Desarrollo de comunicaciones inalámbricas entre PLC`S
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TRABAJO FIN DE ESTUDIOS PROYECTO FIN DE CARRERA Desarrollo de comunicaciones inalámbricas entre PLC’S Iván Borobia Torcelly Tutor: Javier Bretón Rodríguez Curso 2011-2012 Desarrollo de comunicaciones inalámbricas entre PLC’S, trabajo fin de estudios de Iván Borobia Torcelly, dirigido por Javier Bretón Rodríguez (publicado por la Universidad de La Rioja), se difunde bajo una Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 3.0 Unported. Permisos que vayan más allá de lo cubierto por esta licencia pueden solicitarse a los titulares del copyright. © © El autor Universidad de La Rioja, Servicio de Publicaciones, 2012 publicaciones.unirioja.es E-mail: [email protected] “DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S” Peticionario: Universidad de La Rioja Informante: Iván Borobia Torcelly Alumno de Ingeniería Técnica Industrial especialidad en Electrónica Industrial Universidad de La Rioja Lugar y Fecha: Logroño, 12 de Julio de 2012 DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S INDICE GENERAL I. ÍNDICE GENERAL “DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S” Peticionario: Universidad de La Rioja Informante: Iván Borobia Torcelly Alumno de Ingeniería Técnica Industrial especialidad en Electrónica Industrial Universidad de La Rioja Lugar y Fecha: Logroño, 12 de Julio de 2012 Escuela Técnica Ssuperior de Ingeniería Industrial I DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S INDICE GENERAL 1. MEMORIA .......................................................... - 1 - 1.1. HOJA DE IDENTIFICACIÓN ..................................................................... - 2 - 1.2. INTRODUCCIÓN .......................................................................................... - 3 - 1.3. ANTECEDENTES ......................................................................................... - 4 - 1.3.1. COMPONENTES DEL MALETÍN .................................................................. - 4 - 1.3.1.1. Introducción ....................................................................................... - 4 - 1.3.1.2. Autómata programable CJ1M CPU – 12 ETN ................................. - 5 - 1.3.1.2.1 Características del PLC CJ1M ....................................................... - 6 1.3.1.2.2 Características de la CPU – 12 ETN.............................................. - 6 1.3.1.3. Radio – módem TMOD 405 SERIE 400 de Farell ........................... - 8 - 1.3.1.4. Antena Yagi - Uda ............................................................................ - 10 - 1.3.1.5. Antena de corto alcance................................................................... - 10 - 1.3.1.6. Router ZyWall 2WG de ZyXELL .................................................... - 11 - 1.3.1.7. Módulo de alimentación PA202 ...................................................... - 12 - 1.3.1.8. Módulo Analógico Digital MAD42 ................................................. - 13 - 1.3.1.9. Módulo básico de entradas y salidas digital MD232 ...................... - 14 - 1.3.1.10. Unidad Ethernet ............................................................................... - 15 1.3.1.11. Elementos de seguridad ................................................................... - 16 1.3.1.11.1 Introducción .................................................................................. - 16 1.3.1.11.2 Limitador de sobretensiones QUICK PF10.................................. - 17 1.3.1.11.3 Interruptor diferencial .................................................................. - 18 1.3.1.11.4 Interruptor automático magnetotérmico K60N ............................ - 19 1.4. ABREVIATURAS Y DEFINICIONES ...................................................... - 20 - 1.4.1. ABREVIATURAS ........................................................................................ - 20 - 1.4.2. DEFINICIONES .......................................................................................... - 22 - 1.5. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA .............................................................. - 25 - 1.6. JUSTIFICACIÓN......................................................................................... - 26 - 1.7. OBJETO ........................................................................................................ - 26 - 1.8. ALCANCE .................................................................................................... - 27 - 1.9. PROCEDIMIENTO ..................................................................................... - 27 - 1.10. ANÁLISIS DE SOLUCIONES ................................................................... - 28 - Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial II DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S INDICE GENERAL 1.10.1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................ - 28 1.10.2. COMUNICACIONES INDUSTRIALES .......................................................... - 28 1.10.3. EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LAS COMUNICACIONES................................ - 29 1.10.4. MODELO DE REFERENCIA O.S.I. ............................................................. - 30 1.10.5. ESTRUCTURA DE LAS REDES INDUSTRIALES ........................................... - 35 1.10.5.1. Introducción ..................................................................................... - 35 1.10.5.2. Interfaz con el proceso ..................................................................... - 37 1.10.5.3. Mando y regulación ......................................................................... - 38 1.10.5.4. Supervisión y mando centralizado................................................... - 40 1.10.5.5. Gestión y documentación ................................................................. - 42 1.10.6. ANÁLISIS DE LAS VÍAS DE COMUNICACIÓN ............................................ - 42 1.10.6.1. Red cableada .................................................................................... - 42 1.10.6.2. Red inalámbrica ............................................................................... - 43 1.10.6.2.1 Sistema de comunicación por ondas de radio .............................. - 44 1.10.6.2.2 Comunicación por telefonía móvil GSM ...................................... - 46 1.10.7. ANÁLISIS DE LOS PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN ............................. - 47 1.10.7.1. Introducción ..................................................................................... - 47 1.10.7.2. Protocolo MODBUS ........................................................................ - 48 1.10.7.3. Protocolo con Comandos C – MODE ............................................. - 51 1.10.7.4. Protocolo con Comandos FINS....................................................... - 53 1.10.7.5. Protocolo PC – LINK ....................................................................... - 55 1.10.7.6. Protocolo libre .................................................................................. - 56 1.10.7.6.1 Procedimiento ............................................................................... - 59 1.10.7.6.2 Especificaciones de Comunicación............................................... - 60 1.10.7.6.3 Indicadores y banderas del área auxiliar de memoria. ................ - 61 1.10.7.6.4 Canales de configuración para el puerto RS-232C ...................... - 66 1.10.8. INSTRUCCIONES DE RED .......................................................................... - 67 1.10.8.1. Instrucción TXD (236) ..................................................................... - 67 1.10.8.2. Instrucción RXD (235) .................................................................... - 69 1.10.8.3. Instrucciones de diferencial ascendente ......................................... - 71 1.10.8.3.1 Instrucciones de salida: ................................................................ - 71 1.10.8.3.2 Instrucciones de entrada: (Inicios lógicos e instrucciones intermedias):................................................................................................... - 71 - Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial III DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S INDICE GENERAL 1.11. ELECCIÓN DE LA SOLUCIÓN ADOPTADA ........................................ - 72 - 1.11.1. SEGÚN LA VÍA DE COMUNICACIÓN ......................................................... - 72 1.11.2. SEGÚN EL PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN........................................... - 73 1.11.3. CONFIGURACIÓN DE LOS AUTÓMATAS ................................................... - 75 1.11.3.1. Configuración de la tabla de rutas .................................................. - 77 1.11.3.2. Configuración del protocolo ............................................................ - 84 1.11.3.3. Configuración de los puertos........................................................... - 89 1.11.4. CONFIGURACIÓN DE LOS RADIO – MÓDEMS .......................................... - 96 1.11.4.1. Introducción ..................................................................................... - 96 1.11.4.2. Tipos de configuración .................................................................... - 96 1.11.4.2.1 Conexión en modo remoto ............................................................ - 96 1.11.4.2.2 Conexión en modo local ............................................................... - 97 1.11.4.3. Conexionado para la configuración ............................................... - 98 1.11.4.4. Configuración en modo local .......................................................... - 98 1.11.4.5. Pruebas de funcionamiento ........................................................... - 106 1.11.4.5.1 Test de Transmisión .................................................................... - 106 1.11.4.5.2 Diagnóstico Intrusivo ................................................................. - 109 1.11.4.5.3 Test de Eco .................................................................................. - 117 1.11.5. DISEÑO DEL PROGRAMA DE CONTROL .................................................. - 121 1.11.6. MONTAJE DE LOS EQUIPOS REMOTOS (MALETINES) ............................ - 122 1.12. PROBLEMAS EN EL MONTAJE ........................................................... - 129 - 1.12.1 SOLUCIÓN PROVISIONAL ....................................................................... - 132 - 1.12.2 SOLUCIÓN DEFINITIVA ........................................................................... - 133 - 1.13. DISEÑO DE LA APLICACIÓN VISUAL DE CONTROL ................... - 135 - 1.13.1. FUNCIONAMIENTO GENERAL DEL SISTEMA .......................................... - 135 1.13.1.1. Modo Automático ........................................................................... - 136 1.13.1.2. Modo Manual ................................................................................. - 138 1.13.1.3. Funcionamiento de la estación central. ........................................ - 138 1.13.1.4. Funcionamiento de la estación remota. ........................................ - 139 1.13.2. FALLOS DEL SISTEMA ............................................................................ - 139 1.13.3. PANEL DE CONTROL .............................................................................. - 142 1.13.4. VISUALIZACIÓN GENERAL DE LOS DEPÓSITOS .................................... - 145 1.13.5. MONITORIZACIÓN PARALELA............................................................... - 147 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial IV DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S INDICE GENERAL 1.13.6. VISUALIZACIÓN GENERAL DE CONTROL .............................................. - 149 1.14. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................ - 150 - 1.15. CRONOGRAMA ........................................................................................ - 151 - 2. ANEXOS.......................................................... - 152 - 2.1. ORGANISMO NORMALIZADOR IEEE ............................................... - 153 - 2.2. EXPOSICIÓN A RADIOFRECUENCIA ................................................ - 155 - 2.2.1. MEDICIÓN DE LAS EMISIONES DE RF .................................................... - 155 - 2.2.2. VALORES LÍMITE DE EXPOSICIÓN ........................................................ - 155 - 2.2.2.1. Disposiciones para el público en general ...................................... - 156 - 2.2.2.2. Disposiciones para trabajadores.................................................... - 158 - 2.3. MEDIDAS DE PREVENCIÓN BÁSICA ................................................. - 159 - 2.4. ESTÁNDAR RS-232 ................................................................................... - 161 - 2.4.1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................... - 161 - 2.4.2. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES .......................................................... - 163 - 2.4.3. DESCRIPCIÓN DEL CONECTOR .............................................................. - 164 - 2.4.3.1. Descripción de las 9 líneas principales ......................................... - 164 - 2.4.3.2. Transferencia de información ....................................................... - 166 - 2.4.4. 2.5. PUERTO SERIE EN EL PC........................................................................ - 167 - COMPONENTES DEL MALETÍN ......................................................... - 169 - 2.5.1. AUTÓMATA PROGRAMABLE CJ1M CPU – 12 ETN ............................. - 169 - 2.5.1.1. Características del PLC CJ1M ...................................................... - 169 - 2.5.1.2. Características de la CPU – 12 ETN ............................................. - 170 - 2.5.1.2.1 Componentes de la CPU ............................................................. - 172 2.5.2. RADIO – MÓDEM TMOD 405 SERIE 400 .............................................. - 175 - 2.5.2.1. 