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CAPÍTULO XI CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LAS REDES DE CAMPO DEVICENET Y CONTROLNET
11.1 Introducción Como se estudió en el capítulo II, existen diferentes alternativas de redes de campo entre los cuales se debe determinarse cuál elegir. Entre éstos se encuentran las redes de campo DeviceNet y ControlNet. En el presente capítulo se plantean una serie de criterios orientados a la elección de una red de campo para luego centrarse en los aspectos particulares que determinarían la elección de una red DeviceNet y ControlNet.
11.2 Posicionamiento de la red y los criterios de selección La selección de la red (o de las redes) para una aplicación depende de varios factores. En la figura 11.1 se muestra una carta de posicionamiento de distintas redes industriales.
Figura 11.1 Posicionamiento de redes de automatización industrial.
227
228
De acuerdo con la carta de posicionamiento de redes industriales ilustrada en la figura anterior, se pueden desprender varios aspectos que se deben tomar en cuenta al momento de elegir una determinada red. Entre tales aspectos se pueden observar, por ejemplo, el nivel de automatización y el costo.
11.3 Criterios de selección de una red industrial Debido a la diversidad de características que se asocian a una red, la elección de una determinada red de campo puede resultar compleja. Sin embargo, pueden agruparse las principales características comunes a cada red y determinar 3 criterios principales a considerar para su elección. Éstos son:
•
Capacidad de la red para dar solución a la aplicación.
•
Eficiencia con la cual la red entrega la solución, y
•
Proyección técnica y económica que entrega la red para la aplicación. En la figura 11.2 se muestra una representación abstracta de estos tres criterios y la forma
en que están interrelacionados.
Figura 11.2. Principales criterios para la elección de una red industrial.
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De acuerdo con la carta de posicionamiento de redes industriales ilustrada en la figura anterior, se pueden desprender varios aspectos que se deben tomar en cuenta al momento de elegir una determinada red. Entre tales aspectos se pueden observar, por ejemplo, el nivel de automatización y el costo.
11.3 Criterios de selección de una red industrial Debido a la diversidad de características que se asocian a una red, la elección de una determinada red de campo puede resultar compleja. Sin embargo, pueden agruparse las principales características comunes a cada red y determinar 3 criterios principales a considerar para su elección. Éstos son:
•
Capacidad de la red para dar solución a la aplicación.
•
Eficiencia con la cual la red entrega la solución, y
•
Proyección técnica y económica que entrega la red para la aplicación. En la figura 11.2 se muestra una representación abstracta de estos tres criterios y la forma
en que están interrelacionados.
Figura 11.2. Principales criterios para la elección de una red industrial.
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11.3.1 Capacidad de la red Las capacidades de la red se relacionan con sus características técnicas y prestaciones. Características asociadas con el criterio de capacidad de la red son:
•
Nivel de automatización
•
Volumen de dato
•
Tipo de dato
•
Método de acceso al medio
•
Topología
•
Número de nodos
•
Distancia
•
Métodos de comunicación
•
Tasa de transmisión
•
Respuesta de tiempo-real garantizada
•
Herramientas de software disponibles
11.3.2 Eficiencia de la red La eficiencia de la red se relaciona con la minimización de los costos, tanto económicos, de tiempo y técnicos, asociados con la solución. Características relacionadas con el criterio de eficiencia de la red son: •
Reducción del tiempo y del diseño de la ingeniería del proyecto.
•
Reducción y simplificación del cableado de la red.
•
Reducción de la puesta en marcha del proyecto.
•
Eficiencia en la comunicación de la red.
•
Costos de los dispositivos.
230
11.3.3 Proyección de la red La proyección técnica y económica de la red se refiere a las posibilidades de ampliación y actualización que la red entrega a una determinada aplicación, lo cual se traduce en un ahorro de costos futuro. Características asociadas con el criterio de proyección técnica y económica de la red son: •
Interoperabilidad
•
Integración niveles CIM
•
Ampliación de la red
•
Actualización y Grado de Obsolescencia
•
Servicios de Post-Venta
231
11.4 Criterios para la selección de la red DeviceNet Para determinar los criterios de selección para la red DeviceNet, se pueden plantear dos preguntas a responder:
1. ¿Para qué tipo de aplicaciones es recomendable DeviceNet? 2. ¿Cómo responde DeviceNet a los 3 criterios generales de selección de una red?
11.4.1 ¿Para qué tipo de aplicaciones es recomendable DeviceNet? La red de campo DeviceNet ha sido diseñado como una red del nivel de dispositivos dentro de una arquitectura de integración industrial. Por ello, la red DeviceNet es recomendable en las siguientes aplicaciones: •
Conexión de dispositivos de bajo nivel (sensores y actuadores con comunicación DeviceNet) directamente a los controladores de planta, sin interfazarlos a través de módulos I/O.
•
En una red de Drives.
•
Aplicaciones en que los nodos no están muy separados.
•
Cuando se requiere información de diagnóstico avanzada para mejorar la recolección de datos y la detección de fallas.
232
11.4.2 ¿Cómo responde DeviceNet a los 3 criterios generales de selección de una red? a) Capacidad de la red DeviceNet •
Nivel de automatización: Dispositivo; conecta PLC, PC (con tarjeta de comunicación), sensores con comunicación DeviceNet, Drives, módulos I/O para sensores/actuadores estándar. Recomendado especialmente para redes de Drives debido a baja perturbación por ruido debido a la característica eléctrica de transmisión en voltajes invertidos.
•
Volumen de dato: 8 bytes por trama
•
Tipo de dato: Mensajería de entrada/salida (implícita) y Mensajería Explícita
•
Método de acceso al medio: CSMA/NBA, ofrece aleatoriedad de acceso con prioridad mediante arbitraje en caso de conflicto por el medio.
•
Topología: Línea troncal con derivaciones.
•
Número de nodos: 64.
•
Distancia: hasta 500m la línea troncal y hasta 6m las derivaciones.
•
Mecanismos de comunicación: Bit-Strobe, Poll, Cambio de Estado y Cíclico.
•
Tasa de transmisión: 125, 250 y 500kbps.
•
Respuesta de tiempo real: 5 – 15 ms.
•
Herramientas de software disponibles: para plataforma de control y configuración de la red.
b) Eficiencia de la red DeviceNet •
Reducción del tiempo y del diseño de la ingeniería del proyecto: Alta.
•
Reducción y simplificación del cableado de la red: Alta.
•
Reducción de la puesta en marcha del proyecto: Alta.
•
Eficiencia en la comunicación de la red: Alta, por la elección de los mecanismos de comunicación apropiados.
•
Costo de los dispositivos: Elevado.
233
c) Proyección de la red DeviceNet •
Interoperabilidad: estándar abierto, certificación ODVA.
•
Integración niveles CIM: arquitectura NetLinx de ODVA y Rockwell-Automation con las redes ControlNet y EtherNet/IP.
•
Ampliación de la red: hasta 64 nodos; pueden distribuirse redes DeviceNet que pueden comunicarse a través de ControlNet o EtherNet/IP como backbone (ver sección 7.16).
•
Actualización y Grado de Obsolescencia: DeviceNet es estandarizado en el año 2000. DeviceNet se sigue desarrollando a través de los SIGS. Dispositivos que cumplen con el test de ODVA garantizan interoperabilidad DeviceNet con desarrollos futuros DeviceNet. A través del protocolo CIP en las capas superiores, DeviceNet podrá tener comunicación con futuras redes que lo implementen también.
•
Servicios de Venta y Post-Venta: En los Estados Unidos se han vendido cerca de 500.000 nodos DeviceNet (para el año 2003, según la propia Rockwell-Automation), con lo cual, en ese país se ofrece un servicio de venta y post-venta que entrega entre otros servicios capacitación de personal, mantenimiento y consultorías de proyectos. En el caso de Chile, si bien se dan estos servicios, existe sólo un distribuidor autorizado de equipamiento Rockwell-Automation y pocas empresas para el desarrollo de proyectos con redes DeviceNet. Esto resulta una importante desventaja en los siguientes dos aspectos:
o
Elevado costo de la solución.
o
Pobre servicio de post-venta (en relación al dado en Estados Unidos)
234
11.5 Criterios para la selección de la red ControlNet Para determinar los criterios de selección para la red ControlNet, se pueden plantear dos preguntas a responder:
1. ¿Para qué tipo de aplicaciones es recomendable ControlNet? 2. ¿Cómo responde ControlNet a los 3 criterios generales de selección de una red?
11.5.1 ¿Para qué tipo de aplicaciones es recomendable ControlNet? El bus de campo ControlNet ha sido diseñado como una red del nivel de control dentro de una arquitectura de integración industrial. Por ello, la red ControlNet es recomendable en las siguientes aplicaciones: •
Transferencia de alta velocidad de datos de tiempo crítico entre controladores y dispositivos de entrada/salida.
•
Entrega de datos determinística y repetible.
•
Requerimientos de medio redundante.
•
Requerimientos de seguridad intrínseca.
•
Como backbone (columna) para múltiples redes DeviceNet distribuidas.
235
11.5.2 ¿Cómo responde ControlNet a los 3 criterios generales de selección de una red? a) Capacidad de la red ControlNet •
Nivel de automatización: Control; conecta PLC, PC (con tarjeta de comunicación), módulos I/O para sensores/actuadores estándar. Recomendado especialmente para la adquisición y control de datos I/O de tiempo crítico, además de la comunicación peer-topeer (entre controladores).
•
Volumen de dato: 510 bytes por trama
•
Tipo de dato: Mensajería de entrada/salida y Mensajería Explícita
•
Método de acceso al medio: CTDMA, ofrece un acceso determinístico y repetitivo. No hay conflicto por acceso al medio.
•
Topología: Línea troncal, árbol, estrella, anillo y topologías mixtas.
•
Número de nodos: 48 por segmentos de 248m; total de nodos máximos: 99.
•
Distancia: desde 248 con 48 taps, y hasta 20km con uso de repetidores.
•
Métodos de comunicación: Scheduled y Unscheduled.
•
Tasa de transmisión: 5Mbps.
•
Respuesta de tiempo real: 2ms – 100ms (depende del retardo de propagación)
•
Herramientas de software disponibles: para plataforma de control y configuración de la red.
b) Eficiencia de la red ControlNet •
Reducción del tiempo y del diseño de la ingeniería del proyecto: Alta.
•
Reducción y simplificación del cableado de la red: Alta.
•
Reducción de la puesta en marcha del proyecto: Alta.
•
Eficiencia en la comunicación de la red: Alta, por la elección de los mecanismos de comunicación apropiados.
•
Costo de los dispositivos: Elevado.
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c) Proyección de la red ControlNet •
Interoperabilidad: estándar abierto, certificación ODVA y ControlNet Internacional.
•
Integración niveles CIM: arquitectura NetLinx de ODVA y Rockwell-Automation con las redes DeviceNet y EtherNet/IP.
•
Ampliación de la red: hasta 99 nodos; pueden distribuirse redes ControlNet que pueden comunicarse a través de la red EtherNet/IP como backbone.
•
Actualización y Grado de Obsolescencia: ControlNet es estandarizado en el año 2000. ControlNet se sigue desarrollando a través de los SIGS. Dispositivos que cumplen con el test de ODVA y ControlNet Internacional garantizan interoperabilidad de dispositivos de diferentes fabricantes y con futuros desarrollos o mejoras de la red. A través del protocolo CIP en las capas superiores, ControlNet podrá tener comunicación con futuras redes que lo implementen también.
•
Servicios de Venta y Post-Venta: En los Estados Unidos se han vendido cerca de 900.000 nodos ControlNet (para el año 2005, según la propia Rockwell-Automation), con lo cual, en ese país se ofrece un servicio de venta y post-venta que entrega entre otros servicios capacitación de personal, mantenimiento y consultorías de proyectos. En el caso de Chile, aunque se entregan estos servicios, existe sólo un distribuidor autorizado de equipamiento Rockwell-Automation y pocas empresas para el desarrollo de proyectos con redes ControlNet. Esto resulta una importante desventaja en los siguientes dos aspectos:
o
Elevado costo de la solución.
o
Pobre servicio de post-venta (en relación al dado en Estados Unidos).
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CAPÍTULO XII CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA REDES DEVICENET
12.1 Introducción En un proyecto de diseño de red DeviceNet se deben tomar en cuenta diversos factores que confluyen en el funcionamiento esperado de la red y que da solución a una determinada aplicación. En el presente capítulo se plantean una serie de etapas en las cuales dividir el diseño de un proyecto con el bus de campo DeviceNet. A través de éstas se propone una discusión en cuanto a los factores a tomar en cuenta para el correcto diseño, configuración y puesta en marcha de una red DeviceNet como solución para aplicaciones industriales.
12.2 Etapas de un proyecto de red DeviceNet Una vez que se ha seleccionado la red DeviceNet para dar solución a una determinada aplicación industrial, se presentan los problemas propios al diseño de la red. Por ello, el conocer las capacidades que ofrece la tecnología DeviceNet permite visualizar primero un acercamiento a la solución posible (Ingeniería Conceptual y Básica) para luego especificar los detalles y corregir las interpretaciones preliminares erróneas para la solución final (Ingeniería de Detalles). Dado que el diseño de una red DeviceNet involucra muchos factores, resulta conveniente dividirlo en una serie de etapas interrelacionadas, con sus propios aspectos a considerar. De esta forma, puede dividirse el diseño de una red DeviceNet en las siguientes 9 etapas, las cuales se representan en la figura 12.1.
237
238
Figura 12.1. Etapas proyecto de diseño de red DeviceNet.
De acuerdo con la figura 12.1, un proyecto de diseño de una red DeviceNet puede dividirse en 9 etapas. Éstas se interrelacionan debido a que algunas decisiones pasan por la etapa anterior, lo cual condiciona hasta cierto punto la solución proyectada. En lo que sigue del capítulo, se desglosa cada etapa con los factores a considerar dentro de ella.
