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Integración de Variadores de Velocidad basada en Totally Integrated Autom ation (TIA)
Características de los sistemas de automatización con Variadores de Velocidad (DRIVES)
Las aplicaciones de este tipo, debido a su gran cantidad de variables, generalmente hacen que los sistemas de
cableado convencional de señales sean muy costosos de implementar. Por ello es necesario optimizar la comunicación
entre los DRIVES y los controles por medio de un bus de comunicación digital que simplif ique el cableado y permita
además elevar la cantidad de inf ormación a transmitir.
En cuanto a conf iguración y programación se ref iere, estas aplicaciones requieren de la administración de gran cantidad
de inf ormación (programa del PLC, conf iguración de los DRIVES, conf iguración del bus de comunicación, etc.).
Generalmente en los sistemas convencionales la administración de esta información queda supeditada al programador
quien trabaja con múltiples bases de datos y diferentes lenguajes y tipos de archiv os para cada uno de los elementos
del sistema. Ello f inalmente dif iculta la tarea de administrar la inf ormación del sistema completo y ocasionalmente lleva a
errores inv oluntarios de programación.
Por otra parte la comunicación entre los DRIVES y los PLC’s no suele tener una conexión lógica preestablecida, con lo
cual, el programador lo debe realizar por medio de programación manual.
Finalmente, este tipo de tareas adicionales lleva al programador a restar tiempo al diseño de aplicaciones
complementarias que optimizan la operación del sistema, como por ejemplo:




Obtener inf ormación adicional de los motores controlados.
Incluir información de diagnóstico y operación de cada uno de los drives en el HMI.
Realizar actualizaciones automáticas de las configuraciones de cada uno de los driv es.
Realizar reconf iguraciones directas de los drives desde el PLC sin herramientas adicionales.
La solución basada en Totally Integrated Automation
A partir de las características de la comunicación digital PROFIBUS, como base fundamental para la aplicación de las
herramientas TIA, la solución se basa en los siguientes aspectos:
En cuanto a la configuración de los dispositivos del sistema:
 Minimizar los tiempos de administración de inf ormación del proy ecto por medio de una base de datos única para
todos los elementos del sistema.
 Minimizar los tiempos de parada y mantenimiento del sistema por medio de un software de gestión online
centralizado.
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En cuanto a la comunicación DRIVES-PLC´s:
 Maximizar el rendimiento de ingeniería simplificando la programación y evitando errores por medio de la
estandarización de bloques de programa.
 Maximizar las f uncionalidades del sistema al simplificar funciones complementarias que comúnmente no se llev an a
cabo debido a los grandes esfuerzos de ingeniería.
 Reemplazar el sistema de cableado conv encional por un bus digital (PROFIBUS DP) simplif icando las conexiones
físicas y aumentando sustancialmente el tráf ico de inf ormación en el sistema.
La comunicación PROFIBUS y los sistemas de automatización con DRIVES
Una comunicación PLC-DRIVE dentro del protocolo PROFIBUS es una comunicación de tipo MAESTRO CLASE I (PLC)
– ESCLAVO (DRIVE).
Por lo tanto, el control de los DRIVES por parte de un PLC se realizará de modo cíclico, mediante el envío de un
telegrama de inf ormación llamado PPO (Process Parameter Data Object) primeramente desde el MAESTRO al
ESCLAVO y luego la correspondiente respuesta de este último. Este telegrama llevará la inf ormación que resulte de
interés comunicar desde al PLC al DRIVE y viceversa.
También se establecerán f unciones de diagnóstico, conf iguración y monitoreo que se realizarán mediante la relación
MAESTRO CLASE II (HMI o PC) – ESCLAVO (DRIVE), que se harán de modo acíclico y por lo tanto no se deberán
conf igurar los telegramas que se utilizan para tal f in.
Características del telegrama utilizado para control de DRIVES desde un PLC
En el protocolo se determina que sin bien los telegramas (PPOs) puede tener diferentes tamaños según la cantidad de
inf ormación que se desea env iar y recibir, los mismos mantienen la estructura lógica, es decir, siempre se div iden en
dos partes fundamentales llamadas PKW y PZD, que a su v ez se dividen en datos de entrada y de salida.
TELEGRAMA PROFIBUS (PPO)
PKW
PZD
Entrada / Salida
Entrada / Salida
El área PKW o “área de parámetros” se utiliza para para leer y escribir v alores de parámetros del v ariador desde el PLC
y tiene una longitud total f ija de 8 WORDs (4 entrada + 4 salida).
El área PZD o “área de proceso” se utiliza para env iar órdenes desde el PLC al DRIVE o para env iar inf ormación (de
estado y de v alores medidos) desde el DRIVE al PLC y tiene un longitud variable máxima de 32 WORDs (16 entrada +
16 salida).
Esto ofrece la posibilidad de ajustar los telegramas (PPOs) de comunicación a la necesidad puntual de cada aplicación,
optimizando así la v elocidad de la comunicación y el uso de recurso de memoria en el PLC.
