DISEÑO E IMPLANTACIÓN DE UN SISTEMA DE

DISEÑO E IMPLANTACIÓN DE UN SISTEMA DE
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL
Autor: Bolívar Touriño, Iria.
Director: Santodomingo Berry, Rafael.
Entidad Colaboradora: ICAI – Universidad Pontificia Comillas.
RESUMEN DEL PROYECTO
La automatización industrial consiste en sustituir a operadores humanos en el control de
máquinas y procesos industriales por sistemas automáticos. La gran ventaja de estos
sistemas es su capacidad de repetitividad, ya que a diferencia de las personas, son
capaces de repetir el mismo proceso obteniendo siempre el mismo resultado. Gracias a
esto, se consigue una mayor eficiencia y por tanto un incremento de la productividad,
dado que una máquina es más constante, más rápida y únicamente requiere realizar
paradas de mantenimiento o reparación.
Puesto que en los sistemas automáticos industriales es habitual que haya dos o más
dispositivos, las comunicaciones suponen una parte muy importante en la
automatización industrial, ya que permiten a los distintos equipos estar distanciados
entre sí a la vez que coordinados, y se pueden integrar al sistema en cualquier momento
productos de otros fabricantes a través de las interfaces de software estandarizadas.
Este proyecto consiste en llevar a cabo el diseño e implantación en el laboratorio de un
sistema de automatización industrial, utilizando para ello la mejor comunicación posible
entre los distintos dispositivos. El proyecto se puede dividir en dos grandes partes bien
diferenciadas, una primera que consiste en la puesta en marcha del sistema automático,
y una segunda enfocada a las comunicaciones entre dispositivos, en la que se estudian
las tecnologías existentes y se elige la más adecuada.
En la Figura 1 se muestra un esquema del sistema de automatización industrial
implantado, que consiste en dos robots (grúa y almacén), tres autómatas programables y
un ordenador que carga los programas del usuario en dichos autómatas. El usuario
maneja a través de las entradas del bastidor de uno de los PLCs los dos robots, que se
encuentran cada uno unido a un PLC diferente. El usuario es capaz de poner en marcha
y de parar ambos robots cuando quiera. Además puede indicarle a la grúa que tiene que
recoger una pieza, y de qué tipo es para que sepa dónde recogerla. Una vez la grúa
deposite la pieza en la plataforma del almacén, éste puede almacenarla en una casilla o
en otra según de qué tipo sea.
Figura 1: Esquema del sistema implementado
La implantación del sistema se llevó a cabo de la siguiente manera. Antes de coordinar
los distintos elementos de la planta era necesario que funcionaran correctamente de
forma independiente, por lo que lo primero que se hizo fue automatizar los dos robots
por separado y posteriormente se procedió a su coordinación.
Utilizando el modelo OSI, el protocolo de red elegido para las comunicaciones entre
autómatas y ordenador ha sido Ethernet, y de todos los protocolos de comunicaciones se
han elegido TCP y UDP.
La primera red de autómatas que se configuró fue con un enlace TCP entre dos de los
autómatas, concretamente entre el PLC que maneja el usuario (PLC1) y el de la grúa
(PLC2). Tras su éxito se procedió a incluir un nuevo autómata en esta red, el del
almacén (PLC3), que por medio de un nuevo enlace de tipo TCP se comunicaba con el
PLC1.
Las primeras pruebas que se realizaron con enlaces UDP fueron entre dos CPUs, como
los enlaces TCPs anteriores, y se pudo apreciar que eran más rápidos. Cuando se vio
que funcionaban se procedió a la creación de un enlace UDP multicast entre los tres
PLCs, que también resultó satisfactorio. En el enlace UDP multicast, el PLC1 se
encarga de enviar de forma continua un byte a los otros dos PLCs.
Tras la realización de las distintas pruebas se ha podido concluir que para este proyecto
tanto el enlace TCP como el UDP son apropiados, ya que cada uno aporta una cualidad
importante. El enlace UDP no requiere una conexión previa y es más rápido, mientras
que el enlace TCP es más lento pero es capaz de detectar los errores, lo que aporta
seguridad al sistema.
Como conclusión general se ha podido comprobar que la incorporación de una red de
comunicación a los procesos automatizados industriales permite un control centralizado
de todas las máquinas y procesos. Gracias a la red implementada en este proyecto, se
han podido controlar dos robots de fabricantes diferentes (cada uno asociado a un
autómata) desde un solo autómata programable a una distancia que en este caso
dependía de la longitud del cable Ethernet utilizado.
DESIGN AND IMPLANTATION OF AN INDUSTRIAL
AUTOMATION SYSTEM
The industrial automation consists of replacing human operators in the control of
machines and industrial processes for automatic systems. The best advantage of these
systems is their aptitude to repeat, they are capable of repeating the same process
obtaining always the same result. Thanks to this, a major efficiency is obtained and
therefore an increase of the productivity, because a machine is more constant than a
person, faster and it only needs to realize stops of maintenance or repair.
It is habitual that the automatic industrial systems are composed by two or more
devices, so communications are a very important part of the industrial automation,
because they allow the different equipments to be distanced and simultaneously
coordinated, and it is possible to integrate to the system at any time products of other
manufacturers with software standardized interfaces.
This project consists of carrying out the design and implantation in the laboratory of an
industrial automation system, using for it the best possible communication between the
different devices. The project can be divided in two big parts, the first one, crating the
automatic system, and a second one, focused on the communications between devices,
consists of studying the existing technologies and finally and choose the most suitable.
Figure 1 shows a scheme of the industrial automation system implemented, that consists
of two robots (crane and store), three Programmable Logic Controllers and a computer
that loads the user’s programs in the Programmable Logic Controllers. The user handles
both robots with the income of the frame of one of the PLCs, each robot is joined to a
different PLC. The user is capable of starting and of stopping both robots when he
wants. He also can indicate to the crane that it has to take a piece, and he can tell de
crane what type of piece is it to make it knows where it must take the piece. Once the
crane has deposited the piece in the store’s platform, the store can store it in a cabin or
in other one according to its type.
Figure 1: Scheme of the implemented system
The system implantation was carried out this way. Before coordinating the different
elements it was necessary that they work correctly separately, so the first thing to be
done was to automate both robots separately and later they were coordinated.
Using the OSI model, the network protocol chosen for the communications between
PLCs (Programmable Logic Controller) and computer was Ethernet, and of all the
communications protocols there have been elected TCP and UDP.
The first PLCs net was formed with a link TCP between two of the PLCs, the one that is
handled by the user (PLC1) and the one of the crane (PLC2). After this success it was
included a new PLC in this net, the store’s PLC (PLC3), linked to the PLC1 with a
TCP.
The first tests realized with UDP links were between two CPUs, as the previous TCP
links, and it was possible to estimate that they were faster. Next, was created a UDP
multicast link between three PLCs, which also worked right. In the link UDP multicast,
the PLC1 is sending all the time a byte to the other two PLCs.
After these tests it is concluded that for this project both links (TCP and UDP) are
appropriated, because each one has an important quality. The UDP link does not need a
previous connection and is faster, whereas the TCP link is slower but is capable of
detecting mistakes, which makes a safety system.
As a general conclusion, it has been verified that the incorporation of a communication
net to the automated industrial processes allows a centralized control of all machines
and processes. Thanks to the implemented net, the user can control two robots of
different manufacturers (each one associated to a PLC) from an alone Programmable
Logic Controller separate from the others a distance that in this case depended on the
length of the Ethernet cable.