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!!!!