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ARQUITECTURA INTEGRADA
Plataforma de ControlLogix
Independientemente de que su aplicacin sea simple o compleja, la
plataforma de controlLogix mejora la productividad y reduce el costo total de
adquisicin de equipos.
A diferencia de las plataformas de control convencionales, la plataforma
controlLogix proporciona soluciones escalables totalmente integradas para
toda la gama de disciplinas de automatizacin, incluidas
aplicaciones discretas(Controladores Micrologix, PLC MIcroSiemens, etc), de
control de movimiento (ControlMotion para movimiento de motores), control
de procesos y de lotes(Control Batch) usando un solo entorno de desarrollo
(RSLogix 5000) y un solo protocolo de comunicacin abierto ( Protocolo CIP).
Figxx.-Arquitectura Integrada Sistema Contrologix
La plataforma Controllogix le permite reutilizar los diseos y las prcticas de
ingeniera para reducir el tiempo y el costo de desarrollo, responder ms
rpidamente a la demanda de los clientes o del mercado, reducir los costos
de mantenimiento y el tiempo improductivo, y obtener fcilmente acceso
informacin de planta y de produccin idnea para la accin, a fin de lograr
una mejor administracin y toma de decisiones administrativas.
El Protocolo Industrial Comn CIP (Common Industrial Protocol).-
Este protocolo tiene como objetivo proveer una capa de aplicacin, de
acuerdo con el modelo OSI, comn para diferentes redes. Actualmente,
tenemos varias redes son las redes que lo han implementado, las cuales son
DeviceNet, ControlNet, EtherNet/IP, Profibus y Modbus.
El protocolo CIP define las caractersticas de las capas de aplicacin para
diferentes redes lo que ha dado lugar a llamar la Familia de Redes CIP. En
la figura xx se muestra la arquitectura de red, de acuerdo al modelo de
referencia OSI, para las distintas redes que implementan CIP en sus capas
superiores.
Figxx.- Protocolo CIP en Arquitectura integrada Rockwell Automation.
La filosofa del desarrollo del protocolo CIP, es la de proveer de una capa de
aplicacin que se abstraiga de la tecnologa particular de una red industrial,
es decir, de las capas ms bajas que definen las caractersticas fsicas y
propias del protocolo de comunicacin. De esta forma, se puede aplicar esta
capa comn a distintas tecnologas de redes, cada una con sus capacidades
y aplicaciones particulares. As tambin, es posible otorgar una capacidad de
interconexin entre las redes que implementen CIP en sus capas superiores
de una forma transparente.
Redes de Comunicacin Sistemas ControlLogix
Los sistemas ControlLogix permiten un sistema diseado para control tanto
Centralizado como Distribuido, esto se describe como:
Control Centralizado es un sistema en donde el control, es decir el
proceso centralizado en un sistema stand alone con un solo
procesador y una sola estacin de Supervisin.
Control Distribuido es un sistema en el cual las funciones de control,
monitoreo y supervisin estn distribuidas atravez de diversos
controladores en toda la planta, asimismo el sistema de supervisin
est repartido con de servidores independientes para la recoleccin
de datos, control de motores, control procesos y Soporte de todo el
sistema Scada.
En el Sistema de Control de la planta de xidos se realizaron labores de
integracin con las siguientes redes industriales: Ethernet IP, Industrial
Ethernet, Modbus TCP, Profibus DP, Devicenet y ControlNet.
MODBUS TCP
Modbus es un protocolo de comunicaciones situado en el nivel 7 del Modelo
OSI, basado en la arquitectura maestro/esclavo o cliente/servidor, diseado
en 1979 por Modicon para su gama de controladores lgicos programables
(PLCs). Convertido en un protocolo de comunicaciones estndar de facto, en
la industria es el que goza de mayor disponibilidad para la conexin de
dispositivos electrnicos industriales.
El protocolo modbus trabaja sobre registros de 16 bits (datos enteros),
atravez de los cuales se gobierna el control de los distintos dispositivos en
su red, el maestro modbus que en planta de Oxidos es la tarjeta MVI56E-
MNETCR es el encargado de elaborar las palabras de comando para cada
dispositivo para ya sea para monitoreo y control de los motores, monitoreo
de los dispositivos de medicin tal como como lo muestra en el siguiente
grfico.
