Introducción a la electrónica industrial SCADA – Buses de campo
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Introducción a la electrónica industrial SCADA – Buses de campo Patricio G. Donato – Jonatan Fischer – Noelia Echeverría – Nahuel Dalgaard Laboratorio de Instrumentación y Control (LIC) 1 Introducción a la electrónica industrial SCADA Introducción Control jerárquico Buses de campo SCADA PLC PLC PID on / off on / off PID Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 Etapa 4 Proceso Introducción a la electrónica industrial 2 SCADA Introducción SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) Opera sobre equipos remotos a través de canales de comunicación específicos, y que suele estar combinado con sistemas de adquisición de datos. Su principal función es el monitoreo y control del proceso. Mímicos http://en.wikipedia.org/wiki/SCADA https://automation2020.wordpress.com/ 3 Introducción a la electrónica industrial SCADA Introducción Características de los SCADAs - Realiza un control supervisado, donde el operador humano toma decisiones a partir de los datos medidos. - Dependen de la capacidad y confiabilidad del operador humano. - Se emplean fundamentalmente para el control operativo del proceso. El rango de valores aceptables se refieren a condiciones operativas, no a condiciones de seguridad. - La seguridad del sistema no puede depender sólo de las decisiones del controlador humano del SCADA. Por lo tanto, cuando el sistema o alguna parte del mismo, llega a un límite de seguridad se activa la alarma correspondiente. En caso de que el operador no tome ninguna decisión, el sistema realizará un paro o desactivación de emergencia. - Mantiene una base de datos con los últimos valores conocidos de los dispositivos de campo, ofreciendo a la vez la posibilidad de presentarlos en forma adecuada al operador (reportes, gráficos de tendencia, historial de variables, cálculos, etc.) Introducción a la electrónica industrial ¿Cómo ¿Cómoobtiene obtieneelel SCADA SCADAlalainformación información de decampo? campo? 4 Comunicación entre los equipos de campo y el sistema de control jerárquico Instrumentación de sensores ¿Cómo se transmite el valor medido hasta la unidad de control? - Señal analógica - Digitalización - Ruido / interferencia - Medio de comunicación Introducción a la electrónica industrial 5 Comunicación entre los equipos de campo y el sistema de control jerárquico Lazo de corriente 4-20mA ABB, “El bus de campo alcanza la mayoría de edad” Introducción a la electrónica industrial 6 Comunicación entre los equipos de campo y el sistema de control jerárquico Lazo de corriente 4-20mA VEGA, “Comunicación en automatización de procesos” 7 Introducción a la electrónica industrial Buses de campo Introducción Objetivo Objetivo Características Características Sustituir las conexiones punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de control a través del tradicional lazo de corriente de 4-20mA. • Redes digitales • Bidireccionales • Multipunto, montadas sobre un bus serie • Flexibilidad • Cada dispositivo de campo incorpora cierta capacidad de proceso, que lo convierte en un dispositivo inteligente Reducción Reducciónde de costos costos • Instalación: reducción (~5 a 1) en el cableado necesario para el control de una instalación. Cada componente sólo requiere un cable para la conexión de los diversos nodos. • Mantenimiento: existen herramientas de administración del bus que permiten reducir las horas necesarias para la instalación y puesta en marcha • Mejoras: el sistema es escalable y configurable Introducción a la electrónica industrial 8 Buses de campo Introducción ¿Cómo ¿Cómose seorganiza organizalala información informacióndigital digitalpara para comunicar comunicarun undeterminado determinado sensor con el PLC o SCADA? sensor con el PLC o SCADA? http://www.slideshare.net/EmersonExchange/fieldbus-tutorial-part-1-fieldbus-overview 9 Introducción a la electrónica industrial Buses de campo Modelo de referencia OSI (Open System Interconnection) Introducción a la electrónica industrial 10 Buses de campo Modelo de referencia OSI (Open System Interconnection) http://www.sciencedirect.com/science/book/9780750657976 (pag. 203) http://www.iebmedia.com/index.php?id=4582&parentid=74&themeid=255&hft=23&showdetail=true&bb=1&PHPSESSID=d38obh271diq2cr5s6gps4ifd2 11 Introducción a la electrónica industrial Buses de