. 24 Ventana de configuración de entradas analógicas HART ControlLogix. ................................. 124

Figura 4. 25 Ventana de configuración alarmas para entradas analógicas ControlLogix. .............................. 124

Figura 4. 26 Módulo de salidas analógicas HART ControlLogix. ................................................................ 125

Figura 4. 27 Ventana de configuración alarmas para salidas analógicas ControlLogix. ................................ 125

Figura 4. 28 Ventana de propiedades del módulo ControlNet para ControlLogix. ........................................ 126

Figura 4. 29 Ventana de propiedades del módulo ControlNet para Flex I/O. ................................................ 126

Figura 4. 30 Ventana de propiedades del módulo de E/S analógicas para Flex I/O. ...................................... 127

Figura 4. 31 Ventana para ajustar los parámetros para las entradas analógicas de las Flex I/O. .................... 127

Figura 4. 32 Ventana para ajustar los parámetros para las salidas analógicas de las Flex I/O. ...................... 128

Figura 4. 33 Ventana de propiedades del módulo de E/S discretas para Flex I/O. ......................................... 128

Figura 4. 34 Ventana para ajustar los parámetros para las salidas digitales de las Flex I/O. .......................... 129

Figura 4. 35 Unidad de control 1 ControlLogix con sus E/S remotas Flex I/O. ............................................. 129

Figura 4. 36 Elección del CPU CompactLogix. ............................................................................................. 130

Figura 4. 37 Elección del módulo Ethernet/IP del CompactLogix. ................................................................ 130

Figura 4. 38 Elección del módulo ControlNet del CompactLogix. ................................................................ 131

Figura 4. 39 Configuración de los parámetros del módulo de entradas analógicas CompactLogix. .............. 131

Figura 4. 40 Configuración de las propiedades del módulo de entradas analógicas CompactLogix. ............. 132

Figura 4. 41 Ajuste de los parámetros del módulo de salidas analógicas CompactLogix. ............................. 132

Figura 4. 42 Ajuste de las propiedades del módulo de salidas analógicas CompactLogix. ............................ 133

Figura 4. 43 Límites de alarmas del módulo de salidas analógicas CompactLogix. ...................................... 133

Figura 4. 44 Configuración de los parámetros de las entradas digitales del CompactLogix. ......................... 134

Figura 4. 45 Configuración de los parámetros para el módulo de salidas digitales del CompactLogix. ........ 134

Figura 4. 46 Configuración del estado de las salidas en modo falla o modo programa del CompactLogix. .. 135

Figura 4. 47 Configuración de los parámetros del adaptador ControlNet para Point I/O. .............................. 135

Figura 4. 48 Configuración de los parámetros del módulo de entradas digitales Point I/O. ........................... 136

Figura 4. 49 Configuración de los parámetros del módulo de salidas digitales del Point I/O. ....................... 136

Figura 4. 50 Unidad de control 2 CompactLogix con sus E/S remotas Point I/O. ......................................... 137

Figura 4. 51 Asignación de un Tag discreto en una unidad de control. .......................................................... 138

Figura 4. 52 Tags de la estación de control 1. ................................................................................................ 138

Figura 4. 53 Tags de la estación de control 2. ................................................................................................ 139

Figura 4. 54 Descarga del programa a una estación de control. ..................................................................... 140

Figura 4. 55 Creación de un nuevo archivo. ................................................................................................... 140

Figura 4. 56 Creación de una nueva configuración. ....................................................................................... 141

Figura 4. 57 Configuración de las comunicaciones de diseño. ....................................................................... 141

11


Figura 4. 58 Verificación de los links de comunicación. ................................................................................ 142

Figura 4. 59 Creación de un Tag en Factory Talk. ......................................................................................... 142

Figura 4. 60 Actualización de folders para Tags de los PAC’S. ..................................................................... 143

Figura 4. 61 Folders y Tags de los PAC’S. .................................................................................................... 143

Figura 4. 62 Asignación de un Tag a un botón pulsador. ............................................................................... 144

Figura 4. 63 Programación avanzada de objetos. ........................................................................................... 144

Figura 4. 64 Menú principal. .......................................................................................................................... 145

Figura 4. 65 Secuencia de llenado y vaciado automático de 2 tanques. ......................................................... 145

Figura 4. 66 Tendencias del proceso de llenado y vaciado de 2 tanques. ....................................................... 146

Figura 4. 67 Descarga de programa en el HMI. ............................................................................................. 146

CAPÍTULO 5. INTEGRACIÓN DEL POWERFLEX 40 AL SISTEMA DE COMUNICACIONES

Figura 5. 1 Variador de frecuencia PowerFlex 40. ......................................................................................... 148

Figura 5. 2 Variador de frecuencia PowerFlex 40 y su tablero de control. .................................................... 149

Figura 5. 3 Diagrama eléctrico típico del PowerFlex 40. [20]........................................................................ 151

Figura 5. 4 Driver de comunicación Ethernet/IP entre la PC y el PowerFlex 40. .......................................... 152

Figura 5. 5 Asignación de la dirección IP al PowerFlex 40............................................................................ 152

Figura 5. 6 PowerFlex 40 conectado a la red Ethernet/IP. ............................................................................. 153

Figura 5. 7 Selección del driver para el PowerFlex 40 en RSLogix 5000. ..................................................... 153

Figura 5. 8 Dirección del PowerFlex 40 en RSLogix 5000. ........................................................................... 154

Figura 5. 9 Izquierda: información proporcionada en RSLinx Classic. Derecha: especificaciones técnicas

modificadas en RSLogix 5000. ...................................................................................................................... 154

Figura 5. 10 Parámetros del variador que se manipularan por ―Comm Port‖................................................ 155

Figura 5. 11 Tags de la memoria interna del PowerFlex 40. .......................................................................... 156

Figura 5. 12 Programa para control del PowerFlex 40 en RSLogix 5000. ..................................................... 157

Figura 5. 13 Tags creados para control del PowerFlex 40 en RSLogix 5000. ................................................ 158

Figura 5. 14 Menú principal para el control del PowerFlex 40. ..................................................................... 158

Figura 5. 15 Plantilla de control para el PowerFlex 40. ................................................................................. 159

Figura 5. 16 Plantilla de tendencia del PowerFlex 40. ................................................................................... 159

Figura 5. 17 Descarga de pantallas al PanelView Plus 1000 del PowerFlex 40. ............................................ 160

Figura 5. 18 Integración del PowerFlex 40 a la red Ethernet I/P del sistema de comunicaciones. ................. 161

12


Índice de tablas


Tabla 1. 1 Tipos de cableado para Ethernet/IP. ................................................................................................ 41

Tabla 1. 2 Características principales de la red ControlNet.............................................................................. 47

Tabla 1. 3 Clase de transportes ControlNet. ..................................................................................................... 49

CAPÍTULO 2. ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE COMUNICACIONES

Tabla 2. 1 Descripción de los componentes del Gabinete I. ............................................................................. 57

Tabla 2. 2 Especificaciones de la fuente 1756-PB72/C. ................................................................................... 59

Tabla 2. 3 Especificaciones del CPU LOGIX 5561. ....................................................................................... 59

Tabla 2. 4 Especificaciones del módulo de comunicación Ethernet/IP. ........................................................... 60

Tabla 2. 5 Especificaciones del módulo de comunicación DeviceNet 1756-DNBD. ....................................... 60

Tabla 2. 6 Especificaciones del módulo de entradas digitales 1756-IB16D. .................................................... 60

Tabla 2. 7 Especificaciones del módulo de salidas digitales 1756-OB16D. ..................................................... 60

Tabla 2. 8 Especificaciones del módulo de entradas analógicas 1756-IF8H. ................................................... 61

Tabla 2. 9 Especificaciones del módulo de salidas analógicas. ........................................................................ 61

Tabla 2. 10 Especificaciones del módulo de comunicación ControlNet. ......................................................... 62

Tabla 2. 11 Especificaciones técnicas del PanelView Plus 1000. .................................................................... 62

Tabla 2. 12 Dispositivo de acuerdo al número en la parte frontal. ................................................................... 64

Tabla 2. 13 Dispositivos de acuerdo al número en la parte interior.................................................................. 65

Tabla 2. 14 Descripción de los componentes del Gabinete 2. .......................................................................... 71

Tabla 2. 15 Especificaciones de fuente de alimentación 1768-PA3. ................................................................ 72

Tabla 2. 16 Especificaciones módulo de comunicación ControlNet. ............................................................... 73

Tabla 2. 17 Módulo de comunicación Ethernet 1768-ENBT. .......................................................................... 73

Tabla 2. 18 Tabla de módulo del controlador 1768-L43. ................................................................................. 74

Tabla 2. 19 Módulo de salidas analógicas 1769-OF4VI. ................................................................................. 74

Tabla 2. 20 Módulo de entradas analógicas 1769-IF4. ..................................................................................... 75

Tabla 2. 21 Módulo de entradas digitales de alta velocidad 1769-IQ16F. ....................................................... 75

Tabla 2. 22 Módulo de salidas digitales 1769-OV16. ...................................................................................... 75

Tabla 2. 23 Elementos generales que componen el tablero de PAC 2 CompactLogix. .................................... 77

Tabla 2. 24 Lista de los dispositivos empleados en el tablero Flex I/O. ........................................................... 82

Tabla 2. 25 Especificaciones técnicas de la fuente del Flex I/O. ...................................................................... 83

Tabla 2. 26 Especificaciones técnicas del módulo de comunicación del Flex I/O. .......................................... 84

Tabla 2. 27 Especificaciones técnicas del módulo I/O analógicas del Flex I/O. .............................................. 85

Tabla 2. 28 Especificaciones técnicas del módulo I/O discretas del Flex I/O. ................................................. 86

Tabla 2. 29 Especificaciones de las bases para módulos I/O del Flex I/O. ...................................................... 87

Tabla 2. 30 Lista de dispositivos de la distribución general Flex I/O. .............................................................. 89

Tabla 2. 31 Lista de dispositivos de la ampliación del tablero Flex I/O. .......................................................... 89

Tabla 2. 32 Lista de los dispositivos empleados en el tablero Flex I/O. ........................................................... 92

Tabla 2. 33 Especificaciones técnicas de la fuente del POINT I/O 1794-PS13. .............................................. 93

Tabla 2. 34 Especificaciones técnicas del módulo de comunicación del POINT I/O 1734-ACNR. ................ 94

Tabla 2. 35 Especificaciones técnicas del módulo entradas del POINT I/O 1734-IB4. ................................... 94

Tabla 2. 36 Especificaciones técnicas del módulo salidas digitales del POINT I/O 1734-OB2EP. ................. 95

Tabla 2. 37 Lista de dispositivos de la distribución general. ............................................................................ 96

Tabla 2. 38 Lista de dispositivos de la ampliación del tablero POINT I/O. ..................................................... 96

13


CAPÍTULO 3. CONFIGURACIÓN DE LA CAPA FÍSICA

Tabla 3. 1 Equivalencia de propuesta con los modelos CIM y CIP................................................................. 99

Tabla 3. 2 Características físicas y técnicas de las dos redes. ......................................................................... 108


COMUNICACIONES

Tabla 4. 1 Direcciones IP de las estaciones de trabajo. .................................................................................. 112

Tabla 4. 2 Direcciones IP asignadas en toda la red Ethernet. ......................................................................... 115

CAPÍTULO 5. INTEGRACIÓN DEL POWERFLEX 40 AL SISTEMA DE COMUNICACIONES

Tabla 5. 1 Indicadores luminosos del tablero del PowerFlex 40. ................................................................... 149

Tabla 5. 2 Botones de control en el tablero del PowerFlex 40. ...................................................................... 150

Tabla 5. 3 Especificaciones técnicas del PowerFlex 40. ................................................................................ 150

Tabla 5. 4 Descripción de los dispositivos de la red Ethernet/IP en la arquitectura donde se integra el variador

de frecuencia PowerFlex 40. .......................................................................................................................... 161

14



Para poder comprender que es un sistema de control distribuido resulta necesario analizar su

arquitectura y forma de operación. Estas arquitecturas bien pueden ser diseñadas por fabricantes a

nivel mundial como Siemens, Allen-Bradley, ABB, etcétera o ajustarse a las necesidades y

características del proceso cumpliendo con los elementos y características básicas.

La aplicación de redes de comunicación en sistemas de automatización de procesos redunda en una

mayor eficiencia y optimización de los recursos, pudiendo implantar sistemas distribuidos que van

desde meros procesos de fabricación y manufactura a una integración de diferentes áreas dentro de

la empresa (fabricación, gestión de producción, almacenaje, control de calidad, ventas, distribución,

etc.), permitiendo una mayor eficiencia en los procesos de fabricación.

Así, el concepto de sistemas industriales distribuidos abarca un campo muy amplio, pues se puede

aplicar en diferentes niveles dentro de una fábrica, desde la simple automatización de un proceso

aislado, a la gestión integral de una fábrica.[1]

Estos tipos de niveles de automatización se realizan bajo un concepto denominado, Computer

Integrated Manufacturing que en español se traduce como Manufactura Integrada por Computadora

(CIM), por el cual se determina una jerarquización de las redes según el propósito para el que han

sido diseñadas y aplicadas.

15


1.1 Motivación y alcance del proyecto.

En la carrera de Ingeniería en Control y Automatización denominado ICA se desarrollan trabajos

acerca del control de distintos tipos de procesos, utilizando distintas tecnologías, como son:

instrumentación, controladores, comunicaciones e interfaces para los distintos casos de estudio, etc.

Esta tesis es elaborada con el fin de desarrollar una herramienta que sea útil a futuras generaciones,

que estén interesadas en el estudio e implementación de redes de comunicación industriales,

utilizando en este caso la tecnologíade Allen-Bradley (para los niveles de información y control)

que es una marcareconocida a nivel mundial por la calidad y confiabilidad de sus equipos lo que

brinda al proyecto una sensación mucho más realista del acontecer actual sobre los equipos y redes

empleados en el control de procesos.

El alcance de este proyecto es llevar a cabo la integración de un sistema de comunicaciones en el

laboratorio B-08 de pesados de la carrera de Ingeniería en Control y Automatización de ESIME

Zacatenco, del cual se abarcará configuración del hardware y softwarepara la comunicación entre

los dispositivos que se encuentran en los niveles de información y control, tomando como

referencia la arquitectura NetLinx desarrollada por Rockwell-Automation y otras asociadas a

―Open DeviceNetVendorsAssociation‖ que en español se traduce Asociación Abierta de

Vendedores DeviceNet (ODVA) y ControlNet internacional (CI).Además de lo anterior, se plantea

integrar una pequeña arquitectura como anexo al proyecto, añadiendo un variador de frecuencia

PowerFlex 40 que es un dispositivo que forma parte de la red Ethernet I/P, como una alternativa al

nivel de campo, con el motivo de aproximar más el proyecto realizado al ambiente industrial.

Los dispositivos con los que se cuenta en el laboratorio B-08 para establecer los niveles de

información y control son:

Controladores: ControlLogix y CompactLogix que están contenidos en gabinetes.

Elementos para prueba de señales discretas y analógicas.

Interfaz Hombre/Máquina (HMI) que está contenido en un gabinete.

Computadora (PC).

Variador de frecuencia (PowerFlex 40)

1.2 Objetivos del proyecto

1.2.1 Objetivo general

Integrar y configurar un sistema de comunicaciones industriales que sea aplicable a un sistema de

control distribuido, utilizando las redes Ethernet/IP y ControlNet, con el fin de aplicarlo en el

aprendizaje de la carrera de Ingeniería en Control y Automatización para comunicaciones

industriales, utilizando una parte dela tecnología del laboratorio B-08 la cual cuenta con las

especificaciones técnicas básicas para el sistema de comunicaciones y que además el proyectosirva

como antecedente de posteriores trabajos.

16


1.2.2 Objetivos específicos

Integrar un sistema de comunicaciones aplicables a los Sistemas de Control

Distribuido,llevando su arquitectura al laboratorio B-08 de pesados de la carrera de Ingeniería

en Control y Automatización de la ESIME Zacatenco.

Utilizar el sistema de comunicaciones planteado en este proyecto para realizar pruebas de

monitoreo de señales digitales y analógicas proveniente de los PAC’S y de E/S remotas

Monitorear y controlar el comportamiento del variador de frecuenciaPowerFlex 40a través de

unaHMI, de forma complementaria al uso del sistema de comunicaciones realizado en este

proyecto.

1.3 Justificación.

Se ocupó el equipo del fabricante Allen-Bradley debido a que es el fabricante que accedió a dar un

descuento a la ESIME por ser una Institución Escolar; de gran utilidad ya que como cualquier

dependencia federal, trabaja bajo un presupuesto; además de que cubre los requerimientos de lo que

se estudia en la carrera de Ingeniería en Control y Automatización.

La realización de este proyecto se basa en que en los laboratorios pesados de Control y

Automatización de ESIME Zacatenco no se ha integrado un sistema de comunicacionesindustriales

basada en la arquitectura NetLinx, por lo tanto, se utilizan los PAC´S de Allen-Bradley y la forma

de intercomunicarlos será por medio de ControlNet en el nivel de control y Ethernet/IP en el nivel

de información, recalcando nuevamente que se trata de una implementación en el laboratorio B-08

de pesados de la carrera de Ingeniería en Control y Automatización de ESIME Zacatenco para la

simulación de entradas y salidas analógicas y digitales.

Se realiza esta tesis con el fin de servir de punto de partida para otras tesis que se enfoquen a un

sistema de control distribuido que sea aplicable a un sistema real; ya que el sistema de

comunicaciones es parte fundamental en un control distribuido o de cualquier otro tipo de control,

ya que sin este no es posible monitorear el comportamiento del sistema.

Otros criterios que respaldan que el hardware utilizado en el sistema de comunicaciones que se

elabora en este proyecto es aplicable a un sistema de control distribuido:

- Los PAC’S de Allen-Bradley están diseñados para sistemas robustos y grandes, ya que

dentro de los protocolos de comunicación que emplean estos como son, por ejemplo,

Ethernet I/P y ControlNet,se tiene la capacidad de albergar un gran número de dispositivos

(estaciones) dependiendo de las características de cada protocolo y de su cableado, como

las que se mencionan en el desarrollo de este proyecto.Además de que los PAC’S tienen la

capacidad de llevar a cabo control de alto nivel, como por ejemplo el control de

movimiento, lo cual es gracias a la capacidad de su CPU, es decir, la cantidad de eventos o

tareas que pueden procesar por milisegundo, así como la cantidad de memoria con que

cuentan.

- El equipo de Allen-Bradley no está limitado a sostener comunicación solo con los

protocolos estandarizados por el fabricante como los dos anteriores que se mencionaron,

sino que gracias a la flexibilidad en cuanto a comunicación que presentan los PAC’S en

general, pueden por medio de las tarjetas apropiadas formar parte de otras redes con

17


diferentes protocolos de comunicación o mediante dispositivos ―traductores‖, mismos que

elabora también el fabricante para mejorar la flexibilidad de comunicación.

1.4 Antecedentes.

Desde siempre, el hombre ha intentado hacer su vida más fácil y cómoda. Para ello, a lo largo de la

historia ha construido infinidad de aparatos capaces de facilitar las tareas habituales o permitir

realizar trabajos nunca antes conseguidos debido a las limitaciones existentes. Este fenómeno es lo

que se puede llamar la ―evolución tecnológica‖ y que en estos últimos siglos ha sido espectacular si

se compara con etapas anteriores.

Como se muestra en la literatura, la tesis de Diseño e implementación de un sistema SCADA para

una planta de producción y envasado de líquidos. Este proyecto se establece la implementación de

un sistema SCADA en una planta piloto de fabricación y envasado de líquidos. En este documento

se muestra toda la información que ha sido necesaria para realizar el sistema de automatización en

los tres niveles propios de un SCADA: nivel de campo, nivel de control y nivel de supervisión.

Para el nivel de control utilizaron los PLC´S de los fabricantes: SIEMENS e IZUMI y utilizando la

interface de Intouch de WonderWare a nivel supervisión, mientras que el nivel de campo fue

solamente de revisión ya que su laboratorio ya contaba con todo el equipo para esta etapa. [2]

La tesina de implementación de control distribuido en el proceso de fabricación de cartón

monitoreado y controlado mediante una interfaz hombre maquina (HMI). En este proyecto se

presenta en primer lugar la ventaja que presentan los sistemas de control distribuido, ya que

permiten la ejecución de rutina de control en paralelo, ejecutadas por algún controlador y con ayuda

del software apropiado, en este caso en particular A2

y DeltaV, mismos que fueron elegidos de

acuerdo al proceso. [4]

En el trabajo de investigación sobre sistemas de control distribuido, se especifican las ventajas que

presentan los sistemas de control distribuido, frente a los centralizados como por ejemplo que los

sistemas de control distribuido son capaces de ejecutar rutinas de control en paralelo; además de las

características especiales que deben tener los protocolos para acortar los tiempos de comunicación

entre los equipos. Características que establecen los fabricantes en sus controladores para tal

cometido como escalabilidad, apertura, concurrencia y tolerancia a fallas. [3]

1.5 Marco Teórico

En el presente trabajo se aborda el tema de redes de comunicación industrial a nivel control y a

nivel información, a razón delos diferentes niveles de automatización definidos por el modelo CIM.

De forma similar los sistemas de control distribuido ayudan a automatizar la planta integrando

diferentes niveles de redes y aventajando a otros tipos de arquitecturas de control industrial aislando

o dividiendo el proceso en subprocesos que lo hagan más robusto y tolerante a las fallas, mejorando

la calidad del proceso y producción.

18


1.5.1 Automatización de Procesos

Las razones de la automatización de las plantas de proceso son proporcionar un entorno seguro y a

la vez mantener la calidad deseada del producto y alta eficiencia de la planta con reducción de la

demanda de trabajo humano.[20]

1.5.2 Estructuras más comunes de los sistemas de control industriales

Las dos arquitecturas más comunes de control industrial, aunque cabe aclarar que no son las únicas

y muchas soluciones de automatizaciones son una mezcla de estas que se adaptan a las necesidades

específicas de cada situación.

Control centralizado

Control descentralizado

Control centralizado

Es un sistema jerárquico en donde el control sobre todo el proceso está centrado en un procesador.

En la figura 1.1. Puede verse la estructura general del control centralizado la cual debe contar con

un procesador, una interfaz de proceso y una estación de operador, interfaz de trabajo.

Figura 1. 1 Esquema general de una estructura de control centralizado

La principal ventaja es que su arquitectura facilita el flujo de información y se hace posible que los

objetivos de optimización global del proceso puedan ser alcanzados, pero tiene la desventaja que

depende de la fiabilidad del procesador. Para solucionar esto se aplica redundancia de servicios

críticos. Una variante del control centralizado puede verse en la figura 1.2 y quizás la más aplicable

por la probada robustez de los controladores industriales.

Control centralizado multicapa

Es un sistema en el cual las funciones de control y administración están dispersas a través de la

planta. Múltiples procesadores efectúan las funciones de administración y control y usan una red

Data Highway +, una red Ethernet, o un sistema bus para comunicación.A partir de esta arquitectura

de control aparece el concepto de SCADA que viene de las siglas de ―Adquisición de Datos y

Control de Supervisión‖. En la figura 1.2 puede verse el esquema general de la estructura de un

control centralizado multicapa.

19


Figura 1. 2 Esquema general de una estructura de control centralizado multicapa

Se trata de una aplicación software especialmente diseñada para funcionar sobre procesadores en el

control de producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores

autónomos, autómatas programables, etc.) y controlando el proceso de forma automática desde la

pantalla del procesador. Además, provee de toda la información que se genera en el proceso

productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros supervisores dentro de la

empresa: control de calidad, supervisión, mantenimiento, etc.

En este tipo de sistemas usualmente existe un procesador, que efectúa tareas de supervisión y

gestión de alarmas, así como tratamiento de datos y control de procesos. La comunicación se realiza

mediante buses especiales o redes LAN. Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y están

diseñados para dar al operador de planta la posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos.

Control Distribuido

La figura 1.3 muestra un esquema de control distribuido, donde puede observarse que es muy

similar al control centralizado multicapa solo que aquí su comunicación entre cada controlador de

proceso (comunicación horizontal),existencia de varias unidades de control que llevan a cabo las

tareas.

Figura 1. 3Esquema general de una estructura de control distribuido centralizado

En caso de avería o sobrecarga de trabajo, será posible transferir todo o parte de las tareas a otras

unidades. La idea de poder hacer bypass a las unidades con problemas permite evitar los bloqueos

necesarios del sistema, (paros de planta) pero por otra parte exige que los diferentes controladores

tengan una asignación dinámica de las tareas y por tanto se les va a exigir gran capacidad de acceso

a la comunicación y tratamiento de la información. La desventaja de esto es la disminución de la

velocidad de comunicación debido a los retardos, posibles desbordamientos en el procesamiento de

datos en cada nivel y falta de flujo de información directa entre controladores. Pero esto está siendo

20


solucionado por la aparición de nuevas tecnología de comunicación de datos cada vez más potentes.

Aquí vemos que también tenemos una unidad de control y supervisión (SCADA) que cumple con

las características antes mencionadas para el control centralizado multicapa.

Cabe mencionar que de igual manera el control distribuido puede ser descentralizado, ya que se

puede emplear más de una PC, así como interfaces Hombre/Máquina en la estación de trabajo,

siendo que la información puede llegar a más sitios en la planta como una PC de operación hasta

una donde se registren tendencias, historiales, etcétera.

A partir de lo expuesto hasta aquí se puede observar que la comunicación entre controladores es un

aspecto fundamental para el funcionamiento de un sistema de control distribuido.