239
12.3 Selección de la arquitectura de control Para dar solución a los requerimientos de una determinada aplicación, se debe determinar la arquitectura de control que se ha de utilizar. DeviceNet soporta las siguientes arquitecturas de control: •
Control Centralizado
•
Control Distribuido En el control centralizado, las funciones de control lógico son concentradas en un único
controlador de la red, ya sea un PLC o un PC (con tarjeta de comunicación). Por otra parte, en el control distribuido, las funciones de control lógico son distribuidas en múltiples controladores conectados a la red, ya sean PLC o PC (con tarjetas de comunicación). En el control distribuido, los nodos deben ser asignados a su controlador específico. En la figura 12.2 se representan las arquitecturas de control posibles para DeviceNet.
Figura 12.2. Arquitecturas de Control para DeviceNet: (a) Control Centralizado; (b) Control Distribuido.
240
12.4 Selección de la estrategia de comunicación Esto se refiere a seleccionar cuidadosamente qué mecanismo de comunicación de los soportados por DeviceNet se utilizará. Los mecanismos de comunicación que soporta DeviceNet son: Bit-Strobe, Poll, Cambio de Estado, y Cíclico. Estos mecanismos son llamados de mensajería implícita. Por otra parte, puede recurrierse al mecanismo de mensajería explícita para aplicaciones particulares (ver sección 14.5).
12.4.1 Métodos de comunicación Bit-Strobe y Poll •
Las entradas y salidas son actualizadas a la misma tasa.
•
Sencilla de configurar.
•
Generalmente utiliza en forma menos eficiente el ancho de banda de la red que otras opciones.
•
Baja cabecera por actualización, pero las actualizaciones son generalmente realizadas más frecuentemente para detectar cambios en las entradas.
12.4.2 Método de comunicación Cíclica •
Las entradas y salidas son actualizadas independientemente a una tasa configurada por el usuario.
•
Puede utilizar eficientemente el ancho de banda de la red por medio de reducir la tasa de actualización de las entradas y salidas de cada estación a su mínima ideal.
•
Requiere más trabajo de configuración pero puede proveer un mejor rendimiento del sistema cuando la tasa de actualización mínima requerida individual de los dispositivos de entrada/salida es identificada.
241
12.4.3 Método de comunicación Cambio de Estado (COS) •
Las entradas y salidas son actualizadas en forma independiente a una tasa mínima predefinida, y también cuando los datos de entrada/salida cambian.
•
Baja cabecera y sensible a los cambio de las entradas/salidas.
•
Requiere conocer el sistema que está siendo controlado para determinar el impacto que los mensajes de cambio de estado tendrán en el ancho de banda de la red.
12.5 Selección de los dispositivos La clase de dispositivos a utilizar dependerá de la aplicación en la cual se van a utilizar. Por ejemplo, los sensores de proximidad inductivos, los drives o el Scanner. Sin embargo, al seleccionar la marca y el modelo de dispositivo, se deben considerar que éstos puedan cumplir con los requerimientos que les impone la red. De aquí que se pueden plantear 3 factores comunes a todos los dispositivos, independientemente de la clase, que deberían cumplir para asegurar un funcionamiento óptimo de la red. Estos son:
1) Que los dispositivos soporten la tasa de transmisión proyectada de la red. 2) Que los dispositivos soporten los mecanismos de comunicación. 3) Que los dispositivos hayan aprobado el test de conformidad de ODVA. Respecto al primer factor, la red DeviceNet soporta 3 velocidades de transmisión, 125, 250 y 500 kbps. Por tanto, al elegir determinado dispositivo, éste debe tener la capacidad de soportar la velocidad para la red. Por ejemplo, si la red es proyectada con una velocidad de 500kbps, el dispositivo debe poseer esta capacidad.
242
Respecto al segundo factor, se debe asegurar que el dispositivo soporta el mecanismo de comunicación que se le pretende aplicar. Los dispositivos no necesariamente cuentan con todos los mecanismos de comunicación que soporta DeviceNet. Por ello, si por ejemplo, para una determinada aplicación un dispositivo se desea configurar con mecanismo de comunicación Cambio de Estado, se debe verificar que éste la soporta.
Respecto al tercer factor, un dispositivo que no haya aprobado el test de conformidad DeviceNet de la ODVA, no entrega garantía de un correcto funcionamiento en la red en las condiciones deseadas (si bien el dispositivo pudiera funcionar correctamente en determinadas condiciones, no hay garantía de ello para todas las condiciones posibles). En cambio, un dispositivo testeado y aprobado por ODVA brinda la garantía de funcionar en cualquier condición propia de la red DeviceNet para la cual ha sido diseñado. Un dispositivo aprobado por ODVA da garantía de las siguientes capacidades: •
Interoperabilidad: la capacidad de funcionar en una red con dispositivos de diferentes fabricantes
•
Intercambiabilidad: la capacidad de un dispositivo de ser reemplazado por otro que cumple con el mismo perfil definido por ODVA y de fabricante diferente. El no poner atender correctamente estos 3 criterios puede provocar problemas de
compatibilidad de los dispositivos en la red.
12.5.1 Selección del controlador Uno de los factores determinantes en relación al Controlador (o Controladores de la red), aparte del costo, está el rendimiento. Para este caso, el rendimiento es entendido como la combinación de la tasa de actualización de las entrada/salida, y su capacidad de control lógico. Por ello, se debe evaluar que el controlador de la red entregue el rendimiento suficiente. Puede
243
plantearse que la pregunta a responder es: “¿cuánto tiempo se toma el controlador para reaccionar a una entrada y actualizar una salida?”.
12.5.2 Selección dispositivos servidores y módulos de entrada/salida La recomendación para la elección de estos dispositivos (sensores, botoneras, drives y módulos I/O entre otros) es que éstos cumplan con un perfil estándar de ODVA (si es posible y/o aplicable) para que éstos puedan ser sustituidos por otro dispositivo que también cumpla dicho perfil, pero de cualquier fabricante, sin alterar el diseño de la red y reduciendo los tiempos de bajada.
12.5.3 Software de Configuración En cuanto a la elección del software de configuración de la red DeviceNet, el usuario está limitado al paquete de software recomendado o provisto por el fabricante de los dispositivos de la red. En el caso de las plataformas de control de Rockwell-Automation, el paquete de softwares para la red DeviceNet incluye RSLogix5000, RSNetWorx para DeviceNet y RSLinx, estudiados en la sección 7.6, los cuales cuentan con la certificación ODVA. Estos softwares soportan la configuración de equipos de diferentes marcas además de los propios de Rockwell-Automation.
244
12.6 Diseño del Sistema de Cableado El siguiente paso a seguir en el diseño de un proyecto con la red DeviceNet es el diseño del sistema de cableado. Este tiene como objetivos los siguientes:
•
El control total de la longitud de la línea troncal.
•
El control total del la longitud acumulada de las líneas de derivación.
El cumplimiento de estos objetivos es imprescindible, pues tiene una influencia directa en: •
La máxima tasa de transmisión de la red.
•
Distribución de la energía sobre la red.
12.6.1 Identificar los componentes del medio físico de la red Se debe tener la visión global de una red DeviceNet. Por ello en la figura 12.3 se ilustran los componentes del sistema de cableado una red DeviceNet.
Figura 12.3 Topología Línea Troncal/Derivaciones de la red DeviceNet.
245
12.6.2 Topología •
Determinando las necesidades de la aplicación, se debe comenzar por la topología básica de línea troncal (trunkline), luego se agregan las derivaciones (dropline) necesarias.
•
El número máximo de nodos que puede admitir una red DeviceNet es de 64.
12.6.3 Determinar el medio físico a) Cables a.1) Línea Troncal •
Se debe escoger entre los tres medios físicos disponibles para la construcción de la línea troncal: o
Round Thick: aprovecha la longitud máxima de la red de 500m.
o
Round Thin: para redes pequeñas, más económico que Round Thick.
o
Plano Kwiklink: simplifica el diseño del sistema de cableado y montaje.
•
Los cables Thick y Thin pueden combinarse en la construcción de la línea troncal.
•
Respetar las longitudes máximas de línea troncal para cada tipo de cable.
•
Deben tenerse en cuenta las capacidades de corriente de cada tipo de cable, así como sus caídas de voltaje.
a.2) Derivaciones •
Las derivaciones pueden construirse utilizando medios Round-Thick y Round-Thin.
•
Respetar la longitud máxima de la derivación de 6 m, para cualquier medio.
246
b) Taps •
Los tipos de Taps a utilizar dependen del tipo de cable.
•
El número de Taps depende del número de nodos a conectar y de la topología configurada.
•
Dentro de la gama existente de taps, escoger los tipos requeridos para la aplicación.
c) Resistencia de término •
La red DeviceNet necesita que sea terminada en los extremos con una resistencia de valor 121 OHM.
•
Se necesitan 2 Resistencias de Término, una para cada extremo de la red.
•
El tipo de resistencia depende del cable con el cual se ha construido la línea troncal.
12.6.4 Determinar la longitud de la red y la tasa de transmisión Debe tenerse en cuenta la longitud máxima permitida de la línea troncal, la cual puede tener un máximo de 500m en un medio Round-Thick, así como la de las derivaciones que pueden tener una longitud máxima de 6 m en cualquier medio. De la misma forma, se debe tener presente la interdependencia que existe entre la longitud de la red y la tasa de transmisión. En la tabla 12.1 se muestran las longitudes de red admitidas y su respectiva tasa de transmisión.
Tabla 12.1. Tasa de transmisión versus distancia línea troncal/longitud acumulada de derivaciones.
247
a) Cálculo de la longitud de la línea troncal Se distinguen 3 criterios de medir la longitud de la línea troncal:
•
Longitud de red medida entre las resistencias de término.
•
Longitud de red medida entre los dispositivos extremos.
•
Longitud de red medida entre la resistencia de término y el dispositivo extremo.
a.1) Longitud de red medida entre las resistencias de término Si la distancia entre el último tap de la red y la resistencia de de término (TR) es mayor que la distancia de la derivación que nace desde ese tap, entonces la medida debe hacerse desde la resistencia de término. En la figura 12.4 se muestra una ilustración de este criterio.
Figura 12.4. Cálculo de la longitud de la línea troncal desde las resistencias de término.
En este ejemplo, se observa que la distancia entre el último tap y la resistencia de término es de 3 m, mientras que la distancia de la derivación que nace desde este tap es de un 1 m. Por tanto, debido a que la distancia entre el tap y la resistencia de término es mayor, la longitud de la red debe ser medida desde TR.
248
a.2) Longitud de red medida entre los dispositivos extremos Si la distancia entre el último tap de la red y la resistencia de de término (TR) es menor que la distancia de la derivación que nace desde ese tap, entonces la medida debe hacerse desde el dispositivo. En la figura 12.5 se muestra una ilustración de este criterio.
Figura 12.5. Cálculo de la longitud de la línea troncal desde los dispositivos extremos. En este ejemplo observa que la distancia entre el último tap y la resistencia de término es de 3 m, mientras que la longitud de la derivación que nace desde este último tap es de 5 m. Por lo tanto, la longitud de la red debe ser medida desde el dispositivo.
249
a.3) Longitud de red medida entre la resistencia de término y el dispositivo extremo Esta situación corresponde a una combinación de las dos anteriores. En la figura 12.6 se ilustra este criterio.
Figura 12.6. Longitud de red medida entre la resistencia de término y el dispositivo extremo.
En este ejemplo, en un extremo de la red, la distancia entre el último tap y la resistencia de término es de 3 m, y la distancia de la derivación que nace desde ese tap es de 2 m, por lo tanto la medida se realiza desde TR. En el otro extremo, la distancia entre el último tap y la resistencia de término es de 3 m, mientras que la distancia de la derivación que nace desde ese tap es de 5 m. Por lo tanto, la medida se realiza desde el dispositivo.
b) Cálculo de la longitud acumulada de las derivaciones La longitud acumulada de las derivaciones se refiere a la suma total de las longitudes de todas las líneas de derivación del sistema de cableado de la red. La suma no puede exceder la máxima longitud acumulada permitida por la tasa de transmisión utilizada.
250
La tabla 12.2 muestra las longitudes cumuladas máximas permitidas para cada tasa de transmisión.
Tabla 12.2. Longitudes acumuladas de derivaciones normalizadas. A través del siguiente ejemplo, ilustrado en la figura 12.7, se explica la forma en que se debe calcular la longitud acumulada de derivaciones.
Figura 12.7. Ejemplo de cálculo de la longitud acumulada de las derivaciones de una red.
En la figura 12.7 se muestra una red construida con medios Round (Thick o Thin). Como se observa, la red tiene 4 taps tipo T, desde donde nacen las 4 derivaciones que posee. Además, tiene 2 taps tipo Deviceport, uno de 4 puertos y otro de 8 puertos. Los tap Deviceport conectan 13 dispositivos a la línea troncal.
251
La suma total de las derivaciones es de 42 m. Además, ningún nodo está conectado a una distancia mayor a 6 m desde la línea troncal. Con esto se pueden utilizar velocidades de 250 kbit/s o 125 kbit/s (dependiendo de la longitud que tenga finalmente la línea troncal y el medio Round utilizado, Thick o Thin, tal como se muestra en la tabla 12.2). La tasa de transmisión de 500 kbit/s no puede ser utilizada en este ejemplo debido a que su longitud acumulada de las líneas de derivación de 42 m, supera a los 39 m, que es el límite permitido para trabajar a esta tasa de transmisión.
252
12.7 Diseño del sistema de energización La red DeviceNet entrega la energía a los dispositivos a través del mismo cable medio. Esto implica que se deben seguir las pautas de diseño que se entregan en la especificación DeviceNet.
12.7.1 Objetivos del diseño del sistema de energización •
Suministrar a cada nodo un rango de voltaje entre los conductores V- y V+ desde 11V como mínimo hasta 25V como máximo.
