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.