lunes, 27 de febrero de 2017

Mi primera red Profibus

No podemos reducir la disciplina de la automatización industrial a solamente la programación de controladores lógicos programables u otros dispositivos inteligentes. Además hay que conectarlos con los sensores y transductores que les aportarán información y los actuadores que ejecutarán las acciones procesadas. Tal comunicación se lleva a cabo a través de canales de información que configuran las redes de comunicación industrial, conectando máquinas y computadores.

Si implementamos una red de comunicación industrial mediante cables eléctricos o de fibra óptica, nos encontramos una primera cuestión a tratar: la simplificación del entramado de cables. Además, la complejidad de los procesos industriales obliga a que la comunicación entre equipos sea lo más eficiente y segura posible, basada en estándares que faciliten la integración en una misma red de dispositivos de diferentes fabricantes.


El bus de campo es un término genérico con el que se pretende describir el conjunto de redes de comunicación para uso industrial. Uno de los objetivos es sustituir las redes de control centralizado por otras de control distribuido y con dispositivos de campo inteligentes. Así, para conectar 10 dispositivos esclavos a 1 PLC que actúa como maestro, podemos tender 10 cables de comunicación desde cada esclavo o utilizar uno sólo. Lógicamente, para el segundo caso, requerimos de una serie de protocolos o normas que aclaren cuestiones como que equipos comunican y en qué momentos. Así se logra economizar el empleo de cables compartiendo canales de comunicación, aumentando la flexibilidad a la hora de cambiar la configuración de la red. Y además, que cada nodo de red pueda informar en caso de fallo de sus dispositivos asociados o cualquier otra anomalía.



La red que he realizado a sido de manera virtual a través del software SIMATIC STEP 7 de SIEMENS. A través del subprograma HW Config he ido insertando los diferentes equipos y dispositivos vinculados a un bastidor o carril DIN, tal y como se haría en la realidad, dentro de un armario eléctrico.




Los dispositivos en cuestión son:

- Fuente de alimentación PS 307 A para 120/230 V CA:24 V CC y 2 amperios (no necesitamos más intensidad para esta red).

- CPU 315-2 DP con memoria central de 48 kB, conexión por cable MPI y Profibus DP. Pertenece a la serie Simatic 300 y es apta para la configuración de hasta 32 módulos en varias filas.

- Módulo de 16 entradas a 24 V. Necesario para poder ampliar el número de entradas de que dispone el autómata. En este caso se trata de un módulo de señales SM (Signal Module). Se coloca junto al PLC en el mismo carril DIN o en otro enlazándolos a través de un cable de expansión.

- Módulo de 16 salidas digitales a 24 V y 0.5 A distribuidas en 2 grupos de 8. También es un módulo SM como el de entradas descrito anteriormente.



Con los elementos descritos hemos establecido el núcleo de un sistema de periferia descentralizada que consta de estaciones activas (en este caso una) conocidas como "maestras DP" y estaciones pasivas "esclavos DP".

La unidades de periferia descentralizadas son recomendables cuando las distancias entre entradas (sensores), salidas (actuadores) y el autómata (PLC) son considerables, el cableado puede resultar complejo, largo y expuesto a perturbaciones electromagnéticas que pueden deteriorar la calidad de las comunicaciones. Y la opción elegida para enlazar las unidades, en este ejemplo, es a través de un bus de campo Profibus DP.

Profibus DP

Profibus fue desarrollado como un bus de campo abierto y transparente que resultase válido para unir en una misma red dispositivos de automatización de diferentes fabricantes. Para su creación colaboraron diferentes empresas y universidades y está descrito por la norma estándar EN 50170 e IEC 61158.
Profibus DP (Distributed Peripherial) fue desarrollado sobre la base del modelo de comunicación OSI para el servicio de comunicación de datos. Su aplicación se basa en el intercambio a gran velocidad de volúmenes medios de información entre un controlador (PLC) que realiza las funciones de maestro y diferentes dispositivos periféricos: otros controladores, entradas, salidas, convertidores de frecuencia o dispositivos HMI (interfaz hombre-máquina). Dichos periféricos actúan como esclavos, distribuidos a través del proceso industrial y conectados a una misma red de comunicación. Las especificaciones físicas del bus se atienen a la norma RS-485.


El volumen de datos a transmitir, en una industria, en el nivel de campo no es elevado. Lo que importa es la velocidad con que la información llega al destinatario. Y también que la información llegue en un tiempo máximo conocido por el sistema. Esto es lo que se conoce como un "sistema determinista" y es un perfil que incorpora Profibus DP.


Además, Profibus DP ofrece otras cualidades como:

- Capacidad de ser diagnosticado ante algún error generado en la red o dispositivos.

- Inmunidad a cualquier interferencia electromagnética que pueda producirse en el entorno industrial.

- Sencillez en su configuración, instalación y manejo.


Dispositivos esclavos

Volviendo a esta primera red creada como ejemplo didáctico, los dispositivos esclavos elegidos son los módulos ET 200S, ET 200B y ET 200M de SIEMENS. Son módulos de entrada/salida y su función es esperar a ser interrogados por el maestro (PLC) ya que no tienen autoridad para establecer la comunicación.



- ET 200S.

Se trata de un módulo de periferia descentralizada altamente escalable y flexible que permite la conexión de señales del proceso a un PLC a través de bus de campo.
En verdad, se trata de un conjunto de módulos. Junto al módulo de interfaz que transmite los datos al PLC, se puede conectar hasta 63 módulos de periferia y en cualquier combinación. Así se puede adaptar la configuración a las particularidades del proceso.



- ET 200B.

La unidad periférica descentralizada ET 200B forma parte del sistema de periferia descentralizada ET 200 con bus de campo Profibus-DP. Incluye módulos digitales en corriente continua a 24 V, módulos digitales en corriente alterna a 120/230Y y módulos analógicos.

Es un dispositivo esclavo con grado de protección eléctrica IP 20 y de construcción plana y compacta. Lo que le hace idóneo para aplicaciones con espacio de montaje limitado. Se puede fijar tanto en pared como a un perfil normalizado, horizontal o verticalmente.

Está compuesto por dos bloque fundamentales: el de terminales y el electrónico. El primero soporta el cableado y el segundo porta la circuitería lógica.




- ET 200M.

Forma parte del sistema de automatización SIMATIC S7, por lo que mediante STEP 7 se puede configurar, parametrizar y programar el módulo ET 200M.



¿Para qué podemos necesitar los sistemas de periferia descentralizada descritos anteriormente? Supongamos el ejemplo de una planta de tratamiento de aguas residuales. Dichas instalaciones se componen de tanques de tratamiento de líquidos y lodos que tienen indicadores de nivel, agitadores movidos por motores eléctricos, diversas setas de emergencia, válvulas y otros elementos de instrumentación. A esto hay que sumar las tuberías que cuentan con caudalímetros, válvulas de cierre y bombas para impulsar el fluido.

Mediante los sistemas de periferia descentralizada podemos abarcar el proceso desde un mismo PLC, dedicando diversos módulos de entradas y salidas, a las distintas etapas del proceso de depuración (decantado, tratamiento biológico, tratamiento físico-químico, etc). 

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