•
Limitar la caída de voltaje de modo común sobre los conductores V- y V+. o
La diferencia de voltaje entre cualquiera de dos puntos sobre el conductor V- no debe exceder al máximo voltaje de modo común de 4,65V.
•
Suministrar la corriente apropiada para la red.
12.7.2 Consideraciones de diseño En la figura 12.8 se muestra un esquema elemental de la conexión de una fuente de energía a una red DeviceNet de medio Round (Thick o Thin).
Figura 12.8. Esquema elemental de la conexión de una fuente de energía para la red DeviceNet.
253
La fuente de poder debe ser conectada en un extremo de la red o bien, en un lugar cercano al centro físico del sistema de cableado. En la figura 12.9 se ilustran estas dos situaciones para la conexión de la fuente de poder.
Figura 12.9. Conexión de una fuente de poder a la red DeviceNet: (a) en un extremo de la red; (b) en el centro físico de la red. (c) Esquema de conexión de los conductores V+ y V- con la fuente de poder.
El sistema de energización DeviceNet admite el uso de fuentes redundantes. Cuando se utilizan fuentes redundantes, el conductor V+ debe estar cortado entre las fuentes. En la figura 12.10 se ilustra la situación en que se conectan dos fuentes de poder con V+ cortado entre las fuentes.
254
Figura 12.10. Conexión de fuentes de poder redundantes. (a) Conexión de una fuente de poder en un extremo de la red y una segunda en el centro físico de la red. (b) Diagrama esquemático que muestra el corte de V+ que debe existir entre las dos fuentes. Se admite una excepción de la pauta anterior, que es cuando se conectan dos fuentes en paralelo, una en cada extremo de la línea troncal. Esta situación se representa en la figura 12.11.
Figura 12.11. Representación de una red Devicenet con dos fuentes de poder conectadas en los extremos sin V+ cortado entre sí. (a) representación general; (b) esquema de cableado.
255
12.7.3 Consideraciones sobre la conducción de corriente del medio Aunque los tipos de cable que conforman el medio de la red DeviceNet, tienen cada uno su limitación de conducción de corriente, el sistema de cableado puede soportar una carga mayor. Esta característica debe tenerse presente para el diseño del sistema de energización. Los cables tipo Round-Thick y Plano-Kwiklink de Clase 1, son los que tienen la mayor capacidad de conducción, soportando ambos hasta 8A. Sin embargo, el sistema de cableado construido con alguno de estos dos medios puede soportar una carga total mayor a los 8A. Por ejemplo, se puede conectar una fuente de energía de 16A en algún lugar del centro físico de la línea troncal del sistema de cableado, dividiéndola en dos secciones. De esta forma, la fuente de energía suministra 8A para cada sección de la línea troncal. Sin embargo, en ningún caso, debería suministrarse más de 8A a uno de los lados de la línea troncal. Las líneas de derivación (droplines), las cuales son construidas con medios Round-Thick o Round-Thin, permiten hasta 3A, dependiendo de su longitud. La corriente máxima disminuye a medida que aumenta la longitud de la red. Para determinar la corriente máxima de la línea de derivación, se utiliza la siguiente ecuación: ID=4,57/L (A)
[12.1]
En donde ID es la corriente de la línea de derivación en amperes, y L es la longitud de la derivación en metros. También puede utilizarse los valores normalizados que se muestran en la tabla 12.3.
256
Tabla 12.3. Valores normalizados de longitud de línea de derivación versus corriente permitida. La máxima corriente permitida se aplica a la suma de las corrientes de todos los nodos sobre la línea de derivación.
12.7.4 Determinar los requerimientos de energía El objetivo de la determinación de los requerimientos de energía de la red, es que el sistema de energización sea capaz de entregarlos. Por ello, se establecen las siguientes dos estrategias para cumplir con tal objetivo: •
Ubicación de la fuente de poder en la red.
•
Uso de fuentes redundantes.
a) Ubicación de la fuente de poder Una fuente de poder puede ser ubicada en un extremo o en el medio físico de del sistema de cableado. La ubicación final, dependerá del resultado de la determinación de los requerimientos de energía de la red.
257
b) Uso de fuentes redundantes El uso de fuentes redundantes le otorga flexibilidad al sistema de energización.
12.7.5 Métodos para la determinación de los requerimientos de energía Existen 3 métodos para determinar los requerimientos de energía de la red, los cuales son: •
Método simple
•
Método Look-up
•
Método de cálculo total
a) Método Simple El método simple es utilizado cuando la extensión de la red es pequeña. Este método sirve como una aproximación para determinar la fuente, o fuentes de poder necesarias. Este método consiste en: •
Sumar los requerimientos de corriente nominal de todos los dispositivos que consumen potencia de la red. Con ello se obtiene la corriente nominal total del sistema I TN.
•
Agregar un 10% adicional a ITN para permitir sobrecargas de corriente. Con ello se obtiene la corriente total IT del sistema (IT = ITN + 0, 1×ITN)
•
Asegurarse de que IT es menor que la mínima corriente nominal indicada en la placa de la fuente de poder que se utilizará.
258
a.1) Ejemplos de aplicación del método simple a.1.1) Ejemplo 1: Conexión de una fuente En este ejemplo se supone que la red DeviceNet ha sido construida con medio RoundThick. La figura 12.12 muestra que el diagrama esquemático de la red.
Figura 12.12. Red DeviceNet que utiliza una fuente de poder conectada en un extremo de la línea troncal. Se observa que posee una fuente de poder conectada en un extremo de la red. La corriente nominal total de este sistema es: ITN = 1,50A + 1,00A + 1,20A = 3,70A La corriente total del sistema es: IT = ITN + 0, 1 × ITN = 3,7A + 0,1 × 3,70A = 4,07A De esta forma, la mínima corriente nominal que debe entregar la fuente de poder a escoger es de 4,07A.
259
a.1.2) Ejemplo 2: Conexión de dos fuentes de poder con V+ cortado En este ejemplo, se supone una red DeviceNet construida en un medio Round-Thick. La figura 12.13 muestra el diagrama esquemático de la red.
Figura 12.13. Red DeviceNet que utiliza dos fuentes de poder con el conductor V+ cortado entre las dos fuentes para separar los segmentos de la red.
Se observa en la figura que la red tiene dos fuentes, una conectada en un extremo de la red y la otra, conectada en el centro físico de la línea troncal. Además, el conductor V+ está cortado entre las fuentes de poder, dividiendo la red en dos mitades.
Para la Fuente de Poder #1
La corriente nominal para el primer segmento de este sistema es:
260
ITN1 = 1,05A + 1,50A = 2,55A La corriente total para este segmento del sistema es: IT1 = ITN1 + 0, 1 × ITN1 = 2,55A + 0,1 × 2,55A = 2,805A De esta forma, la mínima corriente nominal que debe entregar la fuente de poder #1 a escoger es de 2,805A.
Para la Fuente de Poder #2
La corriente nominal para el primer segmento de este sistema es: ITN2 = 1,00A + 1,00A + 1,00A = 3,00A La corriente total para este segmento del sistema es: IT2 = ITN2 + 0, 1 × ITN2 = 3,00A + 0,1 × 3,00A = 3,30A De esta forma, la mínima corriente nominal que debe entregar la fuente de poder #2 a escoger es de 3,30A.
b) Método Look-Up El método Look-Up es un método de tabla. Esto quiere decir, que se utiliza una curva normalizada para la corriente máxima permitida y la longitud de la línea troncal cada medio. A partir de una comparación, permite determinar la fuente de poder necesaria para la aplicación. Éste es el método utilizado para la mayoría de los casos, especialmente cuando la red posee una longitud extensa.
261
Los pasos a seguir en este método son: •
Determinar la longitud que existe entre el powertap (el tap al que se conecta la fuente de poder) y el último tap de la red. Esta longitud es LPT.
•
Sumar los requerimientos de corriente nominal de todos los dispositivos que consumen potencia de la red. Con ello se obtiene la corriente nominal total del sistema I TN.
•
Buscar en la curva, o en la tabla extraída de la curva, correspondiente al medio que se esté utilizando, la longitud LPT. Dentro del rango en el que se encuentra LPT, utilizar la longitud mayor y hallar la máxima corriente permitida por el sistema, IMAX.
•
Comparar las corrientes, en donde debe ser ITN ≤ IMAX
•
De no ser así se pueden tomar las siguientes medidas: o
Utilizar el método de cálculo completo.
o
Mover la fuente a un lugar en el centro físico del sistema de cableado y reevaluar la situación.
o
Utilización de fuentes redundantes y dividir la red en secciones.
b.1) Ejemplo de aplicación del Método Look-up En siguiente ejemplo, se supone una red DeviceNet construida con medio Round-Thick. En la figura 12.14 se muestra un diagrama esquemático de la red.
262
Figura 12.14. Red DeviceNet con una fuente de poder en un extremo. Se observa que la red posee una fuente de poder, la cual está conectada en un extremo. La distancia que existe entre la fuente de poder y el último tap es L PT = 177m. El consumo de corriente nominal total de los dispositivos conectados a la red es: ITN = 0,10A + 0,15A 0,10A + 0,30A + 0,15A = 0,80A La figura 12.15 muestra la curva Corriente Máxima – Longitud de línea Troncal para el medio Round-Thick. En ella, debe ubicarse la longitud LPT = 177m.
Figura 12.15. Curva de Corriente Máxima/Longitud de Línea Troncal para medio Round-Thick.
263
De esta manera, la longitud a utilizar es 180m. De ahí, se tiene que la corriente máxima permitida para la red es IMAX = 1,70A. Al comparar las corrientes: ITN = 0,80A < IMAX = 1,70A Por lo tanto, la corriente ITN es permitida para esta red. La fuente de poder a escoger debe tener como mínimo en su indicación de placa 0,80A de corriente nominal.
c) Método de cálculo completo Este método es utilizado cuando en una evaluación inicial se ha determinado que una sección de la red está sobrecargada, o cuando los requerimientos no pueden ser encontrados utilizando el método Look-Up. Una fuente de poder que no es conectada en un extremo de la red, crea dos secciones de línea troncal. Por tanto, se debe evaluar cada sección en forma independiente. La evaluación de las secciones se realiza a través de la siguiente ecuación: VT = SUM {[(Ln x (Rc)) + (Nt x (0.005))] x In} ≤ 4.65V
[12.2]
En donde cada parámetro significa:
VT: Es la caída de voltaje total del sistema de cableado. Ln: Es la distancia (en m o en ft) ente el dispositivo y la fuente de poder, excluyendo la distancia de la línea de derivación. El subíndice “n” hace alusión al número del dispositivo que está siendo evaluado, comenzando por uno de los dispositivos que esté más cerca de la fuente de poder,
264
incrementándose en uno para el siguiente dispositivo. La ecuación suma la caída de voltaje de cada dispositivo y la compara con 4,65V.
Rc: Es la resistencia del medio con el cual se ha construido el sistema de cableado de la red. Para cada medio, Rc tiene los siguientes valores: •
Round-Thick: 0,015 /m (0,0045 /ft)
•
Round-Thin: 0,069 /m (0,021 /ft)
•
Plano (Kwiklink): 0,019 /m (0,0058 /ft)
Nt: Es el número de taps entre el dispositivo que está siendo evaluado y la fuente de poder. Por ejemplo: •
Cuando el dispositivo a ser evaluado es el primero por ser el más cercano a la fuente de poder, Nt=1.
•
Cuando existe un dispositivo cualquiera entre el dispositivo a ser evaluado y la fuente de poder, entonces Nt=2.
•
Cuando existen 10 dispositivos cualquiera entre el dispositivo a ser evaluado y la fuente de poder, entonces Nt=11. Se tratan como un solo tap los dispositivos que están conectados a un tap tipo Devicebox
o a un tap tipo Deviceport. Deben sumarse las corrientes de todos los dispositivos conectados y debe ser usada en la ecuación una sola vez.
(0,005): La resistencia nominal de contacto usada por toda conexión a la línea troncal. In: la corriente utilizada por el dispositivo desde el sistema de cableado. Para corrientes dentro del 90% del máximo, usar la corriente nominal del dispositivo. De lo contrario, utilice la tasa de corriente máxima del dispositivo. Para los taps Devicebox o DevicePorts, sumar las corrientes de todos los dispositivos conectados, y contar el tap como si fuera uno solo.
265
4,65: La máxima caída de voltaje permitida en la línea troncal DeviceNet. Esta es la caída de voltaje total del sistema de cableado de 5V menos 0,35V reservados para las caídas de voltaje de las derivaciones.
c.1) Pasos a seguir con el método de cálculo completo •
Calcular los voltajes de cada dispositivo de la red utilizando la ecuación anterior. Sustituir los valores apropiados según el medio de la red.
•
Sumar el voltaje hallado para cada dispositivo.
•
Comparar el resultado con 4,65V. Si el resultado es menor a 4,65V, entonces el sistema funcionará apropiadamente.
•
Para hallar el porcentaje de carga se debe utilizar la siguiente ecuación: %Carga = VT
•
/4,65 × 100
En el caso de que V T fuera mayor que 4,65V, entonces debe reevaluarse la ubicación de la fuente de voltaje o bien, el uso de fuentes redundantes. Luego repetir el método.
c.2) Ejemplo de aplicación del Método de Cálculo Completo En este ejemplo se supone una red DeviceNet construida con medio Round-Thick. En la figura 12.16 se muestra el diagrama esquemático de esta red.
[12.3]
266
Figura 12.16. Red DeviceNet construida con medio Round-Thick con una fuente conectada en un extremo a la cual se le aplica el método completo de cálculo para determinar su consumo.