1.5.3 Introducción al Control Distribuido

Definición:

Hablar de SCD normalmente se refiere a un sistema de control de un proceso industrial, sistema de

proceso o cualquier tipo de sistema dinámico en el que los elementos de control no están

centralizados en una localización, pero están distribuidos a lo largo del sistema en cada componente

del subsistema controlado por uno o más controladores. El sistema entero de controladores está

conectado por redes de comunicación y supervisión. [19]

El concepto que revolucionó la aplicación de los sistemas de control digital, fue el desarrollo de los

microprocesadores, que permitieron la distribución de la funciones de los sistemas en varios

controladores independientes interconectados en red, con una mayor capacidad y confiabilidad y

con menores costos de adquisición. Todo esto según la Sociedad de Instrumentistas de América

(ISA), sección México. [9]

1.5.4 Algunos sistemas de control distribuido en el mercado

En este punto se mencionan las arquitecturas de control distribuido que se encuentran actualmente

en el mercado.

Sistema A2 de Invensys Process Systems

A2Foxboro es un producto de InvensysProcessSystems, es un sistema de control distribuido muy

compacto, que combina control y tecnología de I/O dentro de un chasis expandible como un PLC.

Aparte del sistema I/A SERIES, INVENSYS ofrece el sistema A2 con una alta relación costo-

beneficio muy usado en aplicaciones industriales pequeñas. El sistema de la serie A2 es un Sistema

Industrial Abierto que integra y automatiza las operaciones de fabricación. Este es un sistema

distribuido que tiene la capacidad de crecimiento para permitirle a la planta ajustar gradualmente el

sistema de acuerdo a las necesidades de su proceso. Los módulos que componen el sistema A2

se

comunican entre sí aunque ellos se encuentren en lugares diferentes, dependiendo de las

condiciones y el diseño del proceso de cada planta.

21


Otra ventaja de un sistema distribuido es que cada módulo tiene responsabilidades específicas e

independientes que las realiza sin tener en cuenta el estado de los otros módulos. La familia A2 de

FOXBORO se adapta a las necesidades específicas de control que requiera el proceso. Es un

sistema muy seguro y confiable el cual proporciona redundancia opcional en varios componentes

como:

Redundancia en procesador

Redundancia en fuente de alimentación

Redundancia en conexión de área de trabajo

Sistema DeltaVde Emerson

DeltaV es un sistema de automatización que ofrece un software y hardware de fácil uso para control

avanzado de plantas industriales. El sistema DeltaV se puede implementar tanto en plantas discretas

como en plantas analógicas, realizando también control en elementos que trabajen con el protocolo

Fieldbus.

DeltaV permite definir alarmas y monitorear las variables controladas y manipuladas. Éstas

variables se pueden medir o graficar en una interfaz gráfica amigable para el operador (HMI). La

comunicación entre el controlador y la estación de trabajo se realiza mediante una conexión IP a

través de la red local, la cual se puede implementar con mecanismos que evitan la pérdida de

comunicación.

Debido a la implementación opcional de lazos PID en los instrumentos permite independizar el

control del procesador central, aumentando la confiabilidad y dejando mayor capacidad de

procesamiento en el Controlador para otras tareas. Le elevada capacidad de diagnóstico facilita las

tareas de mantenimiento al integrar la interfaz de configuración de los instrumentos en la propia

base de datos del Sistema. En la figura 1.4 se muestra la arquitectura de un sistema de control

distribuido propuesta por DeltaV.

22


Figura 1. 4 Arquitectura SCD DeltaV [11]

Sistema Freelance de ABB

ABB divide la arquitectura Freelance 8000F en nivel de operador y nivel de proceso. El nivel de

operador contiene las funciones de operación y observación, archivos y registros, tendencias y

alarmas. Las funciones de control a lazo abierto y lazo cerrado son procesadas en los controladores.

Nivel de operador Freelance 800F DigiVis

Las estaciones de operador DigiVis utilizan hardware de PC, ya sea estándar o industrializado en

línea con el proceso, corriendo por debajo del sistema operativo de Microsoft Windows. DigiVis

soporta una operación de monitor doble, es decir, dos monitores pueden ser usados con una sola PC,

operada usando un solo ratón y un teclado.

Una estación de ingeniería y algunas estaciones de operador pueden ser instaladas en el nivel de

operador. La estación de ingeniería constructora del control F es utilizada para configurar y

comisionar el sistema. Usualmente, el equipo portable como Laptops, permiten a la vez

configuraciones en la oficina y en el sitio. Las PCs del nivel de operador pueden usarse en la

estación de ingeniería. La conexión permanente al sistema de ingeniería no es necesaria.

Nivel de proceso Freelance 800F

En el nivel de proceso, el sistema Freelance 800F puede consistir de algunas estaciones de proceso

que son conectadas con unidades de E/S. Se tiene la opción de correr estaciones de proceso ya sean

redundantes (redundancia de CPU, módulo Fieldbus redundante) o sin redundancia. Las entradas

modulares de los módulos de E/S son usadas de acuerdo con el tipo y cantidad de señales del

proceso. Con AC 800F, compatible con los componentes Fieldbus como las E/S remotas o

dispositivos de campo pueden ser conectados.

23


Comunicación del sistema

Los niveles de operador y proceso pueden comunicarse mediante otras vías el bus del sistema

(basado en Ethernet) con TCP/IP, en donde se puede elegir ente varios medios de transmisión como

AUI, pares trenzados, fibra óptica o cable coaxial. El servidor OPC Freelance es viable para

conectarse a niveles altos de las estaciones de operador (800xA) u otros clientes OPC. Las variables

de proceso en tiempo real y alarmas provenientes del sistema Freelance pueden ser accesadas vía

OPC. La interfaz de programación ―C‖ para programas de Windows pueden utilizarse para

aplicaciones externas pero no pueden usarse en la interfaz OPC estándar. Para esto se emplea el

DMS-API. En la figura 1.5 se observa la propuesta de un sistema de control distribuido por

Freelance.

Figura 1. 5 Arquitectura SCD ABB [12]

Sistema PlantPax de Allen-Bradley

La arquitectura que se emplea en este trabajo consta por su parte en nivel de trabajo y nivel de

control. El nivel de trabajo es el similar del nivel de operador de Freelance, contiene las funciones

de operación y observación, archivos y registros, tendencias y alarmas. Las funciones de control a

lazo abierto y lazo cerrado son procesadas en los controladores.

Nivel de trabajo SCD

La estación de trabajo emplea varios componentes como las PC que se utilizan como estaciones de

operación y estaciones de control, enlazados si así se requiere con interfaces Hombre/Máquina.

También se le conoce como red de información:

Proporciona un vínculo entre la fábrica y los sistemas de ejecución de fabricación

Se conecta a las computadoras principales de múltiples vendedores

Tienen la capacidad de transmitir datos de tamaño grande

24


Es compatible con las herramientas estándar de administración de redes y resolución de

problemas

Nivel de control SCD

Ofrece el rendimiento en tiempo real

Determinista y repetible

Compatible con la transmisión de mensajes entre dispositivos similares

Se conecta a los controladores programables, laptops, dispositivos de interface de operador-

máquina, variadores, dispositivos de movimiento, etc.

Es compatible con la programación y la configuración de dispositivos

Nivel de campo SCD

Reduce los gastos de cableado puesto que no es necesario que los dispositivos se conecten

directamente a un controlador programable

Es compatible con los diagnósticos a nivel de dispositivos

Se conecta a dispositivos de múltiples vendedores

Figura 1. 6 Arquitectura SCD Allen-Bradley [13]

25


En la figura 1.6 se ve la arquitectura de sistema de control distribuido propuesta por Allen Bradley.

Las capacidades de conexión a redes, con las redes principales de Ethernet/IP, ControlNet y

DeviceNet, permiten el intercambio de información entre una gama de dispositivos, plataformas de

computadoras y sistemas de operación.

Alternativas de redes disponibles para brindar soluciones

Red Ethernet/IP: capa de información, intercambio de información a alta velocidad, alto

ancho de banda, usado por el internet.

Red ControlNet: capa de control, transfiere datos de E/S y programa, alta velocidad de

transmisión (5Mbps), tiempo de actualización de la red 2-100ms, determinista.

Red DeviceNet: capa de dispositivos, norma abierta, velocidades de 125, 250 y 500kbps, se

conecta directo a los dispositivos de bajo nivel (reduce gastos de instalación).

Utiliza protocolo Hart para comunicación entre dispositivos de campo inteligentes y los

sistemas de control.

1.5.5 Algunas aplicaciones de los Sistemas de Control Distribuido

Los sistemas SCD son sistemas especializados dedicados a controlar procesos industriales que son

continuos u orientados a lotes, como refinerías, petroquímicas, centrales de generación eléctrica,

industria farmacéutica, alimentos y bebidas, productos de cemento, industrias de metales, e

industrias del papel.

Los SCD se conectan a los sensores y actuadores y utilizan un punto de referencia (setpoint) de

control para controlar el flujo de material a través de la planta. SCD puede emplear una o varias

estaciones de trabajo y pueden configurarse desde una estación de trabajo o por una computadora

personal desconectada del sistema (configuración fuera de línea). La comunicación local es

manejada por un controlador de red con transmisión sobre cable de par trenzado, coaxial, o fibra

óptica.

Aplicación en una planta piloto

Descripción de la Planta Piloto

La planta es una maqueta donde se recogen varios de los procesos típicos que se pueden encontrar

en muchas de las industrias. En concreto dispone de tres subprocesos (térmico, de nivel y caudal),

como se muestra en el esquema de la figura 1.7.

26


Figura 1. 7 Esquema de la planta piloto

El proceso funciona de la siguiente manera, el depósito principal (D1) dispone de una resistencia de

calentamiento (J1) se utiliza para aumentar la temperatura del agua de su interior con el objeto de

simular el calor producido por una reacción química exotérmica. El agua del depósito (D1) sale

hacia el depósito (C1) impulsada por la bomba (G1). En este trayecto el caudal puede ser controlado

mediante la válvula (FV1) y una vez llega el agua a este depósito puede ser retenida controlando la

altura de agua en dicho depósito mediante la válvula (LV1). Por otra parte mediante la bomba (G2)

se extrae el agua del depósito (C1) y se vuelve a llevar al depósito (D1), pasando antes por el

intercambiador (E1), donde se puede controlar la temperatura del agua a su salida mediante el

ventilador (M1).

A continuación se describen los tres subprocesos:

- Subproceso 1, control del caudal. Es posible controlar el caudal de agua que circula del

depósito (D1) al (C1) midiéndolo con el transductor de caudal (FT1) y actuando sobre la

válvula electro-neumática (FV1).

- Subproceso 2, control del nivel. Se puede controlar el nivel de agua en el depósito (C1)

midiéndolo con el transductor de nivel (LT1) y actuando sobre la válvula electro-neumática

(LV1).

- Subproceso 3, control de temperatura. El sensor (TT1) mide la temperatura del agua a la

salida del intercambiador de calor (E1). Se puede controlar esta temperatura actuando sobre

el motor del ventilador (M1).

El rango de cada una de las variables que intervienen en el proceso es el siguiente:

- FV1: [0…..100 %] [válvula totalmente cerrada, válvula totalmente abierta].

- LV1: [0…..100 %] [válvula totalmente cerrada, válvula totalmente abierta].

- TF1: [0…..100 %] [0…..400] r.p.m.

- FT1: [0…..100 %] [0…..600] l/h.

- LT1: [0…..100 %] [0…..500] mm.

- TT1: [0…..200] oC.

- TT2: [0…..200] oC.

27


- G1: [On,Off].

- G2: [On,Off].

- M2: [On,Off].

- M1: [On,Off].

Arquitectura de red SCD empleada en la planta piloto

En la figura 1.8 se muestra la arquitectura utilizada en el proyecto para la aplicación en la planta

piloto.

Figura 1. 8 Arquitectura propuesta para la aplicación en la planta piloto

Aplicación en el sector de bebidas

Planta de producción y envasado de líquidos

En las industrias de bebidas se encuentran muchas problemáticas acerca del monitoreo de la

producción en tiempo real además de configuración de las secuencias de control y los puntos de

setpoint dependiendo el tipo de líquido a embotellar. La propuesta de la planta industrial que

permite la producción y envasado de líquidos está compuesta por tres etapas de proceso:

evaporación, mezcla y embotellado.

Dispone de dos evaporadores de tamaño y características distintas, dos tanques mezcladores iguales

y dos tanques de embotellado, también iguales. La topología de elementos de la planta y su

conexionado permite simultáneamente la producción y el envasado de cantidades (volumen de

producción: primer requisito de producción) prefijadas de uno o dos tipos (calidad de producto:

segundo requisito de producción) de líquidos. Como consecuencia de dicha funcionalidad, más allá

de los detalles concretos de funcionalidad de la planta, resulta evidente que para cumplir con los

objetivos de producción del proceso será necesario implementar determinadas acciones de control

sobre las distintas etapas de la planta, lo que implica disponer de la instrumentación de control

necesaria.

28


Sensores de las distintas variables de proceso:

Continuas: caudal, nivel.

Discretas: interruptores de fin de carrera.

Actuadores: bombas, electroválvulas y sistemas de calentamiento de líquidos.

Unidades locales de control: PAC’S

Estaciones de trabajo (PC’S y HMI)

Sistemas subsidiarios:

Acondicionamiento de señales de control (amplificadores de señal).

Sistema de comunicaciones industriales entre los distintos elementos del sistema de control

(tarjetas de comunicaciones, cables normalizados, etc.).

Así como el software necesario para la configuración de los distintos elementos del sistema de

control.

En la figura 1.9, muestra la arquitectura de un sistema distribuido en el cual se cumple con los

requerimientos de robustez además de la regulación de caudal de los líquidos por medio de PID con

que cuentan las unidades de control internamente y el manejo de variadores que regulan la

velocidad de los fluidos y ayudan a manejar de manera adecuada el sistema de flujo, así como la

regulación de velocidad de la banda transportadora.

Figura 1. 9 Arquitectura de SCD para el sector de bebidas

Se utilizó una topología estrella en Ethernet/IP debido a que para identificar alguna desconexión

solo se observará en el switch si es que ocurrió; por otra parte se propone el uso de fibra óptica para

las E/S remotas para eliminar posibles interferencias que alteren el control, estas E/S remotas se

hicieron para el control de temperatura debido a que entre más cerca esté el lector, se evitan

compensaciones de las diferencias en la lectura que puede causar la longitud del cable.

29


1.5.6 Elementos básicos de una arquitectura

Un SCD como se muestra en el esquema de la figura 1.3típicamente usa computadoras

(normalmente procesadores adaptados a las necesidades del usuario) como controladores y utiliza

interconexiones y protocolos para la comunicación. Los módulos de entrada y salida forman parte

de los elementos del SCD. El procesador recibe la información de los módulos de entrada y envía la

información a los módulos de salida. Canales de comunicación en las computadoras o canales

eléctricos conectan al procesador y a los módulos a través de multiplexores/de-multiplexores. Los

canales también conectan a los controladores distribuidos con el controlador central y finalmente a

la interfaz Hombre/Máquina (HMI) o consolas de control.

Los elementos de un sistema de control distribuido pueden conectarse directamente a equipos

físicos como interruptores, bombas y válvulas o pueden trabajar a través de un sistema intermedio

como un sistema de SCADA. [19]

Para comenzar con el estudio de la arquitectura de un SCD se muestra el esquema de la figura 1.10

que describen el funcionamiento del flujo de información de los componentes básicos, y su

descripción como se mencionamás adelante.

Figura 1. 10 Esquema general de un SCD

Por tanto, la arquitectura de un sistema de control distribuido considera los siguientes dispositivos y

conceptos:

Interfaces

Unidades de almacenamiento masivo

Unidades de control

Fuentes de poder

Sistemas de fuerza continuos

Estructuras de apoyo

30


Interfaz

Una interfaz es un dispositivo que hace posible la comunicación entre los diferentes componentes

del sistema con el ser humano, con otros sistemas, o con el proceso.

De las aseveraciones anteriores se obtienen los tipos de interfaces que se tienen en un sistema de

control:

Interfaces Hombre/Máquina

Interfaces Máquina/Máquina

Interfaces con el proceso

a) Interfaces Hombre/Máquina

Este tipo de interfaces son dispositivos que permiten, ya sea al operador o al ingeniero poder

monitorear, manipular y/o configurar los sistemas de control distribuido.

Las interfaces Hombre/Máquina que se consideran son:

Monitores

Teclados

Impresoras

Video-copiadora a color

Controladores del cursor

Como tal estas interfaces deben cumplir con requerimientos, estos son:

Deben tener la posibilidad de poder monitorear el proceso

Deben ser capaces de presentar las variables del proceso

Deben tener la posibilidad de presentar las condiciones de las alarmas del proceso

Deben ser capaces de establecer una prioridad de alarmas en caso de múltiples alarmas

Deben mostrar las tendencias del proceso

b) Interfaces Máquina/Máquina

Estos dispositivos permiten la comunicación del sistema con otros dispositivos inteligentes externos

al mismo.

La denominación de inteligencia en una interfaz la proporciona la incorporación de un circuito

dotado de ésta.

Para esto, el sistema debe tener la capacidad de permitir la comunicación interna entre las unidades

de control, la consola del operador y la computadora del proceso, localizadas en el cuarto de

control, sin la necesidad de usar interfaces Hombre/Máquina.

En este tipo de comunicaciones se reconocen los puertos de comunicaciones entre los equipos, ya

que estos con los medios por los cuales se recibe y se envía información. Un punto importante en

31


esta consideración es que cuando se encuentran conectados en una red de un tipo específico otra

variante a considerar es el tipo de cable por el que se enlazan.

c) Interfaz con el proceso

Este tipo de interfaz engloba a los dispositivos necesarios para permitir al sistema la

recepción/envío de señales desde/hacia los instrumentos de proceso. Estas interfaces deben ser

instaladas en gabinetes de diseño modular que permiten una fácil instalación de las tarjetas

(módulos).

Se consideran dos clasificaciones de interfaces de proceso:

Interfaces de señales de campo (entradas)

Este tipo de dispositivos reciben diferentes tipos de señales de la instrumentación de campo, valida,

condiciona, estandariza y digitaliza estas señales para ser alimentadas hacia el multiplexor y ser

finalmente interpretadas por el sistema. Las principales interfaces de procesos para las señales de

entra de campo son las siguientes:

- Interfaces de entrada analógica de alto nivel (4-20mA y 0-10 V)

- Interfaces de entrada analógica de bajo nivel (termopares y RTD’S)

- Interfaces de entrada digitales

- Interfaces para transmisores inteligentes

Interfaces para señales hacia el campo (salidas)

Estas interfaces deben manejar dispositivos eléctricos como válvulas solenoide, arrancadores de

motores, luces indicadoras, elementos finales de control, etc., así como validar estas señales y

mantener su último valor en caso de falla. Las interfaces de señales de campo son divididas en los

siguientes tipos:

- Interfaces para salidas analógicas (4-20mA y 0-10 V)

- Interfaces para salidas digitales

Para la selección de interfaces se debe considerar el número de señales indicando en el sumario de

Entradas/Salidas y funciones, así como los porcentajes de reserva de (25%) y redundancias

requeridas, según la Sociedad de Instrumentistas de América (ISA) sección México.

Unidades de almacenamiento masivo

Estos son los dispositivos requeridos para permitir el arranque, operación y almacenamiento de

información de todo el sistema, por periodos especificados. Su cobertura será para todos los

dispositivos inteligentes. Los dispositivos de almacenamiento serán aquellos que permitan recopilar

de una manera eficiente y segura la información generada u obtenida.

32


De esta forma se puede observar tres clasificaciones:

Medios móviles: estos son USB. Estos dispositivos son usados generalmente para crear un

respaldo de información de los discos duros de la computadora para que puedan ser leídos

en otras computadoras o en caso de prevención contra algún desperfecto en la unidad de

procesamiento.

Medios fijos: se consideran como medios fijos los discos duros de la unidad de

procesamiento de una computadora, los cuales deben tener la capacidad de almacenar la

información necesaria para el correcto desarrollo de la actividad.

Memoria permanente: en este caso se encuentra la memoria RAM (Random Access

Memory), ROM (ReadOnlyMemory) y cache que son necesarias para elcorrecto

funcionamiento de la máquina; estas memorias están contenidas en la tarjeta madre de la

máquina, y para usos industriales, se requiere que como mínimo la memoria RAM.

Unidad de control

Estos dispositivos realizan las acciones que permiten al proceso operar en condiciones normales, sin

la interacción directa de los operadores. Debiendo tener la capacidad de comunicarse con todos los

dispositivos inteligentes del sistema, así como con otras unidades de control, ya sea para el

almacenamiento y procesamiento de datos o para el despliegue de resultados.

Fuentes de poder

Una fuente de poder que se pretende utilizar para las aplicaciones de un sistema de control

distribuido debe cumplir con las características de estar regulada en voltaje y frecuencia estando

protegidas contra sobre corrientes.

Sistemas de fuerza continuos

Se ocupa en el caso de ausencia de energía eléctrica en toda la planta, si no existiera un equipo que

soportara la ausencia de energía se crearía un peligro para el proceso y los mismos operadores. Es

por ello que es necesario contar con un sistema de fuerza continuo que proporcione la energía

suficiente durante un periodo de tiempo en el que se haga posible el levantamiento de la planta

después del fenómeno que produjo el paro de energía.

Estructuras de apoyo

Este tipo de estructuras son auto soportado y alojan a los diferentes dispositivos que constituyen al

sistema de control distribuido. Las estructuras que se consideran son las consolas del operador (en

las que se alojan las Interfaces de Hombre/Máquina, los dispositivos de almacenamiento y las

fuentes de poder) y los gabinetes (en las que se alojan las Interfaces Máquina/Máquina, con el

proceso, dispositivos no incluidos en las consolas y fuentes de poder). [9]

33


1.5.7 Sistemas de Comunicaciones.

Por medio de este sistema se definen todos los dispositivos, canales, accesorios, protocolos,

programas y procedimientos requeridos para permitir la interconexión y transferencia congruente de

información entre todos los dispositivos inteligentes del sistema de control distribuido. [7]

Un sistema de comunicación es la totalidad de mecanismos que proveen el enlace de información

entre la fuente y el destinatario. Todos los sistemas de comunicación tienen la misma función

básica, la transmisión de información [17]

Redes de comunicación.

La comunicación digital entre los controladores y las computadoras de supervisión era una de las

ventajas primarias de los SCD y la atención se enfocó debidamente a las redes que proporcionaron

todas las líneas importantes de comunicación que, para aplicaciones de proceso, tenían que

incorporar funciones específicas como determinismo y redundancia. Como resultado, muchos

proveedores adoptaron la norma de gestión de redes IEEE 802.4. Esta decisión fue el impulso para

la ola de migraciones necesarias cuando la informática entró a la automatización de procesos y la

norma IEEE 802.3 tomó el lugar de la IEEE 802.4 para prevalecer como el control de las redes

LAN. [19]

Modelo de Manufactura Integrada porComputadora (CIM)

En la industria moderna se utilizan diferentes redes de comunicación de acuerdo a diferentes niveles

de automatización. Estos niveles de automatización son definidos por el modelo denominado CIM,

por el cual se determina una jerarquización de las redes según el propósito para el que han sido

diseñadas y aplicadas.

Concepto de Manufactura Integrada porComputadora (CIM)

Este término en sí mismo no indica ninguna tecnología o procedimiento en particular sino la

aplicación de ciertas técnicas con una visión integradora. Podría definirse como: ―Una metodología

de trabajo y una filosofía de diseño de los sistemas de automatización, producción y gestión

orientados a la mejora de los niveles de calidad y la optimización en los procesos de fabricación‖,

donde los niveles de este modelo son: empresa, fábrica, área, célula, Estación/Máquina y proceso,

estos niveles se ejemplifican en la figura 1.11. [6]

34


Figura 1. 11 Modelo CIM.

Arquitecturas de comunicación basadas en el modeloManufactura Integrada por

Computadora.

Diferentes arquitecturas de comunicación para la industria se han desarrollado de acuerdo con el

concepto de CIM, siguiendo un modelo de jerarquización de redes. Éstas distinguen generalmente 3

niveles de comunicación que son:

Nivel de Información

Nivel de Control

Nivel de Dispositivo.

Estos niveles son equivalentes con los 6 niveles de CIM, descritos anteriormente.

Entre las arquitecturas que actualmente se han desarrollado, se pueden mencionar las dos siguientes:

NetLinx

SINEC. [6]

Jerarquía de redes de comunicación según el modelo CIM y su clasificación

Pueden definirse dos grupos de redes de comunicación en la empresa:

Redes de Información

Redes de Campo.

Las primeras se ubican en la parte alta de la jerarquía CIM y las últimas en la parte baja. En la

figura 1.12 se muestra cómo se posicionan los tipos de redes en un modelo CIM.

35


Figura 1. 12 Posicionamiento de las redes [6].

Redes de Información

Permiten a los diversos sistemas y archivos el acceso a los datos de la planta, relativos a los costos,

calidad, fabricación y desarrollo. Por lo general, las redes utilizadas en estos niveles jerárquicos son

basadas en tecnología IP. Ejemplos de estas redes son Ethernet, Wi-Fi y Wi-Max en el nivel de

empresa y Ethernet y MAP en el nivel de Fábrica.

Los dispositivos típicos a conectar por estas redes son Computadoras Personales (PC), servidores

(Host) y Mainframes.

Redes de campo

Red de comunicación diseñada para entornos y aplicaciones de automatización industrial,

optimizada para operar en los niveles más bajos de la jerarquía de manufactura. En el caso del

modelo CIM, en los niveles de proceso, campo y célula. [6]

Son redes utilizadas para conectar distintos procesos de aplicación con el propósito de asegurar la

explotación de la instalación (comando, supervisión, mantenimiento y gestión). Provee servicios

bajo restricciones temporales (tiempo real) y están constituidas por protocolos capaces de gestionar

estas restricciones (garantiza que las restricciones de tiempo serán respetadas con cierta

probabilidad). A diferencia de las redes de información, están diseñadas para enfrentar un tráfico

formado por un gran número de pequeños paquetes, intercambiados con frecuencia entre un alto

número de estaciones que forman la red y que muchas veces trabajan en tiempo real. Así mismo, el

volumen de datos transmitidos es más elevado en las redes del nivel de fábrica y empresa, en

comparación con las redes de más bajo nivel.

