Programa de Formaciรณn SENA, 2013.
LOS PLC EN LOS SISTEMAS SCADA
Comunicaciones Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Contenidos • • • • • •
2
Presentación. Pirámide de la automatización. Buses de campo. Consideraciones finales. Referencias. Créditos.
Presentación
Copyright SENA ©, 2013.
3
Comunicaciones Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Resultado de aprendizaje: Conceptualizar ventajas y datos de operabilidad de las redes industriales en los sistemas SCADA. Conocimientos de concepto: Comunicación industrial. Pirámide de la automatización. Red de comunicación. Buses de campo. Conocimientos de proceso: Comprender los componentes básicos de un sistema SCADA. Establecer la importancia de los redes de comunicaciones industriales para el control de los procesos. Conocer los dispositivos de campo que actúan directamente sobre el proceso productivo. Diferenciar los diferentes tipos de redes de comunicación en el ámbito industrial. Criterios de evaluación: Comprende los componentes básicos de un sistema SCADA. Establece la importancia de los redes de comunicaciones industriales para el control de los procesos. Conoce los dispositivos de campo que actúan directamente sobre el proceso productivo. Diferencia los diferentes tipos de redes de comunicación en el ámbito industrial.
4
Copyright SENA ©, 2013.
5
Comunicaciones Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Pirámide de la automatización Es una representación de los distintos niveles que se encuentran en un entorno industrial de automatización. La estructura que se muestra a continuación no es universal, ya que habrá casos en los que el proceso conste de un número mayor o menor de niveles, dependiendo del tamaño del proceso y de la propia industria.
Para profundizar explore el siguiente video: http://www.youtube.com/watch?v=LVGRFZQyI8E acerca de los niveles de automatización industrial.
6
Copyright SENA ©, 2013.
7
Comunicaciones Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Buses de campo Bus de campo, red de campo o Field Bus en Inglés, es un sistema de transmisión de datos que simplifica la instalación, operación de máquinas y equipamientos industriales utilizados en procesos de producción. Imagínese que una serie de redes digitales, bidireccionales y multipunto van montadas sobre un mismo canal, llamado bus serie. Éstas conectan dispositivos de campo como PLCs, transductores, actuadores, sensores y dispositivos inteligentes. Así todos los dispositivos conectados en las redes pueden ser diagnosticados, controlados y/o puestos en mantenimiento, así como comunicarse bidireccionalmente a través del bus. En teoría, según Gómez (2003) es un sistema "abierto" el cual permite que en una red de control y automatización se conecten diferentes dispositivos suministrados por diversos proveedores sin necesidad de construir interfaces dedicadas para cada uno de los dispositivos.
Antes de continuar, le invito a revisar los documentos de los siguientes sitios web: • Modesti, M. Sistemas de comunicación por bus de campo. En: http://www.profesores.frc.utn.edu.ar/industrial/sistemasinteligentes/UT5/busses.pdf • Automatización. En: http://materias.fi.uba.ar/7566/Automatizacion.pdf
8
Copyright SENA ©, 2013.
9
Comunicaciones Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Beneficios de los buses de campo
Implementación de un bus de campo
• Reducción y simplificación del cableado. • Reducción de los costos de producción, gracias al uso de menos cableado. • Facilidad de instalación (cable único) • Reducción del tiempo de mantenimiento • Planos eléctricos más sencillos • Facilidad al añadir o quitar elementos en funcionamiento • Facilidad de diagnóstico de los problemas • Interfaces abiertas normalizadas • Bajo precio de los componentes • La comunicación vía bus permite un intercambio de datos que sería más difícil y algunas veces imposible de transmitir en otro modo. • El intercambio se lleva a cabo por medio de un mecanismo estándar. • Flexibilidad de extensión. • Conexión de módulos diferentes en una misma línea. • Posibilidad de conexión de dispositivos de diferentes procedencias. • Distancias operativas superiores al cableado tradicional. • Simplificación de la puesta en servicio.
10
Para implementar un sistema de bus de campo en la industria, se debe: • Hacer una inversión de instrumentación y accesorios de diagnóstico. • Tener conocimientos superiores específicos en este sistema. • Tener en cuenta que los costos globales iniciales son altos. • Investigar las características de las diversas versiones de “Bus de Campo” ya que cada una tiene sus propias especificaciones tanto en el nivel físico de transmisión, como en el protocolo de comunicaciones. Por ejemplo, existen: Fieldbus, Foundation, Modbus, Interbus-S, Controlnet, Profibus, Canbus, entre otras versiones. • Contactar asesoría de los fabricantes quienes han desarrollado tipos de buses que brindan diferentes aplicaciones y se clasifican de acuerdo a su funcionalidad y velocidad. Teniendo en cuenta lo anterior, podrá hacer su elección. • Comprender que debido a las diversas versiones, los módulos adaptadores, los drivers y las interfaces no son intercambiables entre un bus y otro.