De acuerdo con las pautas especificadas para este método, se tiene: Se calcula la caída de voltaje provocada por cada dispositivo utilizando la ecuación [12.2] en un medio Round-Thick: Dispositivo 1:
[(15 x (0,015)) + (1 × (0,005))] x 1,00 = 0,23V
Dispositivo 2:
[(30 x (0,015)) + (2 × (0,005))] x 0,50 = 0,23V
Dispositivo 3:
[(122 x (0,015)) + (3 × (0,005))] x 0,50 = 0,92V
Dispositivo 4:
[(244 x (0,015)) + (3 × (0,005))] x 0,50 = 0,92V
Ahora, realizando la suma de estas caídas de voltaje, de acuerdo con la ecuación [12.2]:
267
VT = 0,23V + 0,23V + 0,92V + 0,92V = 2,3V Y realizando la comparación: VT = 2,3 ≤ 4,65V La conclusión de este cálculo es que la red funcionará apropiadamente. Según el método Look-up, esta configuración no es válida, pero como se ve, al realizar el método de cálculo completo, la red sí soporta la capacidad de corriente requerida, es decir: IT = 1,00A + 0,50A + 0,50A + 0,25A = 2,25A De esta forma, la fuente de poder necesaria para esta red, debe entregar como mínimo 2,25A.
268
12.8 Diseño de la puesta a tierra Además de las recomendaciones de conexión a tierra para todo sistema de automatización industrial, la especificación DeviceNet establece pautas para el diseño de la conexión a tierra la red. Éstas deben seguirse estrictamente para evitar problemas futuros de la red.
12.8.1 Consideraciones generales •
Deben seguirse las pautas para el diseño de la conexión a tierra dadas por la especificación DeviceNet, según el medio utilizado, Round (Thick o Thin) o plano Kwiklink.
•
La red DeviceNet debe ser conectada a tierra en un solo lugar.
•
Conectar a tierra el conductor V-, el blindaje (shield) de la red y el conductor drain.
•
Construir la tierra eléctrica (ground) usando una trenza de cobre de 25mm o un alambre #8AWG (10mm2) con una longitud máxima de 3m.
•
En el caso de uso de fuentes redundantes o
Conectar sólo una fuente a de poder a tierra, siendo esta, la que esté más cerca del centro físico del sistema de cableado. Esto maximizará el rendimiento y minimizará los efectos de ruido externo.
o
El chasis de cada fuente de poder debe ser conectado a la tierra común.
o
El conductor V+ debe estar cortado entre las fuentes de poder que están conectadas, una en un extremo y la otra (u otras) en el centro de la red. Esto no aplica en el caso de utilizar dos fuentes de poder conectadas en paralelo en donde estas están cada una en un extremo de la red (ver la sección de diseño del sistema de energización).
269
12.8.2 Puesta a tierra de red con medios Round-Thick y Round-Thin Se debe conectar a tierra el conductor V-, el alambre drain y el blindaje en un solo lugar. Con esto se previenen los bucles de tierra, o ground-loop. En la figura 12.17 se muestra un esquema para la conexión de tierra para una red que utiliza una fuente de poder.
Figura 12.17. Esquema de conexión de tierra para una red DeviceNet con una fuente de poder en un medio Round-Thick o Round-Thin.
En el caso de utilizar fuentes redundantes, es decir, dos o más fuentes de poder, sólo una de éstas debe ser conectada a tierra, siguiendo la pauta de conexión anterior. Además, la fuente de poder que se conectará a tierra debe ser la que esté más cercana al centro físico del sistema de cableado de la red.
270
La figura 12.18 muestra el esquema de conexión a tierra para una red que utiliza fuentes redundantes.
Figura 12.18. Esquema de conexión de tierra para una red DeviceNet con más de dos fuentes de poder en un medio Round-Thick o Round-Thin.
Puede observarse en la figura 12.18 que el conductor V+ está cortado para separar a las fuentes de poder, tal como se explicó en el diseño del sistema de energización.
271
12.8.3 Puesta a tierra de red con medio plano Kwiklink Conectar el conductor V- a tierra. La figura 12.19 muestra el esquema de conexión a tierra de este medio.
Figura 12.19. Esquema de conexión de tierra para una red DeviceNet con una fuente de poder en un medio plano Kwiklink. En el caso de utilizar fuentes redundantes, es decir, dos o más fuentes de poder, sólo una de éstas debe ser conectada a tierra. En este caso, también la fuente de poder que se debe conectar a tierra es la que esté más cerca del centro físico del sistema de cableado de la red. La figura 12.20 muestra el esquema de conexión a tierra para una red que utiliza fuentes redundantes en un medio plano Kwiklink.
272
Figura 12.20. Esquema de conexión de tierra para una red DeviceNet con más de dos fuentes de poder en un medio plano Kwiklink.
12.8.4 Recomendaciones de puesta a tierra para sistema de automatización Además de las pautas para la conexión a tierra de una red DeviceNet entregadas por su especificación, se deben seguir las recomendaciones generales que se entregan en las publicaciones: •
“Industrial Automation Wiring and Grounding Guidelines”, February 1998, AllenBradley.
•
IEEE Guide for the Installation of Electrical Equipment to Minimize Electrical Noise Inputs to Controllers from External Sources (IEEE Std 518-1982). Estas recomendaciones entregan las pautas a seguir para una puesta a tierra segura para
cualquier red de automatización industrial.
273
12.9 Montaje Una vez realizado las etapas anteriores, se puede proceder al montaje físico de la red en la industria. Las instrucciones para la realización del montaje están disponibles desde la ODVA y Rockwell-Automation a través de las siguientes dos publicaciones: Recomendaciones generales de montajes industriales: •
“Industrial Automation Wiring and Grounding Guidelines”, February 1998, AllenBradley.
Instrucciones para el montaje de redes DeviceNet: •
“DeviceNet Cable System: Planning and Installation Manual”, May 1999, RockwellAutomation. Ambas publicaciones están disponibles gratuitamente desde Internet.
12.10 Configuración de la red Los principales aspectos que deben ser configurados en la red DeviceNet son: •
La dirección de red para cada nodo.
•
Método de comunicación empleado.
•
Parámetros de dispositivo.
•
Funciones de diagnóstico y funciones especiales, si aplica (ADR, Autobaud)
•
En el dispositivo Scanner de la red, su lista de dispositivos a escanear. La configuración de la red se realiza a través de las herramientas de software. Se utiliza el
programa RSNetWorx para DeviceNet (o alguna herramienta similar).
274
Una característica especial del programa RSNetWorx es la capacidad de configurar la red en modo Offline, es decir, de manera virtual sin tener montada aún la red. Esta capacidad puede ser usada para disminuir los tiempos de configuración real y puesta en marcha de la red. Por otra parte, con el programa RSLogix5000 para la plataforma de control, se realiza el programa de control para el PLC.
12.11 Pruebas y diagnóstico de fallas Una vez realizado el montaje y la configuración de la red, se deben realizar las pruebas a la red para verificar que el sistema funciona correctamente. Se deben diagnosticar las fallas que se puedan presentar para darles solución.
12.11.1 Fallas típicas de la red DeviceNet La mayoría de los problemas que se presentan en la red DeviceNet se deben a errores en el diseño del sistema de cableado y en el diseño del sistema de energización. Los problemas típicos que se presentan en un red DeviceNet son los siguientes: •
Resistencia de término “perdidas” (mal conectadas, sueltas o caídas).
•
Excesivo Voltaje de Modo Común
•
•
o
Excesiva corriente en el medio
o
Excesiva longitud del cable
o
Falla en los conectores
Bajo voltaje de la fuente de potencia o
Excesiva corriente en el medio
o
Excesiva longitud del cable
o
Falla en los conectores
Retardo de propagación de señal excesivo La solución a estos problemas es la reevaluación del sistema de cableado y del sistema de
energización de la red.
275
CAPÍTULO XIII CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA REDES CONTROLNET
13.1 Introducción Para el proyecto de diseño de una red ControlNet se deben tomar en cuenta diversos factores que confluyen en el funcionamiento esperado de la red y que da solución a una determinada aplicación. En el presente capítulo se plantean una serie de etapas en las cuales dividir un proyecto de diseño con el bus de campo ControlNet. A través de éstas se propone una discusión en cuanto a los factores a tomar en cuenta para el correcto diseño, configuración y puesta en marcha de una red ControlNet como solución para aplicaciones industriales del nivel de control.
13.2 Etapas para un proyecto ControlNet Al plantear el desarrollo de un proyecto de diseño de una red ControlNet, resulta conveniente dividirlo en etapas consecutivas que se interrelacionen entre sí. En la figura 13.1 se muestra un planteamiento en donde un proyecto de red ControlNet se divide en 7 etapas. Cada una de estas etapas se interrelacionada con la siguiente, pues los aspectos de diseño del proyecto de red ControlNet no pueden considerarse aisladamente.
275
276
Figura 13.1. Etapas para el desarrollo de un proyecto de diseño de una red ControlNet. Cada etapa a su vez plantea una serie de consideraciones que confluirán en el correcto diseño total de la red. En las siguientes secciones de este capítulo se desarrolla cada una de las etapas propuestas para un proyecto de diseño de red ControlNet.
277
13.3 Selección de la arquitectura de control ControlNet soporta las siguientes dos arquitecturas de control: •
Control Centralizado
•
Control Distribuido De acuerdo con los requerimientos de la aplicación se debe determinar cual de éstas
arquitecturas se utilizará. La figura 13.2 representa esquemáticamente la composición de estas arquitecturas en una red ControlNet.
Figura 13.2. Representación de las arquitecturas de control para ControlNet: (a) control centralizado; (b) control distribuido.
278
13.4 Determinación estrategia de comunicación Se debe dejar establecida la estrategia de comunicación que se requerirá. Como se estudió en la sección 9.3.1, ControlNet, soporta dos tipos de servicios de comunicación: •
Scheduled (configurada o programada), y
•
Unscheduled (no-configurada o no-programada) El servicio scheduled se utiliza en todas aquellas aplicaciones que requieran el control de
datos críticos de entrada/salida (datos analógicos o digitales), mientras que el servicio unscheduled se utiliza en aquellas aplicaciones que no son de tiempo crítico, tales como
configuración o de establecimiento de conexión.
13.5 Selección de los dispositivos La clase de dispositivos que se utilizarán dependerá de la aplicación. Siendo ControlNet una red del nivel de control, típicamente se compondrá de PLC (o PLCs, según la arquitectura de control) y de módulos de entrada/salida, además del software de configuración. Por otra parte, en cuanto a los criterios de selección de los dispositivos de una red ControlNet, deben considerarse los siguientes dos factores comunes a todos ellos y que influirá en el correcto funcionamiento de la red:
•
Que el dispositivo soporte el servicio de comunicación que se empleará (scheduled, unscheduled o ambos).
•
Que los dispositivos hayan aprobado el test de conformidad ControlNet Respecto del segundo factor, de la misma forma que con DeviceNet, la certificación
garantiza interoperabilidad e intercambiabilidad de los dispositivos en un sistema ControlNet.
279
13.5.1 Selección del controlador El controlador puede ser un PLC o un controlador basado en PC. En la elección del tipo o modelo de controlador, además de la característica del costo, un factor determinante es el rendimiento. Por tanto, debe considerarse el tiempo de respuesta que éste se toma para actualizar una salida cuando ha monitoreado una entrada (ver sección 12.5.1).
13.5.2 Dispositivos servidores y módulos de entrada/salida La recomendación para la elección de estos dispositivos es que éstos cumplan con un perfil estándar de ODVA y de CI (si es posible y/o aplicable) para que éstos puedan ser sustituidos por otro dispositivo que también cumpla dicho perfil, pero de cualquier fabricante, sin alterar el diseño de la red y reduciendo los tiempos de bajada.
13.5.3 Software de Configuración En cuanto a la elección del software de configuración de la red ControlNet, el usuario está limitado al paquete de software recomendado o provisto por el fabricante de los dispositivos de la red. En el caso de las plataformas de control de Rockwell-Automation, el paquete de softwares para la red ControlNet incluye RSLogix5000, RSNetWorx para ControlNet y RSLinx, estudiados en la sección 10.5., los cuales cuentan con la certificación ODVA y ControlNet Internacional (CI). Estos softwares soportan la configuración de equipos de diferentes marcas además de los propios de Rockwell-Automation.
280
13.6 Diseño del sistema de cableado 13.6.1 Topología Se debe determinar la topología más adecuada para la aplicación. Como se estudió en la sección 9.2.1, ControlNet soporta muchas posibles topologías, desde la línea troncal hasta una topología en anillo. Esto otorga mucha flexibilidad al momento de diseñar el sistema de cableado de la red.
13.6.2 Longitud de segmento y número de taps Este aspecto, tratado en la sección 9.2.2, es el más crítico al realizar el diseño del sistema de cableado, puesto que la longitud de segmento y el número de taps están inversamente relacionados. La longitud de segmento está en función del número de taps según la ecuación: Segmento máximo de red permitido = 1.000 m – 16,3 m × (Nº de Taps – 2 m) La gráfica de esta ecuación es representada en la figura 13.3. La longitud máxima de un segmento es de 1000m con dos taps. Por otra parte, la cantidad máxima de taps admitida por segmento es de 48. Por lo tanto, la menor longitud de segmento con el mayor número de taps permitidos es de 250m.
Figura 13.3. Representación gráfica de la ecuación (*).
281
Cuando la red proyectada supera la capacidad básica impuesta por la longitud de la red y el número de taps, entonces, el problema se soluciona a través del uso de repetidores. En la figura 13.3 se muestra la gráfica de la ecuación (*) en donde se puede apreciar que si los requerimientos de la red están “sobre la curva”, entonces es requerido el uso de repetidor.
13.6.3 Uso de repetidores Para ilustrar el uso de repetidores para permitir extender las capacidades básicas de red ControlNet, se plantea la siguiente situación: •
Una red ControlNet con topología de línea troncal con una longitud de 600m, tiene 48 taps. Esto excede la capacidad básica de la red. Por lo cual se debe utilizar un repetidor ControlNet. Se tendrá que dividir la red en dos segmentos. Por lo tanto debe determinarse el número de taps asociados a cada segmento para dimensionar su longitud.
