Funcionamiento de un motor, a través de la comunicación entre dos PLC’s vía AS-i-Ethernet-Profibus.

Las redes industriales utilizan, comúnmente, diferente tipos de protocolos de comunicación para realizar sus conexiones, ya sea entre dos o más controladores lógicos programables (PLC) o con los diferentes dispositivos del proceso. Es muy frecuente en el ámbito industrial, tener dispositivos conectados entre sí, sin importar la topología que éstos lleven, sin embargo, es ideal respetar aquellas conexiones que dicta la pirámide de la automatización (ver imagen 1), allí se describe claramente cómo utilizar los diferentes protocolos de comunicación (Ethernet®, Profibus- DP o PA®, AS-I®), en nuestra aplicación no es la excepción. Para la aplicación a ejecutar, se utiliza tres tipos de comunicación, respetando la pirámide de la automatización; donde se realiza la comunicación entre PLC’s, vía Ethernet (nivel planta), el de la iniciativa local tiene conectado una maestro AS-i (nivel dispositivo), el cual tiene periféricos asociados, tales como botoneras, interfaz de entradas y salidas, final de carrera y un logo. Por otra parte, el PLC que recibe la señal vía Ethernetn tiene conectado un Variador de frecuencia (nivel proceso), que a su vez, éste tiene una conexión vía Profibus® con el Motor (nivel dispositivo).

Imagen 1. Pirámide de la automatización.

El AS-Interface (AS-i) – Aktuator-Sensor-Interface – es un sencillo y eficaz sistema de bus de campo. Por un lado, como bus abierto y preparado para la integración en cualquier plataforma permite la transmisión de señales digitales y analógicas relacionadas con el proceso y la maquinaria. Por otro lado, constituye una interfaz universal entre sencillos actuadores y sensores binarios, así como entre los distintos niveles del control central. Lo mejor de esto: el sistema AS-Interface se caracteriza por un alto grado de sencillez y efectividad, siendo por lejos el más económico frente a otros sistemas de bus. Por lo tanto, no es de extrañar que AS-Interface se haya convertido en el estándar más extendido en la automatización industrial. No sólo es sumamente fácil de manejar y de rápida instalación, sino que también es especialmente flexible para futuras actualizaciones, y extremadamente robusto, incluso en las

condiciones más adversas. (Tomado de: http://www.automation.siemens.com/cd-static/material/info/e20001-a550-p305-v4-7800.pdf)

La aplicación a realizar, con sus respectivas conexiones, se visualiza en la imagen 2.

Imagen 2. Conexiones físicas.

Por otra parte, el proceso a realizar es el siguiente: “El sistema se debe iniciar con el motor en reposo y el indicador de paro activado (Q0.4 PLC2), cuando se accione el interruptor de marcha en sentido de las manecillas del reloj (botonera AS-i asociada al PLC1) se debe energizar el motor y el indicador de marcha (Q0.5 PLC2), además se debe garantizar que se mantenga en esa dirección por 10 segundos, transcurrido ese tiempo, se debe esperar un tiempo de 5 segundos, necesario para que el motor se detenga completamente. Posteriormente queda habilitado para invertir el giro para lo cual se debe accionar el interruptor de marcha en sentido contraria a las manecillas del reloj(sensor de fin de carrera AS-i), si esto no sucede en 20 segundos, se debe accionar la inversión de giro de manera automática, después de que alguna de las dos condiciones anteriores suceda se debe energizar el motor en sentido contrario y el indicador de marcha(indicador AS-i botonera), este debe garantizar que se mantenga en esa dirección por 10 segundos, transcurrido este tiempo, se debe esperar un tiempo de 5 segundos necesarios para que el motor se detenga completamente y quedar habilitado para iniciar el ciclo de nuevo.”

Con esta premisa, se procede a configurar el dispositivo (hardware), para ello, se debe identificar los componentes AS-i que se utilizarán, en este caso, el maestro AS-i CP343-2, su periferia asociada (ET 200M), la cual comunicará al S7-300 con el maestro AS-i y los dispositivos esclavos conectados al maestro AS-i. En las siguientes tablas se describe los componentes AS-i, su referencia y la dirección asociada. Se deben tener en cuenta dichos parámetros, pues estos son esenciales al momento de configurar el hardware y poder comunicarse con el dispositivo correspondiente, ya sea la botonera o el final de carrera.

Tipo de Maestro Referencia Tipo de periferia ReferenciaCP 343-2 343-2ah00-0xao ET 200M IM153-1 153-1AA03-0XB0

Componente Referencia Módulo Salidas

Digitales322-1HH02-0AA0

Modulo entradas Digitales

321-1BH02-0AA0

Tipo de esclavo(botonera,

pulsador, indicador, etc)

Dirección: Valor de corriente consumida por el

esclavo

Perfil

Botonera 5 0.004A 7ª7eFinal de carrera 4 0.030ª 0bff

Teniendo esto, se procede a crear el programa en el software SIMATIC STEP 7®, agregando, inicialmente, los dos PLC’s con que se va a trabajar, en nuestro caso es la CPU314C-2DP con un módulo de comunicación Ethernet CP 343-1. Ver imagen 3, se procede de igual manera a configurar el hardware de cada una, empezando por el PLC que tiene asociada los dispositivos AS-i.