Figxx.- Red Modbus TCP/IP
El proyecto de xidos contara con tres tipos de arranques los cuales son
arranque directo, arranque por variador de velocidad y Arranque por
Sofstarterd, estos dispositivos son del propietario Schneider Electric y son
controlados por del maestro por modbus TCP MVI56E-MNETCR integrada
al rack del ControlLogix. Los beneficios de esta red es la siguiente:
Es pblico.
Su implementacin es fcil y requiere poco desarrollo.
Maneja bloques de datos sin suponer restricciones.
Los principales Datos que se van leer y escribir de los principales Equipos de
Schneider Electric Se detallan a continuacin.
Rel de Proteccin Tesys T.-
Este rel es el encargado de los Arranques directos de toda la planta de
xidos, tiene la capacidad e proteger el equipo por sobrecorriente, posee
monitoreo sencillo de su estatus del motor atraves de su portal web. El
diagrama de Conexionado Implementado en planta es el siguiente:
Figxx.- Diagrama Elctrico de sistema Tesys T para Control de Motores
El sistema de control ser el encargado del arranque Local y Remoto de este
rel inteligente, para esto utilizando en protocolo Modbus TCP, la data ser
leda y escrita en el equipo para esto la informacin ms importante
propuesta e implementada en planta para cada Tesys T es la siguiente:
Tabla de Lectura
MAPEO Modbus Registro MODBUS
Status Parameters WorD 455
System Ready 0
System On 1
System Fault 2
System Warning 3
System Tripped 4
I/O status WorD 459
Input 1 0
Input 2 (Jog) 1
Input 3 (Par. Emergencia) 2
Input 4 (Confirmacion de Running) 3
Input 5 (Reset) 4
Input 6 (Puente Tesys T-Comunicacion) 5
Active Power UInt 482
Average Current DUInt 500-501
Fault Code UInt 451
Thermal capacity Level (%) UInt 465
Tabla de Escritura
MAPEO Modbus Registro MODBUS
Motor control commands WorD 704
Rele Comando remoto 0
Rele Comando Local 1
Reserved 2
Fault reset command 3
Figxx.- Data transferida del Tesys t hacia el DCS.
Variadores de Velocidad ATV71.-
Figxx.-Variador Altivar71 Planta de xidos.
El tpico de elctrico de este variador que se muestra a continuacin permite
el control de manera local y remota con el sistema de control DCS.
Figxx.- Diagrama de Conexionado ATV71, implementado en Planta de xidos
Estos variadores sern los encargados de Bombear la pulpa del sistema de
chancado y molienda hacia el siguiente proceso de la planta, regularan la
velocidad atraves de un control automtico que se realizara entre estos
variadores y el sistema de control principal. Estos dispositivos tienen la
capacidades de monitoreo de corriente, lectura de falla a tierra y Lectura el
estatus de entradas y salidas, Falla del Equipo, entre otros. El ATV71
permite ser controlado por diversos tipos de comunicacin, entre ellos
Ethernet, Devicenet, CanOpen, etc. E variador en planta de xidos tendr
embebido una tarjeta Modbus TCP para el Control desde el DCS principal y
su Diagrama implementacin en planta y la data que se lee y escribe en el
sistema de control son las siguientes.
Tabla de Lectura MAPEO Modbus Registro MODBUS
Status Parameters WorD 3201
Reserved(=0 or 1) 0
Ready 1
Running 2
Fault 3
Logic Input Status WorD 5202
LI1 0
LI2 (Falla Tierra) 1
LI3 (Pulso Jog) 2
LI4 (Control Energizado) 3
LI5 (Reset de Fallos) 4
LI6 (PTC) 5
HmiS Int 3240
Output Frecuency Int 3202
Motor Current Uint 3204
Motor Voltage Uint 3208
Motor Power Int 3211
Fault code WorD 7121
Motor Thermal State(%) Uint 3209
Tabla de Escritura MAPEO Modbus Registro MODBUS
Control WorlD WorD 8501
1=Start,0=Stop 0
Can be assigned to a command 1
Can be assigned to a command 2
Contactor de linea (si tuviera hacer el alias) 3
Reset 4 Quick Stop(Parada Rueda Libre Activo cuando =0) 5
Frecuency Reference Int 8502
Figxx.- Tabla de Datos de lectura y escritura del ATV71 atraves de Modbus TCP.