•
Se distribuyen los taps en 24 por cada segmento. De ahí se tiene: Nº taps del segmento #1 = 24
=> longitud de segmento máxima 641m => longitud de segmento necesaria 300m
Nº taps del segmento #2 = 24
=> longitud de segmento máxima 641m => longitud de segmento necesaria 300m
De esta manera, se soporta la topología requerida con el uso de un repetidor que una a los segmentos #1 y #2. En la figura 13.4 se representa la red ControlNet propuesta.
282
Figura 13.4. Uso de un repetidor ControlNet en medio de cable coaxial. Pueden conectarse hasta 20 repetidores en serie, y puede enlazarse medios de cable coaxial con el de fibra óptica a través del uso de éstos. En todos los casos, la red no puede superar los 20km.
13.6.4 Uso del medio de fibra óptica Además del cable coaxial, ControlNet soporta el medio de fibra óptica. Éste medio se utiliza principalmente para las siguientes aplicaciones: •
Extender la longitud de la red.
•
Proveer inmunidad a la interferencia electromagnética, EMC.
•
Permitir la instalación de ControlNet en zonas con riesgo de explosión, pues entrega características de seguridad intrínseca. El medio de fibra óptica permite extender la longitud de la red hasta 20km. Para ello se
utilizan repetidores ControlNet para el medio de fibra óptica.
283
En la figura 13.5 se ilustra el uso de la fibra óptica en una red ControlNet.
Figura 13.5. Red ControlNet que utiliza fibra óptica. El medio de fibra óptica enlaza dos segmentos de la red ControlNet separados por 3km. A su vez, el entorno que cruza el medio de fibra óptica está sometido a fuertes interferencias electromagnéticas, las cuales no afectan la transmisión de los datos a través de este medio. Se puede observar también el uso de los repetidores que permiten el cambio de medio y la extensión de la red.
13.7 Montaje Siendo ControlNet un sistema de automatización industrial, su montaje debe ser realizado por el personal calificado siguiendo las recomendaciones propias para todo sistema industrial. Y,
284
además de las recomendaciones generales de montaje, se deben seguir las pautas propias dadas para ControlNet. Las siguientes publicaciones provistas por ControlNet Internacional y RockwellAutomation entregan todas las pautas necesarias para realizar el montaje de la red ControlNet. Recomendaciones generales de montajes industriales: •
“Industrial Automation Wiring and Grounding Guidelines”, February 1998, AllenBradley.
Especificaciones de montaje ControlNet para medio Coaxial: •
“Planning and Installation Manual”, April 1998, Allen-Bradley Company, Inc.
Especificaciones de montaje ControlNet para medio Fibra Óptica: •
“ControlNet Fiber Media Planning and Installation Guide”, July 2004, Allen-Bradley. Estas publicaciones están disponibles desde Internet en forma gratuita.
13.8 Configuración de la red La configuración de una red Controlnet puede dividirse en dos partes:
•
La configuración del controlador de la red (PLC), y
•
La configuración de los parámetros de red ControlNet
13.8.1 Configuración del controlador de la red ControlNet La configuración del controlador (o controladores) de la red ControlNet, ya sean PLC o basado en PC, se puede dividir en dos partes:
285
1. Asignarle al Controlador los dispositivos que deberá controlar en la red, de forma que los dispositivos de entrada/salida “conversen”.
2. Configurar en el controlador el intervalo entre paquetes solicitados, RPI, que es la velocidad a la que el usuario solicita el movimiento de datos hacia o desde los módulos de entrada/salida. El valor de configuración del RPI está relacionado con el valor del NUT, el cual también es configurado por el usuario. En la plataforma de Rockwell-Automation, estas configuraciones se realizan con el programa RSLogix5000.
13.8.2 Configuración de los parámetros de red ControlNet Se deben configurar los parámetros propios de la red ControlNet que son:
•
Dirección de red de los nodos
•
NUT
•
SMAX
•
UMAX
a) Dirección de red de los nodos •
En una red ControlNet, es posible direccionar hasta 99 nodos.
•
La más baja dirección es la 00 y la más alta es la 98.
•
A los controladores de la red debe asignárseles las direcciones más bajas de la red. Por ejemplo, la dirección 00.
•
Al asignar las direcciones de nodo, tener en cuenta la posibilidad de ampliación para no tener que cambiar la dirección de los nodos ya conectados.
286
b) El NUT El tiempo de actualización de la red, NUT (estudiado en la sección 9.3.1), es el ciclo de tiempo repetitivo más pequeño configurable por el usuario al cual se pueden transmitir los datos en la red ControlNet. Este tiempo está entre 2 a 100 milisegundos.
c) El SMAX Como se estudió en la sección 9.3.1, la red ControlNet entrega capacidades de mensajería determinísticas y repetibles. Esta capacidad es utilizada normalmente para la transmisión de datos de entrada/salida críticos. Para ello tiene reservada una porción de ancho de banda para entregar este servicio, llamado “servicio scheduled”. El SMAX es la dirección más alta de la red para que un nodo que pueda transmitir utilizando la porción scheduled del NUT, y debe ser configurada por el usuario.
d) El UMAX La red ControlNet reserva una porción de ancho de banda para aplicaciones de mensajería no programadas, el cual es llamado “servicio unscheduled” (ver la sección 9.3.1). Esta capacidad es utilizada normalmente para la transmisión de datos de configuración. El UMAX es la dirección de red más alta para un nodo que podrá transmitir en esta porción del NUT. El valor de puede ser UMAX igual o mayor que SMAX (nunca menor). Las direcciones de red más altas que UMAX no pueden transmitir en la red ControlNet. El usuario debe configurar esta dirección. En una
plataforma Rockwell-Automation, todos estos parámetros son configurados a través del programa RSNetWorx para ControlNet.
287
13.9 Pruebas y diagnóstico de fallas Una vez realizadas todas las etapas anteriores, se procede a realizar pruebas para detectar fallas en la red, y de ser así, diagnosticar la causa y corregir la situación. Dentro de los aspectos a considerar que pueden causar problemas en la red se pueden mencionar.
13.9.1 Principales causas de fallas en la red Dentro de las principales causas de fallas en una red ControlNet, se pueden mencionar: •
•
•
Fallas en el montaje o
Conexión errónea del Tap en la red
o
Conexión errónea de los dispositivos
o
Conexión errónea de las resistencias de término.
Fallas en la configuración Asignación de direcciones erróneas o o
Determinación errónea del RPI y el NUT
o
Determinación errónea de SMAX
o
Determinación errónea del UMAX
Fallas en la topología de la red o Distancias de segmento incompatibles con el número de taps o
•
Errores en la composición de la topología
Otros errores o
Incompatibilidad de dispositivos
La solución a estos problemas, pasa normalmente por la reevaluación del diseño de la red y verificar que ésta se encuentre dentro de los límites impuestos por los desarrolladores de la tecnología.
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CAPÍTULO XIV COMENTARIOS SOBRE APLICACIÓN REAL DE LAS REDES DE CAMPO DEVICENET Y CONTROLNET
14.1 Introducción En una aplicación de automatización con buses de campo convergen las disciplinas de automatización y comunicaciones. La primera, a cargo de la aplicación de control en sí, y la segunda, a cargo de la configuración de la red. Sin embargo, desde el punto de vista de la automatización, ésta requiere conocer las potencialidades que le ofrece la red. Esta información debe ser provista desde el área de comunicaciones industriales. En el presente capítulo se plantean las áreas involucradas en una aplicación de control con bus de campo y, a través de un ejemplo de aplicación real de las redes DeviceNet y ControlNet, se ilustra la información que el área de comunicaciones industriales debe proveer al área de automatización para planear la aplicación de control. Para ello, se toman dispositivos específicos que componen las redes, y se estudian sus posibilidades de comunicación en la red a la cual pertenece.
14.2 Áreas involucradas en una aplicación industrial con buses de campo Puede plantearse que, una aplicación de automatización industrial con buses de campo, puede ser analizada desde dos puntos de vista:
Desde el punto de vista de la red (bus de campo): se considera el diseño y configuración de la red de comunicación industrial:
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•
Asignación de dirección de nodo
•
Selección mecanismo de comunicación: Strobe, Poll, Change of State (COS), Cyclic y combinaciones.
•
Tiempos de escaneo.
•
Configuración de parámetros del dispositivo (la información sobre el valor de los parámetros son entregados desde el área de automatización)
Desde el punto de vista de automatización: se considera el diseño de la solución de control, determinando dispositivos y entregando los valores de los parámetros que se requieren para la aplicación:
•
Valor de referencia de parámetro (por ejemplo, velocidad de referencia)
•
Valores de lectura de parámetro (por ejemplo, velocidad real)
•
Estados de las entradas
•
Estados de las salidas
•
Alarmas
Por lo tanto, en la aplicación con buses de campo, se relacionan (al menos) dos áreas de conocimiento, que deben intercambiar información. Estas áreas son:
•
Ingeniería de Comunicaciones Industriales
•
Ingeniería de Automatización Desde el ámbito de la Ingeniería de Comunicaciones Industriales, ésta debe ver los
temas propios de la red como su diseño y su configuración (por ejemplo, diseño de cableado y asignación de dirección de nodo). Además, debe proveer información al área de Ingeniería de Automatización Industrial acerca de las potencialidades de la red, como son, los mecanismos de comunicación, contenidos de los mensajes, y parámetros comandables desde la red, de manera que el área de Automatización pueda definir la solución.
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Por otra parte, desde el ámbito de la Ingeniería de Automatización, ésta debe ver los temas propios de la aplicación de control (por ejemplo, control de un motor DC a través de un Drive). Además, debe proveer la información sobre los valores asignados para los parámetros del dispositivo, de modo que desde el área de Comunicaciones Industriales puedan ser configurados. En la figura 14.1 se representa la relación e intercambio de información que existe en una aplicación entre las áreas de Comunicaciones Industriales y Automatización.
Figura 14.1. Áreas de conocimiento en una aplicación industrial con comunicación industrial.
De la figura se observa el intercambio de información representado en las flechas negras. Además, se observa que existe un traslape en las áreas, en donde, las decisiones de configuración de cada área no pueden realizarse aisladamente.
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14.2.1 Preguntas que debe responder el área de Comunicación Industrial Desde el ámbito de automatización, la forma en que planea la aplicación no cambia en cuanto a su operación. Esto quiere decir, que, si por ejemplo, se plantea el control de un motor DC a través de un Drive, esto lo planea siguiendo los procedimientos tradicionales. Esto es, se configuran valores de referencia, se leen los valores reales y se procede a la acción de control. A esta forma de automatización tradicional, se le suman ahora las capacidades de control a través de la red bus de campo. Por lo tanto, desde el ámbito de automatización, lo que le interesa saber de la red es qué puede hacer a través de ella. Debido a lo anterior, se pueden plantear dos preguntas, que deben ser respondidas por el área de comunicaciones industriales:
1) ¿Qué datos de entrada, es decir, qué parámetros entrega el dispositivo al controlador a través de la red?
2) ¿Qué datos de salida, es decir, qué acciones de comando (control y configuración) puede realizar el controlador en el dispositivo a través de la red?
Para responder a éstas preguntas, se deben realizar las siguientes acciones: •
Conocer las potencialidades de la red.
•
Consultar el Manual de Usuario del Equipo.
•
Consultar el Manual de Comunicaciones del Equipo. De lo anterior, se observa que los fabricantes de los equipos, deben proveer esta
información, tanto en un manual de usuario tradicional, así como en un manual comunicaciones, o, al menos, en una sección específica dedicada a la comunicación en red del equipo.
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La correcta interpretación de la información resultará crítica en cuanto a las decisiones que se tomarán en el ámbito de la automatización. A continuación se estudia un caso de aplicación práctica y se contestan las preguntas planteadas anteriormente para algunos de los dispositivos utilizados en esta aplicación.
14.3 Problema de aplicación Se plantea la instalación de una planta de proceso para la elaboración de tableros aglomerados. Para ella, se ha decidido la implementación de tecnología de punta, basada en redes buses de campo, para la integración de todos los niveles de automatización CIM
14.3.1 Solución basada en la arquitectura NetLinx Se elige como solución, la arquitectura de comunicación NetLinx, de RockwellAutomation, basada en las redes DeviceNet, ControlNet y EtherNet/IP. La implementación se realiza siguiendo el concepto de CIM. En la figura 14.2 en la página siguiente se muestra la solución propuesta en donde se aprecian las aplicaciones de la redes.
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Figura 14.2. Solución de arquitectura integrada en planta de proceso.
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14.3.2 Descripción de las funciones de las redes en la aplicación a) Red EtherNet/IP Las funciones que cumple la red EtherNet/IP en el esquema de aplicación presentado en la figura 14.2 son las siguientes: •
Conecta los PC de Ingeniería y Mantención. En estos PCs, corren los programas RSNetWorx, para la configuración de las redes, el programa RSLogix5000, para la plataforma de control, y el programa RSLinx como el servidor de comunicaciones.
•
Sirve de interfaz física para la descarga (download) de las configuraciones de red, tanto de la DeviceNet como de la ControlNet, y de los programas de las plataformas de control ControlLogix.
•
Sirve como backbone (columna) para las redes DeviceNet y Controlnet distribuidas.
•
Conecta a los HMI PanelView.
•
Conecta los PCs de la consola de operaciones.
•
Conecta a los servidores.
b) Red ControlNet Las funciones que cumple la red ControlNet en el esquema de aplicación presentado en la figura 14.2 son las siguientes:
•
Recolección de datos de campo desde sensores estándar a través de módulos I/O con adaptador de comunicación Flex I/O.
•
Red de controladores ControlLogix.
