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Tema 12: Sistemas de control distribuido

Automatización de Procesos Industriales M.G. Ortega

Índice

Introducción.Control integral jerarquizado.Características de un SCD.Redes industriales.

Redes locales (LANs).Buses de campo.


Introducción

Control centralizado con computadorControl centralizado con computador

Computadora centralInstalación costosa.Cableado.Poca fiabilidad.Redundancia muy costosa.Computadora de reserva o paneles controladores.Difícil extensibilidad.


Introducción

Control distribuido con computadorControl distribuido con computadorSistema de controldistribuido (SCD)Implementación física o geográfica de los elementos centralizada o distribuida.Mayor rapidez de procesamiento y respuesta.Mayor fiabilidad y seguridad ante fallos.Mayor flexibilidad.Fácil extensibilidad.Instalación más barata.


Índice




Control Integral Jerarquizado

Pirámide de la automatización Pirámide de la automatización


EMPRESA(gerencia)

PLANTA(gestión)

SECCIÓN (control de departamento)

ÁREA(coordinación de unidades funcionales)

ESTACIÓN(reguladores, PLCs, robots)

EQUIPO(instrumentación, actuadores, enclavamientos, …)


Control jerárquicoControl jerárquico

Nivel 6: Dirección general. Producción.Mercado. Coste. Recursos.Nivel 5: Coordinación entreDepartamentos. Aprovisionamiento,Proyectos, Stocks, etc.Nivel 4: Coordinación entreunidades y optimización.Nivel 3: Supervisión deunidades productivas funcionales.Nivel 2: Control digital directo.Nivel 1: Instrumentación, …



Control jerárquicoControl jerárquico

EMPRESA

PLANTA

SECCIÓN

ÁREA

ESTACIÓN

EQUIPO


Índice




Características de un SCD

Modularidad

Reconfigurabilidad

Extensibilidad

Compatibilidad

Fiabilidad o Seguridad de funcionamiento

Mantenibilidad


Índice


Redes locales (LANs)Buses de campo.


Redes Industriales

Islas automatizadas: equipos automatizados aislados entre sí (PLCs, robots, ordenadores, …)

Redes industrialesRedes industriales: permiten la integración de las islas automatizadas.

Niveles de las redes industriales:Nivel LAN/WANNivel LANNivel bus de campo.


Redes Industriales

Nivel bus de campo:Nivel de red más próximo al procesoIntegración de pequeños automatismos (PLCs locales, controladores PID, equipos de medida, …)Forma células de fabricación.

Nivel de LAN:Enlaza células de fabricación.Formado por PLCs de gama alta y ordenadores para control de calidad.

Nivel de LAN/WAN:Nivel próximo al área de gestión.Integra a los anteriores, a nivel de fábrica y/o múltiples factorías.Formado por ordenadores y redes de ordenadores.


Redes Industriales

Pirámide de la automatización Pirámide de la automatización

LANLAN

LANLAN/WAN/WAN


Índice




Redes locales (Local Area Networks)

Características:

Alcance y velocidad:- Distancia: 10m – 10 Km- Velocidad: 100 Kb/s – 100 Mb/s

Topología:- Bus, Anillo, Estrella, Arbol, Completa

Protocolo de acceso:- Acceso múltiple por división de

tiempo (TDMA)- Comando/respuesta (polling)- Paso de testigo (token-passing)- Acceso aleatorio con detección de

colisión (CSMA/CD: carrier sensemultiple access/colision detection)

Modo de transmisión:- Simplex, Half-duplex, Full-duplex

Medio de transmisión:- Par trenzado. Coaxial. Banda

base. Banda ancha. Fibra óptica.

Seguridad:- Ambiente industrial.

Redundancia. Código de chequeo (BCH, LRC, CRC, …)



Topologías básicas:

Estrella Árbol

Completa

Bus Anillo



Comparación de los protocolos de acceso:

DESVENTAJASVENTAJASTOPOLOGÍAPROTOCOLO

Eficiencia disminuye con la distancia. Tiempo de acceso probabilístico.

Implementación simple. No requiere master. Buen funcionamiento con tráfico alto.

BusCSMA/CD

Eficiencia disminuye con la distancia. Tiempo de acceso probabilístico.

Determinista. No requiere master. Redes extensas

Bus o anilloPaso testigo

(token-passing)

Master redundante. Acceso lento.

Simple. Más eficiente que TDMA. Determinista

Bus o anilloComando/respuesta(polling)

No muy efectivo para tráfico alto. Master redundante.

SimpleBusTDMA


Índice




Bus de campo

Nivel más simple y próximo al proceso.Los más modernos permiten la integración com buses jerárquicamente superiores.Buses de campos más extendidos:

Modbus Modicon, de GOULD INC.Protocolo de comunicación maestro-esclavo.No reconocido por ninguna norma internacional.

BITBUS, de IntelDe bajo coste y altas prestaciones.Bus asíncrono, con protocolo gestionado por microcontrolador 8044.Cedido a dominio público por Intel (protocolo abierto), y reconocido en IEE 1118.


Bus de campo

Buses de campos más extendidos:Profibus, de principales fabricantes alemanes

El protocolo es un subjuego de MINIMAP.

Protocolo abierto, y recogido en norma DIN 19.245.

CAN (Controller Area Network), de Robert Bosh GmbH.Muy utilizados en automóviles.

MIL-STD-1553B, adoptado por algunos fabricantes en USA.

…

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