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Una guía detallada sobre cómo establecer la comunicación entre dos o más plcs (programmable logic controllers) mediante redes industriales. Se explica el proceso de configuración de los dispositivos, la selección de direcciones ip y registros de control, así como la utilización de software como dcisoft y isp para facilitar la comunicación virtual. Además, se analiza el uso de protocolos de comunicación como ethernet powerlink y se muestra cómo se pueden utilizar funciones como mov y to para manipular los datos en la programación de los plcs.
Tipo: Ejercicios
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2. OBJETIVOS
Mostrar de manera metodológica como es el procedimiento de comunicación entre dos o más PLCs.
Presentar o señalar los inconvenientes que se pudieran presentar durante el procedimiento para poder evitarlos en otra ocasión.
De manera detallada presentar como se ha realizado la programación, y como es que esta influye en la comunicación de los dispositivos.
Señalar las ventajas del método utilizado para la comunicación de los dispositivos.
Explicar de manera concisa cual es la aplicación que se tiene que presentar y si las solución a esta aplicación es la correcta justificar porque.
3. MARCO TEORICO
3.1. ¿QUE SON LAS REDES INDUSTRIALES?
Las redes de comunicación industrial son la columna vertebral de cualquier arquitectura de sistemas de automatización, ya que ha proporcionado un poderoso medio de intercambio de datos, controlabilidad de datos y flexibilidad para conectar varios dispositivos.
Con el uso de redes de comunicación digital propietarias en las industrias, en la última década se ha logrado mejorar la precisión e integridad de la señal digital de extremo a extremo.
En primer lugar, se considera comunicación al intercambio de información entre dos o más partes. Para ello, la información se transfiere de un tercero a otro, que la recibe, la procesa y la almacena/descarta en función de su relevancia. Cuando se añade el componente industrial, se puede hablar de “comunicación industrial”.
La definición se hace considerablemente más difícil cuando es el objetivo, es decir, la transmisión de datos entre los dispositivos de un sistema, se formula claramente desde el principio.
3.3.1. Ventajas del uso de redes de comunicación industrial.
La ventaja de utilizar redes de comunicación industrial, en comparación con el cableado anterior, es fácil de analizar: el avance tecnológico permite ahorrar cantidades considerables de dinero y reducir los costes.
Además, la comunicación a través de unidades industriales tiene ventajas para funcionalidad. Sin embargo, los medios que se utilizan en el campo de la “comunicación industrial” difieren mucho según la ubicación.
Como tal, la comunicación interna de la oficina funciona principalmente con sistemas basados en el estándar Ethernet TCP/IP, mientras que la tecnología de automatización utiliza muchos sistemas de comunicación que, sin embargo son compatibles entre sí.
Sin embargo, en los últimos años se ha producido un aumento de las redes industriales que se emplean, independientemente del campo particular que requiere una comunicación rápida y sin trabas.
A pesar de todas las modernizaciones y especificaciones, es principalmente el bus de campo el que, en el campo de la comunicación industrial, representa un eslabón importante.
En el caso de las redes, fueron principalmente Modbus-TCP, EtherCat, EtherNet/IP y PROFINET los que indicaron un notable crecimiento en los últimos años.
Para buses de campo, PROFIBUS, CC-LINK y DeviceNet, también mostraron un crecimiento en las estadísticas. Esta tendencia no ha parado en los últimos dos años, a pesar de que la transición de los nodos de bus de campo instalados en Ethernet que se preveía en los años 90, se está produciendo a un ritmo mucho más lento de lo esperado inicialmente.
pueden ser más o menos adecuadas para un tipo de red o entorno especifico. En el caso de la transmisión inalámbrica, la comunicación se realiza a través de ondas de radio.
Un bus de campo es otra red de área de control local utilizada para sistemas de control distribuidos en tiempo real para sistemas industriales automatizados complejos. Es un enlace de comunicación digital bidireccional y multipunto entre controladores y dispositivos de campo inteligentes como sensores/actuadores/transductores inteligentes. Reemplaza al sistema de comunicación punto a punto convencional que consiste en tantos pares de cables como dispositivos de campo.
En el caso del sistema de bus de campo, dos hilos son suficientes para muchos dispositivos que pertenecen al mismo segmento. Este resultado, que supone un enorme ahorro de cable, es rentable. Profibus y Foundation Field Bus son las tecnologías de bus de campo más utilizadas en el campo de la automatización de procesos.
3.2. Ethernet POWERLINK.
Ethernet POWERLINK (conocido también con el acrónimo EPL) es un protocolo de comunicación en tiempo real basado en hardware estándar Ethernet.