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c) Red DeviceNet Las funciones que cumple la red DeviceNet en el esquema de aplicación presentado en la figura 14.2 son las siguientes:
•
Red de Drives o
Variador de Frecuencia.
o
Drive DC
o
Partidor Suave
o
CCM
14.3.3 Dispositivos conectados a las redes a) En la red EtherNet/IP •
Módulo de Comunicación EtherNet/IP plataforma ControlLogix 1756-ENET
•
Switch EtherNet
•
PCs de escritorio para: Ingeniería, Mantención y Consola de Operaciones
•
Intefaces HMI PanelView.
•
Servidores
•
Softwares: o
RSNetWorx, para la configuración de las redes.
o
RSLogix5000, para realizar los programas de control.
o
RSLinx, como servidor de comunicaciones.
En la figura 14.3 se muestra una representación realizada con el programa Architecture Builder de parte de la red EtherNet/IP.
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Figura 14.3. Representación de la red EtherNet/IP con el programa Architecture Builder.
En la figura se puede apreciar el chasis ControlLogix en donde se aloja el módulo de comunicación EtherNet/IP 1756-ENET. También puede apreciarse los PC de Ingeniería y Mantención, entre otros dispositivos.
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b) En la red ControlNet •
Módulo de Comunicación ControlNet plataforma ControlLogix 1756-CNB y 1756-CNBR (redundante), de Rockwell-Automation
•
Procesador (PLC) ControlLogix 1756-L55, de Rockwell-Automation
•
Adaptador de comunicación ControlNet Flex I/O, de Rockwell-Automation
•
Módulo de entradas/salidas I/O digitales y analógicas, de Rockwell-Automation
•
Servidores En la figura 14.4 se muestra una representación realizada con el programa Architecture
Builder de una parte de la red ControlNet.
Figura 14.4. Representación de la red ControlNet con el programa Architecture Builder.
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Puede observarse en la figura el chasis ControlLogix en donde se encuentra instalado el módulo de comunicación ControlNet 1756-CNB. Su muestra también en la figura el adaptador Flex I/O, en cuyo chasis van instalados los módulos de entrada/salida, tanto discretos como analógicos.
c) En la red DeviceNet •
Módulo de Comunicación 1756-DNB, Rockwell-Automation
•
DeviceNet Starter Auxiliary (DSA), Allen-Bradley
•
Overload Relay E3 Solid State, Allen-Bradley
•
Variador de Frecuencia Power Flex 40, Allen-Bradley
•
Partidor Suave SMC-Flex, Allen-Bradley
•
Drive DC 590+, Eurotherm
•
Variador de Frecuencia 385, Vacon En la figura 14.5 se muestra una representación realizada con el programa Architecture
Builder de una parte de la red DeviceNet.
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Figura 14.5. Representación de la red DeviceNet con el programa Architecture Builder.
A continuación se analizan las posibilidades de comunicación que ofrecen los dispositivos conectados a la red DeviceNet y luego los de los dispositivos conectados a la red ControlNet. Esto se analiza desde el punto de vista de comunicaciones como la información que debe proveer al área de automatización.
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14.4 Posibilidades de comunicación de los dispositivos de control conectados a la red DeviceNet 14.4.1 DeviceNet Starter Auxiliary (DSA) Allen-Bradley a) Consideraciones preliminares El dispositivo DSA posee comunicación DeviceNet integrada, por lo que no necesita de alguna tarjeta adaptadora de comunicación. Además, por ser un equipo de fabricante nativo de la red DeviceNet, como lo es Allen-Bradley, incorpora varias funcionalidades de monitoreo y configuración a través del software de configuración de red RSNetWorx. Por otra parte, el archivo de configuración EDS del DSA, ya está contenido en la librería de dispositivos del software RSNetWorx. En la figura 14.6 se muestra la ventana de configuración de la red DeviceNet con el programa RSNetWorx, en donde puede apreciarse cómo es representado el dispositivo DSA.
Figura 14.6. Representación de la red DeviceNet con el dispositivo DSA. A continuación se entregan las posibilidades de comunicación del DSA disponibles para la aplicación.
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b) Monitoreo y Configuración de Parámetros A través del software de configuración de red RSNetWorx es posible acceder a monitorear todos los parámetros del dispositivo. Además, es posible modificar parámetros que no son de solo lectura. La lista de parámetros es mostrada a través de una ventana de diálogo del programa RSNetWorx. En la figura 14.7 se muestra cómo son visualizados los parámetros del dispositivo con este programa.
Figura 14.7. Visualización de parámetros del DSA en el RSNetWorx. c) Mecanismos de comunicación soportados Los mecanismos de comunicación soportados por el DSA son los siguientes: •
Strobe
•
Poll
•
Change of State (COS)
•
Cyclic
•
Combinación Poll/COS
•
Combinación Poll/Cyclic
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Se debe determinar el mecanismo preciso de comunicación. A través de éstos mecanismos de comunicación, se transfieren los datos de entrada/salida para el control. Los datos son de “entrada” o de “salida” desde el punto de vista del controlador. Esto significa que una entrada es un dato producido por el DSA y consumido por el controlador, y; una salida es un dato producido por el controlador y consumido por el DSA.
d) Datos de entrada producidos por el DSA El DSA DeviceNet produce 11 mensajes con información de determinados parámetros, los cuales son consumidos por el controlador. Los mensajes son de diferente tamaño y contienen mayor o menor información. Los 11 mensajes producidos por el DSA, junto a su tamaño en bytes, son los siguientes: •
Instance 3 (1 byte)
•
Instance 105 (1 byte)
•
Instance 180 (2 bytes)
•
Instance 181 (2 bytes)
•
Instance 182 (2 bytes)
•
Instance 184 (2 bytes)
•
Instance 185 (2 bytes)
•
Instance 186 (2 bytes)
•
Instance 187 (2 bytes)
•
Instance 188 (2 bytes)
•
Instance 100 (8 bytes)
Cada uno de estos mensajes aporta información acerca de determinados parámetros del DSA, los cuales al ser consumidos por el controlador, éste podrá tomar las decisiones de control programadas. Se debe escoger qué mensaje se va a utilizar; esto significa que sólo uno de los
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once mensajes se puede configurar. Por ello es necesario conocer qué parámetros específicamente aporta cada mensaje. El mensaje a utilizar es configurado a través del programa RSNetWorx. En la figura 14.8 se muestra la composición y contenido de 5 mensajes producidos por el dispositivo DSA, a saber los mensajes Instance 3, 105, 180, 181 y 182.
Figura 14.8. Mensajes producidos por el DSA.
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Por ejemplo, puede observarse en la figura que el mensaje Instance 3 aporta información acerca del estado de las entradas Input 0 a Input 3 del DSA, y que además tiene 4 bits que no se utilizan (están reservados). En el caso del mensaje Instance 105, éste aporta información del estado de las entradas Input 0 a Input 3, así como de fallo en las salidas Output A y B del DSA. También entrega el estado de falla de entrada Input. Tiene un bit sin utilizar (reservado).
e) Datos de salida consumidos por el DSA Allen-Bradley El DSA puede consumir 2 mensajes, procedentes desde el controlador. Los mensajes son de diferente tamaño y contienen mayor o menor información. Los 2 mensajes consumidos por el DSA, junto a su tamaño en bytes, son los siguientes: •
Instance 32 (1 byte)
•
Instance 183 (2 bytes)
Cada uno de estos mensajes contiene información de comando, provenientes desde el controlador asociado, a través de la cual se realizan acciones de control o de configuración en el DSA. Se puede utilizar un solo mensaje, por lo cual debe determinarse qué mensaje se configurará. La configuración del mensaje a utilizar se realiza a través del programa RSNetWorx para DeviceNet. Por otra parte, el contenido del mensaje, dado que tiene que ver con las tareas de control asociadas al controlador, es programado a través del software de la plataforma de control RSLogix5000, como parte del programa de control almacenado (downloaded) en el controlador. En la figura 14.9 se muestra la composición y contenido de los dos mensajes consumidos por el dispositivo DSA.
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Figura 14.9. Mensajes de consumo para el DSA.
Puede observarse en la figura que el mensaje Instance 32 controla las salidas Output A y Output B del DSA. Los restantes 6 bits no son utilizados (reservados). Por otra parte, el mensaje Instance 183, compuesto de 2 bytes, también controla las salidas Output A y Output B del DSA; sin embrago, se agregan otras funciones de control como lo son las entradas de red, Network Input, utilizadas en un programa de control del controlador. Para un detalle más específico de los parámetros de control, debe consultarse el manual del DSA.
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14.4.2 Overload Relay E3 Solid State Allen-Bradley a) Consideraciones preliminares El dispositivo relé E3 posee comunicación DeviceNet integrada, por lo que no necesita de alguna tarjeta adaptadora de comunicación. Además, por ser un equipo de fabricante nativo de la red DeviceNet, como lo es Allen-Bradley, incorpora varias funcionalidades de monitoreo y configuración a través del software de configuración de red RSNetWorx. Por otra parte, el archivo de configuración EDS del DSA, ya está contenido en la librería de dispositivos del software RSNetWorx. A continuación se entregan las posibilidades de comunicación del relé E3 disponibles para la aplicación.
b) Monitoreo y Configuración de Parámetros A través del software de configuración de red RSNetWorx es posible acceder a monitorear todos los parámetros del dispositivo. Además, es posible modificar parámetros que no son de solo lectura. La lista de parámetros es mostrada a través de una ventana de diálogo del programa RSNetWorx. En la figura 14.10 se muestra cómo son visualizados los parámetros del dispositivo con este programa.
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Figura 14.10. Visualización de parámetros del E3 en el RSNetWorx.
c) Mecanismos de comunicación soportados Los mecanismos de comunicación soportados por el E3 son los siguientes: •
Strobe
•
Poll
•
Change of State (COS)
•
Cyclic
•
Combinación Poll/COS
•
Combinación Poll/Cyclic
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Se debe determinar el mecanismo preciso de comunicación. A través de éstos mecanismos de comunicación, se transfieren los datos de entrada/salida para el control. Los datos son de “entrada” o de “salida” desde el punto de vista del controlador. Esto significa que una entrada es un dato producido por el E3 y consumido por el controlador, y; una salida es un dato producido por el controlador y consumido por el E3.
d) Datos de entrada producidos por el Relé E3 El relé E3 DeviceNet produce 5 mensajes con información de determinados parámetros, los cuales son consumidos por el controlador. Los mensajes son de diferente tamaño y contienen mayor o menor información. Los 5 mensajes producidos por el relé E3, junto a su tamaño en bytes, son los siguientes: •
Instance 50 (1 byte)
•
Instance 51 (1 byte)
•
Instance 106 (1 byte)
•
Instance 107 (1 byte)
•
Instance 100 (8 bytes) Cada uno de estos mensajes aporta información acerca de determinados parámetros del
DSA, los cuales al ser consumidos por el controlador, éste podrá tomar las decisiones de control programadas. Se debe escoger qué mensaje se va a utilizar; esto significa que sólo uno de los once mensajes se puede configurar. Por ello es necesario conocer qué parámetros específicamente aporta cada mensaje. El mensaje a utilizar es configurado a través del programa RSNetWorx. En la figura 14.11 se muestra la composición y contenido de los 5 mensajes producidos por el dispositivo relé E3.
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Figura 14.11. Mensajes producidos por el E3.
En la figura puede observarse que las instancias aportan mayor o menor información, por ejemplo el mensaje Instance 50 solo aporta información de falla, mientras que el Instance 51 avisa de falla y advertencia (warning). El mensaje más completo es el Instance 100. Esta última instancia es la programada por defecto en el relé 3. Por ello se tratará con mayor profundidad a continuación.
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d.1) La Instance 100 del Relé E3 Este mensaje producido por el E3 es el más completo. Se compone de 4 palabras cada una de 2 bytes. Por lo tanto, el Instance 100 es de 8 bytes. Las palabras que componen el Instance 100 son:
•
DeviceNet Status (2 bytes),
•
L1 Current (2 bytes),
•
L2 Current (2 bytes), y
•
L3 Current (2 bytes) La palabra DeviceNet Status, de 2 bytes (16 bits) aporta información acerca del estado de
diferentes parámetros del relé E3. En la figura 14.12 se muestra la composición y contenido de la palabra DeviceNet Status.
Figura 14.12. Composición y contenido del DeviceNet Status del relé E3. Puede observarse en la figura que el DeviceNet Status, entrega información del estado de las salida Output A y B, las entradas Input 1 a 4, entre otros. Los bits 10 a 15 no son utilizados (reservados). Por otra parte, las palabras L1 Current , L2 Current y L3 Current , entregan el valor de la corriente de línea correspondiente en amperes con una resolución de 16 bits cada una.
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d.2) Datos de salida consumidos por el relé E3 El relé E3 puede consumir 5 mensajes, procedentes desde el controlador. Los mensajes son todos de 2 bytes y contienen mayor o menor información. Los 5 mensajes consumidos por el relé E3, junto a su tamaño en bytes, son los siguientes:
•
Instance 2 (2 bytes)
•
Instance 101 (2 bytes)
•
Instance 103 (2 bytes)
•
Instance 104 (2 bytes)
•
Instance 105 (2 bytes)
Cada uno de estos mensajes contiene información de comando, provenientes desde el controlador asociado, a través de la cual se realizan acciones de control en el relé E3. Se puede utilizar un solo mensaje, por lo cual debe determinarse qué mensaje se configurará. La configuración del mensaje a utilizar se realiza a través del programa RSNetWorx para DeviceNet. Por otra parte, el contenido del mensaje, dado que tiene que ver con las tareas de control asociadas al controlador, es programado a través del software de la plataforma de control RSLogix5000, como parte del programa de control almacenado (downloaded) en el controlador. En la figura 14.13 se muestra la composición y contenido de los 5 mensajes consumidos por el dispositivo relé E3.
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Figura 14.13. Composición y contenido de los mensajes consumidos por el relé E3.