Las redes de información se pueden clasificar según su extensión, su topología y tecnología de

transmisión. Una red puede empezar siendo pequeña para crecer junto con la organización o

institución. A continuación se presenta los distintos tipos de redes disponibles:

Según su extensión de área que abarque la red

Redes LAN (Local Área Network en español red de área local): Extensión de menos de

1 km. En oficinas y empresas pequeñas. Tecnología de Broadcast (en un solo cable se

36


conectan todas las máquinas). Velocidades de 10 a 100 Mbit/s; de 1 Gbit/s hasta 10

Gbit/s en empresas grandes.

Redes MAN (Metropolitana Área Network en español red de área metropolitana):

Extensión de hasta 10 km. Empresas y organizaciones con oficinas repartidas en una

misma área metropolitana u operadores que ofrecen servicios en otras empresas.

Redes WAN (Wide Área Network en español red de área global): Conjunto de nodos o

redes LAN conectadas por una subred, la cual está formada por una serie de líneas de

transmisión interconectadas por medio de dispositivos tales como módems y routers. Su

tamaño no tiene límite y pueden cubrir todo el planeta.

Según topologías de conexión

Topología en Bus: Tiene sus nodos conectados directamente a un enlace y no tiene

ninguna otra conexión entre nodos. Físicamente cada nodo está conectado a un cable

común, por lo que se puede conectar directamente, y la ruptura del cable hace que los

nodos queden desconectados. Es la topología más común en pequeñas LAN, con un

Hub o switch en uno de los extremos. La topología en bus permite que todos los

dispositivos de la red puedan ver todas las señales de todos los demás dispositivos, esto

es ventajoso si se desea que todos obtengan esta información. Sin embargo, puede

presentar una desventaja, ya que son comunes los problemas de colisiones, reduciendo

el ancho de banda efectivo de la red, que se puede disminuir segmentando la red en

varias partes.

Topología de anillo: Se compone de un solo anillo cerrado formado por nodos y

enlaces, en que cada nodo está conectado solamente con los dos nodos adyacentes. Por

lo que para que la información pueda circular, cada estación debe transferir la

información a la estación adyacente. Una topología de doble anillo consta de dos anillos

concéntricos, en el que cada nodo de la red está conectado a ambos anillos. Esta

topología aumenta la confiabilidad y flexibilidad, ya que al estar los mismos

dispositivos conectados a ambos anillos, al romperse uno de ellos, el tráfico de

información se mantiene por el otro.

Topología en estrella: Tiene un nodo central desde el que se irradian todos los enlaces

hacia los demás nodos. Por el nodo central, generalmente ocupado por un Hub, pasa

toda la información que circula por la red. La ventaja principal es que permite que todos

los nodos se comuniquen entre sí. La principal desventaja es que si el nodo central falla,

toda la red se desconecta. La topología estrella-estrella es igual a la topología en

estrella, con la diferencia de que cada nodo que se conecta con el nodo central también

es el centro de otra estrella. Generalmente el nodo central está ocupado por un Hub o un

switch, y los nodos secundarios por Hub. También se puede dar la topología estrella-

malla. La ventaja de esto es que el cableado es más corto y limita la cantidad de

dispositivos que se deben interconectar con cualquier nodo central. La topología en

estrella extendida es sumamente jerárquica, y busca que la información se mantenga

local. Esta es la forma de conexión usada actualmente por el sistema telefónico

tradicional.

Topología en árbol: Es similar a la topología en estrella extendida, salvo en que no tiene

un nodo central. El enlace troncal es un cable con varias capas de ramificaciones, y el

37


flujo de información es jerárquico. Conectado en un extremo del enlace troncal,

generalmente se encuentra un servidor (host).

Topología en malla: En esta topología cada nodo se conecta con otros nodos, con al

menos dos, y siempre hay la posibilidad de establecer rutas alternativas. Las ventajas

son que, como cada nodo se conecta físicamente a los demás, creando una conexión

redundante, si algún enlace deja de funcionar la información puede circular por otros

enlaces hasta llegar al destino. La desventaja principal es que solo funciona con una

pequeña cantidad de nodos, ya que de lo contrario la cantidad de medios necesarios

para los enlaces, y la cantidad de conexiones con los enlaces es abrumadora. [7]

En la figura 1.13 se ilustran las diferentes topologías explicadas anteriormente.

Figura 1. 13 Topologías típicas de redes.

Protocolo de comunicación

Los protocolos de comunicaciones definen las reglas para la transmisión y recepción de la

información entre los nodos de la red, de modo que para que dos nodos se puedan comunicar entre

si es necesario que ambos empleen la misma configuración de protocolos, por ejemplo, dos PLC

conectados en la misma red pero con protocolos diferentes no podrían comunicarse jamás, para ello,

es necesario que ambas "hablen" el mismo idioma, por tal sentido, los protocolos como ControlNet

fueron creados para las comunicaciones.

Modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI) y buses de campo

Los buses de campo, como redes de comunicación, se basan en la estructura jerárquica especificada

en el modelo ISO/OSI (en inglés Open SystemInterconnection). Cada bus de campo implementa las

capas definidos en el modelo OSI, pero no necesariamente definirá todas las capas. Las capas que

no se definen permanecen vacías o bien son implementadas parcialmente en la misma capa de

aplicación (capa 7).

Las capas físicas, de enlace y de aplicación son siemprenecesarias. En la figura 1.14 se ilustra la

implementación del modelo OSI en los buses de campo.

38


Figura 1. 14 Implementación del modelo OSI en buses de campo [6].

Siendo un protocolo de comunicaciones común e interfaces abiertas de software y hardware

permiten conectar los dispositivos de la planta a Internet. El protocolo de comunicaciones

seleccionado por Rockwell Automation es el CIP (Protocolo de control e información). Las tres

redes de la arquitectura NetLinx utilizan este protocolo para la comunicación. [18]

Buses de campo existentes

En la figura 1.15 se muestra una carta de posicionamiento de varias redes, en donde se les clasifica

por funcionalidad, complejidad, tamaño de datos, costo y nivel jerárquico de operación. [6]. Así

como los tipos de protocolos que existen en cada uno de los niveles que se ocupan en el modelo

CIM de automatización.

39


Figura 1. 15 Carta de posicionamiento de buses de campo.

Características de los buses de campo

En las redes de campo se pueden destacar las siguientes 4 características principales:

- Sustitución de la señal de 4-20mAy 0-10 V por señales digitales.

- Aplicación a sistemas de control distribuido.

- Interoperabilidad de dispositivos.

- Sistemas abiertos.

a) Sustitución de la señal de 4-20mA y 0-10 V por señales digitales

La sustitución de las señales de 4-20mAy 0-10 V por señales digitales trae consigo sustanciales

ventajas sobre estas.

b) Aplicación a sistemas de Control Distribuido

Los buses de campo permiten un control distribuido al incorporar esta función en los propios

dispositivos. Sin embargo, también es posible configurar una arquitectura de control centralizada.

c) Topologías de buses de campo

Los buses de campo admiten la implementación de distintas topologías. Entre ellas, las más

comunes son:Línea Troncal (Bus), Árbol, Estrella y Anillo

En muchos casos, la topología del sistema será la combinación de dos o más de estas topologías

elementales.

40


d) Interoperabilidad

Los buses de campo tienen capacidad de interoperabilidad, que es la capacidad que tiene la red de

reemplazar un dispositivo por otro del mismo tipo independientemente de la marca del fabricante.

e) Sistemas Abiertos

La interoperabilidad es posible debido a que la mayoría de los buses industriales son de estándares

abiertos que son administrados por asociaciones internacionales integradas por empresas

fabricantes.

1.5.8 Red Ethernet TCP/IP

En este subtema se aborda la red Ethernet I/P, cuyo objetivo es llevar la comunicación en el nivel de

información del sistema de comunicaciones, y en cuyos dispositivos que la integran se lleva a cabo

el monitoreo del comportamiento del sistema, así como de las señales de prueba digitales y

analógicas.

Descripción general de la red Ethernet TCP/IP

Ethernet I/P es un tipo de red que sigue la norma IEEE 802.3. Esta norma define un modelo de red

de área local utilizando el protocolo de acceso al medio CSMA/CD

(CarrierSenseMultipleAcces/CollisionDetect) en donde las estaciones están permanentemente a la

escucha del canal y, cuando lo encuentran libre de señal, efectúan sus transmisiones

inmediatamente. Esto puede llevar a una colisión que hará que las estaciones suspendan sus

transmisiones, esperen un tiempo aleatorio y vuelvan a intentarla. En la figura 1.16 se muestra la

topología de la red Ethernet /IP.

Figura 1. 16 Topología de red Ethernet/IP.

La red Ethernet I/Pes una especificación LAN banda base inventada por la empresa Xerox Corp.

que opera a 100 Mbps y utiliza CSMA/CD (Método de Acceso Múltiple con Detección de

Portadora), Ethernet fue creado en los años 70, sin embargo actualmente este término se utiliza para

referirse a todas las LAN que utilizan CSMA/CD.

41


Allen-Bradley y la red Ethernet / IP

Para Allen-Bradley la red Ethernet /IP proporciona en toda la planta:

Sistemas de red abiertos, utilizando estándares de la industria de tecnologías de redes.

Permite control en tiempo real

Información en procesos discretos, continuos, por lotes, seguridad, movimiento

y aplicaciones de alta disponibilidad.

Conecta los dispositivos tales como arrancadores de motores y sensores a los

controladores y dispositivos HMI y en la empresa

Es compatible con las comunicaciones no-industriales e industriales en una infraestructura

de red común.

La especificación IEEE 802.3 que fue desarrollada en 1980 con base en la tecnología original de

Ethernet/IP, aunque el estándar Ethernet/IP por si solo únicamente define una capa física, mientras

que la especificación IEEE 802.3 presenta una gran variedad de opciones de cableado las cuales se

definen en el apartado siguiente. El estándar IEEE 802.3 es muy basto y se subdivide en diferentes

sub-estándares, por tanto los componentes del IEEE 802.3 se nombran de acuerdo con las siguientes

convenciones que se muestran en la figura 1.17.

Figura 1. 17 Definición de las siglas Ethernet/IP.

Así mismo en la tabla 1.1 se dan los tipos de cableado para la red.

Tabla 1. 1 Tipos de cableado para Ethernet/IP.

Denominación Cable Pares Full-dúplex(*) Conectores Distancia

10Base5 Coaxial grueso 1 No ―N‖ 500 m.

10Base2 RG 58 (coaxial

fino)

1 No BNC 185 m.

10Base-T UTP cat. 3 2 Si RJ-45 100 m.


100Base-TX UTP cat. 5 2 Si RJ-45 100 m.

100Base-TX STP 2 Si 9 pin D sub. 100 m.

100Base-T4 UTP cat. 3 4 No RJ-45 100 m.

1000Base-CX STP 2 Si 8 pin HSSDC o

9 pin D sub.

25 m.


(*) Recordando que el modo de transmisión Full-dúplex tiene la capacidad transmitir datos en

ambas direcciones.

42


NOTA: En el caso de este proyecto se empleará el tipo 100Base-T, que de acuerdo con el fabricante

Allen-Bradley que maneja este tipo de conectores para sus módulos de comunicación, que

concuerda con la velocidad empleada en nuestra red que según el estándar IEEE 802.3 es de 100

Mbps [18].

Topología de red.

La topología de la red Ethernet/IP es por definición un "bus". Cada estación está ligada en

"paralelo" al bus. Cada estación escucha los paquetes y si la dirección de destino es la propia (MAC

Address) lo recibe y procesa. Si no es para ella lo descarta.

Designación de MAC, máscara de Subredes IP.

Protocolo TCP/IP

Es una familia de protocolos desarrollados para permitir la comunicación entre cualquier par de

computadoras de cualquier fabricante o red, respetando los protocolos de cada red individual.

Los protocolos TCP/IP proporcionan a los usuarios unos servicios de comunicación universales

tales como:

Transferencia de archivos

Login remoto o terminal virtual

Correo electrónico

Acceso a archivos distribuidos

Administración de sistemas

Manejo de ventanas

En una primera aproximación se podrán estructurar los protocolos TCP/IP en cinco niveles

Nivel de aplicación

En este nivel se encuentran las aplicaciones disponibles para los usuarios. Una aplicación es un

proceso de usuario que está cooperando con otro proceso de usuario en una misma máquina o en

diferentes maquinas.

Nivel de transporte

El nivel de transporte suministra a las aplicaciones servicios de comunicaciones de extremo a

extremo utilizando dos tipos de protocolos: TCP (protocolo de control de transmisión), fiable y

orientado a conexión y el UDP (protocolo de datagrama de usuario), no fiable y no orientado a

conexión.

Nivel IP protocolo internet

El nivel IP se supone a la red física creando un servicio de red virtual independiente de aquella. No

es fiable ni orientado a conexión. Realiza su mejor esfuerzo para entregar los paquetes,

denominados datagramas, a usuario.

43


Máscara en la direcciones IP

Si se asignase de una manera fija un octeto para cada subred, el máximo número de nodos por

subred seria 254, lo que puede resultar insuficiente. Para conseguir incrementar el número de

computadores conectados se emplea una máscara en la dirección IP. La máscara es un mecanismo

compuesto de unos y ceros mediante el cual los unos indican la parte de dirección de red y subred y

los ceros se corresponden con las direcciones de host.

De esta forma la estructura estándar de las direcciones IP puede ser modificada localmente

mediante la utilización de bits de dirección de host como bits adicionales de dirección de red.

Podríamos decir que, esencialmente la línea divisora entre bits de dirección de red y bits de

dirección de host es desplazada creando redes adicionales pero reduciendo el número máximo de

host que pueden pertenecer a cada red. Estos nuevos bits de red definen redes, denominadas

subredes dentro de grandes redes.

Las organizaciones deciden crear subredes para permitir solventar problemas de topología o de

gestión. La división en subredes permite una gestión descentralizada de las direcciones de HOST.

Con el esquema de direccionamiento estándar un inicio administrador es responsable de la gestión

de todas las direcciones de HOST de la red entera mientras que al realizar divisiones mediante

subredes, el administrador puede delegar en otros administradores mediante la asignación de

subdirecciones de red.

Formatos de las direcciones de IP

Existen cinco tipos de formatos diferentes para las direcciones IP que se dividen en las siguientes

clases:

CLASE A: contiene 7 bits para direccionar la red (lo que permite un máximo de 27 =128 redes),

cada una de las cuales puede tener 224

=16.777.216 computadores.se utiliza cuando tiene muchos

HOST.

CLASE B: tiene 14 bits para direcciones de red y 16 bits para direcciones de HOST. Esto permite

un máximo de 214-2= 2.097.150 redes de 28-2= 254 HOST como máximo de cada una.

CLASE C: Tiene 21 bits para direcciones de red y 8 bits para direcciones de host. Esto permite un

máximo de 221-2= 2.097.150 redes de 28-2= 254 host como máximo cada una. Por lo cual se

concluye que este es el tipo de red a utilizar en el proyecto, ya que, el número de host es pequeño y

no se contempla superar las 254 que estipula esta como máximo (8 bits).

CLASE D: Se reservan todas las direcciones para multi-destino esto es, un computador transmite un

mensaje a un grupo específico de computadores, entre computadores de clase D.

CLASE E: Esta clase se utiliza como fines experimentales.

44


1.5.9 Red ControlNet

En este subtema se habla acerca de la red de control que forma parte del sistema de comunicaciones

que se desarrolla en este proyecto, cuyo nombre es ControlNet y que es estandarizada por el

fabricante Allen-Bradley para los equipos del nivel de control, la cual se encarga de llevar a cabo la

comunicación entre los dispositivos que pertenecen a dicha red, como son los PAC’S y las E/S

remotas las cuales en capítulos posteriores se describen más a detalle.

Introducción a ControlNet

La red de comunicación industrial ControlNet es una red de estándar abierto e implementada según

el modelo OSI. Posee ciertos aspectos generales que es necesario dejar en claro para el desarrollo de

su estudio. Por ello es que el presente punto tiene el objetivo de establecer las características de

normalización, de posicionamiento y de funcionamiento de la red ControlNet.

La red de campo ControlNet es una red de comunicación digital serial de tipo determinista que

entrega un transporte de alta velocidad para I/O de tiempo crítico y para mensajería de datos.

ControlNet es desarrollada e introducida por la empresa Rockwell-Automation en 1997 como una

red de comunicación abierta. Actualmente, el estándar ControlNet es administrado por la asociación

ControlNet International (CI) que agrupa a diferentes empresas fabricantes de productos para la red

ControlNet. Tanto ODVA como CI trabajan en conjunto para el desarrollo de nuevas redes basadas

en el Protocolo Común Industrial, CIP, y que permitan la interconectividad.

Estandarización ControlNet

La red ControlNet, de la misma forma que DeviceNet y otras redes que implementan el protocolo

CIP, está basada en el Modelo de Referencia OSI, estándar ISO/IEC 7498, que otorga una

naturaleza jerárquica a la red estructurándola en 7 capas.

La forma en que las 7 capas definidas por ISO/IEC 7498 son cubiertas en ControlNet se muestra en

la figura 1.18.

Figura 1. 18 Representación de ControlNet en el contexto de las estandarizaciones.

45


Como se observa en la figura 1.18, la red ControlNet está definida por el estándar IEC-61158, del

año 2000, que corresponde al Protocolo Industrial Común (CIP). En este contexto, ControlNet se

compone de los Volúmenes 1 y 4 de CIP.

ControlNet dentro del contexto de la familia CIP.

Al conjunto de redes basadas en el protocolo CIP es llamado ―Familia de redes CIP‖. La red

ControlNet fue la segunda red en formar parte de esta familia, luego de DeviceNet. La figura 1.19

representa en forma gráfica las redes que componen la familia CIP.

Figura 1. 19 Familia de redes CIP.

Características de ControlNet

Posicionamiento

La red ControlNet se ubica en el nivel de Control dentro del modelo jerárquico CIM. En forma

paralela, como parte de la Arquitectura NetLinx de comunicación de 3 niveles, desarrollada en

conformidad al modelo CIM, impulsada por la empresa Rockwell-Automation y otras asociadas a

ODVA (Open DeviceNetVendorsAssociation) y ControlNet internacional (CI), también se ubica en

su nivel de control, que corresponde a su nivel 2. Esto se representa en la figura 1.20.

46


Figura 1. 20 Posicionamiento de la red ControlNet en la arquitectura NetLinx.

Esta arquitectura de integración de redes industriales es para las redes abiertas de la familia CIP. Sin

embargo, también pueden integrarse otras redes que permitan comunicación con ellas a través de

adaptadores de comunicación, por ejemplo, Fundación Fieldbus.

Características físicas

La tasa de transmisión de la red ControlNet es de 5 Mbit/s, siendo una red de alta velocidad.

Permite cualquier tipo de topología de red, siendo la topología básica una línea troncal construida

con cable coaxial RG-6. Las longitudes que admite son desde 250m hasta 1km, pudiendo llegar a un

máximo de 20 km con la utilización de repetidores. También, es posible la conexión de hasta 48

dispositivos por segmento, con máximo de 99 nodos (entre controladores y dispositivos) en toda la

red. En la figura 1.21 se representan algunas de estas características.

Figura 1. 21 Representación de ControlNet junto a sus principales características.

47


Características de comunicación

ControlNet, utiliza método de comunicación Productor/Consumidor, que soporta comunicación

Punto a punto y Multi- Punto. Además, esto le otorga la capacidad de priorización de mensajes.

Además es una red determinística dado el método de acceso al medio empleado CTDMA (Code and

Time-DivisiónMúltiple Access), que garantiza la comunicación de los dispositivos.

La tabla 1.2 resume las características principales de la red ControlNet.

Tabla 1. 2 Características principales de la red ControlNet.

Característica Descripción

Topología Línea troncal

Árbol

Estrella

Anillo

Topologías mixtas

Cantidad de nodos 48 por segmento, hasta 99 en la red

Longitud máxima de red 1000m por segmento; hasta 20km con repetidores

Tasa de transmisión 5Mbps

Medio físico Cable coaxial RG-6

Fibra óptica

Método de acceso al medio CTDMA

Paquetes de datos 0-510 Bytes

Métodos de comunicación Productor/Consumidor

Arquitectura de control Centralizada y distribuida

Otras funciones especiales Redundancia de red: configuración de dispositivos

por puerto NAP

Tipos de conexión productor/consumidor

a) Conexión punto-punto.

Esta conexión es aquella en que se conecta directamente un productor y un consumidor en la figura

1.22 se ilustra este tipo de conexión.

Figura 1. 22 Productor/consumidor tipo punto-punto.

b) Conexión Multi-Punto.

Este tipo de conexión es aquella en que un mensaje es transmitido simultáneamente a más de un

nodo Consumidor. El mensaje puede ser recibido por alguno, algunos o todos los nodos de la red

48


según el mensaje (esto a diferencia de una comunicación Broadcast en que el mensaje siempre es

transmitido a todos los nodos). En la figura 1.23 se representa este tipo de conexión.

Figura 1. 23 Conexión productor/consumidor tipo Multi-Punto.

En la figura 1.23, Se representa una red compuesta de 8 nodos. La flecha de línea segmentada

representa un Mensaje-Objeto. El nodo #1 es el Productor de este Mensaje-Objeto, y los nodos #4,

#7 y #8 son sus Consumidores. Aunque todos los nodos ven el mensaje, no todos están interesados

en él. En la figura, los nodos #2, #3, #5 y #6 no consumen el mensaje. Los nodos pueden ser

Productores, Consumidores o ambos, según qué operación realicen. En la figura 1.24 se ilustra esta

situación.

Figura 1. 24 Los nodos pueden ser productores, consumidores o ambos.

El nodo #1 es un Productor que envía un Mensaje-Objeto para los nodos #3 y #4. El nodo #4 es

tanto Consumidor como Productor, y envía un segundo Mensaje-Objeto basándose en la

información recibida del primer mensaje, del cual fue Consumidor. El Consumidor de este segundo

mensaje es el nodo #3.

Servicios de Transporte

En la tabla 1.3 se enlistan las dos clases de transporte de propósito general que han sido definidas

por la red ControlNet. Cada clase de transporte entrega diferentes niveles de servicios. Estos

servicios permiten la comunicación entre aplicaciones. Las clases de transporte con números altos

incorporan y construyen las funciones de clases de transporte bajas. La aplicación Originadora debe

determinar qué clase de transporte es mejor para sus necesidades en la transferencia de un

determinado dato.

49


Tabla 1. 3 Clase de transportes ControlNet.

Clase de transporte

Clase número Nombre de clase

1 Detección de duplicación

3 Verificación

a) Transporte clase 1

El transporte clase 1 es ilustrado en la figura 1.25. Ésta clase sólo entrega un nivel mínimo de

servicio con detección de duplicación de datos.

Figura 1. 25 Transporte clase 1 ControlNet.

Las características de esta clase de transporte son las siguientes:

Usa una conexión.

Entrega un encabezado de conteo de secuencia para detectar duplicación de paquetes de

datos repartidos.

No carga ninguna aplicación-objetivo (target) con detección de duplicación.

Usada para transferencia cíclica de datos.

b) Transporte clase 3

El transporte clase 3 es ilustrado en la figura 1.26. Ésta clase sí entrega verificación de datos.

50


Figura 1. 26 Transporte clase 3 ControlNet.

Las características de esta clase de transporte son las siguientes:

Usa una conexión para repartir datos de aplicación.

Emplea una segunda conexión para verificar que el dato transmitido ha sido recibido y leído

por el Consumidor.

Usado para transferencia de datos Cambio de Estado (Change-Of-State, COS) y

aplicaciones de disparo(otriggered).

Tipos de Conexión de Transporte

La red ControlNet soporta dos tipos de conexión:

Punto a punto: ésta conexión usa un Productor y sólo un Consumidor. Ninguna conexión

adicional puede ser agregada.

Multi-Punto: ésta conexión permite a un Productor de datos comunicarse simultáneamente

con más de un Consumidor. Ambos tipos, además, son definidos por la aplicación,

dependiendo de los servicios particulares que ésta requiera. De esta forma se tiene la

siguiente clasificación:

Punto a punto Clase 1

Punto a punto Clase 3

Multi-Punto Clase 1

A continuación se entrega una descripción de los tipos de conexión de transporte.

a) Punto a Punto Clase 1

En este ejemplo, los datos son simplemente enviados desde una aplicación a otra. La clase 1 de

transporte sólo entrega los servicios de reparto de datos y de detección de duplicación de datos;

ningún otro.

Este tipo de conexión es usado normalmente por transferencia de datos Cíclica I/O.

51


b) Punto a Punto Clase 3

En este tipo de conexión, la aplicación específica un transporte clase 3, con notificación de reparto.

Un uso típico de este tipo de conexión es el tráfico de mensajes cliente/servidor.

Un cliente es una aplicación que requiere datos desde otra aplicación en una conexión

yaestablecida. Mientras que un servidor es una aplicación que responde al requerimiento de un

cliente enviando este dato en la conexión.

La verificación de reparto no es un requerimiento de la conexión punto a punto, sino que aumenta

sus capacidades.

c) Multi-Punto Clase 1

En esta conexión un Productor envía un Mensaje-Objeto sobre la red, el cual es consumido por los

nodos para los cuales ha sido transmitido. La aplicación puede especificar que se requiere detección

de duplicación, aunque no es obligatorio. Un uso común de este tipo de conexión Multi-Punto

puede ser un adaptador que envía entradas a múltiples dispositivos scanner.[6]

52


CAPÍTULO 2. ARQUITECTURA DEL

SISTEMA DE COMUNICACIONES.

