Video Introducción Autómatas Programables

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En una de las primeras entradas del blog, compartí la presentación que suelo realizar para introducir a los autómatas programables en formato PDF, ahora con esta presentación, he realizado un video con el audio de los comentarios que suelo realizar en los cursos, espero os guste:

En futuras entradas, veremos con más profundidad las diferencias entre los PLC´s y los PAC´s.

Saludos!!!.

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Periferia E/S Centralizada Vs. Periferia E/S Descentralizada Capítulo 3

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Para finalizar con esta serie, vamos a realizar una pequeña comparativa de las dos soluciones de Periferia E/S en un ejemplo de Sistema de Control.

El sistema de ejemplo, consta de cuatro células de fabricación con la siguiente configuración y señales previstas:

  • Célula Principal 16ED/16SD. En esta ubicación implementaremos el PAC (Autómata).
  • Célula 1 16ED/8SD.
  • Célula 2 16ED/8SD.
  • Célula 3 16ED/8SD.

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La disposición física y distancias entre las células es la siguiente:

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1. Sistema de Control.

Para automatizar este proceso, hemos elegido un PAC con muy buen precio de la marca Allen Bradley, con la referencia CompactLogix L24ER QB1B que equipa 16 ED y 16 SD, ampliable en cuatro (4) módulos 1769 y que permite hasta ocho (8) conexiones Ethernet/IP.

Guía de selección.

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Antes de comenzar a realizar la valoración entre los dos tipos de Periferia E/S, indicar que pueden existir sistemas mixtos, donde se implementen un número de E/S con Periferia Centralizada y otras con Descentralizada, es díficil encontrar un sistema puramente Centralizado o Descentralizado.

2. Arquitectura del Sistema de Control.

2.1 Arquitectura con Periferia Centralizada.

Según las lista de señales del sistemas, necesitamos 64 ED y 40 SD, por lo que el PAC lo ampliamos mediante tres tarjetas, dos 1769-IQ32 (32ED) y una 1769-OB32 (32SD), podíamos haber usado una tarjeta de 32ED y una de 16ED, no obstante por homogeneizar y racionalizar la referencias de repuestos, nos decidimos por dos de 32ED. No obstante, lo hagamos de una manera u otra, sólo tenemos la posibilidad de ampliar el sistema, más allá de la reservas, mediante una tarjeta, ya que como vimos en la guía de selección, este equipo sólo permite cuatro módulos de ampliación.

Siendo la Arquitectura de Control resultante:

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2.2 Arquitectura con Periferia Descentralizada.

En el caso de Periferia Descentralizada, nos decantamos por el sistema POINT I/O con la posibilidad de realizar una red DLR, dando robustez a la conexión entre el PAC y los módulos periféricos de E/S, además de darnos algunas otras prestaciones adicionales.

Siendo la Arquitectura de Control resultante:

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3. Valoración económica de las dos Arquitecturas de Control.

Para comenzar me gustaría aclarar que la fuente de los precios, ha sido www.plccenter.com y no he entrado en valoraciones de ellos.

Siendo la valoración económica la siguiente:

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En una primera valoración, podemos observar que existe una diferencia de 578,07 € a favor de la periferia centralizada, pero sólo hemos valorado equipos de control y ahora debemos valorar otras prestaciones y costes de instalación.

4. Valoración económica de Sistemas de Cableado.

Aunque los sistemas de cableados, incluyen costes por precableados, conexionado, cajas, armarios, bandejas y estos costes siempre van en detrimento de la Periferia Centralizada, en nuestra comparación sólo vamos a valorar el coste de mangueras y cables, que como veréis es suficiente para decantar la balanza a favor de la Periferia Descentralizada.

Indicar que el sistema vamos a implementarlo en una planta que dispone de canalizaciones libres y las distancias las hemos indicado anteriormente (recordamos en la siguiente imagen) y que la comparación la vamos a realizar con las Células 1,2 y 3, ya que las señales de la Célula Principal es común en ambas soluciones.

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4.1 Cableado Periferia Centralizada.

Interconexión Célula 1.

Disponemos de 16 ED y 8 SD, por ello deberíamos tirar:

  • 1 manguera de 20 m de Distribución de 24VCC.
  • 1 manguera de 20 m multihilo con pantalla general para las ED.
  • 1 manguera de 20 m multihilo con pantalla general para las SD.
Interconexión Célula 2.

Disponemos de 16 ED y 8 SD, por ello deberíamos tirar:

  • 1 manguera de 30 m de Distribución de 24VCC.
  • 1 manguera de 30 m multihilo con pantalla general para las ED.
  • 1 manguera de 30 m multihilo con pantalla general para las SD.
Interconexión Célula 3.

