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).