En la figura se puede observar, por ejemplo, que la Instance 2 sólo ordena el reseteo de falla en el relé E3. Por otra parte, la Instance 105 ordena el reseteo de falla, así como también controla el estado de las salidas Out A y Out B.
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14.4.3 Variador de Frecuencia Power Flex 40 Allen-Bradley a) Consideraciones preliminares El variador de frecuencia (VDF) PowerFlex 40 no posee comunicación DeviceNet integrada, por lo cual se le conecta una tarjeta de comunicación 22-COMM-D, en el slot disponible al interior del equipo, la cual permitirá al VDF conectarse a la red. La tarjeta una vez instalada pasa a formar parte íntegra del VDF, por lo que conforman una sola unidad. Por lo tanto, se hace referencia sólo al VDF. Por otra parte, al ser este equipo del fabricante nativo de la red DeviceNet Allen-Bradley, posee funcionalidades de monitoreo y configuración desde el software de configuración de la red RSNetWorx. También, el archivo de configuración EDS del VDF está contenido en la librería del RSNetWorx. A continuación se entregan las posibilidades de comunicación del VDF PowerFlex 40 a través de la red DeviceNet para la aplicación de control.
b) Monitoreo y Configuración de Parámetros A través del software de configuración de red RSNetWorx es posible acceder a monitorear todos los parámetros del dispositivo. Además, es posible modificar parámetros que no son de solo lectura. La lista de parámetros es mostrada a través de una ventana de diálogo del programa RSNetWorx. En la figura 14.14 se muestra cómo son visualizados los parámetros del dispositivo con este programa.
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Figura 14.14. Visualización de parámetros del VDF PowerFlex 40 en el RSNetWorx.
c) Mecanismos de comunicación soportados Los mecanismos de comunicación soportados por el VDF PowerFlex 40 son los siguientes: •
Strobe
•
Poll
•
Change of State (COS)
•
Cyclic
•
Combinación Poll/COS
•
Combinación Poll/Cyclic
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Se debe determinar el mecanismo preciso de comunicación. A través de éstos mecanismos de comunicación, se transfieren los datos de entrada/salida para el control. Los datos son de “entrada” o de “salida” desde el punto de vista del controlador. Esto significa que una entrada es un dato producido por el VDF PowerFlex 40 y consumido por el controlador, y; una salida es un dato producido por el controlador y consumido por el VDF PowerFlex 40.
d) Datos de entrada El VDF produce solo 1 mensaje que aporta información acerca del estado de algunos de sus parámetros. Este mensaje se compone de 2 palabras de 2 bytes cada una. Por lo tanto, el mensaje producido por el VDF es de 4 bytes. Las palabras que componen el mensaje del VDF son: •
Logic Status (2 bytes), y
•
Feedback (2 bytes)
d.1) Logic Status del VDF PowerFlex 40 La palabra de 2 bytes (16 bits) Logic Status es producida por el VDF y entrega información sobre el estado del VDF. Éstos podrán ser consumidos por el controlador de la red asociado. En la figura 14.15 se muestra la composición del Logic Status y los parámetros que aporta.
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Figura 14.15. Composición del Logic Status producido por el VDF. Se puede observar en la figura que el Logic Status aporta información acerca de 16 parámetros, uno por cada bit que lo compone. Entre los parámetros que pueden observarse están: Aceleración, Desaceleración y el Estado de las entradas digitales 1 a 4. También entrega información de diagnóstico como Falla y Alarma.
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d.2) Feedback del VDF PowerFlex 40 La palabra de estado Feedback , de 16 bits es producida por el VDF, y contiene la frecuencia de salida real del VDF.
e) Datos de salida del VDF PowerFlex 40 El VDF consume 1 mensaje procedente desde el controlador. Este mensaje contiene información de control y configuración de determinados parámetros del VDF. Este mensaje se compone de 2 palabras de 2 bytes cada una. Por lo tanto, el mensaje consumido por el VDF es de 4 bytes. Las palabras que componen el mensaje de consumo del VDF son: •
Logic Command (2 bytes), y
•
Referente (2 bytes)
e.1) Logic Command El Logic Command, de 16 bits, es una palabra de control producida por el controlador y consumida por el VDF. A través del Logic Command se pueden dar órdenes al VDF según los
requerimientos de la aplicación. En la figura 14.16 se muestra la composición del Logic Command.
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Figura 14.16. Composición del Logic Command. Puede observarse en la figura que el controlador puede comandar las siguientes acciones en el VDF, a través de la red: Partir, Parar, Acelerar, y Desacelerar, entre otras órdenes.
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e.2) Palabra Reference del VDF PowerFlex 40 La palabra de control Reference, de 16 bits es producida por el controlador, y entrega al VDF la velocidad de referencia que debe tener. Las órdenes dadas al VDF, contenidas en las palabras Logic Command y Reference, son programadas en el controlador a través del programa de control, el cual es realizado en el lenguaje apropiado, tal como lo es el Ladder o el Bloque de Funciones. Para ello se utiliza el programa para la plataforma de control ControlLogix, RSLogix5000.
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14.4.4 Partidor Suave SMC-Flex Allen-Bradley a) Consideraciones preliminares El Partidor Suave SMC-Flex no posee comunicación DeviceNet integrada, por lo cual se le conecta la tarjeta de comunicación 20-COMM-D, en el slot disponible al interior del equipo, la cual permitirá al Partidor Suave conectarse a la red. La tarjeta una vez instalada pasa a formar parte íntegra del equipo, por lo que conforman una sola unidad, por lo tanto se hace referencia sólo al Partidor Suave. Por otra parte, al ser este equipo del fabricante nativo de la red DeviceNet Allen-Bradley, posee funcionalidades de monitoreo y configuración desde el software de configuración de la red RSNetWorx. También, el archivo de configuración EDS del Partidor está contenido en la librería del RSNetWorx. A continuación se entregan las posibilidades de comunicación del Partidor Suave SMCFlex a través de la red DeviceNet para la aplicación de control.
b) Monitoreo y Configuración de Parámetros A través del software de configuración de red RSNetWorx es posible acceder a monitorear todos los parámetros del dispositivo. Además, es posible modificar parámetros que no son de solo lectura. La lista de parámetros es mostrada a través de una ventana de diálogo del programa RSNetWorx. En la figura 14.17 se muestra cómo son visualizados los parámetros del dispositivo con este programa.
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Figura 14.17. Visualización de parámetros del Partidor Suave SMC-Flex en el RSNetWorx.
c) Mecanismos de comunicación soportados Los mecanismos de comunicación soportados por el Partidor Suave SMC-Flex son los siguientes: •
Strobe
•
Poll
•
Change of State (COS)
•
Cyclic
•
Combinación Poll/COS
•
Combinación Poll/Cyclic
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Se debe determinar el mecanismo preciso de comunicación. A través de éstos mecanismos de comunicación, se transfieren los datos de entrada/salida para el control. Los datos son de “entrada” o de “salida” desde el punto de vista del controlador. Esto significa que una entrada es un dato producido por el Partidor Suave y consumido por el controlador, y; una salida es un dato producido por el controlador y consumido por el Partidor Suave.
d) Datos de entrada producidos por el Partidor Suave El Partidor Suave produce 1 mensaje que aporta información acerca del estado de algunos de sus parámetros. Este mensaje se compone de 2 palabras de 2 bytes cada una. Por lo tanto, el mensaje producido por el Partidor Suave es de 4 bytes. Las palabras que componen el mensaje producido por el Partidor Suave son: •
Logic Status (2 bytes), y
•
Feedback (2 bytes)
Esto es similar al VDF presentado anteriormente. Sin embargo, el contenido de las palabras es diferente, pues es orientado al Partidor Suave.
d.1) Logic Status del Partidor Suave SMC-Flex La palabra de 2 bytes (16 bits) Logic Status es producida por el Partidor Suave y entrega información acerca de su estado. Éstos podrán ser consumidos por el controlador de la red asociado. En la figura 14.18 se muestra la composición del Logic Status y los parámetros que aporta.
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Figura 14.18. Composición del Logic Status del Partidor Suave.
Puede observarse en la figura que entre los parámetros del Partidor Suave se entregan Running (en marcha), Phasing (fases) y comienzo de aceleración. También se incluyen parámetros de falla y diagnóstico como alarma y lectura.
d.2) Feedback del Partidor Suave SMC-Flex La palabra de status Feedback , de 16 bits es producida por el Partidor Suave, contiene la corriente de la fase A (corresponde al Parameter 1 del Partidor Suave).
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e) Datos de salida consumidos por Partidor Suave El Partidor Suave consume 1 mensaje procedente desde el controlador. Este mensaje contiene información para el control y configuración de determinados parámetros del Partidor Suave. Este mensaje se compone de 2 palabras de 2 bytes cada una. Por lo tanto, el mensaje consumido por el Partidor Suave es de 4 bytes. Las palabras que componen el mensaje de consumo del Partidor Suave son: •
Logic Command (2 bytes), y
•
Referente (2 bytes)
Este caso también es de la misma forma que con el VDF. Sin embargo, el contenido de las palabras representa significados diferentes.
e.1) Logic Command del Partidor Suave SMC-Flex El Logic Command, de 16 bits, es una palabra de control producida por el controlador y consumida por el Partidor Suave. A través del Logic Command se pueden dar órdenes al Partidor
Suave según los requerimientos de la aplicación. En la figura 14.19 se muestra la composición del Logic Command.
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Figura 14.19. Composición del Logic Command del Partidor Suave.
Puede observarse en la figura que a través de este mensaje, el controlador puede comandar, entre otras acciones, las siguientes: partir, parar, acelerar, y desacelerar.
e.2) Palabra Reference del Partidor Suave SMC-Flex La palabra de control Reference, de 16 bits es producida por el controlador. Esta palabra no es utilizada por el partidor suave. Sin embargo, queda reservada.
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14.4.5 Drive DC 590+ Eurotherm a) Consideraciones preliminares Dado que el Drive DC 590+, no es nativo de la red DeviceNet, es decir, no es del fabricante Rockwell-Automation ni Allen-Bradley, sino que es fabricado por la empresa Eurotherm, se deben considerar los siguientes aspectos:
a.1) Instalación de archivo de configuración EDS El archivo de configuración EDSdel Drive no está incluido en la librería del programa RSNetWorx. Por lo tanto, debe instalarse el archivo EDS provisto por el propio fabricante Eurotherm a través de un CD que vienen con el equipo o bien descargándolo desde Internet. Para su instalación, deben seguirse los pasos del asistente de instalación de EDS del propio programa RSNetWorx. Además, el propio manual del Drive explica el procedimiento de instalación. En la figura 14.20 se muestra la ventana de diálogo del asistente de instalación de EDS.
Figura 14.20. Ventana de diálogo asistente instalación EDS del RSNetWorx.
327
Una vez instalado el EDS, se activan las funciones de configuración de red del Drive con el software RSNetWorx.
a.2) Limitaciones de Monitoreo y Configuración de parámetros No es posible monitorear ni configurar en línea los parámetros orientados al control del Drive 590+ de Eurotherm, utilizando el programa RSNetWorx, tal como los demás dispositivos nativos Allen-Bradley. Por ello, para el monitoreo y configuración de los parámetros del Drive se tienen las siguientes alternativas: •
La interfaz HMI del Drive.
•
PC corriendo el software propio del Drive ConfigEd Lite u otro similar. El PC se conecta vía puerto RS-232 con el Drive.
a.3) Control del dispositivo a través de la red DeviceNet El Drive 590+ de Eurotherm puede ser comandado por un controlador a través de la red DeviceNet. El controlador, según el programa de control que tiene almacenado el cual ha sido realizado en lenguaje Ladder o Bloque de funciones con el programa RSLogix5000, puede modificar parámetros determinados (por ejemplo, velocidad de referencia) del drive y realizar determinadas acciones de control (por ejemplo, partir y parar). Esto lo realiza a través del intercambio de mensajes DeviceNet predefinidos y utilizando un determinado mecanismo de comunicación. A continuación se entregan las posibilidades de comunicación del drive 590+, siguiendo el mismo análisis que con los dispositivos Allen-Bradley.
328
b) Mecanismos de comunicación soportados Los mecanismos de comunicación soportados por el Drive 590+ Eurotherm son los siguientes: •
Strobe
•
Poll
•
Change of State (COS)
•
Cyclic
•
Combinación Poll/COS
•
Combinación Poll/Cyclic
Se debe determinar el mecanismo preciso de comunicación. A través de éstos mecanismos de comunicación, se transfieren los datos de entrada/salida para el control. Los datos son de “entrada” o de “salida” desde el punto de vista del controlador. Esto significa que una entrada es un dato producido por el Drive DC y consumido por el controlador; y, una salida es un dato producido por el controlador y consumido por el Drive DC.
c) Datos de entrada producidos por el Drive 590+ El Drive 590+ del fabricante Eurotherm produce 3 mensajes con información de determinados parámetros, los cuales son consumidos por el controlador. Los mensajes son diferente tamaño y contienen mayor o menor información. Los tres mensajes producidos por el Drive 590+ de Eurotherm son los siguientes:
•
Instance 0x46 (10 bytes)
•
Instance 0x71 (12 bytes)
•
Instance 0x72 (36 bytes)
329
Se debe configurar a través del RSNetWorx qué mensaje se desea recibir desde el Drive. Esto quiere decir que se puede utilizar sólo una de éstas tres instancias. Las instancias aportan información específica de parámetros, o tags, del Drive, entre las que pueden se mencionar: estado de falla, en marcha, velocidad real en RPM, y velocidad feedback en porcentaje. Estos parámetros son consumidos por el controlador para tomar alguna decisión de comando según su programa almacenado. En las figuras 14.21 y 14.22 se muestran la composición y contenido de cada mensaje instancia producido por el Drive.
Figura 14.21. Mensajes producidos por el Drive 590+ de Eurotherm.