ATS48.-
El arrancador Suave ubicado en la planta de xidos tiene las
siguientes caractersticas:
Proteccin trmica del motor
Proteccin de la mquina: carga baja y sobrecarga con umbral y
tiempos ajustables, control de la direccin de la rotacin
Configurado de fbrica para un arranque inmediato.
Conexin mediante control del contactor de bypass del arrancador
para evitar la disipacin del calor
Configuracin doble (2 motores).
Asimismo se muestra la tabla de lectura Modbus y el diagrama elctrico
Tabla de Lectura
MAPEO Lectura Modbus Registro MODBUS
Status Register WorD 458
Ready to switch on 0
Switched on 1
Operation enabled, Running 2
Malfunction 3
Motor Current WorD 4062
Motor Thermal State(%) WorD 4064
State of logic I/O WorD 4066
Logic input LI3 (Libre) 0
Logic input LI4 (Pulso Jog) 1
Active Power WorD 4073
Motor Fault WorD 4200
Tabla de Escritura
MAPEO Escritura Modbus Registro MODBUS
Control Register WorD 400
Figxx.- Tabla de mapeo Modus arrancador suave ATS48.
Figxx.- Diagrama de Interconexin ATS48 en planta de xidos.
Red Ethernet/IP
La red Ethernet/IP proporciona sistemas de red a nivel de toda la planta con
el uso de tecnologas de conexin en red abiertas y estndar del sector.
Permite control e informacin en tiempo real en aplicaciones discretas y de
proceso continuo, lotes, seguridad, variadores, movimiento y alta
disponibilidad. La red Ethernet/IP conecta dispositivos tales como
arrancadores de motor y sensores a controladores, dispositivos HMI, entre
otros, en la empresa. Admite comunicaciones no industriales e industriales
en una infraestructura de red comn.
Caractersticas.-
Topologa
Todas las opciones de Ethernet tradicionales para topologas de
estrella, rbol, anillo de interruptores y otras de alta disponibilidad
Muchos dispositivos de automatizacin incluyen dos puertos Ethernet
fsicos y siguen el estndar ODVA DLR (anillo a nivel del dispositivo)
para admitir topologas lineales y en anillo sin necesidad de switch
Ethernet externos
Distancia
Cien metros entre dispositivos para cableado de par trenzado de
cobre.
El cableado de fibra permite mayores distancias (depende del diseo).
Capacidad
A diferencia de redes ms antiguas, no hay lmites prcticos en la
capacidad.
La nica restriccin son las limitaciones de comunicacin de los
dispositivos en la red.
Para obtener un clculo rpido de la capacidad para su aplicacin,
use la herramienta calculadora de capacidad de EtherNet/IP.
Rendimiento
Regmenes de actualizacin de E/S de
Figxx.- Redes Tipicas en planta de xidos
PROFIBUS DP.-
PROFIBUS (Process Field Bus) es un protocolo ampliamente utilizado, de
estndares abiertos creado por un consorcio de proveedores de
automatizacin de fbricas europeas en 1989.
PROFIBUS es un protocolo maestro / esclavo. El maestro establece una
conexin con el esclavo remoto. Cuando se establece la conexin, el
Maestro enva el mensaje y ordena al esclavo.
Es aplicable en los sistemas de control, donde se destaca el acceso a los
dispositivos distribuidos de I/O. Es utilizado en sustitucin a los sistemas
convencionales 4 a 20 mA, HART o en transmisiones de 23 Volts, en medio
fsico RS-485 o fibra ptica.
Requiere menos de 2ms para transmitir 1 kbyte de entrada y salida y es muy
usado en controles con tiempo crtico.
Actualmente, 90% de las aplicaciones relativas a esclavos Profibus utilizan el
PROFIBUS DP. Esta variedad est disponible en tres versiones: DP-V0
(1993), DP-V1 (1997) e DP-V2 (2002). Cada versin tuvo su origen segn el
adelanto de la tecnologa y la bsqueda de nuevas aplicaciones a lo largo
del tiempo.
PROFIBUS es nico en ofrecer una solucin completamente integrada para
bus de campo en aplicaciones discretas y procesos.
PROFIBUS DP es el perfil discreto (o fbrica) de automatizacin. Un
protocolo idntico, perfilado como PROFIBUS PA, se utiliza para la
automatizacin del proceso.