En el capítulo presente se plantea la arquitectura para las redes que se utilizaran Ethernet I/P y

ControlNet, de igual manera la asignación de las tareas a realizar de cada equipo que esté

involucrado en las redes, de la misma forma se realizará el levantamiento de las unidades de control

con las que se cuenta, lo que implica identificar los elementos que las componen con sus

características más importantes, verificar las conexiones eléctricas, dimensionamiento general de

las unidades y la distribución de todos los elementos en ellas.

53


2.1 Descripción General de la arquitectura.

En la figura 2.1 se muestra el mapa conceptual de lo que se plantea desarrollar en el presente

trabajo; el cual se describirá brevemente a continuación, tomando en cuenta que el objetivo

principal es la integración de un sistema de comunicaciones dando la opción a que este sea aplicable

a un control distribuido sin ser forzosamente un requerimiento.

Figura 2. 1 Mapa conceptual del trabajo.

Debido a que se propone un sistema de comunicaciones que sea aplicable a un sistema de control

distribuido, el hardware que se recomienda para este tipo de sistemas son los PAC´S (en este caso

se utilizan los PAC´S ControlLogix y CompactLogix de la familia de Allen-Bradley), ya que este

cuenta con una flexibilidad en comunicaciónóptima y una alta velocidad de procesamiento para

llevar a cabo el monitoreo y control en tiempo real de un proceso,

Para complementar este sistema se emplearáa nivel de información varias HMI´S (PANELVIEW

PLUS 1000 Y PC´S) para el monitoreo del comportamiento del proceso ya que sin la visualización

de este no se podría tener control del mismo.

Las entradas y salidas remotas (PowerFlex y Point I/O), se utilizan en ciertos procesos donde los

puntos a controlar se encuentran a largas distancias, en estos casos se manejan este tipo de

terminales para que la señal del transmisor hacia el módulo de entradas no sea atenuada y se

obtenga una mala medición, y por medio de comunicación se mande la información hacia el

dispositivo maestro (PAC). En este proyecto se utilizan este tipo de terminales para aprovechar la

red de control.

Para la integración del sistema de comunicaciones se proponen los protocolos Ethernet I/P y

ControlNet.

54


Para el nivel información tanto los PAC´S y las HMI´S utilizan el protocolo Ethernet I/P. Para esta

red la topología que se eligió es la tipo estrella ya que en los ejemplos vistos en el capítulo uno es

la que se utiliza, además esta topología nos permite a partir del nodo central (switch o hub) para

cada ramificación la distancia máxima que permita el medio físico, también esta topología es de las

más sencillas en su conexión y verificación de que cada elemento que esté conectado a la red, a

esto se puede agregar que en trabajos posteriores se someta a la red a diferentes pruebas para la

verificación de que esta red tenga un correcto funcionamiento.

En el nivel control los PAC´S y I/O Remotas utilizan el protocolo ControlNet,Se propuso que para

esta red se utilice una topología tipo bus de línea troncal ya que el fabricante (Allen-Bradley) así lo

establece para sus dispositivos pertenecientes a este nivel.

2.2 Visión de la arquitectura

La arquitectura de comunicaciones que se desarrolla en este trabajocontiene tres elementos

característicos de un sistema de control distribuido considerando que estos no son en su totalidad un

SCD y solo forman parte de.

Estación de trabajo

Estación de control

Sistema de comunicación

Figura 2. 2 Esquema general de la arquitectura del sistema de control distribuido implementado.

55


2.2.1 Descripción funcional de la arquitectura

Como se observa en la figura 2.2, la forma en que interactúa cada nivel de comunicación con base

a un modelo de automatización industrial, respecto a los elementos de las estaciones de control y

trabajo es muy diferente con base en sus características de velocidad y protocolos de información.

A nivel campo o proceso la topología implementada es punto a punto, esto quiere decir, que la

acción de cada señal simulada afecta directamente al controlador y está conectada directamente

con él por medio de cables de alimentación y con ello no hay necesidad de emplear un tipo de

protocolo de comunicación adicional; la forma de cómo funciona cada una de las señales y la

manera en que se encuentran conectadas se explicarámás adelante.

A nivel control, se encuentra la estación de control que es uno elementos característicos de un

sistema de control distribuido y son los controladores, la topología implementada para la

comunicación a este nivel es tipo bus y el protocolo de comunicación es ControlNet de este tema se

retoma en el capítulo 3, ahora se describe la función que realiza la estación de control en la

arquitectura y es la de procesar, recabar, transmitir información a nivel superior e inferior, así como

en su propio nivel y realizar las estrategias de control programados en sus procesadores es por ello

que se requiere de dispositivos capaces de realizar cada uno de los antes descritos y a su vez que sea

flexible a la hora de expandir el proyecto.

A nivel información, en este nivel es donde se localiza nuestra estación de trabajo en la cual además

de monitorear y controlar las variables del proceso se introduce una estación de reprogramación de

los controladores (estación de operación). En este nivel es donde se requiere de software

especializado para la programación y monitoreo, así como configuración de las redes de

comunicación que se emplean en dicho sistema, estos temas se tocarán en el capítulo 4.

2.2.2 Elementos de la arquitectura delsistema de comunicaciones

De la explicación funcional se desprenden tres puntos clave que se deben tomar en cuenta que son:

Las estaciones de control

En la arquitectura que se muestra en la figura anterior, se emplean dos unidades de control

(ControlLogix y CompactLogix) para la estación de control, ya que para establecer un control

distribuido se requiere como mínimo esta cantidad de unidades, esto para que haya una repartición

de trabajo entre ambas.

Las estaciones de trabajo

Por otra parte se utilizan 3 elementos que engloban a la estación de trabajo, estas son: la estación de

monitoreo (PanelView Plus 1000), la estación de operación (Workstation o CPU) y la estación de

control (Workstation o CPU), denominadas así únicamente por motivos de identificación, ya que

realizaran algunas tareas similares entre ellas. A través de las tres estaciones se monitorean y

controlan las E/S locales (unidades de control 1 y 2) y remotas (Point I/O y Flex I/O), sin embargo,

la programación de las secuencias de control y el establecimiento de las redes de comunicación solo

se pueden llevar a cabo en la estación de control y la estación de monitoreo (PC), debido a que

ambas cuentan con el software necesario para tal motivo.

56


A pesar de que las estaciones de monitoreo, operación y control que conforman a la estación de

trabajo (nivel de información) realizan algunas actividades similares como ya se ha mencionado, es

indispensable contar con las tres; ya que se pueden localizar en puntos estratégicos dentro de una

planta; siendo la estación de monitoreo (PanelView Plus 1000) la que se localiza en campo, es

decir, junto a las máquinas y/o equipos que están en contacto con el proceso y que permitirá al

operador realizar maniobras de control y monitoreo en el mismo lugar; por otro lado la estación de

operación y la estación de control (Workstation o CPU) se localizan en cuartos de ingeniería juntos

o separados, las cuales también permitirán realizar maniobras de control y monitoreo, pero además

permiten reprogramar las secuencias de control del proceso, agregar elementos a las redes de

comunicación y almacenar datos relevantes provenientes del proceso; todo esto en ambas

estaciones, lo que sirve de respaldo para accidentes en donde una estación deje de operar, la otra

estación se hace cargo por si sola de todas las actividades evitando pérdidas de información o

rupturas en las redes de comunicación, de esta forma se establece la distribución en el nivel de

información y en la comunicación que es de suma importancia en un sistema distribuido.

La topología en estrella y el cable de par trenzado categoría 5 (red Ethernet I/P)

Se utiliza el cable de par trenzado UTP ya que en el lugar en donde es armada la red Ethernet/IP no

hay interferencias electromagnéticas ni tampoco hay grandes distancias entre nuestros elementos de

las estaciones de trabajo (PanelView Plus 1000, Workstations o CPUs) y las unidades de control

(ControlLogix y CompactLogix). Siendo aplicables para las interferencias electromagnéticas el

cable coaxial y para interferencias electromagnéticas y grandes distancias la fibra óptica que a su

vez son más costosos e innecesarios para este proyecto. En el capítulo 3 se muestran de forma más

clara las características de este tipo de cableado.

La topología en estrella es sumamente útil para este proyecto debido a que al contar con un punto

central de conexión ayuda a ahorrar tramos de cable y mediante ese mismo punto central que es el

switch indica si algún elemento no se está comunicando en la red.

Topología bus y el cable coaxial (red ControlNet)

Se emplean en este proyecto la topología tipo bus y el cable de tipo coaxial, ya que son los que

recomienda y utiliza el fabricante Allen-Bradley en su equipo para la red ControlNet (nivel de

control) que también es utilizada y estandarizada por el mismo fabricante en sus equipos; una

ventaja de este cableado es que es más resistente a interferencias electromagnéticas que otros tipos

como el par trenzado, y además es muy útil enzonas explosivas gracias a que no maneja

alimentación eléctrica. En el capítulo 3 se muestran de forma más clara las características de este

tipo de cableado y sus componentes.

E/S remotas Flex I/O y Point I/O

Para que la red ControlNet o nivel de control sea sustentable es necesario emplear equipos que la

utilicen, para lo cual se emplean las terminales Flex I/O y Point I/O, las cuales mediante sus

entradas y salidas analógicas y discretas mandan información a las unidades de control

(CompactLogix y ControlLogix) para que estas determinen las acciones de control en su unidad de

procesamiento CPU; todo esto, a través de la red ControlNet.

A partir de lo expuesto hasta aquí se puede observar que la comunicación entre controladores es un

aspecto fundamental para el funcionamiento de un sistema de control distribuido.

Con base en los puntos anteriores tratados, la problemática que surge para la realización de este

proyecto es que los elementos que forman parte de la arquitectura: dos Controladores de

57


Automatización Programables (PAC) ControlLogix y CompactLogix, una Interfaz

Hombre/Máquina (PanelView Plus 1000) y E/S remotas (Flex I/O y Point I/O), todo de la marca

Allen-Bradley , no pertenecen a ninguna una red hasta comienzos de este proyecto, así que para

permitir el intercambio de información en cada uno de sus niveles mostrados, tanto horizontal

como verticalmente, se realiza en este proyecto desde las conexiones eléctricas y de comunicación,

hasta programación y configuración de los equipos y las redes de comunicación.

2.3 Descripción de los componentes de las unidades de control en la estación de

control

La descripción que se realiza en esta sección es a partir de los elementos de hardware que forman

parte de la arquitectura para su implementación. Estas unidades de control son un gabinete que

contiene un PAC ControlLogix y dos tableros: el primero cuenta con una unidad de control (PAC

CompactLogix) y el otro es la unidad remota de entradas y salidas (I/O), todos estos elementos de la

estación de control cuentan con señales de pruebas instaladas en los tableros para la simulación e

interacción con los controladores y los componentes remotos permitiendo poner a prueba señales y

salidas analógicas y digitales.

2.3.1 Descripción de la unidad de control 1

En la figura 2.5 y 2.6, se observa la distribución general así como los elementos que contiene la

unidad de control 1. A continuación se describenlos elementos,su funcionamiento y su diagrama

eléctrico de los mismos que contiene la unidad.

Descripción de los dispositivos del tablero

En la tabla 2.1. Se muestra la descripción de hardware que conforma el tablero de la unidad de

control 1.

Tabla 2. 1 Descripción de los componentes del Gabinete I.

Número Dispositivo Descripción Marca Código

1 PAC ControlLogix 5561 Allen-Bradley 1756-L61

2 Interruptor termo

magnético

Interruptor general Legrand 01907 C20

3 Relevador Enclavamiento de los

módulos I/O

Allen-Bradley CAT 700-HA33A1

SER-D

4 Interruptor termo

magnético

Protección del módulo de

entradas

Steck SD 1P C6 IEC60898

5 Interruptor termo

magnético

Protección del módulo de

salidas

Steck SD 1P C6 IEC60898

6 Interruptor termo

magnético

Protección de la fuente del

PAC

Steck SD 1P C10

IEC60898

7 Fuente conmutada Alimentación a fuente del

PAC

Allen-Bradley 1606-XLE 120EN

8 Botón arranque verde Activación de los módulos

I/O

Steck S-PL42

9 Botón paro de

emergencia rojo

Desactivación de los

módulos I/O

Steck S-PL41

10 Luz indicadora verde Indicador de activación de Steck S-DS110

58


los módulos I/O

21 Botón pulsador Botón de pruebas de señales

digitales

_________ ____________

22 Lámpara indicadora Lámpara indicadora de

señales de pruebas discretas.

_________ ____________

23 Potenciómetro de alta

precisión

Para señales analógicas de

prueba

_________ ____________

24 Voltmetro Para medir las señales

analógicas de pruebas

IMESA 108

Descripción de los componentes del PAC ControlLogix.

Las características de la familia ControlLogix son: rendimiento, capacidad de escalado,

Multiprocesamiento, Redundancia, Conexión en puente de red, Integración de

Movimiento/Variador/Proceso/Seguridad, Comunicaciones Ethernet/IP, ControlNet, DeviceNet

múltiples y otras redes.

En la figura 2.3 se observa el PAC ControlLogix, el cual es el principal dispositivo de la unidad de

control 1 en esta figura se mencionan los módulos que componen este dispositivo y su distribución.

Figura 2. 3 Esquema de distribución del PAC ControlLogix L-61.

A continuación se presentan las características principales de los módulos:

Fuente 1756-PB72/C

En la tabla 2.2 se presentan las especificaciones de la fuente de alimentación 1756-PB72/C

59


Tabla 2. 2 Especificaciones de la fuente 1756-PB72/C.

Atributo 1756-PB72/C

Rango de voltaje de entrada 18VCD a 32 VCD

Voltaje nominal de entrada 24 VCD

Potencia máxima de entrada 95 W

Potencia máxima de salida 75 W

Corriente máxima de entrada 30 A

Capacidad de corriente a 1.2V 1.5 A

Capacidad de corriente a 3.3V 4A

Capacidad de corriente a 5.1V 10 A

Capacidad de corriente a 24V 2.8 A

Temperatura de operación 0…60°C (32…140°F)

Módulo de CPU LOGIX 5561 o 1756-L61

En la tabla 2.3 se presentan las especificaciones del módulo del CPU LOGIX 5561

Tabla 2. 3 Especificaciones del CPU LOGIX 5561.

Atributo 1756-L61

Tareas del controlador 32 tareas

100 programas/tareas

Puertos de comunicación 1 Puerto serial RS-232

Opciones de comunicación - Ethernet/IP

- ControlNet

- DeviceNet

- Data Highway Plus

- I/O remotas

Máximo de conexiones 250

Conexiones de red por módulo de

comunicación

- 100 ControlNet (1756-CN2/A)

- 40 ControlNet (1756-CNB)

- 256 Ethernet/IP; 128 TCP (1756-

EN2x)

- 128 Ethernet/IP; 64 TCP (1756-

ENBT)

Lenguajes de programación Escalera (relevador)

Texto estructurado

Bloque de función

SFC

Memoria de usuario 2 MB

I/O digitales, máx. 128,000

I/O analógicas, máx. 4,000

Número de slots 1

Módulo de comunicación Ethernet IP 1756 EWEB+/A

En la tabla 2.4 se presentan las especificaciones del módulo de comunicación Ethernet EWEB+/A

60


Tabla 2. 4 Especificaciones del módulo de comunicación Ethernet/IP.

Mecánicas Ethernet 1756 WEB+/A

Ubicación del módulo Cualquier ranura en el chasis ControlLogix

Conector Ethernet RJ45 categoría 5

Conductores Cableado de Categoría 2 (en los puertos de

comunicación)

Módulo de comunicación DeviceNet 1756-DNB D

La tabla 2.5. Se presentan las especificaciones del módulo de comunicación DeviceNet 1756-

DNBD

Tabla 2. 5 Especificaciones del módulo de comunicación DeviceNet 1756-DNBD.

Módulo de entrada digital 1756-IB16 D

En la tabla 2.6. Se presentan las especificaciones del módulo de entradas digitales 1756-IB16 D

Tabla 2. 6 Especificaciones del módulo de entradas digitales 1756-IB16D.

Atributo 1756-IB16D

Entradas 16 (8 por grupo)

Categoría de voltaje 12/24 VCD

Rango de voltaje 10VCD a 31.2 VCD

Número de slots 1

Módulo de salidas digitales 1756-OB16D

En la tabla 2.7. Se presentan las especificaciones del módulo de salidas digitales 1756-OB16D

Tabla 2. 7 Especificaciones del módulo de salidas digitales 1756-OB16D.

Atributo 1756-OB16D

Disipación de potencia, máx. 3,3 W a 60 ° C (140 ° F)

Corriente por punto, máximo 2 A a 30 ° C (86 ° F) lineal de reducción de potencia

1 A a 60 ° C (140 ° F) lineal de reducción de

potencia

Corriente por módulo, máx. 8 A a 30°C (86°F) lineal de reducción de potencia

4 A a 60°C (14°F) lineal de reducción de potencia

Corriente de sobretensión por punto 4 A durante 10 ms por punto, repetible cada 1 s

Corriente de carga, min 3mA por punto

Bloque de terminales extraíble 1756-TBCH

Atributo 1756-DNB D

Velocidad de comunicación 125 Kbps (500 m max)

250 Kbps (250 m max)

500 Kbps (100 m máx.)

Máximo de nodos 64

Número de Slots 1

Puertos 1 conector estilo abierto DeviceNet de

5 o 10 pines lineal

1 USB 1.1

Temperatura de operación 0…60 °C (32…140 °F)

61


1756-TBS6H

Anchura de la ranura 1

Tamaño del cable 0.33... 2,1 mm2 (22... 14 AWG) de cobre sólido o

trenzado

cables clasificados a 90°C (194°F) o mayor, de 1,2

mm (3/64 pulgadas)

aislamiento máx. (1)

Cable categoría 1 (2)

Módulo de entradas analógicas 1756-IF8H

En la tabla 2.8. Se presentan las especificaciones del módulo de entradas analógicas 1756-IF8H

Tabla 2. 8 Especificaciones del módulo de entradas analógicas 1756-IF8H.

Atributo 1756-IF8H

Entradas 8 diferentes voltajes o corrientes

Rango de entrada +-10V

0…..5V

0…..10V

0….20mA

4…..20mA

Resolución 16…….21bits

Corriente de consumo 5V 300mA

Corriente de consumo a 24V 70mA

Disipación de potencia, máx. Voltaje: 3.21mA

Corriente: 4.01mA

Voltaje de aislamiento 50V

Bloque de terminales extraíbles 1756-TBCH

Módulo de salidas analógicas 1756-OF8H

En la tabla 2.9. Se presentan las especificaciones del módulo de entradas analógicas 1756-IF8H

Tabla 2. 9 Especificaciones del módulo de salidas analógicas.

Atributo 1756-OF8H

Salidas 8 diferentes voltajes o corrientes

Rango de salida +10.4V

0….20mA

4…..20mA

Resolución 15…….16bits

Corriente de consumo 5V 230mA

Corriente de consumo a 24V 230mA

Disipación de potencia, máx. 4.92W, 8 canales corriente

Voltaje de aislamiento 50V

Bloque de terminales extraíbles 1756-TBCH

1756-TBS6H

Anchura de la ranura 1

62


Módulo de comunicación ControlNet 1756-CNB/E

En la tabla 2.10. Se presentan las especificaciones del módulo de comunicaciones ControlNet 1756-

CNB/E

Tabla 2. 10 Especificaciones del módulo de comunicación ControlNet.

Atributo 1756-CNB/E

Velocidad de comunicación 5 Mbps

Conexiones de comunicación Logix 48

Conexiones soportadas, máx. 64

Máximo de nodos 99

Número de Slots 1

Puertos 2 ControlNet BNC

1 NAP RJ45

Interface Hombre/MáquinaPanel View Plus 1000

Este panel sirve como interfaz entre el operador y el proceso que se quiera visualizar y trabajar. Una

de las principales características de este panel es que es de la familia Allen-Bradley a la cual

pertenece la mayoría del equipo utilizado, la comunicación principal que tiene es por medio de

Ethernet/IP. En la figura 2.4 se muestra una imagen del panel y se señalan los botones que contiene.

Figura 2. 4 PanelView Plus 1000.

En la tabla 2.11, se presentan las especificaciones del PanelView Plus 1000.

Tabla 2. 11 Especificaciones técnicas del PanelView Plus 1000.

Atributo PanelView Plus 1000

Voltaje de entrada AC (85…264 VAC)

DC (18…32 VDC)

Comunicación Ethernet y comunicación serial

Expansión de memoria 256 MB RAM y 512 MB Compact Flash

63


Puertos USB 3 (teclado, ratón e imprimir)

Dimensiones Pantalla 10.4plg.

Alto 248cm. (9.77plg.)

Ancho 399cm. (15.72plg.)

Atributo Módulo de lógica

Voltaje de entrada DC (18…32V)

AC input (85…264V)

Memorias SDRAM, Flash (además un slot paramemoria Compact

Flash)

Puertos - Puerto 10/100 Base T Ethernet.

- Puerto serial RS-232 para transferencia de archivos,

imprimir, y comunicaciones del controlador lógico.

- Dos puertos USB para ratón, teclado o imprimir

Atributo Módulo de comunicaciones

Comunicaciones - DH+/DH-485

- ControlNet

Distribución general de la unidad de control 1

En la figura 2.5 se muestra la parte frontal de la unidad de control 1, en el cual se señalan los

dispositivos que contiene.

Figura 2. 5 Parte frontal del gabinete I.

En la tabla 2.12 se menciona el dispositivo del gabinete 1 en la parte frontal de acuerdo al número

que señala.

64


Tabla 2. 12 Dispositivo de acuerdo al número en la parte frontal.

Número Dispositivo

1 PanelView Plus 1000

2 Botónarranque

3 Botón paro

4 Lámpara indicadora

En las figuras 2.6y 2.7, se muestra el interior de la unidad de control 1, en esta parte se observan los

dispositivos que se utilizan para el funcionamiento de dicha unidad.

Figura 2. 6 Parte interior del gabinete principal.

65


Figura 2. 7 Parte interior real del gabinete principal.

En la tabla 2.13. Se menciona el dispositivo que corresponde de acuerdo al número que tiene

señalado en la figura 2.6.

Tabla 2. 13 Dispositivos de acuerdo al número en la parte interior.

Número Dispositivo

5 PAC

6 Clemas de paso

7 Clemasporta fusible

8 Interruptor termo magnético(3P/1T)

9 Fuente de alimentación 24V C.D.

10 Switch Ethernet

11 Panel de pruebas

12 Relevador

13 PowerFlex

14 Interruptor termo magnético(1P/1T)

15 RielDIN

Distribución eléctrica de la unidad de control 1

En la distribución eléctrica se observa la conexión de cada uno de los dispositivos del tablero de la

unidad de control 1 que se muestran a continuación.

66


Distribución de corriente alterna

Los diagramas eléctricos siguientes hacen referencia a la alimentación de las líneas de distribución

eléctrica monofásica de 127 VCA.

Diagrama eléctrico de conexión para fuentes conmutadas

En la figura 2.8, los diagramas eléctricos siguientes hacen referencia a la alimentación de fuentes

conmutadas de corriente directa de 24 VCD.

Figura 2. 8 Diagrama eléctrico de alimentación de fuentes conmutadas.

Diagrama eléctrico de conexión de PanelView Plus 1000

En la figura 2.9, se muestra la forma en que se encuentra alimentado el PanelView Plus con línea

de 127 VCA.

Figura 2. 9 Diagrama eléctrico de conexión del PanelView Plus 1000.

67


Diagrama eléctrico de conexión del relevador de control maestro

En la figura 2.10, se muestra la forma de conexión del relevador de control maestro para la

energización de paneles de entradas y salidas analógicas y digitales que ayudan a la interacción de

los módulos de entradas y salidas del PAC ControlLogix. Este relevador se hace funcionar con un

botón pulsador de un tiro el cual energiza la bobina y por medio de un arreglo de enclavamiento se

mantiene energizado y cambia de estado sus contactos.

Figura 2. 10 Diagrama eléctrico de relevador conmutador.

Distribución de corriente directa

A continuación se presentan los diagramas eléctricos de los módulos de entradas y salidas, digitales

y analógicas del PAC ControlLogix.

Diagrama de conexión de módulo de entradas digitales

En la figura 2.11, se muestra el diagrama eléctrico del módulo 1756-IB16 en el que se alimentan las

señales de prueba del panel de botoneras y llega a los bornes del módulo que es el módulo de

entradas digitales

68


Figura 2. 11 Diagrama eléctrico de módulo de entradas digitales [14].

Diagrama de conexión de módulo de salidas digitales módulo 1756-OB16D

En la figura 2.12, se muestra el diagrama eléctrico del módulo 1769-OB16D, que es un módulo de

señales de salidas digitales que permite energizar el panel de prueba de lámparas indicadoras.

Figura 2. 12 Diagrama eléctrico de módulo de salidas digitales [14].

69


Diagrama de conexión de módulo de entradas analógicas

En la figura 2.13, se muestra el diagrama eléctrico del módulo 1769-IF4 de señales de prueba

analógicas que son alimentadas por el panel de señales analógicas

Figura 2. 13 Diagrama eléctrico de módulos de entradas analógicas [14].

Diagrama de conexión del módulo de señales de salida analógica del módulo 1769-

OF4VI

En la figura 2.14, se muestra el diagrama eléctrico del módulo 1769- OF4VI para señales de prueba

de salida analógicas, que son conectadas a voltmetros de 10 VCD.

70


Figura 2. 14 Diagrama eléctrico del módulo de salidas analógicas [14].

Diagrama eléctrico de conexión switch

En la figura 2.15, se muestra la forma de conexión del switch que permite realizar el enrutamiento

de la información a partir de las direcciones IP de dispositivo que envié información.