Imagen 3. Adición de las 2 CPU al software Simatic Step 7.

En el hardware del PLC1, el cual tiene la parte AS-i asociada, se crea una red Profibus® convencional, adicionándole una dirección, la cuál debe ser la misma que la del ADDRESS del maestro AS-i, la asignación de los componentes AS-i, se sigue en función de la referencia de cada equipo, en el árbol de la derecha, en la configuración del hardware, se encuentra los equipos DP que se pueden asociar a la red, imagen 4.

En dicho árbol, se debe desplegar hasta buscar el dispositivo que comunica nuestro PLC con el maestro AS-i (ET 200M) se busca la referencia y se procede a añadirlo imagen 4. Después de esto, se agrega el PLC CP 343-1, siguiendo la misma metodología que el dispositivo anterior,

Imagen 4. Red Profibus sistema maestro D, árbol de dispositivos DP y referencia dispositivo.

Al agregar el IM 153-1, se debe agregar cada componenete del módulo AS-i, esto se debe hacer siguiendo la referencia de cada componente (tablas anteriores). Finalmente debe quedar de la siguiente forma, imagen 5:

Figura 5. Dispositivos AS-i agragados al IM 153-1

Una cuestión importante a considerar, es el número de las direcciones, en especial la del CP 343-2, puesto que en función de este valor que accederemos a los componentes AS-i

De igual manera, creamos la red Ethernet® en el PLC1, para ello se adiciona la CP que tenga el PLC. Se debe identificar qué tipo de módulo es; puesto que se puede caer en el error de configurar una CP advanced, teniendo una industrial. Ya la parte de versión y demás es cuestión del equipo Figura 6.

Figura 6. Selección del módulo Ethernet.

Continuo a este se crea la subred Ethernet, se elige un nombre y se configura la dirección IP y la máscara de subred, Figura 7.

Figura 7. Configuración red Ethernet.

Así tenemos ya configurado el PLC1, para el PLC2 se debe crear una red Profibus® para conectar con el Variador M440® y conectar dicho PLC a la red Ethernet® creada anteriormente.

Para crear la red Profibus se hace desde DP (figura 8) y se agrega de igual forma el dispositivo M440, éste se encuentra en la ventana derecha, en dispositivos DP, Simovert, Micromaster 4; se arrastra hacia la red Profibus creada y se adiciona el PPO 3 (figura 9). Se debe tener en cuenta la estación que se va a asignar al esclavo, en este caso es el 3, dicho número será de vital importancia para la configuración física del variador.

Figura 8. Creación red Profibus.

Figura 9. Integración variador de frecuencia MM440 a la red Profibus

Ahora se agrega el PLC2 a la red Ethernet creada.Para esto se procede de la misma manera que con el PLC anterior, sólo que no se crea una red, sino que se conecta a la red ahí creada, figura 10.

}

Figura 10. Integración del segundo PLC a la red Ethernet.

Teniendo ya el hardware configurado, se guarda, se compila y se procede a la configuración de la red, para esto, se abre la ventana de configuración de red, se encuentra en la parte superior, figura 11, luego, se abren las redes disponibles, e insertamos un nuevo enlace, esto se hace en el equipo que va a ser nuestro interlocutor, éste se encargará de administrar la red, figura 12.

Figura 11. Acceso a la configuración de red.

Figura 12. Insertar nuevo enlace al PLC interlocutor.

Seguido a este aparece una ventana, figura 13, en la cual se indica información del dispositivo que será interlocutor, se continúa por aceptar, para así llegar a la siguiente ventana, figura 14.

Figura 13. Información del CP donde se agregará el enlace.

En donde nos muestra las propiedades del enlace y la vía del mismo, allí se debe tener en cuenta dos parámetros muy importantes; los parámetros del bloque, en él nos indica la dirección local que se utilizará para la recepción y envío de datos. Se debe tener en cuenta el

formato predeterminado, en este caso, hexadecimal. Y que se encuentre activo la iniciativa local.

Figura 14. Propiedades del enlace del interlocutor.

Prácticamente están listos nuestros dispositivos para comenzar a operar, se procede así con la programacion de los bloques de programa, se presenta la red de Petri que describe el programa de manera gráfica. Figura 15.

Figura 15. Red de petri programa.

La tabla de variables, del PLC1, se observa en la figura 16, mientras que para el PLC2, la figura 17.