La gran ventaja es que para la comunicacin PROFIBUS propiamente dicha
as como la comunicacin HART con los dispositivos perifricos
descentralizados se utiliza un nico cable de bus.
Tecnologas de transmisin
El PROFIBUS DP puede ejecutarse segn IEC 61158 e IEC 61784 con las
tecnologas de transmisin siguientes:
RS485
Tecnologa de transmisin elctrica simple y econmica en base a un cable
bifilar apantallado.
Una red elctrica PROFIBUS puede configurarse con topologa en lnea o en
rbol.
Fibra ptica
Tecnologa ptica de transmisin con fibras pticas de vidrio plstico que
permite la transmisin rpida de grandes cantidades de datos en entornos
con altas perturbaciones electromagnticas o para puentear grandes
distancias.
Comunicacin por bus determinista
Una caracterstica esencial de PROFIBUS es la comunicacin determinista
conforme al principio maestro-esclavo que garantiza el comportamiento
temporal configurado del bus as como los tiempos de reaccin definidos en
las estaciones o nodos del mismo. Se caracteriza por
La transmisin cclica de datos del proceso
La transmisin a cclica de datos de configuracin, alarma y diagnstico
Los intervalos para la comunicacin a cclica se consideran automticamente
Durante la fase de configuracin. Si los datos presentes superan dicho
intervalo de tiempo entonces la comunicacin a cclica con una estacin se
reparte en varios ciclos.
Velocidad de transferencia.-
Se muestran a continuacin las velocidades con la cuales se configuraron
los dispositivos Modbus en la aplicacin funcionando en planta de xidos
Figxx.- Velocidades de transmisin segn medio fsico Control de motores planta de xidos
Topologas.-
Dependiendo del tipo de aplicacin y las exigencias del cliente las redes
implementadas son Lineal, anillo y en estrella. En la presente aplicacin se
utiliz la topologa Lineal para la interconexin de los Motores de dosificacin
tal como se aprecia en la figura.
Figxx.- Red Bus control de Motores de dosificacin Planta de Oxidos
Esta red implementada funciona con conectores de red tipo T, y medio
Rs485, con una velocidad de 500KB/sec.
Figxx.- Velocidad y configuracin de Nodos red Profibus DP mediante sistemas Controllogix, planta de xidos.
Fundation Fieldbus
Foundation Fieldbus se presenta a los usuarios de control de procesos como
el futuro sustituto de la seal analgica de 4 20 mA que se usa en
instrumentacin de procesos. Todas las tecnologas de comunicaciones
proporcionan un mtodo para transmitir datos entre varios dispositivos y un
anfitrin, y algunas proporcionan comunicacin directa entre dispositivos.
Los diferentes esquemas
Se diferencian en su grado de optimizacin para transferir datos con rapidez,
su idoneidad para control en tiempo real, funciones de red y como se
distribuye la alimentacin (a los dispositivos).
Foundation Fieldbus proporciona una especificacin abierta tanto para las
comunicaciones como para el control. nicamente Foundation Fieldbus
distribuye funciones avanzadas de diagnsticos y de control a travs del bus,
lo que proporciona un mximo aprovechamiento de la inteligencia local para
mejorar el rendimiento y reducir el costo total del sistema. Con Foundation
Fieldbus, la red es el sistema de control.
El maestro Fieldbus Fundation (1788-EN2FFR) ampla la capacidad de
control de proceso distribuido de Rockwell Arquitectura integrada de
Rockwell Automation. Con el 1788-EN2FFR, usted tiene la flexibilidad para
hacer el control de procesos con cualquier procesador ControlLogix durante
el uso de las capacidades avanzadas de instrumentacin de procesos
basados en la red.
Figxx.-Cableado de Red Fundation fieldbus desde el maestro Linking Device (1756-ENFFR), hasta los dispositivos inteligentes.
El 1788-EN2FFR proporciona un enlace directo entre EtherNet / IP y
FOUNDATION Fieldbus. Salvando estas redes facilita flujo de informacin
entre las capas de control. La informacin transferida puede incluir la
configuracin de dispositivos (tales como la instalacin, el funcionamiento,
y datos de diagnstico) y la informacin de proceso de planta de la planta
(tales como la temperatura y los datos de flujo).
Figxx.- Integracin de Sistema Fieldbus fundation al sistema controlLogix atraves de Ethernet IP en planta de xidos.
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