Su principio de funcionamiento hace que el POWERLINK sea apto para aplicaciones de automatización industrial donde varios elementos de control (autómatas, pantallas de operador, módulos de E/S, variadores de frecuencia, servocontroladores, módulos de seguridad, sensores etc.) tengan que comunicar entre ellos de forma rápida, isócrona y sobre todo precisa (es decir minimizando el tiempo de latencia de la red), garantizando desde luego que el proceso de comunicación sea fiable y repetitivo. POWERLINK no es un hardware, es un software que funciona sobre un hardware estándar.
3.2.1. Características y funcionamiento.
En una red Ethernet TCP/IP cada nodo decide de forma autónoma cuando escribir datos en la red. Esta “anarquía” es una posible causa de colisiones: si dos (o más) estaciones deciden al mismo tiempo acceder a la red se genera una colisión. Para evitarla, existe un mecanismo llamado CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) que hace que las estaciones retrasen su intento y vuelvan a intentar a escribir en la red después de un tiempo aleatorio. Esta forma de actuar conlleva una desventaja: es imposible prever con certidumbre cuando (o dentro que plazo de tiempo) llegará la información que se está esperando. En casos extremos (muy hipotéticos pero no imposibles) ésta podría no llegar nunca.
Una funcionalidad de este tipo resulta inaceptable en automatización industrial, donde es fundamental poder contar con una comunicación fiable, repetitiva, rápida, sincronizada y sin retrasos.
En Ethernet POWERLINK no hay colisiones, en cuanto todo está regulado por un nodo manager (MN – Managing Node) que gestiona la comunicación entre los varios nodos de control (CN
Más en detalle, un ciclo de comunicación de POWERLINK consta de tres fases:
Este mecanismo, llamado SCNM (Slot Comunicaction Network Management), permite alcanzar tiempos de ciclos de pocos cientos de microsegundos, durante los cuales varias estaciones tienen la posibilidad de enviar a la red sus datos.
Además este sistema admite también la transmisión de datos asíncronos (por ejemplo tramas TCP/Ip encapsuladas o datos de servicio, diagnostico, debug) durante el mismo tiempo de ciclo.
3.2.2. Nodos multiplexados.
POWERLINK prevé también la posibilidad de mutiplexar los nodos de más baja prioridad, con el fin de optimizar la comunicación.
Por ejemplo, si en una red hay un eje maestro M1 que tiene que enviar su posición y su velocidad a tres ejes esclavos S1,S2 y S3, es importante que este envié sus datos cada ciclo de comunicación; la información proporcionada por los esclavos tiene prioridad más baja y puede ser más lenta. Por esto es posible configurar el bus de forma que los tres esclavos de este ejemplo compartan alternativamente el mismo slot de comunicación.
La comunicación resulta entonces:
Ciclo i: el maestro M1 envía sus datos (posición, velocidad, estado, etc.); el esclavo S también. Los esclavos S2 y S3 no envían nada.
Ciclo i+1: el maestro M1 y el esclavo S2 envían sus datos; los esclavos S1 y S3 no envían nada.
Ciclo i+2: el maestro M1 y el esclavo S3 envían sus datos; los esclavos S1 y S2 no envían nada.
Ciclo i+3: igual que el ciclo i.
3.2.3. Compatibilidad con otros protocolos.
POWERLINK integra al 100% las tramas de CANopen, puede encapsular paquetes TCP/IP en el slot asíncrono de su comunicación.
3.2.4. Topología. POWERLINK admite topologías a estrella, a árbol o en cascada.
a una HMI que pueda mostrar los resultados o toda la información que se está capturando de la celda de carga. Así como también se estará cambiando el Setpoint en la misma HMI y esta cambiara el setpoint también en el PLC esclavo al momento de obtener la lectura de la celda de carga.
4.2. Configuración y establecimiento del driver de comunicación.
Para esta práctica se considera que la comunicación debe ser una comunicación Ethernet de PLC a PLC. Así como también se considera que todo el proceso de comunicación se debe realizar de manera virtual ya que un conexionado físico es difícil debido a las circunstancias en las cuales se realizó la práctica.
Son dos procedimientos en los cuales se puede llevar a cabo la comunicación de los dos PLCs, una opción es usando el software DCIsoft de la marca delta, pero con este software la comunicación tiene que ser forzosamente en físico para poder realizar las configuraciones.
La otra opción de conexión, es utilizando un complemento de comunicación en el software ISP, el cual se presta más para realizar la comunicación en este caso de manera virtual. Y esta opción es por la cual se estará trabajando para poder hacer la comunicación Ethernet ya que es la que menos problemas presenta debido a las condiciones de realización de la práctica.
Lo primero es establecer un driver de comunicación para los dispositivos que se vayan a conectar a la red establecida en este caso la red Ethernet. Se da clic en el COMMGR el cual siempre se estará ejecutando en segundo plano, se busca en aplicaciones de segundo plano y se da clic para abrir la aplicación. Des pues se da en la opción “Add” en caso de que no se cuente con el driver de comunicación necesario, en la imagen se muestra como ya se cuenta con un driver para comunicación Ethernet y el cual también ya está en modo Run (Start).