campo Topología de las redes de comunicación Formas de acceso al medio • Maestro / Esclavo (Master / Slave o Polling) • Token • CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) http://www.conceptdraw.com/How-To-Guide/network-topologies http://www.sciencedirect.com/science/book/9780750657976 (pag. 293-...) Introducción a la electrónica industrial 12 Buses de campo Tabla comparativa http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=562 13 Introducción a la electrónica industrial Buses de campo Aktuator-Sensor-Interface (AS-i) • Desarrollado por Siemens • Estándares internacionales EN 50295 e IEC 62026-2 El sistema AS-i está compuesto por un maestro, una fuente de alimentación AS-i y estaciones (nodos), denominadas esclavos. El maestro intercambia datos con los esclavos mediante polling. En un ciclo, se intercambian cuatro bits de datos en sentido entrada y cuatro bits de datos en sentido salida. La transmisión de datos y energía se hace por el mismo cable. Siemens, AS-Interface Introducción a la electrónica industrial 14 Buses de campo Aktuator-Sensor-Interface (AS-i) Siemens, AS-Interface https://books.google.com.ar/books?id=5jp3bforBB8C&pg=PA842 15 Introducción a la electrónica industrial Buses de campo Highway Addressable Remote Transducer (HART) • Desarrollado Rosemount Inc. (hoy libre) • Envía información digital sobre la señal analógica de 4 a 20 mA. • Utiliza una señal senoidal con dos frecuencias individuales de 1200 Hz (0) y 2200 Hz (1) • No añade ningún valor de continua a la señal analógica de 4-20 mA. • Comunicación digital bidireccional. La información de la variable primaria se transmite en 4-20 mA, mientras las medidas adicionales, parámetros de proceso, configuración del dispositivo, calibración, y la información de diagnóstico es transmitida sobre los mismos cables mediante el protocolo HART. http://www.romilly.co.uk/whathart.htm http://www.electromatica.cl/protocolos.html#tab1 Introducción a la electrónica industrial 16 Buses de campo Highway Addressable Remote Transducer (HART) Conexión multipunto (digital, 4mA) Conexión punto a punto (analógica/digital, 4-20mA) http://sp.hartcomm.org/ http://www.icpdas.com/root/product/solutions/industrial_communication/fieldbus/hart/hart_intro.html 17 Introducción a la electrónica industrial Buses de campo MODBUS • Fue creado en 1979 por Modicon (hoy Schneider Electric) • No tiene un medio físico definido • Se emplea RS-232, RS-485, Ethernet, etc. http://www.modbus.org/docs/Modbus_Application_Protocol_V1_1b3.pdf Introducción a la electrónica industrial 18 Buses de campo MODBUS RS-232 • Formato físico de comunicación de datos (1969) • Norma EIA/TIA RS-232C • El esquema básico de conexión emplea tres cables: TXD, RXD, GND • Comunicación punto a punto 19 Introducción a la electrónica industrial Buses de campo MODBUS RS-232 • Velocidad máxima: 115,2 Kbauds • Longitud máxima del cable: limitada por la capacidad máxima del cable 7 u 8 bits de datos 1 o 2 bits de stop Introducción a la electrónica industrial 20 Buses de campo MODBUS RS-485 • Formato físico de comunicación de datos (1983) • Norma EIA-485 • Bus diferencial sobre par trenzado (24 AWG) • Distancias: hasta 1200m (100Kbps) - hasta 12 m (10 Mbps) • Multipunto, 32 estaciones (32 transmisores y 32 receptores) http://www.alciro.org/alciro/RS-485_16/topologia-conexiones-RS-485_329.htm 21 Introducción a la electrónica industrial Buses de campo MODBUS RS-485 http://www.alciro.org/alciro/RS-485_16/topologia-conexiones-RS-485_329.htm Introducción a la electrónica industrial 22 Buses de campo MODBUS RS-485 http://www.alciro.org/alciro/RS-485_16/topologia-conexiones-RS-485_329.htm 23 Introducción a la electrónica industrial Buses de campo Modelos de red empleados Modbus Profibus Foundation Fieldbus http://www.slideshare.net/Manoj89p/modbus-43773546 http://www.pcmag.com/encyclopedia/term/43143/fieldbus http://www.ats-profibus-profinet.com/nl/nl/230_profibus-technology.html Introducción a la electrónica industrial 24 Buses de campo Ausencia de una norma universal •AS-Interface •Modbus •CAN •Profibus •EtherCAT •BITBUS •FOUNDATION fieldbus •CompoNet •Interbus •SafetyBUS p •LonWorks •Etcétera… http://www.as-interface.net/showallcontent https://ww2.isa.org/standards-and-publications/isa-publications/intech-magazine/2007/april/system-integration-fieldbus-where-do-we-stand/ Introducción a la electrónica industrial 25