Figura 14.22. Mensaje Instance 0x72 producido por el Drive 590+ de Eurotherm.
330
Se puede observar en la figura 14.21, por ejemplo, que el Instance 0x46 (que es el mensaje configurado por defecto) aporta información del estado de falla, en marcha y la velocidad real del Drive 590+.
d) Datos de salida consumidos por el Drive 590+ El Drive 590+ de Eurotherm consumir 5 mensajes, procedentes desde el controlador, para comandar determinados parámetros. Los mensajes son de diferente tamaño y contienen mayor o menor información. Los 5 mensajes consumidos por el Drive 590+ son los siguientes: •
Instance 0x14 (4 bytes)
•
Instance 0x66 (10 bytes)
•
Instance 0x67 (14 bytes)
•
Instance 0x68 (14 bytes)
•
Instance 0x6A (12 bytes)
Se debe configurar a través del RSNetWorx qué mensaje se desea recibir desde el Drive. Esto quiere decir que se puede recibir una de éstas instancias solamente. Estas instancias contienen información sobre órdenes de comando desde el controlador. Éstas modifican y/o controlan los parámetros, o tags, del Drive. Entre las órdenes que se entregan a través de éstas instancias se encuentran las siguientes: •
Marcha,
•
Reset de falla,
•
Velocidad de Referencia en RPM, y
•
Velocidad de Referencia en porcentaje.
331
En la figura 14.23 se muestra la composición y contenido de 4 de las 5 instancias de consumo del Drive 590+ Eurotherm.
Figura 14.23. Instancias de consumo del Drive 590+. Puede observarse en la figura, por ejemplo, que el Instance 0x14 (que es la instancia configurada por defecto) permite comandar la marcha (run), el reset de falla (fault reset) y la velocidad de referencia en RPM para el drive. Las otras instancias pueden comandar otros parámetros del drive. Se debe tener claro el significado de cada tag, por lo que debe estudiarse el manual de usuario del drive.
332
14.4.6 Variador de Frecuencia 385 Vacon a) Consideraciones preliminares El VDF 385 del fabricante Vacon, se enfrenta a la misma situación que el Drive DC 590+ de Eurotherm: no es nativo de la red DeviceNet, es decir, que no es del fabricante RockwellAutomation o Allen-Bradley. Por lo tanto, se deben tomar en cuenta los mismos criterios planteados para el Drive DC 590+, en cuanto a: •
Instalación de archivo de configuración EDS
•
Limitaciones de Monitoreo y Configuración de parámetros
•
Control del dispositivo a través de la red DeviceNet
A continuación se entregan las posibilidades de comunicación, siguiendo el mismo análisis que con los dispositivos Allen-Bradley.
b) Datos de entrada producidos por el VDF 385 El Drive Vacon produce 3 mensajes con información de determinados parámetros, los cuales son consumidos por el controlador. Los mensajes son diferente tamaño y contienen mayor o menor información. Los tres mensajes producidos por el Drive Vacon son los siguientes: •
Input 71 (4 bytes)
•
Input 73 (6 bytes)
•
Input 75 (6 bytes)
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Se debe configurar a través del RSNetWorx qué mensaje se desea recibir desde el Drive. Esto quiere decir que se puede utilizar sólo una de éstas tres instancias. Las instancias aportan información específica de parámetros, o tags, del Drive, entre las que pueden se mencionar: estado del drive, en marcha, velocidad real, y torque real. Estos parámetros son consumidos por el controlador para tomar alguna decisión de comando según su programa almacenado. En la figura 14.24 se muestra la composición y contenido de cada mensaje instancia producido por el Drive.
Figura 14.24. Composición de los mensajes producidos por el Drive Vacon. Por ejemplo, puede observarse en la figura que el mensaje Input 71, es el mensaje configurado por defecto. Éste aporta información acerca de estado de marcha (running), advertencia (warning) y falla (faulted). Además aporta la información acerca del la velocidad real del drive, con una resolución de 16 bits (2 bytes).
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c) Datos de salida consumidos por el VDF 385 El Drive Vacon puede consumir 4 mensajes, procedentes desde el controlador, para comandar determinados parámetros. Los mensajes son de diferente tamaño y contienen mayor o menor información. Los 4 mensajes consumidos por el Drive Vacon son los siguientes:
•
Output 20 (4 bytes),
•
Output 21 (4 bytes),
•
Output 23 (6 bytes), y
•
Output 25 (6 bytes)
Se debe configurar a través del RSNetWorx qué mensaje se desea recibir desde el Drive. Esto quiere decir que se puede utilizar sólo una de las 4 instancias. Estas instancias contienen información sobre órdenes de comando desde el controlador. Éstas modifican y/o controlan los parámetros, o tags, del Drive. Entre las órdenes que se entregan a través de éstas instancias se encuentran las siguientes: •
Marcha Forward ,
•
Marcha Reverse,
•
Reset de falla,
•
Velocidad de Referencia en RPM, y
•
Toque de Referencia.
En la figura 14.25 se muestra la composición y contenido de cada instancia de salida.
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Figura 14.25. Composición de los mensajes de comando para el Drive Vacon.
Se puede observar en la figura, por ejemplo, que el mensaje Output 21, es el mesaje configura por defecto en el drive. A través de éste se comandan las siguientes acciones y configuración en el drive: Reset de falla, marcha en reversa, marcha en avance y la velocidad de referencia.
336
14.5 Observaciones sobre la mensajería explícita Cuando en una aplicación, desde el área de automatización, se ha determinado la utilización de un parámetro que no está contenido en los mensajes descritos anteriormente, entonces puede recurrirse a la mensajería explícita. Los mensajes producidos y consumidos de un dispositivo DeviceNet, como los descritos anteriormente, son llamado mensajes implícitos, pues dependiendo del nombre del mensaje (por ejemplo, Instance 100 del E3), contienen parámetros determinados del dispositivo. Es decir, van implícitos.
Por otra parte, en un mensaje explícito, se identifica claramente qué parámetro particular se desea leer o escribir desde el controlador. Es decir, se explicita. Para configurar una transferencia de mensajería explícita, se utiliza el programa RSLogix5000 de la plataforma de control. Se debe programar en el respectivo programa de control, el cual es descargado (download) en el controlador, la invocación de determinado parámetro. Para ello, se debe indicar el siguiente direccionamiento de parámetro:
El mismo procedimiento se realiza para la configuración de un parámetro particular. Los lenguajes de programación utilizados normalmente para realizar el programa de control son el Ladder y el Bloque de Funciones. Deben conocerse primero las posibilidades que entregan los mensajes implícitos. Luego, si no satisfacen todas las necesidades desde el punto de vista de automatización, se determina el parámetro o parámetros para mensajería explícita. Por ello, debe estudiarse el manual de usuario del equipo, así como su manual de comunicaciones. Por lo tanto, la mensajería explícita, es una opción particular de comando desde la red, y que debe ser configurada en el programa de control del controlador.
337
14.1 Ejemplo de direccionamiento explícito Para ilustrar la manera de acceder a un parámetro particular de un dispositivo a través del uso de mensajería explícita se presenta el siguiente ejemplo. a) Desde el controlador, se desea conocer el estado de la marcha del motor controlador por el drive 590+ de Eurotherm, si acaso ésta es Forward (es decir, hacia adelante), y b) Desde el controlador, se desea comandar la detención del motor a través del drive 590+ de Eurotherm.
Esquemas de direccionamientos:
Para ambos casos: Se consulta tanto el manual de usuario así como el manual de comunicaciones del drive 590+ de Eurotherm. A partir de este hecho, se determina que los esquemas de direccionamiento a seguir para realizar las acciones a) y b) son los siguientes:
Para el caso a): [Class: 0x29]
[Instance: 0x01]
[Atribute: 7]
[Instance: 0x01]
[Atribute: 5]
Para el caso b): [Class: 0x29]
Siguiendo estos esquemas de direccionamiento se consigue realizar las acciones mencionadas. Los códigos utilizados, son entregados siempre por el fabricante del equipo. Estas acciones son programadas en el programa de control del dispositivo controlador.
338
14.6 Posibilidades de comunicación de los dispositivos de control conectados a la red ControlNet 14.6.1 Recolección de los datos del campo La red ControlNet se utiliza para la recolección de datos del campo, así como para el comando de actuadores estándar repartidos por la planta (por ejemplo, válvulas). Para ello, el equipamiento lo componen los siguientes elementos: •
Adaptador de comunicación ControlNet Flex
•
Módulos de entrada/salida discreta Flex
•
Módulos de entrada/salida analógicos Flex
•
Módulos de entrada/salida especiales Flex (RTD, Termocuplas y Encoders entre otros)
a) Adaptador de comunicación ControlNet El adaptador de comunicación ControlNet 1794-ACN de la línea FlexLogix de AllenBradley, cumple dos funciones: •
Encapsular en un mensaje ControlNet la información proveniente desde los módulos de
entrada y colocarla en la red ControlNet, para que sea consumida por el controlador. •
Desencapsular la información contenida en un mensaje ControlNet, proveniente desde el
controlador y activar las salidas correspondientes de los módulos de salida. Es posible conectar hasta 8 módulos de entrada/salida, ya sean discretos o analógicos, a un adaptador de comunicación ControlNet 1794-ACN.
339
b) Módulos de entrada/salida discreta Flex Los módulos de entrada/salida discreta Flex no poseen comunicación ControlNet integrada, por lo que son conectados en el chasis junto al adaptador de comunicaciones ControlNet para módulos Flex 1794-ACN. Hay comunicación entre el módulo y el adaptador a través del backplane del chasis (es decir, de la tarjeta de conexión interna del chasis). Las señales discretas, de entrada o salida, son de valores estándar, que típicamente son: •
12Vdc
•
24Vdc
•
120Vac
•
220Vac Por ejemplo, el módulo de entrada/salidas discretas 1794-IB10X0B6 posee 10 entradas de
24Vdc y 6 salidas de 24 Vdc. En la figura 14.26 se muestra el detalle de las características de este módulo.
Figura 14.26. Especificaciones de las entradas y salidas del módulo 1794-IB10X0B6 Flex. Las señales discretas de entrada son encapsuladas en un mensaje ControlNet y, el que a su vez, es colocado en la red por el adaptador 1794-ACN, para que sea consumido por el controlador asociado. El proceso inverso ocurre con las salidas discretas.
340
Por tanto, a través de la red ControlNet, pueden realizarse acciones de control por la lectura de las entradas de los módulos I/O y la activación de sus salidas; y debe escogerse el módulo apropiado para la aplicación.
c) Módulos de entrada/salida analógica Los módulos de entrada/salida analógica Flex no poseen comunicación ControlNet integrada, por lo que son conectados en el chasis junto a un adaptador ControlNet para módulos Flex. Hay comunicación entre el módulo y el adaptador a través del backplane del chasis (es decir, de la tarjeta de conexión del chasis). Los módulos de entrada/salida analógica reciben la información proveniente desde sensores estándar (llamados normalmente transmisores de señal) tales sensores de presión, de humedad, y nivel, entre otros. Por lo tanto, estos módulos reciben señales analógicas estándar, como por ejemplo: •
señal de corriente de 0 a 20 mA
•
señal de voltaje de 0 a 10 V.
Ésta señal es digitalizada y entregada al adaptador de comunicación para su encapsulamiento en el mensaje ControlNet y posterior envío sobre la red. El proceso inverso ocurre en el caso de una salida analógica. La resolución típica de los módulos de entrada/salida es de 12 bits. En la figura 14.27 se muestran las especificaciones para el módulo I/O analógico 1794-IE4XOE.
341
Figura 14.27. Especificaciones de las entradas y salidas del módulo 1794-IE4XOE Flex.
Se observar en la figura que este módulo I/O posee 4 salidas y 2 entradas analógicas. En ambos casos, la resolución de la señal es de 12 bits. También se observa que sus señales de salida usan el estándar 4 a 20 mA y 0 a 10 V.
342
14.6.2 Comunicación entre controladores y hacia servidores Una segunda aplicación de la red ControlNet en esta aplicación es la siguiente:
•
Comunicación entre los distintos controladores ControlLogix
•
Comunicación hacia los servidores. La red ControlNet, se utiliza para permitir el intercambio de información entre los
distintos controladores ControlLogix distribuidos por la planta. En total, se tienen 5 unidades procesadores (PLC) ControlLogix. De esta forma, es posible controlar los procesos de forma integral al contemplar los eventos producidos en las distintas áreas del nivel de control (integración horizontal). Por otra parte, la red ControlNet, también tiene aplicación al conectar el nivel de control hacia el nivel de supervisión al conectar a los controladores con los servidores que cumplen la función de llevar un registro histórico de los datos y de correr los software asociados a los sistemas de supervisión (en este caso se utiliza un software desarrollado por RockwellAutomation llamado RSView). En la figura 14.28 se muestra un recorte del plano mostrado en la figura 14.2 anterior, en donde se aprecian estas aplicaciones.
343
Figura 14.28. Aplicación de la red ControlNet de conexión hacia el sistema de supervisión.
344
14.7 Costo de los dispositivos de la aplicación En la tabla 14.1 se muestra el valor total cotizado de una solución completa, de una aplicación de automatización como la comentada en este capítulo.
Tabla 14.1. Costo de la aplicación en dólares. De acuerdo con la tabla 14.1, la solución completa tiene un costo de U$ 658.966.- que en moneda chilena corresponde a un total de $ 345.298.184.- (valor del dólar: U$ 1 = $ 524 al 17 de agosto de 2007). Se puede observar que la solución del proveedor del servicio de ingeniería de automatización industrial, se desglosa en 4 ítems, incluyendo la capacitación del personal. Ahora bien, en la tabla no es posible apreciar el costo individual de cada elemento de hardware. Por ello en la tabla 14.2 se muestran individualmente el costo de algunos de los equipos utilizados en esta aplicación.