En la imagen de la izquierda se muestra como se hace la configuración del driver una vez que se va a agregar uno nuevo. Se observa que se puede cambiar el nombre del driver, en este caso para la práctica se deja como el driver 3.
Se configura para el segundo recuadro que se establezca una conexión de tipo Ethernet, y no RS 485 como aparece normalmente por default.
Después en el tercer recuadro marca la tarjeta disponible de conexión a Internet, donde muestra su dirección IP.
Una vez configurado todos los parámetros establecidos en esta ventana se da en la opción “Ok” y se muestra en el menú principal del COMMGR como aparece el driver para esta conexión como un driver activo actualmente.
4.4. Comunicación de los PLCs.
Como ya se había mencionado existen dos maneras de realizar la comunicación de los PLCs, una es con el apoyo del software de la marca Delta “DCIsoft” el cual es muy sencillo de adaptar a los parámetros requeridos el problema es que solo funciona si se tienen los equipos conectados físicamente. Debido a que la práctica es completamente virtual y simulada, no aplica para esta práctica.
Así que se optó por la segunda opción que es hacer la comunicación de los dos dispositivos por medio del software ISP.
Hay que recordar que para esta práctica se hizo la selección de los PLCs marca Delta, de la serie DVP del modelo SE, esto porque esos PLCs son los más adecuados para comunicación Ethernet que es la que se viene manejando en esta práctica.
Lo primero es abrir el ISP soft, el software de programación para la marca Delta. Una vez abierto se puede iniciar con la programación que se va a utilizar para la práctica, en este caso se empezara primero con la comunicación y después con la programación. No importa el orden.
En la imagen de la izquierda se muestra en el recuadro color rojo, un complemento de comunicación que el mismo software de Delta maneja, llamado “NWCONFIG” este complemento nos ayudara a establecer la comunicación entre todos los equipos que se pretendan conectar y todas las redes que se quieran agregar también.
Se da clic en el complemento y se espera a que abra una ventana nueva con más instrucciones.
Una vez que se da clic en el complemento “NWCONFIG”, se despliega una nueva ventana de configuración para la comunicación de dispositivos.
1. En el primer recuadro , como se marca la imagen se muestran todos los dispositivos que se pueden agregar en el área de trabajo de conexión, se muestran tanto módulos como PLCs. Que para la práctica que se está realizando se necesitan los de la serie DVP, se clic en el signo más de esa serie y se despliegan todos los modelos disponibles para la conexión. Después se elige el modelo SE; se selecciona dando clic sobre el modelo y después se arrastra hacia la zona de trabajo que está marcada en el recuadro número 2. Como para esta práctica solo se necesitan dos dispositivos de este tipo solo se dejan dos PLCs. Cabe mencionar que por default ya se encuentra un PLC en el área de trabajo, solo se tuvo que agregar uno más. Si se requieren más dispositivos solo se buscan, se seleccionan y se arrastran a la zona o área de trabajo o de conexionado. 2. Para el recuadro con el número dos, este marca la zona o área de trabajo donde se muestran todos los dispositivos a conectar y la red a la cual se estarán conectando.
Para poder agregar una red, ya sea Ethernet o RS-485 (que debido al modelo son las únicas que puede establecer). Se da clic derecho en la zona de trabajo y aparece una ventana con opciones en la que se puede agregar una nueva red, se elige entre las que ofrece el modelo y se inserta la red en el área de trabajo. Para este caso como la práctica solo necesita comunicación Ethernet se agrega una red así como se puede ver en la imagen.
Para poder configurar parámetros de cada dispositivo en la zona de trabajo solo se da clic izquierdo a esos dispositivos y se abrirá una ventana donde se pueden modificar los parámetros. Como en la imagen que se muestra abajo.
proceso. Si hubiera otro PLC master encargado de una parte del control pues entonces si se tiene que configurar, pero en este caso la comunicación es más pequeña con un solo dispositivo de control.
5. En el recuadro número cinco, se muestra la opción de guardar la configuración, es el último paso de este proceso de comunicación y solo se hace para guardar toda la información que se tiene en la parte de configuración. Solo se da clic izquierdo para guardar y se puede abandonar ya esa ventana de configuración.
4.5. Programación de los PLCs.
Esta es una parte importante la práctica y es el cómo se va a programar ambos PLCs para poder llevar a cabo el intercambio de datos por medio de registros.
Esto no se tendría que realizar en el caso de haberse usado el software DCISoft, ahí solamente es cambiar algunos parámetros y listo. Pero para este caso si es importante establecer como se llevara a cabo el intercambio de datos una vez que se ha hecho la comunicación entre los PLCs.