Figura 2. 15 Diagrama eléctrico de alimentación del switch.

71


2.3.2 Descripción de la unidad de control 2

En el subtema presente se describen los elementos de la unidad de control 2 que conforman el

tablero y los diagramas eléctricos de conexión de dicha unidad.

Descripción de los componentes del tablero

En la tabla 2.14. Se muestra la descripción de hardware que conforma el tablero de la unidad de

control 2.

Tabla 2. 14 Descripción de los componentes del Gabinete 2.


1 Platina base de la instalación de dispositivos SM SM

2 PAC PAC CompacLogix l43 controlador de pruebas AB NC

3 Canaleta Distribuidor de cables de alimentación 5x5cm WD BK6224

4 Interruptor T. Interruptor de sobrecargas de 5A SD-C16

5 RRD Relevador de 120v a 4A 700-HA33A1

6 Riel DIN Riel de montaje perforado de acero tropicalizado WD 011750 TS

15X5

7 Botón pulsador Botón pulsador de un tiro STECK SP-L24

Paro de emergencia botón de paro de emergencia STECK SP-L41

8 Led indicador Luz indicador de C.A. EUROSIN HD16-22/D

9 Switch selector Selector de canal DIXSEN 2B2-BE101

10 Clema PASO Clema de paso de tornillo serie W WM WDU 2.5 -

102000

11 Clema TIERRA Clema de tierra de tornillo serie W WM WDU 2.5-

101000

12 Tapa tapa final de clemas WM WDU 2.5-

105000

14 Separador separador entre clemas WM WDU 2.5-

105010

15 Puente puente para comunicar distintos números de

clemas

WM WDU 2.5-

105366

16 Topes finales tope de clemas WM 038286- EW

15

17 Clema porta fusible Clemas con limitador de corriente WM WSI 4/2-

1886530000

18 Cajas Cajas de PVC ABB IP55

19 Fuente conmutada Fuente de alimentación conmutada de 24VCD a

3A

EPSON M56PA-L

20 Indicador led Indicador pantalla de LCD STECK AD16-16

21 Voltmetro Indicador analógico VDC IMESA 108

22 Potenciómetros Reguladores de tensión SM SM

23 Led CD Luz indicadora de 24VCD STECK AD16-16

72


Descripción especifica de los componentes del PAC

Las características de la familia CompactLogix son: rendimiento, capacidad de escalado,

Multiprocesamiento, Redundancia, Conexión en puente de red, Integración de

Movimiento/Variador/Proceso/Seguridad, Comunicaciones Ethernet/IP, ControlNet, DeviceNet

múltiples y otras redes.

En la figura 2.16 se observa el PAC CompactLogix, el cual es el principal dispositivo de la unidad

de control 2 en esta figura se misionan los módulos con los que cuenta este dispositivo además de la

distribución con la cual cuenta.

Figura 2. 16 Esquema de distribución de la unidad de control CompactLogix.

A continuación se mencionan las características principales de los módulos del PAC:

Fuente conmutada

En la tabla 2.15 se presentan las especificaciones de la fuente de alimentación 1768-PA3

Tabla 2. 15 Especificaciones de fuente de alimentación 1768-PA3.

Atributos 1768-PA3

Voltaje de entrada nominal 120V/220V AC

Potencia de salida máxima 90 W

24VDC paraplaca base: 3.5

24 V CCal bloque de terminalesaccesible al

usuario: 0,25 A

Potencia de salida 30W

Corriente de entrada máxima 50A

Protección externa para sobre corriente 4-6A

Dimensiones (HxWxD), aprox. 131.25 x 132.75 x 105.50 mm

Ubicación del módulo Riel DIN

73


Módulo ControlNet

En la tabla 2.16, se muestran las especificaciones técnicas del módulo de comunicaciones

ControlNet que es uno de los elementos de comunicación que componen el PAC CompactLogix

Tabla 2. 16 Especificaciones módulo de comunicación ControlNet.

Atributos 1768-CNB

Velocidad de comunicación 5Mbps

Numero de nodos máximo 99

Corriente de consumo a

24VCD

0A

Dimensiones (HxWxD),

aprox.

132 x 56.7 x 105.1 mm


Puertos 1 ControlNet BNC

1 ControlNet RJ45

Cable ControlNet Cable coaxial blindado RG6

Módulo de comunicación Ethernet

En la tabla 2.17, se muestra las especificaciones del módulo de comunicación 1768-ENBT que

permite la interacción con las computadoras y los dispositivos que cuenten con este tipo de

protocolo de comunicación.

Tabla 2. 17 Módulo de comunicación Ethernet 1768-ENBT.

Atributos 1768-ENBT

Velocidad de comunicación 10/100 Mbps

Conexiones TCP / IPde

comunicación

32

Potencia de disipación 4.3 W

Dimensiones (HxWxD), aprox. 132 x 56.7 x 105.1 mm

Slots 1

Puerto 1 Ethernet RJ45 Categoría 5

Cable de Ethernet Compatible con 802.3blindado opar

trenzado sin blindaje

Módulo CompactLogix L43

En la tabla 2.18 se presentan las especificaciones del módulo del CPU

74


Tabla 2. 18 Tabla de módulo del controlador 1768-L43.

Atributos 1768-L43

Memoria de usuario disponible 2Mbps

Opciones de comunicación • Ethernet/IP (estándar y redundante)

• ControlNet (estándar y redundante)

• DeviceNet (estándar)

Puerto de comunicación serial 1 puerto RS-232

Lenguajes de programación •Escalera de relés

• Texto estructurado

• Función debloqueo

•Diagrama de funcionessecuenciales

Capacidad de expansión 2- 1768 módulos de comunicación y/o

movimiento

16 -1769 módulos de I/O

Corriente de consumo a 24VCD 1.3 A

Potencia de disipación 6.3 W

Potencia de consumo 31.3 W

Ubicación de módulo Riel DIN

Dimensiones (HxWxD) 131.6 x 67.4 x 121.8 mm

Módulo de salidas de señales digitales

En la tabla 2.19, se muestran las especificaciones del módulo de salidas analógicas

Tabla 2. 19 Módulo de salidas analógicas 1769-OF4VI.

Módulo de entradas analógicas

En la tabla 2.20, se muestran las especificaciones del módulo de entradas analógicas

Atributos 1769-OF4VI

Salidas 4 diferenciales, aislados

individualmente

Rango de salidas ±10V

0...10V

0...5V

1...5V

Resolución ±10V DC: 15.89 bits, 330 μV/bit

0...10V DC: 14.89 bits, 330 μV/bit

0...5V DC: 13.89 bits, 330 μV/bit

1...5V DC: 13.57 bits, 330 μV/bit

Corriente de consume a 24VCD 75 mA

Velocidad de comunicación 120 ms

Corriente de carga máxima 5 mA

Dimensiones (HxWxD), aprox. 118 x 35 x 87 mm


75


Tabla 2. 20 Módulo de entradas analógicas 1769-IF4.

Atributos 1769-IF4

Entradas 4 Diferencialeso unipolares

Rango de entradas ±10V

0...10V

0...5V

1...5V

0…20 mA

4...20 mA

Consumo de corriente 60 mA

Resolución 14 bits (unipolar)

14 bits mas signo (bipolar)



Módulo de entradas digitales

En la tabla 2.21, se muestran las especificaciones del módulo de entradas digitales

Tabla 2. 21 Módulo de entradas digitales de alta velocidad 1769-IQ16F.

Atributos 1769-IQ16F

Entradas 16 (8 puntos/grupo)

Rango de operación 20.4...26.4 VDC

Consumo de corriente 110 mA

Resolución 16 bits



Módulo de salidas digitales

En la tabla 2.22, se muestran las especificaciones técnicas del módulo de salidas digitales

Tabla 2. 22 Módulo de salidas digitales 1769-OV16.

Atributos 1769-OV16

Entradas 16 (16 puntos/grupo)

Rango de operación 20.4...26.4V DC

Consumo de corriente 200 mA a 1.0 mA por punto

Resolución 16 bits



76


Distribución general de tablero del PAC 2 CompactLogix

El tablero del PAC CompactLogix se muestra en la figura 2.17, en este tablero se encuentran las

distintas variables que pueden manipularse de forma física, así como, los distintos indicadores y

dispositivos de medición que ayudan a interactuar con el PAC, es decir, los elementos que se

requieren para la simulación de programas que se alojan en el PAC CompactLogix.

Figura 2. 17 Distribución del los elementos que conforman el tablero de control del PAC CompactLogix.

En la figura 2.18 se observa la distribución física de los elementos del tablero de la unidad de

control 2

77


Figura 2. 18 Distribución física del tablero del PAC CompactLogix.

En la tabla 2.23, se muestran los elementos principales con los cuales se opera al tablero del

PACCompactLogix mostrado en la figura 2.17.

Tabla 2. 23 Elementos generales que componen el tablero de PAC 2 CompactLogix.

Número Equipo

1 Estructura

2 Riel DIN

3 Platina

4 Canaleta o ducto ranurado

5 PAC

6 Interruptor termo magnético

78


7 Clemas de paso

8 Relevador conmutador

9 Panel de conmutación

10 Panel de botones pulsadores

11 Panel de focos indicadores

12 Panel de señales de salidas

analógicas

13 Panel de señales de entradas

analógicas

14 Fuente conmutada de 24

VCD

15 Clemas porta-fusibles

Distribución eléctrica de tablero del PACCompactLogix

En la distribución eléctrica del tablero se observa la manera de cómo se encuentran conectados cada

uno de los dispositivos del tablero del PACCompactLogix que se muestran a continuación.

Diagrama eléctrico de alimentación de fuentes en tablero del PAC

En la figura 2.19, los diagramas eléctricos siguientes hacen referencia a la alimentación de fuentes

conmutadas de corriente directa de 24 VCD.

Figura 2. 19 Diagrama eléctrico de conexión de fuentes de corriente directa de 24 VCD.

79


Diagrama eléctrico de conexión del relevador de control maestro

En la figura 2.20 se muestra la forma de conexión del relevador de control maestro para la

energización de paneles de entradas y salidas analógicas y digitales que ayudan a la interacción de

los módulos de entradas y salidas del PAC CompactLogix. Este relevador se hace funcionar con un

botón pulsador de un tiro el cual energiza la bobina y por medio de un arreglo de enclavamiento se

hace que se mantenga energizado y cambie de estado sus contactos.

Figura 2. 20 Diagrama eléctrico de relevador conmutador.

Diagrama eléctrico de conexión de señales de prueba digitales del módulo 1769-

IQ16F

En la figura 2.21, se puede observar el diagrama eléctrico de conexión de las señales de prueba del

panel de botoneras y que llega a los bornes del módulo 1769-IQ16F que es el módulo de entradas

digitales del PACCompactLogix.

80


Figura 2. 21 Diagrama eléctrico de conexión para módulo 1769-IQ16F [15].

Diagrama eléctrico para conexión de señales de prueba digitales del módulo 1769-

OV16

En la figura 2.22 se muestra el diagrama eléctrico del módulo 1769-OV16, que es un módulo de

señales de salidas digitales que permite energizar el panel de prueba de lámparas indicadoras.

Figura 2. 22 Diagrama eléctrico de conexión del módulo 1769-OV16 [15].

81


Diagrama eléctrico de conexión del módulo 1769-IF4 para señales de prueba

analógicas

En la figura 2.23 se muestra módulo 1769-IF4 de señales de prueba analógicas que son alimentadas

por el panel de señales analógicas.

Figura 2. 23 Diagrama eléctrico de conexión del módulo 1769-IF4 [15].

Diagrama de conexión de señales analógicas de salida del módulo 1769-OF4VI

En la figura 2.24, muestra el diagrama eléctrico de conexión del módulo 1769- OF4VI para señales

de prueba de salida analógicas

82


Figura 2. 24 Diagrama eléctrico de conexión del módulo 1769-OF4VI [15].

2.3.3 Descripción del tablero de entradas y salidas remotas (Flex I/O)

En las siguientes figuras se observa la distribución general así como los elementos que contiene la

unidad de E/S remotas. Más adelante se describen todos los elementos y sus descripciones de

funcionamiento, así como sus diagramas eléctricos de los elementos que contiene esta unidad.


Los dispositivos deltablero se muestran en la tabla 2.24:

Tabla 2. 24 Lista de los dispositivos empleados en el tablero Flex I/O.


1 Flex I/O Entradas y salidas remotas Allen-Bradley Consta de varios

componentes

2 Estación de I/O, 1 4 Entradas y 4 salidas

discretas

ABB IP55

3 Estación de I/O, 2 4 Entradas y 1 salida

analógicas

ABB IP55

4 Estación de salida 1 Salida analógica ABB IP55

5 Clemas de paso Sencillas montados en el riel WM WDU 2.5 -102000

6 Clemas de paso Dobles montados en el riel WM ------------------

7 Clemas porta fusible Dobles montados en el riel WM ------------------

83


para I/O discretas

8 Clemas porta fusible Sencilla con diodo

ledmontados en el riel para

I/O analógicas

WM WSI 4/2-

1886530000

9 Clemas tope Compactado de dispositivos

montados en el riel

WM 038286- EW 15

10 Riel DIN Soporte de los dispositivos Weidmüller 011750 TS 15X5

11 Canaleta Resguardo de los

conductores de conexión

BK6224

12 Interruptor termo

magnético

Interruptor general Steck SD 1P IEC60898

Descripción especifica de los componentes Flex I/O

Fuente de alimentación 1794-PS13

En la figura 2.25 se muestra la imagen de la fuente de alimentación de las E/S remotas Flex I/O.

Figura 2. 25 Imagen de la fuente del Flex I/O.

En la tabla 2.25 se muestran las especificaciones de la fuente de las E/S remotas.

Tabla 2. 25 Especificaciones técnicas de la fuente del Flex I/O.

Atributo 1794-PS13

Rango de voltaje de entrada 85-265 VCA

Corriente de entrada 0.7A Máximo

Corriente de irrupción 40 A

Voltaje de salida +24 VCD

Rango de voltaje de salida 20.4-27.6 VCD (incluye el

ruido y el 5% de

fluctuación de CA)

Corriente de salida 1.3A Máximo

Potencia de salida 31.2W

Temperatura de operación 0 a 55°C (32 a 131°F)

Módulo de comunicación ControlNet 1794-ACNR15

En la figura 2.26 se muestra la imagen del módulo de comunicación ControlNet de las E/S remotas

Flex I/O.

84


Figura 2. 26 Imagen del módulo de comunicación del Flex I/O.

En la tabla 2.26 se muestran las especificaciones del módulo de comunicación ControlNet de las

E/S remotas.

Tabla 2. 26 Especificaciones técnicas del módulo de comunicación del Flex I/O.

Atributo 1794-ACNR15

Capacidad de I/O 8 módulos

Tensión nominal de entrada 24V CD nominal

19.2V to 31.2 VCD

(incluye el 5% de

fluctuación de CA)

Consumo de corriente 450mA Máximo

Velocidad de comunicación 5 Mbps

Dimensiones 3.4H x 3.7W x 2.7D plg

87H x 94W x 69D mm


Módulo de I/O analógicas 1794-IE8XOE4

En la figura 2.27 se muestra la imagen del módulo de I/O analógicas de las E/S remotas Flex I/O.

Figura 2. 27 Imagen del módulo I/O analógicas del Flex I/O.

En la tabla 2.27 se muestran las especificaciones del módulo de I/O analógicas de las E/S remotas

Flex I/O.

85


Tabla 2. 27 Especificaciones técnicas del módulo I/O analógicas del Flex I/O.

Atributo 1794-IE8XOE4

Número de entradas 8 entradas no

aisladasindividualmente

Tiempo de conversión 8ms

Entrada de corriente a la terminal 4…20mA (configurable)

0…20mA (configurable)

Entrada de voltaje a la terminal +10V (configurable)

Número de salidas 4 salidas no


Salida de corriente a la terminal 0mA mientras se está

configurando el módulo



Salida de voltaje a la terminal 0V mientras se está

configurando el módulo

+10V (configurable)

Voltaje fuente externa 24VCD nominal

10…31.2 VCD (incluye el

5% de fluctuación de CA)

Corriente fuente externa 140mA a 24 VCD

280mA a 10 VCD

Dimensiones 94H x 94W x 53.3D mm

Temperatura de operación -20…60 °C (-4…140 °F)

Unidad base para terminales 1794-TB3G

Módulo de I/O discretas 1794-IB16XOB16P

En la figura 2.28 se muestra la imagen del módulo de I/O discretas de las E/S remotas Flex I/O.

Figura 2. 28 Imagen del módulo I/O discretas del Flex I/O.

En la tabla 2.28 se muestran las especificaciones del módulo de I/O analógicas de las E/S remotas

Flex I/O.

86


Tabla 2. 28 Especificaciones técnicas del módulo I/O discretas del Flex I/O.

Atributo 1794- IB16XOB16P

Número de entradas 16 entradas no


Voltaje en estado encendido 10 VCD mínimo

24 VCD nominal

31.2V CD máximo

Corriente en estado encendido 2.0mA mínimo

8.8mA nominal a 24VDC

12.1mA máximo

Número de salidas 16 salidas no


Voltaje en estado encendido 10VCD mínimo

24VCD nominal

31.2VCD máximo

Salida de corriente 0.5A por salida

8A máximo por módulo

Corriente en estado encendido 1.0mA mínimo por canal

0.5A máximo por canal

8A máximo por módulo

Potencia de salida 7W máximo

Voltaje fuente externa 24VCD nominal

10…31.2 VCD (incluye el

5% de fluctuación de CA)

Corriente fuente externa 78mA a 10V CD; 137mA

a 24V CD;

168mA a 31.2VCD

Dimensiones 3.7H x 3.7W x 2.7D plg

94H x 94W x 69D mm

Temperatura de operación 0 a 55°C (32 to 131°F)

Unidad base para terminales 1794-TB32

Base para terminales 1794-TB3G (I/O analógicas) y 1794-TB32 (I/O discretas)

En la figura 2.29 se muestra la imagen de la base para módulos I/O de las E/S remotas Flex I/O.

Figura 2. 29 Imagen de la base para módulos I/O del Flex I/O.

En la tabla 2.29 se muestra las especificaciones de la base para módulos I/O de las E/S remotas

Flex I/O.

87


Tabla 2. 29 Especificaciones de las bases para módulos I/O del Flex I/O.

Atributo 1794-TB3G y 1794-TB32

Esfuerzo de torsión 0.56...0.79 Nm

Voltaje en estado encendido 10 VCD mínimo

24 VCD nominal

31.2 VCD máximo

Voltaje máximo de alimentación FLEXBUS: 5 VDC,

640mA

V/COM: 31.2 VDC/AC,

10A

Dimensiones 94H x 94W x 69D mm

3.7H x 3.7W x 2.7D plg.

(con el módulo instalado

en la base de terminal)


Distribución general del tablero Flex I/O

Las entradas y salidas remotas del Flex I/O fueron instaladas en un tablero en conjunto con los

dispositivos necesarios para operarlo y los indicadores de funcionalidad, que en este caso, por ser

una implementación de laboratorio, se utilizaron diodos Led y botones en el caso de las I/O

discretas y resistencias variables y vóltmetros en el caso de las I/O analógicas con el único fin de

verificar si el funcionamiento es el indicado.

En las figura 2.30 se observa la distribución de los dispositivos que conforman el tablero de las Flex

I/O.

88


Figura 2. 30 Esquema de la distribución general del tablero Flex I/O.

Mientras que en la figura 2.31 se muestra la distribución real de los dispositivos que conforman el

tablero de las Flex I/O.

Figura 2. 31 Imagen de la distribución real del tablero Flex I/O.

89


En la tabla 2.30 se numeran los dispositivos que componen dicho tablero del Flex I/O (figura 2.30)

Tabla 2. 30 Lista de dispositivos de la distribución general Flex I/O.

Número Dispositivo

1 Fuente Flex I/O

2 Módulo de comunicación Flex I/O

3 Módulo de I/O analógicas Flex I/O

4 Módulo de I/O discretas Flex I/O

5 Estación de I/O discretas

6 Ver ampliación (figura 2.31)

7 Canaleta

8 Estación de I/O analógicas

9 Clemas porta fusible con diodo led

10 Salida analógica

En las figura 2.32 se observa a detallela distribución y montaje de las clemas del tablero de las Flex

I/O.

Figura 2. 32 Ampliación de la sección de clemas del tablero Flex I/O.

En la tabla 2.31 se enumeran los componentes observados en la figura 2.32.

Tabla 2. 31 Lista de dispositivos de la ampliación del tablero Flex I/O.

Número Dispositivo

1 Riel DIN

2 Clema de tope

3 Clemas de paso sencillas


5 Clemas de paso dobles

6 Clemas porta fusible dobles

90


Diagramas de conexión eléctrica

Las conexiones eléctricas realizadas en el tablero del Flex I/O fueron, como en el caso de las

conexiones de los PAC’S, implementadas con la finalidad de una aplicación de laboratorio, por lo

cual se utilizaron dispositivos como diodos Led y vóltmetros para indicar de forma visual cuando

una salida es activada por una lógica precedente.

En las figura 2.33 se observa el diagrama de conexión de la fuente de alimentación Flex I/O, la cual

consta únicamente de un interruptor termomagnético general para protección de todo el circuito,

además apreciamos que la fuente es alimentada a 120V de corriente alterna y suministra a las I/O

remotas y a los demás dispositivos del tablero correspondiente 24V de corriente directa.

Figura 2. 33 Conexión de la fuente de alimentación Flex I/O.

En la figura 2.34 se muestra la conexión de la base para terminales que es realmente en donde se

realiza la conexión y no directamente en el módulo de I/O analógicas como podría pensarse;

podemos observar que nuestras entradas son resistencias variables que entran a la terminal de

voltaje solamente y van a un Vóltmetro para medir la entrada, cada entrada tiene una conexión de

salida que va al común de la alimentación para poder cerrar el circuito con sus respectivas

protecciones (se utilizaron solo 2 entradas con fines prácticos). Las salidas analógicas son

alimentadas y protegidas con fusibles individuales en la terminal de voltaje nuevamente, las

terminales de salida de las salidas están conectadas a un Vóltmetro que cuentan con un selector de

dos señales.

91


Figura 2. 34 Conexión de las I/O analógicas Flex I/O. [16].

De igual manera que en la figura 2.35 se muestra la conexión en la base para terminales

correspondiente; aquí se observa que por motivos prácticos solo se utilizaron cuatro entradas y

cuatro salidas digitales, empleando botones pulsadores en la entrada y lámparas indicadoras a la

salida. Las terminales C conectadas a +24VCD corresponden a la alimentación interna de las salidas

para lograr el encendido de los indicadores y el manual nos indica que hay que conectar unas

terminales C al común que nos servirá a su vez como la tierra de la base para terminales.

92


Figura 2. 35 Conexión de las I/O digitales Flex I/O. [16].

2.3.4 Descripción del tablero de entradas y salidas remotas (Point I/O)

En las siguientes figuras se observa la distribución general así como los elementos que contiene la

unidad remota de E/S. Más adelante se describen todos los elementos y sus descripciones de

funcionamiento, así como los diagramas eléctricos de los elementos que contiene esta unidad.


Los dispositivos del tablero se muestran en la tabla 2.32.

Tabla 2. 32 Lista de los dispositivos empleados en el tablero Flex I/O.


1 POINT I/O Entradas y salidas remotas Allen-Bradley Consta de varios

componentes

2 Estación de I/O, 1 4 Entradas y 2 salidas

discretas

ABB IP55

3 Estación de salida 1 Salida analógica ABB IP55

4 Clemas de paso Sencillas montados en el riel WM WDU 2.5 -102000

5 Clemas de paso Dobles montados en el riel WM ------------------

6 Clemas porta fusible Dobles montados en el riel

para I/O discretas

WM ------------------

7 Clemas porta fusible Sencilla con diodo led

montados en el riel para I/O

analógicas

WM WSI 4/2- 1886530000

93


8 Clemas tope Compactado de dispositivos

montados en el riel

WM 038286- EW 15

9 Riel DIN Soporte de los dispositivos Weidmüller 011750 TS 15X5

10 Canaleta Resguardo de los

conductores de conexión

BK6224

11 Interruptor termo

magnético

Interruptor general Steck SD 1P IEC60898

Descripción especifica de los componentes POINT I/O

POINT I/Oes una familia demódulosde E /S analógicas y digitalesque son ideales paraaplicaciones

que requieren flexibilidad, son fundamentales parael éxito del diseñodel sistemade controly

operación.Sus diagnósticosintegralesy funcionesconfigurablespermiten que el productofácil

deaplicar a cualquiersistema de automatizacióny reducir los costos de ingenieríamediante la

estandarización.

En la figura 2.36, se observa los módulos que componen la POINT I/O

Figura 2. 36 Esquema de distribución del POINT I/O.

Fuente de alimentación 1794-PS13

En la tabla 2.33 se muestran las especificaciones de la fuente de E/S remotas.

Tabla 2. 33 Especificaciones técnicas de la fuente del POINT I/O 1794-PS13.

Atributo 1794-PS13

Rango de voltaje de entrada 85-265 VCA

Corriente de entrada 0.7 A Máximo


Voltaje de salida +24 VCD

94


Rango de voltaje de salida 20.4-27.6 VCD (incluye el

ruido y el 5% de

fluctuación de CA)

Corriente de salida 1.3 A Máximo

Potencia de salida 31.2 W


Módulo de comunicación ControlNet 1734-ACNR

En la tabla 2.34 se muestran las especificaciones del módulo de comunicación ControlNet de las

E/S remotas.

Tabla 2. 34 Especificaciones técnicas del módulo de comunicación del POINT I/O 1734-ACNR.