Disponemos de 16 ED y 8 SD, por ello deberíamos tirar:

  • 1 manguera de 40 m de Distribución de 24VCC.
  • 1 manguera de 40 m multihilo con pantalla general para las ED.
  • 1 manguera de 40 m multihilo con pantalla general para las SD.

 Siendo el total necesario:

  • 90 m de manguera de Distribución de 24VCC.
  • 90 m de manguera multihilo con pantalla general para las ED.
  • 90 m de manguera multihilo con pantalla general para las SD.

Siendo el coste de cableado para la Periferia E/S Centralizada de 2100 €.

4.2 Cableado Periferia Descentralizada.

Interconexión Célula 1.

Sólo debemos tirar un cable FTP entre la Célula Principal y la Célula 2, ya que los 24VCC podemos utilizar los existentes en el armario de la Célula, por lo que necesitamos:

  • Cable FTP de Cat 6 de 20 m.
  • Dos conectores RJ-45 de Cat 6.
Interconexión Célula 2.

Sólo debemos tirar un cable FTP a la Célula 1 y otro a la Célula 3, ya que los 24VCC podemos utilizar los existentes en el armario de la Célula, por lo que necesitamos:

  • Cable FTP de Cat 6 de 30 m con Célula 1 y 30 m con Célula 3.
  • Dos conectores RJ-45  de Cat 6.
Interconexión Célula 3.

Sólo debemos tirar un cable FTP entre la Célula 3 y la Célula Principal, ya que los 24VCC podemos utilizar los existentes en el armario de la Célula, por lo que necesitamos:

  • cable FTP de Cat 6 de 40 m.
  • Dos conectores RJ-45  de Cat 6.

Siendo el total necesario:

  • 120 m de cable FTP Cat6.
  • 8 conectores RJ-45 Cat6

Siendo el coste de cableado para la Periferia E/S Descentralizada de 600 €.

En esta segunda valoración, podemos observar que existe una diferencia de 1500 € a favor de la periferia Descentralizada, que si le quitamos los 578,07 € que tenía a favor los requipos de control en la Periferia E/S Centralizada, nos quedan 921,93 € a favor de la Periferia E/S Descentralizada.

4. Prestaciones.

Además de los costes de aquisición de equipos y cableado, debemos valorar las prestaciones de uno y otro sistema:

Ventajas Periferia Centralizada:

  • Racionalización de referencias de equipos de control (3 frente a 5).
  • Centralización de E/S para diagnóstico de señales.
  • Arquitectura de comunicaciones y configuración más sencilla.

Ventajas Periferia Descentralizada:

  • Conectividad a pie de equipo, abriendo el anillo DLR.
  • Fácilmente Ampliable.
  • Reducción de espacio.
  • Reducción de cableado.
  • Reducción de consumos.
  • Focalización de repuestos, si se estropea una ED o SD en una Célula, sólo debemos cambiar un módulo de 8 ED ó 8 SD.

5. Conclusiones.

El coste de los equipos de Control en la Periferia E/S Descentralizada es superior, no obstante se ve compensado con los ahorros en cableado e interconexión, además de aportar prestaciones adicionales que no tiene la Periferia E/S Centralizada.

Saludos!!!!!

Periferia E/S Centralizada Vs. Periferia E/S Descentralizada Capítulo 2

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 El cableado clásico de los PLC’s, se ha realizado principalmente  de tres formas:

  • Conectando directamente las mangueras de campo a las bornas de las tarjetas del PLC.
  • Interconectando las bornas mediante un regletero de bornas de paso o seccionables.
  • A través de sistemas de precableados, con separación galvánica o no.

periferia7Sistema precableado Telefast de Schneider (Telemecánica)

En función del sistema que usemos, el espacio requerido para la recogida y tratamiento de las mangueras de campo e interconexión entre armarios, ocupa un espacio considerable. Desde mi punto de vista técnico y sin olvidar el equilibrio entre prestaciones y costes, la separación galvánica con relés para las señales digitales y con separadores galvánicos para las señales analógicas, es el método más indicado.
1. Periferia E/S Centralizada.

La periferia centralizada, consiste en cablear todas la señales de E/S agrupadas en un armario, éste puede disponer de varios cuerpos en función del número de E/S necesarias.

Por lo comentado anteriormente, el PLC o PAC puede disponer de dos configuraciones posibles:

  • PLC/PAC con un sólo bastidor.
  • PLC/PAC con varios bastidores, conectados por buses de expansión, buses de campo o redes de control.

periferia8Armarios con Periferia E/S Centralizada con bastidor y multibastidor.