La conf iguración del telegrama se realiza con la herramienta HW Config del software Step 7 y el direccionamiento de los
WORD en la memoria del PLC es automático.
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Ejemplo: telegrama solo con área PZD de 2 WORDs de entrada + 2 WORDs de salida.
PZD
ENTRADA
WORD1
WORD2
SALIDA
WORD1
WORD2
Lectura en e l PLC de l estado d el
variad or (Ok, Falla, Stop, Run, etc.)
Lectura en e l PLC de l a intens ida d de
salid a del var iad or
Envío al DRIVE de ord en de
Marcha/Para da
Envío al DRIVE de ord en con e l valor
de veloc ida d dese ado
El signif icado de los WORDs de entrada se puede seleccionar libremente desde el software del DRIVE. Este se ejecuta
directamente desde el HW Conf ig del software Step 7.
Para simplif icar la tarea de diseño existen algunos tipos de telegramas prediseñados que se encuentran a disposición
del usuario en la herramienta HW Conf ig, de todos modos siempre está la posibilidad de diseñar los mismo
manualmente.
De aquí en adelante a cada WORD dentro del área PZD que se encuentre en la salida se lo denominará CONSIGNA y a
cada WORD que se encuentren en la entrada, VALOR REAL.
Herramientas necesarias para la configuración integrada de Drives





Software-Simatic Manager (STEP 7 o PCS7).
Software- Drive ES Basic.
Driv e ES Simatic (opcional).
Controlador/es SIMATIC S7-300 o S7-400.
Variador/es de v elocidad SINAMICS, MICROMASTER o SIMOREG.
Para trabajar con driv es de modo integrado se requiere de la instalación de la herramienta DRIVE ES BASIC sobre
SIMATIC Manager (STEP 7 o PCS7).
Como se mostró anteriormente, esto permitirá operar conf igurando los driv es desde el SIMATIC Manager de modo
integrado con lo cual la conf iguración de cada driv e se almacenará en el archivo de proy ecto en el cual se encuentre.
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STEP 7
Para conf igurar la comunicación entre un PLC y un Driv e se desarrolló la herramienta DRIVE ES SIMATIC. La misma
una v ez instalada sobre STEP 7 deja a disposición del programador una serie de herramientas que simplif ican el trabajo
de programar y conf igurar el sistema en el PLC. Estas son:
-Una aplicación para generar DBs con simbólicos que ay udarán en la configuración (GENERADOR DRIVDBx).
-Una librería de bloques que simplif ican las tareas de conf iguración de la comunicación (LIBRERÍA DRVDPS7).
A partir de la ejecución del GENERADOR DRIVDBx se generan DB´s con las estructuras de los telegramas
conf igurados y de esta forma se puede trabajar con símbolos simplificando ampliamente la configuración de los bloques
de comunicación en el programa del PLC.
Dentro del programa de usuario del PLC se encontrará la LIBRERÍA DRVDPS7 que contiene bloques de comunicación
que ahorran y simplif ican las tares de programación. A continuación se analizan los bloques más importantes:
Envío de órdenes desde el PLC hacia el DRIVE
PCD_SEND
Puede ser utilizado para controlar el
DRIVE desde el programa del PLC,
env iando CONSIGNAS vía PROFIBUS
(p.e.: marcha, parada, v elocidad, etc.).
Las
CONSIGNAS se transmiten
mediante el área PZD del telegrama de
comunicación, tienen un tamaño de un
WORD y se crean de acuerdo a un
signif icado f ijo que tiene cada bit dentro
de ese WORD. La cantidad máxima de
CONSIGNAS que se pueden transmitir
será de 16, dependiendo del tipo de
v ariador de velocidad utilizado. Para la
conf iguración del bloque se debe
indicar principalmente a que DRIVE se
env iarán las órdenes y luego las
correspondientes palabras de control
codif icadas.
Recibir información en el PLC desde el DRIVE
PCD_RECV
Sirv e para obtener inf ormación sobre
cualquiera de las v ariables que mide el
DRIVE (p.e.: v elocidad real, potencia,
f actor de potencia, torque, etc.). Los
VALORES REALES recibidos son
almacenados en la memoria del PLC
para, por ejemplo, v isualizarse luego
en las interf aces HMI. Estos se
transmiten mediante el área PZD del
telegrama de comunicación, tienen un
tamaño de un WORD y se seleccionan
a partir del software del DRIVE. La
cantidad máxima de WORD que se
puede utilizar es de 16. Para la
conf iguración del bloque se debe
indicar principalmente de que DRIVE
se recibirán los datos.