Atributo 1734-ACNR

Rango de voltaje de entrada 10-28.8 VDC

Corriente de entrada 425 mAMaximo


Voltaje de entrada +28.8 VCD maximo

Requisitos dealimentación

eléctrica del ladode campo

24 VCD (+20% = 28.8 VCD

maxima) @ 425 mAmaxima

Potencia de consumo 10.2 W maxima @ 28.8 VCD


Módulo de entradas digitales 1734-IB4

En la tabla 2.35 se muestran las especificaciones del módulo entradas digitales

Tabla 2. 35 Especificaciones técnicas del módulo entradas del POINT I/O 1734-IB4.

Atributo 1734-IB4

Especificación de entradas 4 entradas

Tiempo de conversión 0.5 ms hardware 0…63 ms

(configurable)

Entrada de corriente a la terminal 4 mA

Entrada de voltaje a la terminal 24 VCD

Especificaciones generales

del modulo

24 VCD nominal

10…28.8 VCD rango

Potencia de disipación 1 W

Dimensiones 56H x 12W x 75.5D mm


Módulo de salidas digitales 1734-OB2EP

En la tabla 2.36 se muestran las especificaciones del módulo de salidas digitales.

95


Tabla 2. 36 Especificaciones técnicas del módulo salidas digitales del POINT I/O 1734-OB2EP.

Atributo 1734-OB2EP

Especificación de entradas 2 (1 por grupo)no aislada

Corriente de salida por punto 1 A a 2 A máximo por punto

Voltaje de salida por punto 24 VCD nominal

Especificaciones generales

del módulo

24 VCD nominal

10…28.8 VCD rango

Potencia de disipación 3.4 W máximo @ 28.8 VCD

Dimensiones 56 H x 12 W x 75.5 D mm

Corriente de alimentación de modulo 8 mA

Distribución general de la unidad remota de E/S POINT I/O

Las entradas y salidas remotas del POINT I/O fueron instaladas en un tablero en conjunto con los

dispositivos necesarios para operarlo y los indicadores de funcionalidad, que en este caso, por ser

una implementación de laboratorio, se utilizaron diodos Led y botones en el caso de las I/O

discretas, con el único fin de verificar si el funcionamiento es el indicado.

En las siguientes figuras 2.37 y 2.38 se observa la distribución de los dispositivos que conforman el

tablero de las POINT I/O, además las tablas 2.37 y 2.38 indican los elementos con los cuales se

conforma dicho tablero.

Figura 2. 37 Imagen de la distribución general del tablero POINT I/O.

En la tabla 2.37 se numeran los dispositivos que integran el tablero de las E/S remotas Point I/O

(figura 2.37).

96


Tabla 2. 37 Lista de dispositivos de la distribución general.

Número Dispositivo

1 Fuente POINT I/O

2 Módulo de comunicación POINT I/O

3 Módulo de entradas digitales POINT I/O

4 Módulo de salidas digitales POINT I/O

5 Estación de I/O discretas

6 Ver ampliación (figura 2.36.)

7 Canaleta

En la figura 2.38 se muestra una ampliación del tablero de las E/S remotas Point I/O.

Figura 2. 38 Ampliación del tablero POINT I/O.

En la tabla 2.38 se observan los dispositivos que se encuentran numerados en la figura 2.37.

Tabla 2. 38 Lista de dispositivos de la ampliación del tablero POINT I/O.

Número Dispositivo

1 Riel DIN

2 Clema de tope

3 Clemas de paso sencillas


5 Clemas porta fusible dobles

Por último cabe destacar que todas las conexiones eléctricas fueron avaladas por los realizadores del

presente proyecto para determinar si todos los elementos estaban en las condiciones adecuadas para

ponerlas en operación.

97


CAPÍTULO 3. CONFIGURACIÓN DE

LA CAPA FÍSICA

En este capítulo se habla de la configuración física de las redes de comunicación implementadas en

el laboratorio B-08, en donde se especifican las conexiones realizadas y el equipo empleadopara

poder llevar a cabo la comunicación de los dispositivos en las redes:Ethernet/IP y ControlNet, así

como la topología empleada en cada una, y los métodos de asignación de nodos para la red

ControlNet, mismas que se realizaron por medio del hardware.

98


3.1 Descripción de las redes implementadas.

Basados en la teoría y ejemplos del capítulo uno que se analizaron, se propone para la red Ethernet

I/P (nivel información), utilizar como medio físico cable de par trenzado categoría 5 Unshielded

Twisted Pair (par trenzado sin blindaje, UTP), ya que las características que ofrece este medio son

suficientes para los fines de este proyecto, dentro de las características que ofrece este medio físico

se pueden destacar: una longitud máxima de 100m, considerado el transporte más rápido dentro de

la tecnología de cobre y económicamente es costeable, aunque la desventaja que tiene es que es

más propenso a ser afectado por ruido e interferencias en comparación con otros cables, pero en

este proyecto esta desventaja no es factor a considerar.

Para continuar, en la red ControlNet (nivel de control) se propone utilizar como medio físico cable

tipo coaxial RG-6 de una impedancia de 75Ω ya que es la que recomienda el fabricante Allen-

Bradley a utilizar con sus equipos en este caso: PAC, Flex I/O y Point I/O, de la misma forma para

complementar esta red se utilizaran, Taps que sirven para conectar los dispositivos a la red y

resistencias de terminación de 75Ω. Las características que ofrecen este medio y sus complementos

son una longitud máxima de 1km (dependiendo del número de Taps), considerado para frecuencias

altas y transmisiones de banda ancha.

La red ControlNet ofrece tres ventajas principales para cualquier sistema; la primera ventaja es de

seguridad físicamente, ya que esta red no funciona con voltaje y corriente solo transporta

información y por lo tanto es una red a prueba de explosión, la segunda ventaja es que ofrece una

velocidad aceptable tomando en cuenta que esta red es a nivel control, otra ventaja importante es

que da la posibilidad de identificar si en algún punto existe un error en la comunicación de esta,

también se considera esta red por su método de comunicación que es productor/consumidor y que la

red es determinística esto quiere decir que se puede asignar tiempos distintos para el escaneo de

cada dispositivo conectado en la red.

La segunda red que se propone es ControlNet de la arquitectura NetLinx, la cual se ocupará de la

red de controlla cual se ocupa de los controladores y los I/O remotas. En esta red se comunicará:

PAC ControlLogix (Unidad de control 1)

PAC CompactLogix (Unidad de control 2)

Flex I/O y Point I/O (Entradas y Salidas Remotas)

Los dispositivos Flex I/O y Point I/O sirven para la simulación de entradas y salidas remotas, estos

dispositivos funcionarán como esclavos, es decir, serán controlados por el PAC ControlLogix y

CompactLogix respectivamente, las cuales mandan la información a estos.

En la tabla 3.1, se presenta una equivalencia de los modelos CIM y CIP con la propuesta de

comunicación en el sistema actual.

99


Tabla 3. 1 Equivalencia de propuesta con los modelos CIM y CIP.

MODELO CIM

PROTOCOLO CIP/

ARQUITECTURA

NETLINX

PROPUESTA DE

IMPLENETACION

EN SISTEMA

ACTUAL

EMPRESA REDES DE

INFORMACION ETHERNET/IP ETHERNET/IP

FÁBRICA

ÁREA

CÉLULA

ESTACIÓN/MÁQUINA

REDES DE

CAMPO

CONTROLNET

CONTROLNET

PROCESO DEVICENET

3.1.1 Red Ethernet/IP (Hardware)

Para el nivel de información de la arquitectura NetLinx se propuso la Protocolo Ethernet/IP ya que

las características que esta ofrece cumplen con lo exigido por una red de información industrial. Las

características principales que cumpledicha red son:

Transporte de grandes paquetes de datos.

Amplio ancho de banda.

Permitir el envío rápido de una gran cantidad de datos.

Permiten a los diversos sistemas y archivos el acceso a los datos de la planta, relativos a los

costos, calidad, fabricación y desarrollo (ofimática).

En la siguiente parte se describe de forma general las características físicas que componen la red

Ethernet IP para las redes de información.

Topología

La topología propuesta para esta red fue la tipo estrella porque cubre aspectos que son necesarios

para una red de información a nivel industrial, las características relevantes son:

Tiene un nodo central desde el que se irradian todos los enlaces hacia los demás nodos.

Toda la información circula por la red.

Todos los nodos se comunican entre sí.

En la Figura 3.1, se muestra un diagrama de la transmisión de información a través de la topología

estrella en el sistema planteado en el que se muestran las direcciones IP de los elementos de la red

para una mejor identificación, cuya configuración se verá a detalle en el capítulo 4.

100


Figura 3. 1 Diagrama de la topología estrella.

Longitud máxima

La distancia máxima por estándar es de 100 metros.Esta distancia surge porque Ethernet/IP usa una

señalización llamada "código Manchester", y usa un algoritmo de detección de portadora

(CSMA/CD).

El código Manchester ofrecer cierto grado de compactación de los datos a nivel eléctrico, tiene

cierto tiempo para "propagarse". El paquete "más chico" de Ethernet/IP, cuando se termina de poner

el último dato en el cable, el primer dato va a 100 metros.

Velocidad.

La capacidad para el tratamiento de datos, la velocidad de Ethernet/IP es de 10 a 100 Mbps, facilita

aún más la transmisión de información porque tiene la posibilidad de negociar la velocidad de

enviar esta.

Medio.

Conector de medios físicos de fibra óptica ó RJ-45, para la realización de este proyecto se

emplearon las terminales RJ-45 que son compatibles con tipo de cableado de par trenzado.

Conexión de dispositivos en red Ethernet/IP

Para implementar el protocolo Ethernet/IP en la red de información se conectaron por los medios

físicos ya mencionados para esta red los dispositivos que componen y se enlistan a continuación:

101


Unidad de Control 1 (ControlLogix)

Unidad de Control 2 (CompactLogix)

Estación de monitoreo (PanelView Plus 1000)

Estación de operación (Computadora)

Estación de control (Computadora)

La red de información queda conectada por medio de Ethernet/IP con la implementación de la

topología estrella. En la figura 3.2 se muestra el diagrama de conexión final de la red.

Figura 3. 2 Diagrama de conexión final de la red Ethernet/IP.

3.1.2 Red ControlNet (Hardware).

En el presente punto se hablará de las características físicas de la red ControlNet, la cual se

implementa para la red de campo y en este caso específico de la propuesta, también se aplica en el

nivel de dispositivos de campo, de acuerdo con el modelo CIM.

Topología.

La topología básica definida por la especificación ControlNet consiste de una línea troncal de cable

coaxial RG-6 de 75Ω. Ambos extremos de esta línea troncal son terminados con una resistencia de

75Ω. En la figura 3.3 se muestra una representación esquemática de esta topología.

102


Figura 3. 3 Representación de la topología básica de ControlNet.

El segmento es la unidad básica de red ControlNet. Pueden unirse varios segmentos para formar un

enlace, que es la red completa. Todos los dispositivos ControlNet son conectados a la línea troncal a

través de TAPS especiales que reducen la desigualdad de impedancia, y una resistencia en ambos

extremos de la línea troncal para hacer finita la red y no provocar errores durante la programación,

dichas resistencias deben de anular la impedancia del cable coaxial que es de 75Ω, por lo que deben

tener el mismo valor. Cada dispositivo es un nodo y pueden ser admitidos hasta 99.

Interdependencia de la longitud de la red y el número de TAPS.

La especificación ControlNet no especifica una distancia mínima entre TAPS. Sin embargo, cada

TAP introduce en la red una atenuación de señal que se traduce en una disminución en la longitud

de la red. Por este motivo, cada TAP disminuye la longitud máxima de la red en 16.3 m.

ControlNet especifica un segmento máximo de red que está definido por:

Segmento máximo de red permitido = 1,000 m – 16.3 m × (Nº de TAPS – 2 m)

Esto significa que si un segmento de red posee 2 TAPS, la longitud máxima permitida de este

segmento es de 1,000 m (o 1 km).

El número máximo de TAPS permitido por segmento es de 48. Por lo tanto, la longitud máxima de

un segmento de red con éste número de TAPS es de 250m.

Características de la señal de ControlNet.

A continuación se entregan las características de la señal ControlNet:

- Tasa de transmisión de bits: 5Mbits.

Bit-tiempo=200nseg.

Byte-tiempo=1.6µseg.

- Codificación de bit: Manchester.

- Niveles de voltaje: 9.5V (p-p) en el transmisor, y que pueda ser atenuada hasta 510mV (p-

p) en el extremo receptor.

103


Medio físico.

a) Cable.

Se define la utilización de cable coaxial RG-6 para la línea troncal. Este cable debe tener una

impedancia de 75 OHM como lo estipula el fabricante Allen-Bradley. En la figura 3.4 se muestra la

construcción física de este cable.

Figura 3. 4 Construcción física del cable coaxial RG-6 ControlNet.

También es definido un medio de fibra óptica para aplicaciones especiales.

b) Conectores

Los conectores especificados por ControlNet son el tipo BNC y el RJ-45. Recientemente se ha

incorporado el conector TNC para aplicaciones en entornos industriales áridos (con vibraciones y

agua entre otros). En la figura 3.5 se muestra un panel de conexión estándar ControlNet.

Figura 3. 5 Panel de conexión estándar de ControlNet.

En el panel de control estándar ControlNet pueden observarse los conectores definidos por

ControlNet. Se observa un puerto para conector BNC, así como un puerto para conector RJ-45.

También se muestran led´s indicadores (éstos no son definidos en la especificación ControlNet,

pero son incluidos normalmente en los diseños electromecánicos de los dispositivos).

Para este caso específico se utilizaron conectores BNC, los cuales son descritos a continuación.

El conector BNC es el conector definido por la especificación ControlNet para conectar los

dispositivos a la red troncal. La construcción física de un conector BNC se muestra en la figura 3.6.

104


Figura 3. 6 Conector BNC para cable coaxial RG-6.

En la figura 3.7 se muestra la unión de un conector BNC a un cable coaxial RG-6 ControlNet.

Figura 3. 7 Unión de un cable coaxial ControlNet: (a) montaje del conector al cable (b) montaje terminado

c) TAPS

Los TAPS ControlNet son componentes eléctricamente pasivos. Los TAPS pueden ser con conector

BNC o TNC, según la aplicación. Éstos se componen de dos partes:

Un adaptador de impedancia de 75 OHM, y

Una longitud específica de 1 m.

Se definen 2 tipos de TAP: T-TAP e Y-TAP, cada cual con 2 variantes: derecho y en ángulo recto.

En la figura 3.8 se muestra la construcción física del T-TAPS para conector BNC junto a sus dos

variantes, el cual se emplea en este proyecto para la conexión de la red ControlNet.

Figura 3. 8 Construcción del T-TAP BNC: (a) variante derecha (b) variante en ángulo recto.

105


d) Resistencia de término.

Se define una resistencia de término de 75 OHMS, la cual debe ser instalada en los extremos de la

red. La construcción física de esta resistencia se muestra en la figura 3.9.

Figura 3. 9 Construcción física de la resistencia de término de ControlNet.

Puede observarse que se compone de dos partes: un conector BNC y la implementación de la

resistencia de 75Ω.

En la figura 3.10 se muestra la conexión de una resistencia de término.

Figura 3. 10 Resistencia de término instalada.

Asignación de nodos

Para la asignación de nodo es necesario dar un orden para que sea fácil la identificación de lo que

está conectado en cada uno de estos.

Para la asignación de los nodos se empieza con el controlador principal al cual identifica con el

numero 1, el controlador 2 se identificará con el numero 2 (en este casos es 99 para probar que la

red ControlNet puede usar hasta 99 nodos) y por último el Flex I/O el cual será numerado con un

numero ente el 3 y 98

Para poder asignar el número se puede lograr por dos métodos los cuales son: una perilla

(físicamente), y por medio de software.

106


Por Hardware

Este método es el más sencillo por su facilidad que tiene el controlador porque la tarjeta de

ControlNet puede ser fácil de retirar del controlador y en la parte superior tiene ciertas perillas que

se pueden modificar para asignar un numero característico.

Por Software

Este método se aplica cuando no se puede mover físicamente el número de nodo y se realiza por el

software, este método también puede ser utilizado cuando se tiene una red en redundancia y en este

caso la red ControlNet mediante el software RSNetworks se asigna de forma automática con la

condición de que los controladores que estén en esta red se dupliquen y por el software se cambien.

Conexión de dispositivos en red ControlNet.

En este punto se documenta las conexiones del Hardware que se realizaron para el protocolo de

ControlNet que se implementa en la red de campo y se enlistan los dispositivos que integran esta

red.

Controlador 1 (ControlLogix)

Controlador 2 (CompactLogix)

Entradas y salidas remotas(Flex I/O y Point I/O)

En la figura 3.11 se observa los dispositivos que están conectados a la red de ControlNet, se observa

además el número de nodo que se le configuró a cada elemento de la red, mismo que se realizó de

forma física, es decir, por hardware.

107


Figura 3. 11 Diagrama de conexión final de red ControlNet.

Aunque se realizó la red para ambas E/S remotas (FLEX I/O y POINT I/O) se recurrió a hacerlo de

forma alternada ya que en la actualidad el laboratorio B-08 solo cuenta con 3 TAP’S para la red

ControlNet, se plantea que para futuras generaciones de estudiantes de la carrera de ICA de la

institución, la formación de la red completa sea una realidad; por lo que se estructuró el esquema de

la red ControlNet como se observa en la figura 3.11.

3.1.3 Arreglo final conjuntando las dos redes: información y control.

Posterior a realizar las conexiones de las dos redes se procedió a poner estas en funcionamiento

conjunto para poder empezar la parte de programación de todos los equipos involucrados en el

sistema y así comprobar el funcionamiento de las dos redes y configurarlas por medio del software

de la paquetería Rockwell-Software que se tratara en el capítulo 4

En la figura 3.12 se muestra la unión de ambas redes por medio de los controladores (PACS) los

cuales sirven de unión entre las dos redes de comunicación.

108


Figura 3. 12 Diagrama de unión de las dos redes de comunicación.

En la tabla 3.2 se menciona las características físicas y técnicas de ambas redes tanto red

Ethernet/IP como ControlNet de forma resumida.

Tabla 3. 2 Características físicas y técnicas de las dos redes.

Red Ethernet/IP ControlNet

Topología Estrella Bus

Línea Troncal

Longitud

máxima 100m

248m a 1km (dependiendo del número

TAPS). 20km con repetidores

Velocidad 10/100Mbps 5Mbps

Medio Par trenzado

Fibra óptica

Cable coaxial

Fibra óptica

Nodos

máximos ---- 99

109


CAPÍTULO 4. SOFTWARE PARA

PROGRAMACIÓN DEL SISTEMA DE

COMUNICACIONES

En el presente capítulo se describen las característicasy el manejo del software de Allen-Bradley

para la elaboración del sistema de comunicaciones, que se conformapor la programación y

configuración de los equipos: PAC´S (ControlLogix L61y CompactLogix L43), E/S Remotas (Point

I/O y Flex I/O) y WorkStation (Estaciones de trabajo PC) y las redes de nivel de información

(Ethernet/IP ) y nivel de control (ControlNet); de la misma forma se plantea la programación y la

elaboración de pantallas del PANELVIEW PLUS 1000 en el cual se monitorean las señales

digitales y analógicas.

110


4.1 Descripción delsoftware

Como se ha mencionado en capítulos anteriores, los controladores (PAC´S) y el HMI son de la

marca Allen-Bradley y por tanto el software que se emplea para la programación es la paquetería

Rockwell-Software, de la cual se ocupan los siguientes programas para este proyecto:

BOOTP/DHCP Server: Es el software por medio del cual se asigna una dirección IP a los

controladores que no cuenten con dicha dirección para que forme parte de la red.

RSLinx Classic Professional: Es la aplicación de la paquetería Rockwell-Software que

sirve como ―OLE forProcess Control‖ (OPC), es decir, como medio de comunicación entre

los PAC`S y las estaciones de trabajo, para configurar las dos redes Ethernet/IP Y

ControlNet.

RSLogix 5000: Aplicado a los PAC’S de Allen-Bradley para elaborar la programación,

configuración del PAC, así como la carga y descarga de los programas al controlador para

llevarlo a la planta.

RSNetworksforControlNet: Este software es útil únicamente para realizar la

configuración de la red ControlNet, donde se ajustan los parámetros y propiedades para la

red ControlNet , por ejemplo, los tiempos determinados para enviar la información de cada

nodo, la visualización de los nodos de la red, etc.

Factory Talk View Studio: Este software es una aplicación exclusiva para las Interfaces

Hombre/Máquina del fabricante Allen-Bradley, es útil para crear las plantillas, configurar,

cargar y descargar las plantillas en la HMI.

111


4.2 Configuración de las redes de comunicación

En el siguiente subtema se trata la configuración de cada uno de los dispositivos inmersos en las dos

redes de comunicación,propuestas para el desarrollo del sistema de comunicaciones de este

proyecto: la de información (Ethernet I/P) y la de control (ControlNet);así como la configuración de

ambas redes para integrar cada uno de los dispositivos correspondientes. En la figura 4.1 se muestra

el diagrama de flujo para la elaboración del sistema de comunicaciones.

Figura 4. 1 Diagrama de flujo para la configuración del sistema de comunicaciones.

112


4.2.1 Configuración de la red Ethernet/IP

Para realizar el sistema de comunicaciones que permiten comunicar a todos los dispositivos de la

arquitectura distribuida, se requiere la configuración de la red Ethernet/IP lo primero que se

configuró fue la estación de control y la de operación. Para poder comunicar estas estaciones se

asignó la máscara de subred tipo ―C‖ la cual es 255.255.255.0 cómo se menciona en el capítulo 3.

Para esto se abre panel de control, en conexiones de red, conexión de área local, en donde se da clic

en propiedades y posteriormente se elige la red que se va a configurar que en este caso es Ethernet

(TCP/IP) como se muestra en la figura 4.2.

Figura 4. 2 Asignación de direcciones a las estaciones de trabajo.

Las direcciones IP asignadas a las estaciones de trabajo se muestran en la tabla 4.1.

Tabla 4. 1 Direcciones IP de las estaciones de trabajo.

Número de estación de

trabajo

Función Máscara de red Dirección IP

1 Operación 255.255.255.0 192.168.30.1

2 Control 255.255.255.0 192.168.30.5

La asignación de dichas direcciones se hace en las propiedades de protocolo internet TCP/IP en la

figura 4.3, de cada computadora.

113


Figura 4. 3 Asignación de direcciones a las estaciones de trabajo.

Posterior a la asignación de direcciones IP a las estaciones de trabajo, se ponen en comunicación

los controladores y estas mismas mediante el programa RSLinxClassic para poder configurar los

controladores poniendo en modo ―Run‖ el driver de comunicación Ethernet/IP como se ve en la

figura 4.4, mediante este programa también es posible visualizar todos los dispositivos que se

encuentren conectados en la red de Ethernet/IP en la opción RSWho .

Figura 4. 4 Ejecución del Driver para la comunicación Ethernet/IP en RSLinx.

Una vez que se asignaron las direcciones IP a las estaciones de trabajo, es necesario asignar ahora

una dirección para cada unidad de control, para lo cual se emplea el software BOOTP/DHCP

Server; esto en caso de que dichos controladores no cuente con ninguna dirección IP como se ve

en la figura 4.5 ya que se borran las direcciones al estar habilitada la opción de EnableBootp que se

encuentra en las propiedades de la tarjeta que se mencionan más adelante. De lo contrario en el caso

114


de que ya tenga asignada una IP el cambio de ésta será en el programa RSLogix 5000 cuando se

ajusten los parámetros del slot de comunicación Ethernet/IP.

Figura 4. 5 Asignación de la dirección IP a la unidad de control 1.

Por último se le asigna la IP a la terminal del operador la cual es un PanelView Plus 1000; para dar

la dirección IP y máscara de red a dicha terminal, es directamente en la configuración de

comunicaciones del PanelView Plus 1000. En la figura 4.6, se muestra la IP y máscara de subred

que se asigna al Panel.

Figura 4. 6 Asignación de dirección IP a terminal de operador.

En la tabla 4.2 se muestran las direcciones IP asignadas a todos los dispositivos de la red

Ethernet/IP

115


Tabla 4. 2 Direcciones IP asignadas en toda la red Ethernet.

Dispositivo Dirección IP

Estación de trabajo 1 (operación) 192.168.30.1

Estación de trabajo 2 (control) 192.168.30.5

Estación de control 1 (ControlLogix) 192.168.30.2

Estación de control 2 (CompactLogix) 192.168.30.4

Estación de monitoreo (HMI) 192.168.30.3

4.2.2 Configuración de la red ControlNet

La red ControlNet es utilizada para el nivel de control, en este nivel se comunican las unidades de

control con las unidades remotas de E/S de la familia Flex I/O y Point I/O, asignándole a cada

unidad de control una unidad remota. Debido a la falta del cuarto nodo para poder instalar los 4

elementos a la vez en la red ControlNet, se recurrió a realizar la comunicación y programación

primero con un tipo de E/S remotas y posteriormente con el otro tipo de E/S remotas, siendo las

Flex I/O las E/S remotas elegidas para formar parte de la red ControlNet de manera permanente

debido a su propiedad distintiva que es el manejo de E/S tanto discretas como analógicas, mientras

que las Point I/O solo manejan E/S discretas. Por su parte en este capítulo se formó la red con

ambos tipos de E/S remotas de la forma anteriormente mencionada.

Para formar esta red se utilizó el software RSNetworksforControlNet, siendo previamente necesario

la formación de la red Ethernet/IP en donde se muestra primeramente la red formada entre las

estaciones de control y las E/S remotas Flex I/O

Para esto se crea un nuevo archivo en el icono , en RSNetworksforControlNet, como se muestra

en la figura 4.7.

Figura 4. 7 Creación de un nuevo archivo para la red ControlNet.

Posteriormente se tiene que poner en línea oprimiendo el icono el cual desplegará la pantalla

que se observa en la figura 4.8.

116


Figura 4. 8 Puesta en línea de la red ControlNet.