Figura 16.Tabla símbolos PLC 1

Figura 17. Tabla símbolos PLC 2

Conociendo la red de petri, se debe realizar la comunicación de los PLC vía ethernet, para ellos se utiliza Los bloques “PUT” y “GET” son los bloques característicos para el envío y recepción de datos, su configuración es sencilla y parte desde la dirección que se va a enviar, a la que se va a recibir, en la figura 18 se observa el bloque GET que sirve para leer los datos y se parametriza así:

Figura 18. Bloque GET

- EN: Habilitación del bloque. Aquí se debe realizar un cambio de flanco, para ello se utiliza la parametrización la marca de ciclo en el Hardware del PLC. Figura 19. Hacer esto para los dos PLC.

Figura 19. Ciclo de marca.

- REQ: Se asigna un bit o marca de ciclo. Por cada flanco positivo de este bit el bloque hará la lectura de la CPU remota.

- ID: La dirección del bloque de parámetros previamente definida, en este caso W#16#1.

- ADDR_1: En esta entrada se debe configurar la dirección de la variable que se quiere leer en el otro PLC. En este caso se quiere leer la variable MW4 del PLC llamado “SIMATIC 300(2)”.

- RD_1: En esta entrada se configura la dirección de la variable local en la cual se guardará el valor leído.

Para el bloque PUT se realiza la misma configuración anterior, sólo se cambia la parte de ADDR_1 y RD_1 que ya serían las correspondientes al PLC Esclavo.

Para poder programar las entradas AS-i en el bloque de programa, se debe tener en cuenta la posición de memoria, según la dirección asignada, que va a ocupar, esto es en bloques, es decir, desde la dirección inicial, hasta la asignada, se configura en bloques de dos. En la figura 20 se indica la programación de los bloques, siguiendo las direcciones, tanto del CP 314-2 como las de las entradas AS-i, y así poder acceder a los datos que ellos entreguen y programar según lo requerido.

Figura 20. Bloques de programa para la botonera AS-i y para el final de carrera

Habiendo configurado esto, queda casi lista nuestra conexión, hace falta la interfaz de comunicación PC-CPU, en este caso se debe primero implementar los programas en cada PC vía MPI, respectivamente, seguido a esto se va al menú Herramientas, Ajustar interface PG/PC y seleccione TCP/IP( Auto) – Intel (R) Pro/100. En este punto ya puede desconectar el cable USB que va a las interfaces MPI de los PLCs y en adelante el enlace se hará a través del

protocolo TCP/IP. Para probar correcta comunicación cargue el programa a ambos PLCs Figura 21.

Hay que tener en cuenta que las direcciones de los PLC’s como la del CPU, esta debe ser diferente para cada uno, para ello se cambia el último dígito del código IP.

Figura 21. Cambio Interfaz PLC.

Aquí termina la adecuación del software, para el hardware, en este caso, el variador la configuración del variador física se debe realizar de la siguiente manera: encienda el variador y resetéelo a sus valores de fábrica. Para esto explore sus parámetros, ubique el P0010 y configúrelo en el valor 30, luego vaya al P0970 y configúrelo en 1. El variador se reseteará a sus valores de fábrica. Luego:

P0010=1 Para iniciar la puesta en servicio del variador.

P0100=1 Si el motor es de 60Hz y la potencia la suministra el fabricante en hp. En caso contrario ver las otras opciones.

P0304=220 Si el motor está conectado a 220V.

P0305=1.6 Si la corriente del motor es 1.6A en la conexión a 220V.

P0307=0.4 Si la potencia se proporciona en hp y su valor es 0.4. Si P0100 se configuró en otro valor entonces la potencia podría estar en kW.

P0310=60 Si la frecuencia nominal del motor es 60Hz.

P0311=1640 Si la velocidad nominal del motor es 1640rpm.

P0700=6.Este parámetro se refiere a las entradas digitales del variador por las cual ingresará el sentido de giro del motor. Es por Profibus DP.

P1000=6.Se refiere a la entrada analógica del variador por la cual se ingresa la velocidad (o consigna) deseada del motor. Es por Profibus DP.

P1080=0 Es la frecuencia mínima a la cual operará el variador, para velocidad 0 entonces frecuencia es 0Hz.

P1082=60 Es la frecuencia máxima a la cual operará el variador, para velocidad nominal de 1640rpm entonces frecuencia es 60Hz.

P1120=5 Representa la rampa de aceleración que se puede implementar en el variador. Este valor puede ir en 5 (defecto).

P1121=5 Representa la rampa de desaceleración que se puede implementar en el variador. Este valor puede ir en 5 (defecto).

PLC. P3900=2 Representa la fin de la puesta en servicio del variador. Se configura en el valor 2 para que realice cálculo del motor y reajuste de entradas y salidas.

Nota: Para ingresar la dirección del profibus del variador, se debe hacer lo siguiente: P0003=3 Cambia el filtro a mas parámetros. P0918=1 Dirección del profibus (confirmarlo en el hardware) P0003=1 Luego vaya al parámetro r0000 y presione la P, para poder visualizar la frecuencia en el variador.

Bibliografía:

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