Las ventajas e incovenientes que presenta la Periferia E/S Centralizada son:

Ventajas Periferia E/S Centralizada:

  • Simplifica la arquitectura de comunicaciones.
  • Simplifica la arquitectura de control y su configuración.
  • Centraliza la verificación de equipos en caso de fallos.
  • Da más seguridad al personal con falta de formación o experiencia en automatización y sistemas.

Inconvenientes Periferia E/S Centralizada:

  • Aumenta las dimensiones de los armarios de control (aumento de canaletas, regleteros y aparellaje auxiliar) y el espacio físico para ubicar éstos.
  • Aumenta el número de cables y mangueras.
  • Aumenta las canalizaciones.
  • La identificación de E/S es más complicada, no ayudando al diagnóstico de averías.
  • Poca flexibilidad ante ampliaciones y modificaciones.
2. Periferia E/S Descentralizada o Distribuida.

La periferia descentralizada, también conocida como Distribuida o E/S Remotas, consiste en implementar la señales de E/S próximos a los sensores, instrumentos y actuadores de nuestro Sistema de Control, reduciendo el cableado y por ello la masificación de canalizaciones y armarios de control.

Por lo comentado anteriormente, el PLC o PAC puede disponer de dos configuraciones posibles:

  • PLC/PAC con varios bastidores, conectados por buses de datos o redes de control.
  • PLC/PAC con Periferia E/S conectadas con éste mediante buses de datos o redes de control.

Arquitectura_DLR1Periferia E/S Descentralizada con Topología en Anillo

Las ventajas e incovenientes que presenta la Periferia E/S Descentralizada son:

Ventajas Periferia E/S Descentralizada:

  • Reduce dimensiones de armarios.
  • Reduce el número de cables y mangueras.
  • Reduce canalizaciones.
  • Simplifica la identificación de E/S y facilita el diagnóstico y reparación de averías.
  • Reduce los tiempos de parada e indisponibilidad.
  • Gran flexibilidad ante ampliaciones y modificaciones.
  • Reduce los costes de mantenimiento, al focalizar los repuestos, siendo las afecciones por averías más pequeñas.

periferia10E/S remotas de Weidmüller

Inconvenientes Periferia E/S Descentralizada:

  • Aumenta la arquitectura de comunicaciones y en función del bus o red de control que elijamos, también aumentaría el número de equipos específicos para las comunicaciones.
  • La arquitectura de control y su configuración requiere de conocimientos de buses y redes.
  • Da más inseguridad al personal con falta de formación o experiencia en automatización y sistemas.

periferia11Cabecera Perideria E/S Descentralizada Profibus DP

3. ¿Cuando implementar Periferia E/S Centralizada o Descentralizada?.

Cada proyecto de automatización requiere un análisis, aunque cuando son recurrentes, podemos tomar una decisión más rápida por la experiencia obtenida en proyectos anteriores.

Los parámetros, puramente económicos y de instalación, a valorar para decidir entre las dos soluciones son:

  • Número y tipos de E/S.
  • Disposición física de los equipos (sensores, instrumentos y actuadores).
  • Disponibilidad de espacio para implementar armarios distribuidos.
  • Estándares de buses de campo y redes de control (limitaciones en número de nodos y distancias).
  • Posibilidad de ampliación futura.

Ejemplos de aplicación de Periferia E/S Centralizada:

  • Un proceso o máquina que disponga de un número de E/S reducidas.
  • Una máquina o proceso que disponga de todos los sensores cerca del armario de control, por ejemplo una máquina herramienta.
  • En plantas que los armarios de control se centralicen, por ejemplo en aquellas que exista un ambiente corrosivo o ATEX.
  • Sistemas de control que no se vayan a ampliar.
  • Arquitecturas que se vayan a implementar sobre máquinas o procesos existentes y no dispongamos de espacio para la instalación de la Periferia E/S.

Ejemplos de aplicación de Periferia E/S Descentralizada:

  • Un proceso o máquina que disponga de un número de E/S elevadas.
  • Una máquina o proceso que tenga dispersos los sensores, instrumentos y actuadores (con cierta agrupación de los mismos).
  • Sistemas de control que estén previsto ampliar.
  • Instalaciones con grupos y objetos preconizados.
  • Instalaciones en las que no dispongamos espacio en las canalizaciones.

En la siguiente entrada “Periferia E/S Centralizada Vs. Periferia E/S Descentralizada Capítulo 3″ realizaremos un ejemplo de arquitectura con cada uno de los tipos de Periferia E/S.

Saludos!!!!