Copyright SENA ©, 2013.
11
Comunicaciones Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Clasificación de los buses de campo En el siguiente esquema se clasifican algunos buses de campo de acuerdo a su función en la pirámide de automatización anteriormente expuesta.
Nivel Jerárquico Ethernet
Ethernet
Gestión
Control
Dispositivo
ControlNet
Profibus FMS
Foundation Fieldbus
Profibus DP&PA DeviceNet
Nivel-Bit Sensor
AS - i
Europa (Siemens)
USA (Rockwell)
Si desea profundizar al respecto de los buses de campo, visite el siguiente documento en sitio web: http://infoplc.net/files/documentacion/comunicaciones/infoPLC_net_Historia_Comunicaciones_Industriales.pdf
12
Copyright SENA ©, 2013.
13
Comunicaciones Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
AS-i: Actuator Sensor Interface
Descripción:
Características:
Limitantes:
Es el bus más sencillo que transmite datos y órdenes para sensores y accionadores y se puede usar como un sub-bus de los otros buses.
• Tiempo de respuesta menor 5ms. Es muy veloz. • Bus cliente/servidor para máximo 31 participantes. • Transmite por paquetes de 4 bits. • Alcanza distancias de 100 a 300 m.
Tamaño de red limitado debido a que tiene pocas entradas y salidas analógicas.
ProfiBus: Process Field Bus.
Descripción:
Características:
Limitantes:
Es un estándar abierto, independiente de un vendedor en concreto.
Es el estándar más aceptado a nivel mundial, sobretodo en Europa pero también utilizado en Norteamérica, Sudamérica, partes de África y Asia.
Estandarizado en las normas europeas. 50170-50254.
Dos de sus formatos son:
• Longitud máxima: 9 Km. con medio eléctrico, 150 Km. con fibra óptica de vidrio, 150 m. con infrarrojo. • Puede tener hasta 126 nodos • Velocidad de transmisión entre 9.6 Kbit/s. y 12 Mbit/s. • Puede transferir un máximo de 244 bytes de información por nodo y ciclo. • Topología: estrella, árbol, anillo y anillo redundante • Formato de los mensajes: polling, peer-to-peer
• Para mensajes cortos es poco efectivo ya que el mensaje lleva una parte muy importante de direccionamiento. • No lleva la alimentación incorporada. • Es ligeramente más costoso que otros buses.
Fabricado por: AS-i Consortium
Desarrollado por el gobierno alemán junto con empresas del sector de la automatización
Profibus DP: (Distributed Peripherials). Alta velocidad, precio económico y transferencia de pequeñas cantidades de datos. Estructura maestro-esclavo clásica. Es el más difundido y se usa a nivel de campo o célula. Actúa a nivel de campo. Profibus PA: (Process Automation). Como DP pero adaptado a zonas intrínsecamente seguras, es decir, para ambientes peligrosos y con riesgo de explosión. También actúa a nivel de campo.
14
Copyright SENA ©, 2013.
15
Comunicaciones Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Profibus FMS: Fieldbus Messages Specifications. De propósito general, supervisión y configuración. Es multi-maestro (paso de testimonio entre maestros, maestro-esclavo con los demás dispositivos). Se usa a nivel de planta o célula.
Ethernet: Desarrollado por Digital Equipment Corporation, Intel y Xerox
Descripción:
Características:
Fue creado para suplir las necesidades de comunicación, y luego en 1993, cubiertas sus funciones con el profibus DP, que para ese momento era considerado más rápido y simple. Actualmente el profibus FMS es usado para comunicación de datos no determinada entre maestros Profibus.
• Se basa en objetos abstractos, representados por estructuras de datos, y una relación de servicios que se refieren a los objetos individuales o a grupos de objetos. • Todos los servicios se realizan sobre un dispositivo virtual. • Ofrece servicios de lectura o escritura de variables, carga y descarga de programas y datos, entre otros.
Descripción:
Características:
Limitantes:
Es el estándar de red más reconocido internacionalmente. Puede tratar con grandes cantidades de información a una velocidad muy rápida sirviendo para instalaciones muy grande.