Una vez puesta en línea la red ControlNet se podrá visualizar todos los dispositivos conectados a

ella de forma ―desprogramada‖ como se ve en la figura 4.9.

Figura 4. 9 Red ControlNet desprogramada.

117


NOTA: el número de nodo se asigna físicamente ya que es el método más sencillo, aunque se

puede cambiar por software.

Para lograr que la red quede configurada de forma correcta ―programada‖, se sigue la siguiente serie

de pasos:

Se selecciona la casilla de verificación ―EditsEnabled‖ o habilitar edición para poder

modificar las propiedades de la redcomo se observa en la figura 4.10.

Figura 4. 10 Habilitación de la casilla “Editsenabled”.

Del menú Network, se selecciona ―Properties‖ para modificar las propiedades, aquí se

determina el nombre que se le quiera dar a la red, el ciclo de escaneo o NUT, el número

máximo de nodos a escanear, el número del nodo más alto para la red, y los canales en uso,

por ejemplo, si solo se quiere trabajar con un canal (A o B), o si se trabajará de forma

redundante se seleccionaran ambos canales (A/B), como se muestra en la figura 4.11.

Figura 4. 11 Propiedades de la red ControlNet.

118


Se selecciona ―Single Pass Browse‖(Búsqueda de un solo paso)de la barra de herramientas

para que vuelva a escanear la red, pero ahora asignando las propiedades modificadas a la

misma, como se ve en la figura 4.12.

Figura 4. 12 Búsqueda de un solo paso.

En la figura 4.13 se observa el escaneo de la red con la búsqueda de un solo paso.

Figura 4. 13 Escaneo de la red con “Single Pass Browse”.

En la barra de herramientas se da clic en ―Save‖ (guardar) la red con los cambios

realizados dándole el nombre que se quiera nuevamente.

Antes de oprimir Save, se selecciona la opción―Optimize and re-write Schedule

forallConnections‖(Optimizar y reescribir programación para todas las

conexiones)predeterminado y se da clic en OK, como se muestra en la figura 4.14.

Figura 4. 14 Optimizar y reescribir programación para todas las conexiones.

En el software RSLogix 5000, se debe guardar el proyecto en línea para empezar a

programar en este.

119


Por otra parte en la figura 4.15 se muestra la formación de la red ControlNet entre ambos

controladores y las E/S remotas Point I/O (50) en donde se realiza la misma serie de pasos

anteriores, para su programación, con los cambios o configuración ya realizada.

Figura 4. 15 Red ControlNet con las E/S remotas Point I/O.

4.3 RSLogix 5000

Por medio de este software es posible la programación para las unidades de control y las E/S

remotas, utilizado para llevar a cabo la secuencia de algún proceso en planta, por ejemplo, el control

de llenado de un tanque. En este proyecto se realizó un programa para cada PAC y sus respectivas

E/S remotas.

Configuración de los módulos de la unidad de control 1 ControlLogix

Se crea un nuevo proyecto en RSLogix 5000, para comenzar a dar de alta todos los módulos,

esto nos despliega la ventana para elegir el CPU y ajustar sus parámetros, como se ve en la figura

4.16.

120


Figura 4. 16 Elección del CPU ControlLogix.

NOTA: El número de slot se determina de acuerdo con su posición física iniciando desde cero en

adelante.

Una vez añadido el CPU se da de alta el módulo de comunicación Ethernet/IP, ajustando sus

parámetros, como se observa en la figura 4.17.

Figura 4. 17 Módulo de Ethernet/IP ControlLogix.

Consecutivamente se da de alta el módulo de comunicación DeviceNet como se muestra en la

figura 4.18, el cual no se utiliza en el desarrollo de este proyecto pero es necesario establecerlo en la

configuración del programa.

121


Figura 4. 18 Módulo de DeviceNet ControlLogix.

En la figura 4.19 se ve la configuración de los parámetros del módulo de entradas digitales.

Figura 4. 19 Módulo de entradas digitales ControlLogix.

En la figura 4.20, se ve la ventana de configuración que da opción de habilitar las características de

diagnóstico y detección del módulo de entradas digitales.

122


Figura 4. 20 Ventana de configuración de entradas digitales del ControlLogix.

El módulo de salidas digitales y ajuste de los parámetros se observa en la figura 4.21.

Figura 4. 21 Módulo de salidas digitales ControlLogix.

En La figura 4.22, se señalan los parámetros que pueden ser modificados en la ventana de

configuración de salidas digitales.

123


Figura 4. 22 Ventana de configuración de salidas digitales ControlLogix.

En la figura 4.23, se muestra la configuración de los parámetros del módulo de entradas analógicas

Hart.

Figura 4. 23 Módulo de entradas analógicas ControlLogix.

La configuración de los parámetros para un canal del módulo de entradas analógicas tipo HART se

ve en la figura 4.24.

124


Figura 4. 24 Ventana de configuración de entradas analógicas HART ControlLogix.

En la figura 4.25 se observa que se puede modificar algunos parámetros más específicos como son

las alarmas usadas en casos específicos.

Figura 4. 25 Ventana de configuración alarmas para entradas analógicas ControlLogix.

En la figura 4.26, se observa la ventana de propiedades del módulo de configuración de las salidas

analógicas HART.

125


Figura 4. 26 Módulo de salidas analógicas HART ControlLogix.

En la figura 4.27 se ve que se puede modificar algunos parámetros más específicos como son las

alarmas usadas en casos específicos.

Figura 4. 27 Ventana de configuración alarmas para salidas analógicas ControlLogix.

126


En la figura 4.28 se observan las propiedades del módulo de comunicaciones ControlNet

Figura 4. 28 Ventana de propiedades del módulo ControlNet para ControlLogix.

Configuración de los módulos de las E/S remotas Flex I/O para la unidad de control 1

ControlLogix

En la figura 4.29 se muestra la ventana de propiedades que se ajustan al módulo ControlNet de la

Flex I/O

Figura 4. 29 Ventana de propiedades del módulo ControlNet para Flex I/O.

En la figura 4.30 se ve la ventana de propiedades que se ajustan en el módulo de E/S analógicas de

la Flex I/O.

127


Figura 4. 30 Ventana de propiedades del módulo de E/S analógicas para Flex I/O.

En la figura 4.31 se observa la ventana para ajustar los parámetros para las entradas analógicas de

las Flex I/O.

Figura 4. 31 Ventana para ajustar los parámetros para las entradas analógicas de las Flex I/O.

Mientras que en la figura 4.32 se muestra la ventana para ajustar los parámetros para las salidas

analógicas de las Flex I/O.

128


Figura 4. 32 Ventana para ajustar los parámetros para las salidas analógicas de las Flex I/O.

En la figura 4.33 se observa la ventana de propiedades que se ajustan en el módulo de E/S discretas

de la Flex I/O.

Figura 4. 33 Ventana de propiedades del módulo de E/S discretas para Flex I/O.

En la figura 4.34 se ve la ventana para ajustar los parámetros para las salidas digitales de las Flex

I/O.

129


Figura 4. 34 Ventana para ajustar los parámetros para las salidas digitales de las Flex I/O.

En la figura 4.35 se muestran todos los módulos asignados a la unidad de control 1 ControlLogix,

incluyendo sus E/S remotas Flex I/O.

Figura 4. 35 Unidad de control 1 ControlLogix con sus E/S remotas Flex I/O.

130


Configuración de los módulos de la unidad de control 2 CompactLogix

Se crea un nuevo proyecto en RSLogix 5000, para comenzar a dar de alta todos los módulos,

esto nos despliega la ventana para elegir el CPU y ajustar sus parámetros, como se ve en la figura

4.36.

Figura 4. 36 Elección del CPU CompactLogix.

Después de elegir el CPU del PAC se da de alta el módulo de comunicación Ethernet/IP, ajustando

sus parámetros como se observa en la figura 4.37.

Figura 4. 37 Elección del módulo Ethernet/IP del CompactLogix.

131


Después se da de alta el módulo de comunicación Ethernet/IP, ajustando sus parámetros como se

observa en la figura 4.38.

Figura 4. 38 Elección del módulo ControlNet del CompactLogix.

En la figura 4.39 se ve la configuración de los parámetros del módulo de entradas analógicas

HART.

Figura 4. 39 Configuración de los parámetros del módulo de entradas analógicas CompactLogix.

La configuración de las propiedades para un canal del módulo de entradas analógicas de tipo HART

se observa en la figura 4.40.

132


Figura 4. 40 Configuración de las propiedades del módulo de entradas analógicas CompactLogix.

En la figura 4.41 se muestra la configuración de los parámetros para las salidas analógicas HART

Figura 4. 41 Ajuste de los parámetros del módulo de salidas analógicas CompactLogix.

En la figura 4.42 se muestra el ajuste de las propiedades del módulo de salidas analógicas tipo

HART.

133


Figura 4. 42 Ajuste de las propiedades del módulo de salidas analógicas CompactLogix.

En la figura 4.43 se ve la configuración de los límites para alarmas de las salidas analógicas HART

Figura 4. 43 Límites de alarmas del módulo de salidas analógicas CompactLogix.

En la figura 4.44 se muestra la configuración de los parámetros para el módulo de entradas digitales

del CompactLogix.

134


Figura 4. 44 Configuración de los parámetros de las entradas digitales del CompactLogix.

En la figura 4.45 se observa el ajuste de los parámetros para el módulo de salidas digitales del

CompactLogix.

Figura 4. 45 Configuración de los parámetros para el módulo de salidas digitales del CompactLogix.

En la figura 4.46 se ve la configuración del estado de las salidas en caso de falla o en modo

programa.

135


Figura 4. 46 Configuración del estado de las salidas en modo falla o modo programa del CompactLogix.

En la figura 4.47 se ve la configuración de los parámetros del adaptador ControlNet para las E/S

remotas Point I/O

Figura 4. 47 Configuración de los parámetros del adaptador ControlNet para Point I/O.

En la figura 4.48 se observa la configuración de los parámetros para el módulo de entradas digitales

de las Point I/O

136


Figura 4. 48 Configuración de los parámetros del módulo de entradas digitales Point I/O.

En la figura 4.49 se presenta la configuración de los parámetros del módulo de salidas digitales del

Point I/O

Figura 4. 49 Configuración de los parámetros del módulo de salidas digitales del Point I/O.

En la figura 4.50 se muestran todos los módulos asignados a la unidad de control 2 CompactLogix,

incluyendo sus E/S remotas Point I/O.

137


Figura 4. 50 Unidad de control 2 CompactLogix con sus E/S remotas Point I/O.

Asignación de un Tag.

Para la asignación de Tags se da doble clic en ―Mainroutine‖ (resaltado en azul en la figura 4.50),

una vez ahí se coloca cualquier elemento al que se le va a asignar el Tag, por ejemplo, un contacto;

posteriormente se le da clic izquierdo en el título actual de dicho contacto, apareciendo el recuadro

que se muestra en la figura 4.51, en donde se le asigna el Tag, eligiendo: el nombre, tipo de Tag,

tipo de dato, el módulo y el punto del módulo adecuados para el tipo de señal.

138


Figura 4. 51 Asignación de un Tag discreto en una unidad de control.

Tags en las unidades de control ControlLogix y CompactLogix

A continuación se despliegan las tablas de los tags de las unidades de control junto con las Flex I/O

y las Point I/O.

En la figura 4.52 se muestra la tabla de los tags de la unidad de controlador 1 y una prueba de la

lógica.

Figura 4. 52 Tags de la estación de control 1.

139


En la figura 4.53 se observa la tabla de los tags de la unidad de controlador 2 y una prueba de lógica

escalera.

Figura 4. 53 Tags de la estación de control 2.

En la figura 4.54 se observa la descarga del programa con la red ControlNet ya configurada en una

unidad de control.

140


Figura 4. 54 Descarga del programa a una estación de control.

4.4 Factory Talk View Studio

Como se mencionó en este capítulo, este software es útil para crear la Interfaz Hombre/Máquina.

Para realizar la HMI es necesario abrir un nuevo archivo como se muestra en la figura 4.55,

asignarle el nombre y especificar el idioma.

Figura 4. 55 Creación de un nuevo archivo.

141


Para la comunicación con las unidades se desplaza la pestaña ―RSLinxEnterpise‖ y en el apartado

de ―ComunicationSetup‖ se da doble clic , en la ventana que aparece se

selecciona crear una nueva configuración como se muestra en la figura 4.56.

Figura 4. 56 Creación de una nueva configuración.

En la figura 4.57, se presenta las asociaciones de los links que se asignaron para cada PAC y

configuración de las comunicaciones de diseño.

Figura 4. 57 Configuración de las comunicaciones de diseño.

142


Para confirmar que la comunicación es correcta se da clic en el botón .En la figura 4.58 se

observa la ventana en donde se verifica que la comunicación se estableció de forma correcta

.

Figura 4. 58 Verificación de los links de comunicación.

Que se encargará de establecer la comunicación entre ellos a través de la red Ethernet/IP

previamente instalada y configurada siendo necesario verificar si se realizó satisfactoriamente dicha

comunicación, ya que de esta manera se podrán extraer los Tags de las unidades de control y así

ejecutar la secuencia de control programado en ellos.

Posteriormente se crea un nuevo Display para comenzar con la programación de la

interfaz por medio de gráficos visuales ya predefinidos en el programa, mismos que deben estar

asociados a los Tags adecuados que son creados en el programa. Como se muestra en la figura 4.59.

Figura 4. 59 Creación de un Tag en Factory Talk.

143


En la figura 4.60 se observa que se actualizan todos los folders de las unidades de control y HMI

para poder obtener los Tags de la unidad de control.

Figura 4. 60 Actualización de folders para Tags de los PAC’S.

En la figura 4.61 se observan los Tags que se descargaron de las unidades de control.

Figura 4. 61 Folders y Tags de los PAC’S.

144


En la figura 4.62 se realiza la asignación del Tag a un objeto (botón pulsador) a partir de la ventana

de propiedades que se puede acceder dando doble clic sobre el objeto.

Figura 4. 62Asignación de un Tag a un botón pulsador.

En la figura 4.63 se muestra la programación avanzada de objetos, en donde se pueden emplear

Tags tanto de la unidad de control como de la memoria del programa.

Figura 4. 63 Programación avanzada de objetos.

Debido a que en este proyecto se cuenta con dos estaciones de control y dos estaciones de E/S

remotas, se crearon varios Display´s para este proyecto, uno de los cuales es un menú principal por

medio del cual el operador puede observar 2 procesos por medio de botones de tipo ―goto‖ como se

observa en la figura 4.64; uno asociado para cada controlador, y una opción más para visualizar las

145


tendencias del proceso, además de un botón de tipo ―shutdown‖ para poder salir de la aplicación en

el panel únicamente por motivos de simulación, ya que en un proceso real la aplicación deberá de

permanecer siempre en la pantalla del HMI hasta que sea modificada únicamente por la estación de

ingeniería con la ayuda de las ―Workstation‖.

Figura 4. 64 Menú principal.

Una vez terminados los Display´s en la estación de trabajo, se debe verificar que realice la

secuencia requerida, como por ejemplo, en la figura 4.65 se puede observar la secuencia sencilla de

llenado y vaciado automático de 2 tanques por medio de una bomba y una válvula implementado en

este proyecto con fines demostrativos y con un botón de retorno al menú principal. La secuencia

utiliza señales de tipo discretas para el arranque y paro del proceso automático, mientras que el

nivel de ambos tanques es simulado por medio de una entrada analógica.

Figura 4. 65 Secuencia de llenado y vaciado automático de 2 tanques.

146


También se verificó el Display de las tendencias para este proceso con el empleo habitual de las

variables magnitud-tiempo como se muestra en la figura 4.66, siendo el intervalo de tiempo

configurable desde segundos hasta horas, y el intervalo de escaneado desde milisegundos hasta

minutos.

Figura 4. 66 Tendencias del proceso de llenado y vaciado de 2 tanques.

Cuando los Display ya fueron verificados y su funcionamiento es satisfactorio, se descarga el

programa en el HMI como se muestra en la figura 4.67 teniendo cuidado de que la versión sea

compatible con la del HMI, en este caso fue la 5.0.

Figura 4. 67 Descarga de programa en el HMI.

147


CAPÍTULO 5. INTEGRACIÓN DEL

POWERFLEX 40 AL SISTEMA DE

COMUNICACIONES.

En este capítulo se complementa el sistema de comunicaciones que se ha desarrollado en este

proyecto con un variador de frecuencia (PowerFlex 40), el cual se integra al nivel de información,

como una alternativa al nivel de campo. El objetivo de integrar este dispositivo es dar un plus al

proyecto realizado, con el fin de dar una aplicación al sistema de comunicaciones. En el desarrollo

del capítulo presente, se describe la metodología para la configuración del PowerFlex 40 para ser

integrado a la red de información (Ethernet/IP), así como la programación para interactuar con él

desde la HMI (PANELVIEW PLUS 1000), en la cual se crearán pantallas para monitorearlo y

manipularlo.

148


5.1 Descripción general del variador de frecuencia PowerFlex 40.

Como se menciona anteriormente, el variador de frecuencia PowerFlex 40 es incorporado a este

proyecto como un plus de una aplicación, ya que como su nombre lo indica este dispositivo

utilizado para la regulación de velocidad en motores de corriente alterna; es por tal motivo que se

desarrolla como un complemento a lo que se ha venido elaborando a lo largo de este proyecto, sin

separarlo de la arquitectura principal propuesta para este mismo.

La familia de variadores PowerFlex del fabricante Allen-Bradley utiliza la arquitectura de redes

abiertas que proporciona el conjunto común de funciones y servicios para el protocolo industrial

común (CIP) utilizado en los sistemas Ethernet/IP, DeviceNet y ControlNet. Al proporcionar la

capacidad de control, configuración y recolección de datos en una sola red, permite simplificar la

comunicación en planta y contribuir a la reducción del costo total de propiedad, en el caso del

variador de frecuencia que se emplea en este proyecto, únicamente cuenta con la entrada RS485

(Ethernet/IP), por lo cual esta forma parte de esta red en el sistema de comunicaciones.

En la figura 5.1 se muestra la composición física del variador de frecuencia PowerFlex 40, el cual

es utilizado en el desarrollo del proyecto.

Figura 5. 1 Variador de frecuencia PowerFlex 40.

El variador de frecuencia PowerFlex 40 como se observa en la figura anterior consta de un tablero

de control montado en su chasis para su operación local, en la figura 5.2 se muestran a detalle cada

uno de los elementos que integran tablero de control.

149


Figura 5. 2 Variador de frecuencia PowerFlex 40 y su tablero de control.

En la tabla 5.1 se muestra la descripción de cada uno de los indicadores luminosos que componen el

tablero de control del PowerFlex 40.

Tabla 5. 1 Indicadores luminosos del tablero del PowerFlex 40.

No. Etiqueta Condición Descripción

1 Indicadores de

arranque y sentido de

giro

Rojo constante Indica que el drive está corriendo y comandando la

dirección del motor

Rojo intermitente Indica que se ha dado un cambio de dirección

aproximándose a cero, mientras tanto indica la

dirección actual.

2 Display alfanumérico Rojo constante Indica número parámetro, valor parámetro y código

de falla

Rojo intermitente Cuando parpadea un dígito indica que este puede

ser editado, si todos los dígitos parpadean indica

una condición de fallo

3 Unidades mostradas Rojo constante Indica las unidades del valor parámetro mostrado en

el display

4 Estado del programa Rojo constante Indica que el valor parámetro puede ser cambiado

5 Estado de falla Rojo intermitente Indica si el drive está fallando

6 Estado del

potenciómetro

Verde constante Indica si el potenciómetro está activo

7 Estado botón de

arranque

Verde constante Indica si el botón de arranque fue activado.

Si se activa la reversa será deshabilitado este

indicador hasta girar completamente en tal sentido

Como es de suponer cada uno de los elementos del tablero de control (botones y potenciómetro) del

variador de frecuencia PowerFlex 40 cumplen con funciones específicas, mismas que se describen a

detalle en la tabla 5.2.

150


Tabla 5. 2 Botones de control en el tablero del PowerFlex 40.

No. Botón Etiqueta Descripción

8

Salir Regresa un paso en el menú de

programación.

Cancela el cambio a un valor parámetro y

para salir del modo programa.

Seleccionar Avanza un paso en el menú de

programación.

Selecciona el digito siempre y cuando se

esté viendo el valor parámetro

Flecha arriba/Flecha abajo Incremento/decremento el valor del digito

parpadeante

Entrar Avanza un paso en el menú de

programación.

Guarda el cambio del valor parámetro

9

Potenciómetro Usado para el control de velocidad del

driver

Arranque Usado para arrancar el driver

Reversa Usado para cambiar el sentido de giro del

driver

Paro Usado para detener el driver o limpiar

fallas. Este botón siempre está activado

Como se menciona al inicio del capítulo, el variador de frecuencia PowerFlex 40 que se utiliza en el

desarrollo de este proyecto cubre ciertas especificaciones técnicas como los puertos RS-485 para la

comunicación por medio de la red Ethernet/IP, la cual viene como por default del fabricante Allen-

Bradley para este dispositivo, en la tabla 5.3 se observan además otras especificaciones técnicas

elementales del variador de frecuencia.

Tabla 5. 3 Especificaciones técnicas del PowerFlex 40.

Dispositivo PowerFlex 40

Corriente de corte 100,000 Amperes

Valores de entrada Voltaje de 3 fases: 200…240V

Frecuencia de entrada Frecuencia: 47 a 63Hz

Potencia 1HP

Rango de frecuencia de salida 0 a 400Hz

Rango de voltaje de salida De 0V hasta voltaje del motor

montado

Dimensiones mm (plg.) 180 (7.09) H x 100 (3.94) W x 136

(5.35) D

Comunicaciones Integrado: RS485

Opcional:

- DeviceNet - LonWorks

- EtherNet/IP - BACnet

- PROFIBUS™ DP - Bluetooth

- ControlNet.

Interface con operador Keypad integrado de 4 digitos, 10

Leds indicadores adicionales,

potenciómetro local y 8 botones

151


adicionales para el control efectivo

del variador y sus parámetros.

Atmósfera No instalar en áreas con gases

volátiles o corrosivos, vapores o

polvos

Normas UL, C-Tick, CE, EMC EN618003,

low voltage EN602041/EN50178

Diagrama eléctrico típico del PowerFlex 40

En la figura5.3 se muestra la conexión eléctrica típica del PowerFlex 40, el cual se muestra en este

capítulo para tipificar o mostrar su conexión al suministro eléctrico a la entrada y su conexión de

salida a un motor de corriente alterna, cabe resaltar que en el caso particular de este proyecto se

limita únicamente a la comunicación por medio de la red Ethernet/IP para control y monitoreo del

mismo el cual es el tema medular del proyecto como se ha planteado en el título y en los objetivos

de este.

Figura 5. 3 Diagrama eléctrico típico del PowerFlex 40. [20]

152


5.2 Configuración y programación del PowerFlex 40

A continuación se describen los pasos relevantes para poner en comunicación el PowerFlex 40 junto

con los otros elementos de la red Ethernet/IP, de esta forma se podrá operar tanto local como

remotamente.

Para integrar el variador de frecuencia PowerFlex 40 a la red Ethernet/IP, primero se asigna una

dirección a la PC o Workstation como se ha mencionado anteriormente, en conexiones de red

localizada en panel de control. Posteriormente se pone en modo ―RUN‖ el driver para redes

Ethernet/IP en el software RSLinxClassic, como se muestra en la figura 5.4, para comunicar la PC

con los PAC´S y en este caso en particular también con el variador de frecuencia PowerFlex 40.

Figura 5. 4 Driver de comunicación Ethernet/IP entre la PC y el PowerFlex 40.

Ahora se puede asignar la dirección IP al variador de frecuencia PowerFlex 40 mediante el software

BOOTP/DHCP, como se muestra en la figura 5.5.

Figura 5. 5 Asignación de la dirección IP al PowerFlex 40.

En la imagen anterior del software BOOTP/DHCP se observa que la dirección que se le asigna al

PowerFlex 40, es la 192.168.30.30 para integrarlo a la red.

En el software RSLinxClassic se verifica que los dispositivos en la red Ethernet/IP se encuentran

conectados; además de permitir la apertura de comunicación de los dispositivos con el software de

Allen-Bradley en la PC o Workstation,permitiendo la configuración del PowerFlex 40. Para utilizar

153


el variador de frecuencia (PowerFlex 40), es más que suficiente que exista comunicación entre la

unidad de control 1 (ControlLogix) con dirección IP 192.168.30.19, la Interfaz Hombre/Máquina

PanelView Plus 1000 con dirección IP 192.168.30.3 y el PowerFlex 40 con dirección

192.168.30.30, como se observa en la figura 5.6.

Figura 5. 6 PowerFlex 40 conectado a la red Ethernet/IP.

Después de verificar que hay comunicación en RSLinx Classic, se procede a dar de alta el

dispositivo PowerFlex 40 en software RSLogix 5000, en este software se selecciona el driver

asociado al variador de frecuencia para comunicarlo con el PAC, como se muestra en la figura 5.7

declarándose inmediatamente al variador como esclavo y al controlador como maestro.

Figura 5. 7 Selección del driver para el PowerFlex 40 en RSLogix 5000.

154


Se debe ser cuidadoso al dar de alta el módulo en RSLogix 5000, asegurándonos de darle la misma

dirección IP que se le asignó en el software BOOTP/DHCP como se muestra en la figura 5.8.

Figura 5. 8 Dirección del PowerFlex 40 en RSLogix 5000.

Se elige la opción ―Change‖ que aparece en la información general del variador al darlo de alta para

modificar parámetros importantes, como la tensión de alimentación que maneja el variador, el

número de fases y los caballos de fuerza para los que está diseñado como se muestra en la figura5.9,

misma información que se puede ver en el software RSLinxClassic al dar clic izquierdo en el icono

del variador, de no proporcionar la información correcta la comunicación entre los elementos de la

red no se dará.