Periferia E/S Centralizada Vs. Periferia E/S Descentralizada Capítulo 1

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Según Wikipedia
  • Versus, palabra latina que suele abreviarse “vs.” y significa «hacia». En su origen se refería al movimiento de ida y vuelta ejecutado por el labrador al arar la tierra. Esta palabra ha sido introducida por el inglés en el sentido de«contra» (por ejemplo: Occidente versus Oriente como sinónimo de Occidente contra Oriente). Este último uso de la palabra ha sido, tradicionalmente, impropio del español, pero ha acabado por ser aceptado por el avance que la Real Academia Española está realizando de la vigésima tercera edición de su diccionario.

Aunque la acepción “contra” es la más extendida, me gusta mucho el origen de la palabra:

“En su origen se refería al movimiento de ida y vuelta ejecutado por el labrador al arar la tierra.”

¿Por qué me gusta esta acepción y que tiene que ver con la Periferia E/S?, porque la elección del tipo de periferia E/S (Entradas/Salidas) puede ser de “ida y vuelta entre los dos tipos”, en función de varios parámetros a valorar y tener en cuenta para la elección de una u otra solución de periferia.

1. ¿Qué es la Periferia E/S?.
Todo Sistema de Control basado en PLC (Programmable Logic Controller) o PAC (Programmable Automation Controller), dispone de entradas y salidas para obtener información del sistema, proceso o máquina y salidas para poder actuar sobre éstos. Haciendo un símil informático, los periféricos son esos dipositivos que interconectan la computadora con el exterior y por ello a los “periféricos” de la CPU del Autómata se le conoce como Periferia E/S.

periferia2Periféricos de un PC.

2. Tipos de Autómatas.

La explicación clásica que se ha dado, motivada en gran medida por los propios “portfolios” de las marcas, consistía en agrupar los PLC’s de los fabricantes agrupándolos por gama y forma constuctiva:

Equipos por gama:

Se agrupan en función de las prestaciones en memoria, tiempos de ejecución, número de E/S, funciones complejas y prestaciones en comunicaciones.

  • Gama Alta.
  • Gama Media.
  • Gama Baja.

Esta agrupación está cayendo en desuso, ya que se mezclan las caracterísiticas de las diferentes gamas, por ejemplo puede haber equipos de gama baja con grandes prestaciones en comunicaciones.

Equipos por forma constructiva:

A mi personalmente me gusta más agrupar los equipos de esta forma. Y la forma de hacerlo, es en función de la disposición de los diferentes componentes que forman un autómata, Fuente Alimentación, Bastidor, CPU, E/S, Tarjetas Comunicaciones…

  • Compactos. Los componentes del PLC éstan agrupados, no obstante la mayoría de ellos permiten una cierta ampliación modular.

periferia00PAC CompactLogix L1compacto.

  • Modulares. Los componentes se montan de manera modular, generalmente sobre un bastidor o rack, permitiendo mayores ampliación que un equipo compacto y realizar configuraciones más ajustadas a nuestros requerimientos.

periferia1PAC CompactLogix L3modular.

Algunos fabricantes, empiezan a disponer de un catálogo en el que realizan una primera agrupación por tipo de tecnología, es decir, disponen de dos grandes familias que son PLC’s y PAC’s, y dentro de estas agrupaciones equipos de diferentes gamas.
3. Las comunicaciones y su influencia en la Periferia E/S.
Las posibilidades de comunicaciones de los PLC’s han evolucionado en estos años, y ello ha propiciado la descentralización de las E/S, abriendo nuevas posibilidades de diseño de arquitecturas, gracias a las mejoras de los buses de campo, redes de control y redes de datos.
Las comunicaciones de los PLC’s han evolucionado de protocolos serie, para conexión punto a punto, a comunicaciones Ethernet incluso inalámbricas, con topologías lineales, de estrella y de anillo. Además los protocolos propietarios de algunas marcas, están dando paso a redes abiertas con mayores posibilidades de interconexión.
Buses de campo.

Entre los Buses de Campo más extendidos en Periferia E/S están:

et200sET200S de SIEMENS

No obstante, Ethernet y las Redes de Control (También conocidos como Buses Industriales), están cada vez más presentes en los diseños de arquitecturas, no sólo a nivel de “célula”, sino que también están bajando a la capa de campo.

 periferia6ADVANTYS STB de SCHNEIDER

4. El dilema. ¿Periferia E/S Centralizada o Descentralizada?.
La tendencia del mercado está clara, aunque algunos no quieran verlo por obsolescencia técnica o intereses “comerciales”, y éste va hacia la Periferia E/S Descentralizada. No obstante, la elección de la solución más idónea requiere un análisis, valorando varios puntos como son:
  • Número E/S.
  • Ubicación de cuadros, equipos, aparellaje, sensores e instrumentación.
  • Tipos sensores e instrumentación.
  • Espacio disponible para la nueva instalación.
  • Estándares del cliente.
  • Costes de instalación y mantenimiento.