• Distancia: de 100 (para 10Base-T) a 50 Km (usando fibra óptica). • Número máximo de nodos: 1024, extensible con routers. • Velocidad de transmisión: 10 Mbit/s. a 100 Mbit/s • Tamaño del mensaje: 46 a 1500 bytes. • Formato del mensaje: peer-to-peer
• Para mensajes con poca información no es eficiente, no lleva la alimentación incorporada, los conectores (RJ45) son vulnerables físicamente. • No tiene la propiedad de determinismo por el que los buses de campo pueden asegurar las respuestas de la red para cada carga.
Como para el protocolo Profibus, también existen diferentes versiones de Ethernet según la velocidad de transmisión: 10Base-T (10 Mbit/s) Fast Ethernet (100 Mbit/s.) Gigabit Ethernet (1000 Mbit/s., aún en pruebas).
16
Copyright SENA ©, 2013.
17
Comunicaciones Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Control Net. CAN: Control Area Network.
Descripción:
Características:
Este bus se usa como bus multi-maestro para conectar dispositivos inteligentes de todo tipo (robots, ascensores, equipamiento médico, entre otros. Para la transmisión de datos no se direccionan los nodos, sino que el contenido del mensaje incorpora un identificador que es único en la red.
• Las velocidades de transmisión van de 50 Kbit/s. (distancia 1m.) a 1Mbit/s. (distancia 40m.) • Soporta un volumen de información de 64 bits de datos de usuario.
El identificador define el contenido y la prioridad del mensaje. Así la competición por el acceso al bus se basa en la prioridad dada en el identificador.
Foundation FieldBus Sistema de comunicación digital, serial, bidireccional que sirve como red a nivel básico de automatización en una planta industrial. Fabricado Foundation
por
Fieldbus
DeviceNET Desarrollado por Allen Bradley
Descripción:
Características:
Estándares Regulatorios:
• Soporta hasta 32 dispositivos, sin embargo lo típico (limitaciones de voltaje y corriente) es de 16 dispositivos. • Puede funcionar en ambientes industriales y/o peligrosos. • Lleva la energía por el mismo cable. • Puede reutilizar cables existentes. • Mantiene informado al usuario.
ANSI/ISA 50.02. IEC 61158. CENELEC EN50170:1996/A1. HSE (High-speed Ethernet): 100 Mbit/sec. H1 31.25 Kbit/sec.
Descripción:
Características:
Limitantes:
Utiliza como base el CAN.
• Velocidades de transmisión: 125 Kbit/s. (500 m.), 250 Kbit/s. (250 m.) y 500 Kbit/s. (100m.). • Puede tener hasta 64 nodos. • Tamaño máximo del mensaje: 8 bytes de información por nodo y por mensaje. • Topología lineal, con datos y alimentación proporcionada para el mismo bus
• Ancho de banda limitado, así como el tamaño de los mensajes y la longitud de la red.
Es un enlace de comunicaciones de bajo costo que conecta dispositivos industriales a la red y elimina los costosos cableados a mano.
18
Copyright SENA ©, 2013.
19
Comunicaciones Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Consideraciones Finales
Para finalizar, explore el siguiente video:
20
Copyright SENA ©, 2013.
21
Comunicaciones Industriales
LOS PLC EN LOS SISTEMAS
SCADA
Referencias
Créditos
• Automatización. Recuperado de: http://materias.fi.uba.ar/7566/Automatizacion.pdf
Expertos Temáticos: Wilmar Martínez Urrutia Madga Melissa Rodríguez Celis
• Cinco niveles de automatización. En YouTube. Recuperado de: http://www.youtube.com/watch?v=LVGRFZQyI8E • Comunicaciones Industriales. En InfoPlc. Recuperado de: http://infoplc.net/files/documentacion/comunicaciones/infoPLC_net_Historia_Co municaciones_Industriales.pdf • Gómez, P. (2003). DeviceNet, un Bus de Campo maduro y consolidado en el mercado de automatización. En ElectroIndustria. OneTouch. Recuperado de: http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=117&tip=7 • Modesti, M. (s.f). Sistemas de comunicación por bus de campo. Recuperado de: http://www.profesores.frc.utn.edu.ar/industrial/sistemasinteligentes/UT5/busses.pdf
Asesor Pedagógico: Mónica Patricia Osorio Martínez Guionista: Oscar Iván Pineda Céspedes Equipo de Diseño: Julián Mauricio Millán Bonilla Jhonny Ronald Narváez Olarte Leonardo Stiglich Campos Gabriel David Suárez Vargas Michael Alfonso Bulla Ramírez Guillermo Aponte Celis Programador: Diego Rodríguez Ortegón Líder de Proyecto: Jairo Antonio Castro Casas
22
Copyright SENA ©, 2013.
23