Figura 5. 9 Izquierda: información proporcionada en RSLinx Classic. Derecha: especificaciones técnicas

modificadas en RSLogix 5000.

En la ventana que aparece al dar de alta el variador (figura 5.4, derecha), En la pestaña ―Drive‖se

abre la opción de ―Parameter List‖, en la cual en la columna de ―value‖ se pone en ―Comm

Port‖los parámetros a manipular desde el PanelView Plus 1000 (―Start Source‖ y ―Speed

Reference‖), como se muestra en la figura 5.10, teniendo en cuenta que esto debe ser realizado en

línea.

155


Figura 5. 10 Parámetros del variador que se manipularan por “Comm Port”.

Como se observa en la figura 5.11 ahora ya aparecen los Tags que se encuentran en la memoria del

variador para poder operarlo, con lo cual se dice que la comunicación es exitosa y es momento de

comenzar a programar la unidad de control 1 ControlLogix.

156


Figura 5. 11 Tags de la memoria interna del PowerFlex 40.

En el programa elaborado para el PowerFlex 40 lleva a cabo el control elemental de este, el cual

consta de arranque, paro, cambio de giro, así como el incremento y decremento de la frecuencia de

salida; dicho control se puede realizar localmente o remotamente, a través del PAC y de la HMI

(PanelView Plus 1000), mismos que se localizan en diferentes áreas. La figura 5.12 muestra los

Tags empleados para la secuencia del programa; mismo que debe facilitar el control desde la HMI

de la mano con el programa que se crea en FactoryTalk View Studio, el cual se muestra más

adelante.

157


Figura 5. 12 Programa para control del PowerFlex 40 en RSLogix 5000.

La lista de Tags creados en la memoria de la unidad de control 1 asociados al programa para el

control del variador de frecuencia se observan en la figura 5.13. Siendo los del recuadro de arriba

los asociados directamente a los botones en las plantillas de PanelView Plus 1000 (Tags del

programa) y los de abajo los modificados por los botones anteriores (Tags del controlador o CPU).

158


Figura 5. 13 Tags creados para control del PowerFlex 40 en RSLogix 5000.

5.3 Creación de Pantallas para PanelView Plus 1000

Una vez creado el programa en RSLogix 5000, se procede a realizar el programa en FactoryTalk

View Studio que se muestra en la HMI. Una vez comunicado el PanelView Plus 1000 con la unidad

de control 1(ControlLogix), se establecen los ―Links‖ del PACcon la HMI, siguiendo el

procedimiento visto en el capítulo 4 de este proyecto correspondiente a FactoryTalk View Studio

para crear una nueva plantilla. En la figura 5.14 se observa el menú principal implementado para el

PanelView Plus 1000.

Figura 5. 14 Menú principal para el control del PowerFlex 40.

Como se ve en la figura anterior, el menú consta de dos imágenes principales que son la unidad de

control 1 (ControlLogix) la cual da acceso al control remoto del variador de frecuencia y un

159


recuadro que nos permite visualizar el comportamiento del variador en tiempo real con un rango

especifico (tendencia); además de una opción para salir de la plantilla si así se requiere.

En la figura 5.15, se observa la plantilla de control remoto del variador que consta debotones de

arranque y paro, dos botones para cambiar el sentido de giro y dos botones para incremento o

decrementode la velocidad (frecuencia), cuyo valor actual se muestra en un Display(recuadro azul)

localizado debajo de estos cuyas unidades estan en Hertz; además cuenta con la opción para pasar

directamente de esta plantilla a la tendencia del variador, y un botón para regresar al menú

principal.

Figura 5. 15 Plantilla de control para el PowerFlex 40.

En la figura 5.16 se observa la tendencia del variador de frecuencia en un tiempo determinado junto

con su valor actual, con un botón para regresar al menú principal.

Figura 5. 16 Plantilla de tendencia del PowerFlex 40.

160


Una vez terminadas las plantillas se descarga el programa completo en el PanelView Plus 1000

teniendo cuidado de que la revisión sea la misma entre el programa que se va a descargar y la

revisión del PanelView Plus 1000figura 5.17.

Figura 5. 17 Descarga de pantallas al PanelView Plus 1000 del PowerFlex 40.

5.4 Esquema de la red Ethernet/IP con el PowerFlex 40

En el sistema de comunicaciones, el variador de frecuencia PowerFlex 40 queda integrado en la red

de información Ethernet/IP como se menciona en el comienzo de este capítulo, el esquema de la red

de Ethernet/IP con el variador de frecuencia PowerFlex 40 integrado se muestra en la figura 5.18.

161


Figura 5. 18 Integración del PowerFlex 40 a la red Ethernet I/P del sistema de comunicaciones.

En la arquitectura cada elemento tiene un cometido dentro de la red Ethernet/IPmismo que se

describen en la tabla 5.4.

Tabla 5. 4 Descripción de los dispositivos de la red Ethernet/IP en la arquitectura donde se integra el variador de

frecuencia PowerFlex 40.

Dispositivo Dirección IP Descripción

Estación de ingeniería 192.168.30.1 - Configuración de la red Ethernet/IP

- Elaboración del programa de la unidad de

control 1, a partir de la cual se controla el

PowerFlex 40

- Elaboración de las plantillas para la unidad de

monitoreo

Estación de monitoreo PanelView

Plus 1000

192.168.30.3 Control remoto y monitoreo del variador de

frecuencia PowerFlex 40

Unidad de control 1 ControlLogix 192.168.30.19 Control remoto del variador de frecuencia

PowerFlex 40

PowerFlex 40 192.168.30.30 Dispositivo a controlar y manipular en la

arquitectura mostrada en la figura 5.18

Con la integración del variador de frecuencia PowerFlex 40, se complementa el sistema de

comunicaciones desarrollado en el proyecto,siendo su integración en la red de información

Ethernet/IP, en la cual se lleva a cabo el control local y remoto del PowerFlex 40, siendo el control

de forma remota a través delPAC y lasHMI (PanelView Plus 100 y las PC), y de forma local en el

tablero que está integrado al chasis del variadorde frecuencia (PowerFlex 40), acercando de esta

forma el sistema de comunicaciones más a una arquitectura industrial típica.

162


CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y

CONCLUSIONES FINALES DEL

PROYECTO

En este capítulo se describen los resultados que se obtuvieron a partir de los objetivos planteados al

inicio de este proyecto, revisando el objetivo general y los objetivos específicos, comprobando uno

por uno, si es que se lograron llevar a cabo y de lo contrario, se especifica porque motivos no se

cumplieron. Posteriormente se visualizan las conclusiones que se tiene del trabajo, que son las

observaciones de los puntos clave para poder entender la integración de un sistema de

comunicaciones aplicables a un sistema de control distribuido y este mismo.

163


6.1 Resultados.

1. Se logró integrar la arquitectura de un sistema de comunicaciones aplicables a un SCD en el

laboratorio B-08 de Pesados,es decir, las tareas asignadas a los PAC’S y el flujo de

información se llevaron a cabo de forma distribuida,cubriendo los dos niveles (de trabajo y

de control) planteadas como un objetivo principal del proyecto.

2. El siguiente resultado que se obtuvo fue la comprobacióndel funcionamiento de las redes de

comunicación, mediante las pruebas que se realizaron a las E/S (remotas y del PAC), que se

monitorearon en las diferentes HMI´S, con la capacidad de visualizar el comportamiento de

las señales en cualquiera de estas.

3. El tercer objetivo se concluyó de manera satisfactoria, ya que a través del PANELVIEW

PLUS 1000 se logró monitorear y controlar el variador de frecuencia PowerFlex 40

modificando sus parámetros, tales como son: arranque y paro, velocidad y cambio de giro,

mostrando su comportamiento en tiempo real en la pantalla de la HMI (tendencias).

6.2 Conclusiones finales del proyecto

Con la realización de este trabajo se consiguió, integrar dos redes de comunicaciones aplicables aun

sistema de control distribuido, estas son: Ethernet/IP (nivel de información) y ControlNet (nivel de

control), ya que de por sí los sistemas industriales están concebidos de forma modular.

Entre las conclusiones que se obtienen de la elaboración de este proyecto es que en un sistema de

comunicaciones se deben evaluar las características de las redes que se van a utilizar, tanto físicas

como de comunicación, ya que de estas depende la eficacia en el intercambio de la información;

tales características son:

- Las variedades de cableado que utilizan,

- que tan vulnerables a interferencias electromagnéticas son dicha red en conjunto con su

capa física,

- si son ideales para sitios en donde se manejan productos o subproductos inflamables,

- la longitud máxima permitida del cableadoantes de que su señal se atenúe,

- el número máximo de estaciones o nodos permitidos en cada red,

- el ancho de banda,

- y no menos importante la velocidad de transferencia.

Del tipo de cableado dependen: la flexibilidad del mismo, si cuentan con blindaje para disminuir las

interferencias electromagnéticas, e incluso como se ve en el desarrollo del proyecto, afecta a la

velocidad de comunicación en el caso de Ethernet/IP que varía desde los 10Mbps (llamado también

Ethernet estándar), los 100Mbps (llamado también Fast Ethernet) y llegando hasta los 1000Mbps

(llamado también Gigabit Ethernet), de los cuales se utiliza en este proyecto la velocidad de

transmisión intermedia (100Mbps), que como se menciona en el cuerpo del trabajo, estaes la que se

ajusta a las necesidades del mismo.También del tipo de cableado dependerá el número de nodos o

estaciones que se pueden agregar a cada red, como lo dicen las especificaciones técnicas de cada

tipo.

Mientras que el ancho de banda o lo que es lo mismo la cantidad de información (bits, Bytes, etc.)

por segundo (velocidad de transferencia), como su definición lo dice, nos limita la cantidad de flujo

164


de información en el sistema de comunicaciones, por lo que en una aplicación industrial cualquiera

en donde se requiera controlar una infinidad de variables, este punto a considerar es relevante.

Estas consideraciones previas aseguran una armonía entre el entorno de operación y la

comunicación de los dispositivos en la red.

Una vez que se eligen la capa física de las redes de comunicación, es indudable que el siguiente

paso es verificar que el hardware cuenta con las especificaciones técnicas necesarias para lograr el

cumplimiento de las acciones de control requeridas en un proceso, a lo que le precede las

conexiones eléctricas y de comunicación como se realiza en este proyecto, mismas que son

descritas por el fabricante, que en este caso es Allen-Bradley en los catálogos de sus dispositivos.

Estas conexiones deben realizarse minuciosamente a detalle como lo marca el fabricante, ya que de

esto también depende el funcionamiento del sistema, debido a que por ejemplo, una señal de

entrada conectada incorrectamente no será correctamente medida, por lo que el control de la

variable transmitida por esta señal no se efectuará adecuadamente; y como consecuente el

monitoreo.

En cuanto a las conexiones físicas de comunicación se debe tomar en cuenta el tipo de terminales

compatibles con el cableado y la tarjeta de comunicaciones del PAC, ya que de esto dependen las

herramientas especializadas para el ―ponchado‖ del cable.

A nivel software (capa de enlace) se tiene que considerar para la configuración de las redes varios

puntos relevantes como son:

- formato de la dirección IP (A, B, C, etc.), para el caso de la red Ethernet I/P de acuerdo con

el número de dispositivos y de subredes que vallan a formar parte de la red.

- asignación de direcciones IP o nodos irrepetibles,

- modelos de las tarjetas de comunicación, CPU, tarjetas de E/S, HMI, etc.

- revisión de los dispositivos.

La asignación de direcciones IP o nodos irrepetibles es prevenidamediante software

(BOOTP/DHCP, RSNetworks for ControlNet), el cual alerta al usuario sobre estasituación para

evitar confusiones en el sistema de comunicaciones.

En el caso de los modelos de cada dispositivo es fundamental conocer cada uno, ya que a la hora de

dar de alta cada elemento, para comenzar a elaborar una secuencia de control para el CPU de los

PACS, el software (RSLogix 5000) así lo requiere, con el fin de comunicar eficazmente las tarjetas

del PAC, tanto de comunicación (con los elementos que a esta se conecten en red) comode E/S con

el CPU de este, mediante su backplane, el cual es el elemento interno que se encarga de mantener

una comunicación constante (bus) entre todos estos; siendo que cada modelo mal proporcionado no

es detectado por el backplane, el cual no se puede comunicar con una tarjeta inexistente, por lo que

el software (RSLogix 5000) lo marca de inmediato como erróneo.

Es muy importante que la revisión de las tarjetas de comunicación tanto de los PAC’S como de las

E/S remotas (Flex I/O y Point I/O) deba ser compatible, de otra manera no se lleva a cabo la

comunicación entre ellas y por lo tanto no se forman las redes de comunicación. Otra revisión de

gran importancia como se ve en el desarrollo de este proyecto, es la del programa o plantillas que se

descargan en el HMI (PanelView Plus 1000), que debe ser la misma para que se lleve a cabo,

misma que junto con las PC’S forma parte de la capa de aplicación, en la cual es necesario como se

menciona anteriormente, sea amigable con el operador para que comprenda la función de esta en el

sistema de comunicaciones y en el proceso en general.

165


De acuerdo con lo desarrollado en el trabajo, se concluye concretamente que el hardware y software

que se utiliza para las estaciones de trabajo y de control, cumple con las características necesarias

para ser aplicables a un SCD, las características que se cumplen entre otras son: en la estación de

trabajo, la interfaz es amigable y entendible para el operador, las unidades de control tienen

comunicación vertical, la cual permite llevar el flujo de información al nivel de

información(Ethernet/IP) y comunicación horizontal entre ambas unidades de control o PACS en el

nivel de control (ControlNet).

6.3 Propuesta a futuro

Base de datos

Debido a que este proyecto trata de la integración de redes de comunicación aplicables a un SCD,

no se está implementando un SCD como tal, por lo que no es estrictamente necesario establecer una

base de datos, ya que esta se aplica para la gestión de un proceso real, es decir, sirven de apoyo al

operador para analizar más a detalle el comportamiento del proceso y determinar el instante en que

este falló, si llegara a ocurrir.

De acuerdo con el software que se emplea en este proyecto, se recomienda que sea con Factory Talk

Historian Classic:

Factory Talk Historian es una solución para optimizar los procesos de fabricación mediante el

análisis de datos históricos. Historian proporciona la capacidad de recoger, almacenar, analizar y

visualizar datos usando una eficiente máquina de captura o estación de trabajo y un excelente

conjunto de herramientas de generación de informes, (tales como tendencias de serie cronológica,

gráficos de barras, gráficos circulares), y genera fácilmente informes mediante Microsoft Excel.

Factory Talk Historian está optimizado para recoger y analizar datos en serie cronológica. Los datos

se muestrean continuamente y cada valor muestreado puede guardarse en la base de datos. Con el

fin de optimizar el sistema y minimizar los requisitos de almacenamiento, sólo se almacenan los

cambios pertinentes en los datos. De esta manera el sistema puede almacenar muchos más datos que

en una base de datos relacional típica (donde generalmente se almacenan todos los puntos

muestreados).

En Historian, simplemente se selecciona qué registro o Tag del sistema de control de fábrica se

desea monitorear, e Historian hace el resto. El resultado es una serie de valores de datos recogidos

con el transcurso del tiempo.

Configurar la recogida de datos en serie cronológica implica crear Tags de recolección Historian

―puntos Historian‖, e identificar donde, en el sistema de control.

Historian debe recoger los datos y con qué frecuencia deben muestrearse.

Integrar al sistema elementos de redundancia: para brindar mayor seguridad

En cuanto a comunicaciones: para no perderla en las redes y que provoque pérdidas de información

y paros al proceso.

166


En cuanto a los controladores: para que un controlador sea capaz de reemplazar las funciones con

las que cumple otro controlador si este llegara a fallar, sin dejar de lado las propias.

En cuanto a alimentación: en la fuente del PAC, para que en caso de suspensión de la alimentación

por parte de una fuente, otra sea capaz de reemplazarla y evitar la inhabilitación del PAC.

Aplicar el sistema de comunicaciones a un SCD en la industria

Como se ha comentado anteriormente, este proyecto trata de la integración de redes de

comunicación aplicables a un SCD, no se está implementando un SCD como tal, por lo que hacer

una aplicación industrial es imposible aún, ya que no están presentes una base de datos y elementos

de redundancia (aunque estos últimos no forman parte estrictamente de un SCD) que son de gran

ayuda a la gestión y operación de la empresa respectivamente. Por lo cual se propone que en

trabajos posteriores se implementen los dos puntos anteriores a este o como mínimo la base de datos

para finalmente realizar la implementación de un SCD en un proceso industrial.

167


Glosario

Ancho de banda: el ancho de banda indica el volumen de información que se transmite de un lugar

a otro en un determinado tiempo. Unidades: bit/s, Kbit/s, Mbit/s, Gbit/s.

Backplane: los buses de backplane están diseñados para permitir al procesador, memoria y

dispositivos de E/S coexistir en un único bus; en estos buses se equilibran los requerimientos para la

comunicación entre el procesador y la memoria con los requerimientos para la comunicación entre

los dispositivos de E/S y la memoria. Los buses backplane reciben este nombre porque

habitualmente se construye en el plano posterior, que es una estructura de interconexión en el

chasis; las placas con el procesador, la memoria y dispositivos de E/S se conectan en el backplane

y usan el bus para la comunicación.

Bits: bit es un acrónimo de binarydigit (digito binario), y es la unidad minina de información digital

y que puede tomar dos valores: cero y uno.

Broadcast: la transmisión Broadcast tiene un carácter multidireccional: es la trasmisión simultánea

desde un punto hacia todos los terminales.

Bus: los buses son sistemas de conexión para componentes electrónicos y eléctricos. Por su

topología, un bus es siempre un medio físico al que están conectados los diferentes componentes y

que está cerrado en ambos lados. La transmisión de un bus puede ser en paralelo con bits o bytes

como en el caso del PC-Bus, o en serie como las redes con topología bus.

Cable cruzado: un cable cruzado es un latiguillo especial en el que los conductores de envío y

recepción están al revés en un extremo. Los cables cruzados se utilizan para conectar dos aparatos

finales (ordenadores) o dos componentes de una infraestructura (swiches,…) los swiches más

modernos también permiten la conexión con cables secundarios normales gracias a su función de

auto cruzamiento.

Cable de par trenzado: consiste de un cable de cobre simétrico de dos hilos trenzados. Los

conductores se componen de cables de cobre con un aislamiento exterior. Al contrario de los cables

asimétricos, como los cables coaxiales, los cables simétricos funcionan libres de potencial de

referencia. La ventaja de esta construcción consiste en la distribución idéntica de la interferencia

intercalada en ambos conductores.

Categoría 5: con componentes de categoría 5 se pueden crear redes compatibles con todos los

estándares de transmisión Ethernet hasta 100Mbit/S basados en conductores de par trenzado

incluidos 10Base-T y 100Base-TX.

Codificación Manchester: codificación de señales en la que la información binaria está

representada por la variación de tensión dentro de una transición de bits. De esta manera se puede

sincronizar fácilmente el emisor y el receptor, puesto que la transición a la mitad del intervalo de

bits produce una frecuencia segura. El primer intervalo de bits indica el valor de bit complementario

a transmitir; la segunda mitad representa el valor de bits (especificado para Ethernet y IEEE 802.3 y

utilizado en redes de 10Mbit/s).

168


Colisión: hablamos de colisión cuando dos a varias estaciones envían simultáneamente a un mismo

canal de datos, por ejemplo Ethernet half-duplex o Ethernet compartido. Los datos enviados se

pierden como consecuencia de la superposición. Con la superposición de ambas señales el nivel de

señal sube hasta el nivel llamado de colisión. Esto interrumpirá la transferencia desde las dos

estaciones.

Datagrama: Es la estructura interna de un paquete de datos.Paquetes de datos que se transfieren en

una conexión.

DHCP: un servidor configurado especialmente puede asignar dinámicamente direcciones IP y otros

parámetros de red a los ordenadores por medio de un protocolo DHCP (Dynamic Host

ConfigurationProtocol) en la red.

MAC: es una dirección de hardware de 6 bytes utilizada para la identificación segura de los nodos

de red. La dirección MAC se graba en un chip y es única, no puede ser modificada. Las direcciones

MAC se asignan de acuerdo con un sistema de claves, que incluye la dirección única del adaptador,

de identificación del fabricante y la autenticación para su utilización y administración.

Estación: cada uno de los dispositivos de hardware de unos red, así como los aparatos finales

conectados a la misma. Servidor, router, teléfono, fax, etc.; así como todos los dispositivos de

comunicación conectados mediante un adaptador de red (NIC).

Funcionamiento full-dúplex: este junto con el funcionamiento dúplex permiten la comunicación

simultánea bidireccional de dos interlocutores.

Funcionamiento half-duplex: permite una utilización alterna de los conductores de transmisión en

ambos sentidos (intercomunicación). Sin embargo, en las estaciones no es posible enviar y recibir al

mismo tiempo.

Hart (protocolo): El protocolo de comunicación Hart es mundialmente reconocido como un

protocolo estándar de la industria para comunicación de los instrumentos de campo inteligentes 4-

20mA, basados en microprocesador. El protocolo Hart permite la superposición de señal de

comunicación digital a las señales analógicas de 4-20mA, sin interferencia, en el mismo cableado.

Host:Es una máquina conectada a una red. Tiene un nombre que la identifica, el hostname. La

máquina puede ser una computadora, un dispositivo de almacenamiento por red, una impresora, etc.

El término host es usado en informática para referirse a las computadoras conectadas a una Red de

computadoras de red, que proveen y utilizan servicios de ella.

Hub: es un equipo de comunicación de datos (DCE) que permite la conexión de tres o más aparatos

en estrella. Los modernos equipos de Ethernet apenas utilizan Hubs sino Switch debido al mayor

rendimiento de red y a los tiempos previsibles de transferencia que estos últimos ofrecen.

Login: En el ámbito de seguridad informática, login o logon (en español ingresar o entrar) es el

proceso mediante el cual se controla el acceso individual a un sistema informático mediante la

identificación del usuario(nombre, contraseña, etc.) utilizando credenciales provistas por el usuario.

169


Mainframe: Un Mainframe es un ordenador de grandes dimensiones pensado principalmente para

el tratamiento de grandísimos volúmenes de datos. Se utiliza más comúnmente para aplicaciones de

Banca, Hacienda y mercado de valores, aerolíneas y tráfico aéreo, así como de centro neurálgico de

grandes empresas con un volumen de facturación elevado. En definitiva, es un ordenador grande, en

todos los sentidos (tanto por su capacidad, como por el volumen que ocupa).

Manufactura: fabricar con medios mecánicos. De modo más general, el consorcio internacional

para la manufactura avanzada lo define como una serie de actividades interrelacionadas que

involucra el diseño y concepción del producto, selección de materiales, planificación, producción,

aseguramiento de la calidad, gestión y marketing de materias y productos.

Método: Modo estructurado y ordenado de obtener un resultado, descubrir la verdad y sistematizar

los conocimientos.

Multicast: define un tipo de transferencia desde un punto a varios puntos simultáneamente (grupo).

NIC: es una tarjeta adaptadora de red, es un dispositivo o componente hardware que conecta el

aparato final directamente con la red. Puede ser una tarjeta de inserción para el sistema de bus de

aparato final.

OSI: describe estándares internacionales con los que funcionan los sistemas abiertos y definen las

reglas para implementar esas normas. Por sistemas abiertos se entiende el conjunto de hardware de

red y software de red y de sistemas para un grupo de aparatos conectados que permiten un

intercambio de información sin restricciones entre dichos aparatos, basándose en acuerdos comunes

de protocolos e interfaces independientemente del tipo de construcción y equipamiento de los

aparatos.

OPC:es un "protocolo" de comunicaciones abierto que permite la comunicación entre aplicaciones

informáticas y que permite la interoperabilidad entre diferentes fabricantes de software y hardware.

El OPC Server es quién lleva los datos de un punto a otro para que todas las aplicaciones los puedan

aprovechar de manera estándar.

Paquete: un paquete de datos es una secuencia de caracteres definida en el marco de una red de

datos que funciona como una unidad de las redes de transmisión de paquetes de datos. A demás de

los datos principales, los paquetes de datos contienen otra información de control indicando el

receptor, la secuencia de envió, el control de flujo y corrección de errores en todos los niveles de los

protocolos. Un paquete de datos puede tener una longitud determinada o variable aunque está

definido un límite máximo. Si el paquete de datos contiene la dirección completa de destino se

denomina datagrama. Al contrario, en una conexión virtual solo el primer paquete de datos contiene

la dirección completa, mientras que en los siguientes consta una referencia a la conexión.

Protocolo: un protocolo de transmisión de datos establece las reglas para el intercambio de

información en forma de un conjunto de reglas. Este contiene todos los formatos parámetros y

propiedades para una transmisión eficiente y libre de fallos. Los protocolos contienen convenciones

referidas a formatos de datos, intervalos de tiempo y manejo de errores para el intercambio de

información entre ordenadores. Un protocolo es una convención sobre el establecimiento de

conexión, la supervisión de conexión y su interrupción. Durante una conexión de datos

170


intervienendistintos protocolos. Es posible asignar protocolos a cada capa del modelo de referencia.

Existen protocolos de transporte para las cuatro capas inferiores del modelo de referencia y los

protocolos para la gestión y disposición de datos y su utilización.

Sistema de comunicación:Componentes o subsistemas que permiten la transferencia / intercambio

de información.

Producir: proceso concreto de creación o transformación de materias primas para obtener un

producto con características diferentes a las de las materias primas de las que se origina.

Producción: suma de los productos del suelo o de la industria.

Tap: Dispositivo de derivación para instalar físicamente un nodo al bus de la red ControlNet.

Topología: por topología física se entiende la configuración de los nodos y las conexiones de una

red.

171


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