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Lectura y escritura de parámetros desde el PLC
PD AT_CY
Puede ser utilizado para leer o
escribir parámetros de un driv e de
modo indiv idual desde el programa
del PLC o desde el HMI (rampa de
aceleración, fuentes de órdenes,
etc.). Se pueden enviar órdenes de
escritura y valores a escribir en el
parámetro elegido como así también
órdenes de lectura y obtener el v alor
desde el mismo. Como se ha
mencionado
anteriormente
las
órdenes de lectura/escritura de
parámetros se realiza mediante el
área PKW
del telegrama de
comunicación.
El bloque se configura indicando los siguientes aspectos:
- DRIVE sobre el cual se leerán/escribirán los parámetros.
- Identificación de la tarea a realizar según el tipo de dato (leer o escribir WORD, DWORD, etc.).
- Parámetro que se desea leer o escribir.
- Índice del juego de parámetro sobre el que se desea trabajar.
- Valor a escribir en el parámetro.
Asimismo, se tendrá disponible en la memoria del PLC el valor leído del parámetro.
Lectura del buffer de diagnóstico del DRIVE
DEV_FLT3
Permite leer el mensaje de diagnóstico
que el DRIVE indica en el f rente de su
panel local, desde el programa del PLC
o desde un HMI. Para la conf iguración
del bloque se deberá indicar de que
DRIVE se leerá el buffer de diagnóstico
y como resultado se obtendrán los
últimos dos f allos ocurridos con su
correspondiente número de error.
Carga/descarga de la parametrización completa desde el PLC
PDAT_UD2
Conf igura o reconf igura un DRIVE con
los v alores almacenados desde el
programa del PLC o desde el HMI. Por
ejemplo, en el caso de cambiar un
equipo en una red Prof ibus solamente
hay que conf igurar la dirección DP en el
nuev o hardware del DRIVE, una v ez
conectado este a la red se cargará la
conf iguración correspondiente al mismo
con solo dar una orden al PLC y sin
necesidad de herramientas adicionales.
Esto es posible gracias a la posibilidad
que of recen los controladores SIMATIC
S7 de almacenar inf ormación en
bloques de datos con estructuras
coherentes según la necesidad (en este
caso se almacena la parametrización
completa de un DRIVE en un DB).
De este modo se puede ahorrar una cantidad muy importante de tiempo durante la tarea de reemplazo de un equipo. Es
necesario que exista en la memoria del PLC un DB con todos los parámetros del DRIVE en cuestión. Este DB tiene una
determinada estructura y se crea por medio del software del DRIVE, alojándolo en el proy ecto STEP 7 para luego ser
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utilizado. En la configuración del bloque se deberá indicar principalmente el DRIVE a consultar y los números de los
DB´s creados anteriormente.
Consulta del estado de comunicación del DRIVE
COM_STAT
Los esclav os de una red
Prof ibus/Profinet se pueden desactiv ar
selectivamente desde el programa del
PLC. Esta capacidad hace posible
desconectar esclavos de la red de
comunicación sin que el programa del
PLC lea una f alla.
Asimismo, podría utilizarse por ejemplo para sistemas de automatización que posean una conf iguración de hardware
que v aría sistemáticamente conectando y desconectando esclav os en la red de comunicación. Esta f unción serviría
entonces para informar al PLC o HMI si el DRIVE no responde (f alla de comunicación del esclavo) o bien si el DRIVE
f ue desactivado selectiv amente por el PLC.
CONCLUSION:
En su calidad de medio de comunicación para el niv el de
campo, PROFIBUS DP es parte esencial de Totally Integrated Automation (TIA), permitiendo una perf ecta interacción
entre PLCs y DRIVEs, con los siguientes beneficios:
 Minimiza los tiempos de administración de parámetros del proy ecto por medio una base de datos única para todos
los objetos tecnológicos del sistema.
 Minimiza los tiempos de detención y mantenimiento del sistema por medio de un software de gestión online
centralizado.
 Maximiza el rendimiento de ingeniería simplif icando la conf iguración y ev itando errores por medio de la
estandarización de bloques de programa.
 Maximiza las funcionalidades del sistema al simplif icar tareas complementarias que implican grandes esfuerzos de
ingeniería, como por ejemplo:
-
Lectura/escritura de todos los parámetros sin necesidad de pasar a STOP al controlador.
Diagnóstico automático y permanente del estado.
Control completo, mediante el software Starter.
Acceso vía Routing.
 Asimismo, se optimiza la comunicación entre los DRIVES y los controladores por medio de un bus de comunicación
digital, simplif icando el cableado y ev itando una cantidad importante de posibles puntos de error. Esto es interesante,
y a que este tipo de aplicaciones implica generalmente la utilización de una gran cantidad de v ariables, lo que hace que,
los sistemas de cableado convencionales de señales sean muy costosos de implementar. Además, permite elevar la
cantidad de información a transmitir, lo que redunda en v entajas signif icativas de costes tanto en la operación como en
el mantenimiento. El may or contenido inf ormativo y la comunicación bidireccional permiten f unciones av anzadas de
diagnóstico para una rápida detección y eliminación de fallos en el sistema.
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