Además hay que valorar otras ventajas e inconvenientes que veremos en la siguiente entrada “Periferia E/S Centralizada Vs. Periferia E/S Descentralizada Capítulo 2”.

Saludos!!!!

Introducción Protocolo DLR (Device Level Ring) Anillo a Nivel de Dispositivo.

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1. Antecedentes.

En el mundo industrial está cada vez más presente la red Ethernet, no sólo a nivel de Planta y Gestión, sino también a nivel de Célula y Campo, es decir, las redes de control y buses de campo que se usaban para garantizar el tiempo de refresco de señales entre autómatas y/o la periferia de E/S (“determinismo”, concepto del que hablaremos en otra ocasión), están siendo relegadas frente a arquitecturas con redes Ethernet.

2. Topología Lineal, Estrella y Anillo en Arquitecturas de Control.

Las topologías que se usaban en Redes de Control, han sido habitualmente la Lineal y Estrella, ya que los buses de campo y redes de control sólo soportaban este tipo, y cuando aparece Ethernet en la industria a nivel de supervisión e intercambio de información entre procesos, se empieza a usar redes en Estrella, al empezar a implementarse en instalaciones de control, un nuevo dispositivo como son los “switches”.

topologias1Descripción de Topologías de Red.

Otro motivo, por el que la topología Lineal es muy usada en la industria, es por la disposición física de los células de fabricación (procesos), adaptándose la tirada de los buses y redes de control a la disposición física de éstas, no obstante este tipo de topología es poco tolerante frente a fallos, cuando existen anomalías entre nodos, dejando fuera aquellos equipos que se encuentren “aguas abajo” de la anomalía .

topologias2Topologías de red.

La topología lineal, además de simplificar el cableado al adaptarse muy bien a la disposición física de los equipos en el sistema de control, reduce el coste en “switches”, pero tiene como desventaja la baja tolerancia frente a fallos entre nodos, no obstante si esta topología se cierra en anillo, un fallo entre dispositivos no impediría la comunicación con el resto de dispositivos en la red, ya que dispone de un camino alternativo, no obstante no es suficiente y debe apoyarse en un protocolo.

3. Introducción a la Tecnología DLR (Device Level Ring) Anillo a Nivel de Dispositivo.

Esta tecnología está desarrollada por la ODVA (https://www.odva.org/), que tras el desarrollo de pruebas de conformidad, publica las primeras especificaciones en Noviembre del 2008, estando disponibles en el mercado los primeros productos con esta tecnología, en primavera del 2009.

Esta tecnología, permite disponer de las ventajas de una topología Lineal y dar solución a la baja disponibilidad ante fallos entre nodos. La topología en anillo y el protocolo DLR, proporcionan una alta disponibilidad en la red, al implementar la detección rápida de fallos de red y reconfiguración de la misma, esencial en los sistemas de control.

El protocolo DLR está destinado principalmente a dispositivos en Ethenet/IP que equipan dos puertos con tecnología de “switch” incorporada, no obstante existen en el mercado soluciones para convertir en compatible a dispositivos con un sólo puerto. Este protocolo opera en la capa 2 (modelo OSI), por lo que es transparente a protocolos de capa superior, tales como TCP/IP y CIP, no obstante un dispositivo DLR dispone de interfaz de configuración y diagnóstico a través de CIP (Common Industrial Protocol).

Aunque entraremos en más profundidad en otras entradas del blog, comentar que una red DLR:

– Dispone de al menos un Nodo Supervisor y puede haber un Nodo Supervisor de respaldo.

– No se aconsejan más de 50 nodos, para garantizar los 3 ms de recuperación ante fallos, no obstante para un número superior de nodos, se pueden implementar una red con múltiples anillos DLR.

– Puede coexistir pero no interactuar con protocolos de red estándar IEEE Spanning Tree Protocols (STP, RSTP, MSTP) y con protocolos específicos de fabricantes.

DLR_RSTP

En la arquitectura anterior, podemos ver un ejemplo de la coexistencia de diferentes protocolos y la posibilidad de tener cuatro anillos DLR, pudiendo así aumentar el número de nodos por encima de 50 dispositivos.

Saludos!!!!!

Fuentes:

www.odva.org

Rockwell Automation
Phoenix Contact