4.5.1. Programación para el PLC master.
Aquí se debe considerar o recordar la parte de asignación de datos para los registros, cuáles de ellos se van a usar y que van guardar cada uno. Para ello se utilizaran algunas funciones especiales como lo son la función “TO” y la función “FROM”, son funciones de lectura y escritura que se adaptan bien para el módulo de carga que se conecta al PLC Slave para la lectura de peso.
En la imagen de arriba se muestran todas la variables que se utilizaron para la programación, recordemos que el registro D11 que se muestra ahí es para mostrar el valor que viene de la celda de carga o que viene del registro D1, y el otro registro que se muestra es el D13 que es el valor del setpoint que se guarda en ese registro y se manda al registro D3 que es la retroalimentación del setpoint en a configurar en la celda de carga.
En esta imagen se muestra la primera línea de programación, para el PLC master. La variable “REFRESH” es una memoria de pulso de 10 ms. Que se va activar pasado ese tiempo, es decir, cada 10 ms. Se va a activar el contacto y se va estar actualizando la lectura del registro D11 o la variable “Weight master”; después se manda a una condición donde si el valor de Weight master es mayor al del setpoint se energice una salida a una alarma en el HMI que indica que la celda de carga a tomado la lectura del peso máximo establecido en la programación. Este pequeño arreglo en línea es simple, porque es como se menciona la alarma se activara solo si la lectura de la celda de carga llega al valor máximo establecido que para este caso según las indicaciones de la practica el valor tiene que ser 500 g.
Para la segunda línea de programación, se muestra que el contacto del inicio es un contacto normalmente cerrado, sin embargo, este contacto esta direccionado a una memoria M1002, la cual tiene como función que al encender el PLC se enciende automáticamente esta memoria, entonces en cuanto el PLC este en RUN este contacto se va a energizar y va mandar el pulso hacia la función MOV.
En la función MOV lo que está sucediendo es que de un lado se tiene el valor de lo que se obtenga del Setpoint en el HMI, se cambia el Setpoint y se manda al registro D13 con la variable “SETPOINT” y la función MOV lo que hace es mover ese dato al registro D3 con la variable “RETROSETPOINT” y ese dato se guarda para ser compartido en la programación del PLC Slave.
Estas dos líneas corresponden a toda la programación del PLC master ahora solo queda ver cómo será la programación para el PLC Slave.
En la línea dos de programación como se muestra en la imagen se tiene de nuevo un contacto de inicio que al estar en RUN el PLC, este energizara la función FROM.
Esta función FROM es de lectura, y se utiliza para leer datos que estén de un registro en otro. Para este caso la “m1” funciona igual ahí se tiene que establecer que modulo se está usando, se especifica con el número 0 que es el mismo que en la línea anterior y que en todas las líneas donde se usara.
La “m2” especifica el número del registro que se va a utilizar, en este caso es el mismo el número 14 para visualización actual del peso y que sea en el canal 1.
La letra “n” especifica el dato que se va a leer y que se pretende mandar a otra letra en este caso la “D”, entonces se leería el dato en el registro D1 y se mandaría al registro D11 en el PLC master. Para eso es también la otra letra la “D” para poder guardar el dato que viene de la lectura “n”.
En la línea de programación número tres, como la que se muestra en la parte de arriba, se observa que de nueva cuenta se considera un contacto de arranque, que cuando el PLC entre en RUN el contacto se energiza y se activa, mandando una señal a un comparador.
El comparador que se utiliza es el mismo que el que se utilizó para la programación del PLC master, donde la condición indica que si el peso de la lectura del esclavo es mayor al Retrosepoint
mandado desde la HMI se active una señal de peso máximo leído. Y en teoría en la HMI se deben encender las dos alarmas de peso máximo leído tanto para el esclavo como para el maestro, esto debido a que tienen el mismo principio de funcionamiento.
En la última línea de programación que se muestra en la imagen de arriba, se presenta un contacto de arranque como los que se han venido manejando en las demás líneas, este contacto cuando se energiza manda la señal para activar la función FROM, esta función es diferente en configuración a la anterior.
La diferencia está en el cambio del registro, en “m1” permanece igual porque es el mismo modulo que se está trabajando, pero en “m2” cambia pues sigue siendo un registro de visualización de peso actual pero ahora en el canal 2.
En la “n” se presenta la lectura del registro D3 con la variable “RETROSETPOINT” que viene desde el PLC master, este registro se lee y es mandado al registro D7 con la variable “NEW_WEIGTH”, que será actualizada y mandada a ese setpoint de lectura en la celda de carga en la primera línea de programación. Es así como se está generando un intercambio de datos, completo tanto del PLC esclavo al PLC maestro como viceversa. Y todo esto gracias a la programación.
Lo único que resta es establecer las condiciones de control en el HMI para la comunicación con el PLC master que es el que lleva el control en el proceso.