2.5.3. Operación y Mantenimiento .......................................................... - 178 - ANTENA YAGI - UDA .............................................................................. - 180 - 2.5.3.1. Introducción ................................................................................... - 180 - 2.5.3.2. Características principales............................................................. - 181 - 2.5.3.3. Funcionamiento ............................................................................. - 182 - 2.5.3.4. Radiador o dipolo doblado ............................................................. - 183 - 2.5.3.5. Instalación ...................................................................................... - 184 - Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial V DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S INDICE GENERAL 2.5.4. ROUTER ZYWALL 2WG ..................................................................... - 186 - 2.5.4.1. Características principales............................................................. - 186 - 2.5.4.2. Especificaciones ............................................................................. - 187 - 2.5.4.2.1 Especificaciones del sistema ....................................................... - 187 2.5.4.2.2 Especificaciones del Hardware .................................................. - 189 2.5.4.2.3 Especificaciones Físicas ............................................................. - 189 2.5.4.2.4 Especificaciones Medioambientales ........................................... - 190 2.5.4.2.5 Certificaciones ............................................................................ - 190 2.5.5. MÓDULO ANALÓGICO DE E/S MAD42 ................................................. - 192 - 2.5.5.1. Valores analógicos de entrada....................................................... - 193 - 2.5.5.2. Valores analógicos de salida ......................................................... - 195 - 2.5.6. MÓDULO DE E/S DIGITAL BÁSICA MD232........................................... - 198 - 2.5.6.1. Terminales de Entrada .................................................................. - 199 - 2.5.6.2. Terminales de Salida...................................................................... - 200 - 2.5.7. UNIDAD ETHERNET ................................................................................ - 201 - 2.5.8. FUENTE DE ALIMENTACIÓN PA202 ...................................................... - 202 - 2.5.9. ELEMENTOS DE SEGURIDAD .................................................................. - 205 - 2.5.9.1. Introducción ................................................................................... - 205 - 2.5.9.2. Limitador de sobretensiones QUICK PF10 .................................. - 205 - 2.5.9.3. Interruptor diferencial ................................................................... - 207 - 2.5.9.3.1 Características generales ........................................................... - 207 2.5.9.3.2 Características particulares ....................................................... - 208 2.5.9.4. Interruptor automático magnetotérmico K60N ............................ - 210 - 2.6. REGULADOR DE TENSIÓN LM7812 ................................................... - 215 - 2.7. MEDIDAS DE SEGURIDAD POR RF .................................................... - 218 - 2.7.1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................... - 218 - 2.7.2. RADIACIONES IONIZANTES Y NO IONIZANTES ....................................... - 218 - 2.7.3. EFECTOS BIOLÓGICOS ........................................................................... - 220 - 2.7.4. EFECTOS TÉRMICOS .............................................................................. - 222 - 2.7.5. EFECTOS NO TÉRMICOS ......................................................................... - 223 - 2.8. SOFTWARE DE PROGRAMACIÓN ..................................................... - 224 - 2.8.1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................... - 224 - 2.8.2. PROGRAMACIÓN DEL MALETÍN CENTRAL............................................. - 227 - Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial VI DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S INDICE GENERAL 2.8.3. PROGRAMACIÓN DEL MALETÍN REMOTO.............................................. - 238 - 3. PLANOS .......................................................... - 241 - 3.1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................... - 242 - 3.2. CONEXIONADO INTERNO DE ABASTECIMIENTO DE CORRIENTE Y PROTECCIÓN ................................................................................................... - 243 3.3. CONECTOR PC – MÓDEM PARA CONFIGURACIÓN DE LA SEÑAL RADIO ..................................................................................................................... - 245 3.4. CONECTOR PC – MÓDEM PARA TEST DE ECO ............................. - 247 - 3.5. CABEZAL DB-15 PARA TEST DE ECO ............................................... - 249 - 3.6. CONECTOR PLC – PLC PARA PRUEBAS DE PROTOCOLO ......... - 251 - 3.7. CONECTOR PLC – MÓDEM PARA TRANSMISIÓN DE DATOS ... - 253 - 3.8. CONEXIONADO REGULADOR DE TENSIÓN ................................... - 255 - 4. PLIEGO DE CONDICIONES ....................... - 257 - 4.1. CONDICIONES GENERALES ................................................................ - 258 - 4.1.1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................... - 258 - 4.1.2. PROPIEDAD INTELECTUAL .................................................................... - 258 - 4.1.3. OBJETO DE ESTE PLIEGO ....................................................................... - 258 - 4.1.4. DOCUMENTOS QUE DEFINEN LAS OBRAS ............................................... - 259 - 4.1.5. COMPATIBILIDAD Y RELACIÓN ENTRE DOCUMENTOS .......................... - 260 - 4.1.6. NORMAS, LEYES Y REGLAMENTO ......................................................... - 260 - 4.2. CONDICIONES FACULTATIVAS ......................................................... - 262 - 4.2.1. DIRECCIÓN ............................................................................................. - 262 - 4.2.2. LIBRO DE ÓRDENES ............................................................................... - 262 - 4.2.3. MODIFICACIONES .................................................................................. - 263 - 4.2.4. CONDICIONES DE EJECUCIÓN ............................................................... - 264 - 4.3. 4.2.4.1. Comienzo y plazos .......................................................................... - 264 - 4.2.4.2. Ejecución del proyecto ................................................................... - 264 - ESPECIFICACIONES TÉCNICAS ......................................................... - 266 - 4.3.1. ESPECIFICACIONES DE MATERIALES Y EQUIPOS ................................. - 266 - 4.3.1.1. Equipos portátiles........................................................................... - 266 - 4.3.1.2. Elementos de protección ................................................................ - 266 - Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial VII DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S INDICE GENERAL 4.3.1.3. Elementos adheridos fundamentales para un correcto funcionamiento de la programación y de visualización ............................................................ - 267 4.3.1.4. 4.3.2. 4.4. Cableado externo de los equipos ................................................... - 268 - CONDICIONES DE MANTENIMIENTO ..................................................... - 269 - CONDICIONES ADMINISTRATIVAS .................................................. - 270 - 4.4.1. ERRORES EN EL DISEÑO ......................................................................... - 270 - 4.4.2. HORARIOS Y SALARIOS ......................................................................... - 270 - 4.4.3. CONDICIONES DE CONTRATA ................................................................ - 271 - 4.4.4. CONDICIONES DE GARANTÍA Y RECEPCIÓN DE LA INSTALACIÓN ........ - 272 - 4.4.5. CONDICIONES DE CARÁCTER LEGAL .................................................... - 273 - 5. PRESUPUESTO ............................................. - 274 - 5.1. INTRODUCCION ...................................................................................... - 275 - 5.2. ESTADO DE MEDICIONES .................................................................... - 276 - 5.2.1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................... - 276 - 5.2.2. CAPÍTULO 1: RECURSOS MATERIALES ........................................ - 276 - 5.2.2.1. Software .......................................................................................... - 276 - 5.2.2.1.1 P101: Programas y licencias para el ordenador de control ...... - 276 5.2.2.1.2 P102: Programas y licencias para la configuración de equipos - 277 5.2.2.2. Hardware ........................................................................................ - 277 - 5.2.2.3. Conectores, cableado y componentes electrónicos ....................... - 277 - 5.2.3. 5.3. CAPÍTULO 2: RECURSOS HUMANOS .............................................. - 278 - 5.2.3.1. Programación del autómata y configuración del módem ............ - 278 - 5.2.3.2. Redacción del documento y búsqueda de información ................ - 278 - PRESUPUESTO PARCIAL DE EJECUCION DE MATERIAL ......... - 279 - 5.3.1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................... - 279 - 5.3.2. CAPÍTULO 1: RECURSOS MATERIALES ........................................ - 279 - 5.3.2.1. Software .......................................................................................... - 279 - 5.3.2.1.1 P101: Programas y licencias para el ordenador de control ...... - 279 5.3.2.1.2 P102: Programas y licencias para la configuración de equipos - 280 5.3.2.2. Hardware ........................................................................................ - 280 - 5.3.2.3. Conectores, cableado y componentes electrónicos ....................... - 281 - 5.3.3. CAPÍTULO 2: RECURSOS HUMANOS .............................................. - 281 - Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial VIII DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S INDICE GENERAL 5.4. 5.3.3.1. Programación del autómata y configuración del módem ............ - 281 - 5.3.3.2. Redacción del documento y búsqueda de información ................ - 282 - PRESUPUESTO TOTAL DE EJECUCION DE MATERIAL ............. - 283 - 5.4.1. CAPÍTULO 1: RECURSOS MATERIALES ........................................ - 283 - 5.4.2. CAPÍTULO 2: RECURSOS HUMANOS .............................................. - 283 - 5.4.3. PRESUPUESTO TOTAL .................................................................... - 284 - Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial IX DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S INDICE DE FIGURAS Y TABLAS II. INDICE DE FIGURAS Y TABLAS “DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALAMBRICAS ENTRE PLC’S” Peticionario: Universidad de La Rioja Informante: Iván Borobia Torcelly Alumno de Ingeniería Técnica Industrial especialidad en Electrónica Industrial Universidad de La Rioja Lugar y Fecha: Logroño, 11 de Julio de 2012 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial IX DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S INDICE DE FIGURAS Y TABLAS ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA 1-1 – CJ1M CPU 12 ETN ........................................................................ - 8 FIGURA 1-2 – RADIO-MÓDEM ........................................................................... - 9 FIGURA 1-3 – ANTENA YAGI-UDA ................................................................. - 10 FIGURA 1-4 – ANTENA DE CORTO ALCANCE ............................................. - 11 FIGURA 1-5 – ROUTER ZYWALL 2WG ........................................................... - 11 FIGURA 1-6 – ALIMENTACIÓN PA202 ........................................................... - 12 FIGURA 1-7 – MÓDULO ANALÓGICO MAD42.............................................. - 13 FIGURA 1-8 – TERMINALES DEL MAD42 ...................................................... - 14 FIGURA 1-9 – MÓDULO MD232 ....................................................................... - 15 FIGURA 1-10 – UNIDAD ETHERNET .............................................................. - 16 FIGURA 1-11 – LIMITADOR DE SOBRETENSIONES QUICK PF10 ............. - 17 FIGURA 1-12 – INTERRUPTOR DIFERENCIAL ............................................. - 18 FIGURA 1-13 – INTERRUPTOR MAGNETOTÉRMICO K60N ....................... - 19 FIGURA 1-14 – NIVELES DE REFERENCIA OSI ............................................ - 32 FIGURA 1-15 – PIRÁMIDE DE LAS REDES INDUSTRIALES ....................... - 35 FIGURA 1-16 – TRAMA DE COMANDO ASCII EN MODBUS ...................... - 49 FIGURA 1-17 – TRAMA DE COMANDO RTU EN MODBUS ........................ - 50 FIGURA 1-18 – SECUENCIA PREGUNTA-RESPUESTA EN MODBUS ....... - 50 FIGURA 1-19 – TRAMA DE COMANDO EN C-MODE ................................... - 51 FIGURA 1-20 – TRAMA DE RESPUESTA EN C-MODE ................................. - 51 FIGURA 1-21 – TRAMA DE COMANDO FINS ................................................ - 54 FIGURA 1-22 – TRAMA DE RESPUESTA FINS .............................................. - 55 FIGURA 1-23 – MAPEADO DE MEMORIA PC - LINK ................................... - 55 FIGURA 1-24 – RETRASO DE TRANSMISIÓN EN PROTOCOLO LIBRE ... - 57 FIGURA 1-25 – TRAMA SIN CÓDIGO DE INICIO NI DE FIN EN PROTOCOLO LIBRE .................................................................................................................... - 57 FIGURA 1-26 – TRAMA CON CÓDIGO DE INICIO (ST) EN PROTOCOLO LIBRE .................................................................................................................... - 57 FIGURA 1-27 – TRAMA CON CÓDIGO DE FIN EN PROTOCOLO LIBRE .. - 57 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial X DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S INDICE DE FIGURAS Y TABLAS FIGURA 1-28 – TRAMA CON CÓDIGO DE INICIO Y DE FIN EN PROTOCOLO LIBRE .................................................................................................................... - 58 FIGURA 1-29 – TRAMA CON CÓDIGO DE FIN COMO CR+LF EN PROTOCOLO LIBRE ........................................................................................... - 58 FIGURA 1-30 – TRAMA CON CÓDIGO DE INICIO Y DE FIN COMO CR+LF EN PROTOCOLO LIBRE..................................................................................... - 58 FIGURA 1-31 – INSTRUCCIÓN TXD ................................................................ - 67 FIGURA 1-32 – INSTRUCCIÓN RXD ................................................................ - 69 FIGURA 1-33 – INSTRUCCIÓN DE SALIDA DIFERENCIAL ........................ - 71 FIGURA 1-34 – INSTRUCCIÓN DE ENTRADA DIFERENCIAL.................... - 71 FIGURA 1-35 – PANEL DE TABLA DE RUTAS .............................................. - 80 FIGURA 1-36 – PANEL DE TABLA DE RUTAS .............................................. - 83 FIGURA 1-37 – TABLA DE E/S .......................................................................... - 89 FIGURA 1-38 – CONFIGURACIÓN PUERTO RS-232C................................... - 91 FIGURA 1-39 – CONFIGURACIÓN DEL PUERTO PERIFÉRICO .................. - 94 FIGURA 1-40 – PINOUT PC – MÓDEM PARA SU CONFIGURACIÓN ........ - 98 FIGURA 1-41 – PINOUT PLC – MÓDEM PARA ENVÍO DE DATOS ............ - 99 FIGURA 1-42 – CONFIGURACIÓN DEL DATA COM DEL MÓDEM ......... - 100 FIGURA 1-43 – DETECCIÓN DE EQUIPO RADIO ........................................ - 102 FIGURA 1-44 – CONFIGURACIÓN EQUIPOS RADIO - MÓDEM ............... - 103 FIGURA 1-45 – RESULTADO DEL TEST DE TRANSMISIÓN .................... - 108 FIGURA 1-46 – PANTALLA DE DIAGNÓSTICO INTRUSIVO INICIAL .... - 111 FIGURA 1-47 – PANTALLA DE DIAGNÓSTICO INTRUSIVO FINAL ....... - 115 FIGURA 1-48 – MONITORIZACIÓN DE LA SEÑAL DE RECEPCIÓN ....... - 116 FIGURA 1-49 – DIAGRAMA PARA TEST DE ECO ....................................... - 117 FIGURA 1-50 – CONECTOR PC – MÓDEM PARA EL TEST DE ECO ........ - 117 FIGURA 1-51 – CABEZAL PUENTEADO PARA EL TEST DE ECO ........... - 118 FIGURA 1-52 – PANTALLA DE TEST DE ECO ............................................. - 119 FIGURA 1-53 – CONFIGURACIÓN DEL TEST DE ECO .............................. - 120 FIGURA 1-54 – VISUALIZACIÓN DINÁMICO DEL TEST DE ECO ........... - 120 FIGURA 1-55 – PINOUT PC – MÓDEM PARA SU CONFIGURACIÓN ...... - 122 FIGURA 1-56 – PINOUT DEL CABLE CS1W – CN226 ................................. - 123 - Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial XI DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S INDICE DE FIGURAS Y TABLAS FIGURA 1-57 – CABLE PC – PLC DEL TIPO CS1W – CN226 ...................... - 124 FIGURA 1-58 – CABLE PLC – MÓDEM ......................................................... - 125 FIGURA 1-59 – PINOUT REAL PLC – MÓDEM ............................................ - 125 FIGURA 1-60 – CONECTOR PASAMUROS – ANTENA YAGI .................... - 126 FIGURA 1-61 – PINOUT REAL PC – MÓDEM PARA CONFIGURACIÓN . - 126 FIGURA 1-62 – CABLE PLC - PLC .................................................................. - 127 FIGURA 1-63 – PINOUT REAL CABLE PLC - PLC ....................................... - 127 FIGURA 1-64 – MONTAJE FINAL ................................................................... - 128 FIGURA 1-65 – MONTAJE INTERNO ............................................................. - 128 FIGURA 1-66 – ADAPTADOR DE CORRIENTE DEL MÓDEM ................... - 130 FIGURA 1-67 – REGLETA HEMBRA DE DOS POLOS ................................. - 131 FIGURA 1-68 – FUENTE DE TENSIÓN REGULABLE .................................. - 132 FIGURA 1-69 – REGULADOR DE TENSIÓN LM7812 .................................. - 133 FIGURA 1-70 – ADAPTADOR DE CORRIENTE + REGULADOR ............... - 134 FIGURA 1-71 – CONTROL DE PH + INDICADOR DE COLOR ................... - 143 FIGURA 1-72 – BOTÓN DE MANUAL / AUTOMÁTICO.............................. - 144 FIGURA 1-73 – SIMULADOR DE FALLOS .................................................... - 145 FIGURA 1-74 – PANEL DE TEXTO DE ACTUADORES ............................... - 146 FIGURA 1-75 – PANEL DE TEXTO DE PH .................................................... - 146 FIGURA 1-76 – PANTALLA GENERAL DE VISUALIZACIÓN ................... - 147 FIGURA 1-77 – PANTALLA PRINCIPAL SCADA ......................................... - 149 FIGURA 2-1 – PRECAUCIÓN POR RADIOFRECUENCIA ........................... - 159 FIGURA 2-2 – CONECTORES DE BUS DE DATOS DB-9 ............................ - 161 FIGURA 2-3 – CONECTORES DE BUS DE DATOS DB-25 .......................... - 161 FIGURA 2-4 – LÍNEAS DE BUS DE DATOS DB-25 ...................................... - 164 FIGURA 2-5 – CONEXIÓN A TRAVÉS DEL DB-25 ...................................... - 164 FIGURA 2-6 – LÍNEAS DE BUS DE DATOS DB-9 ........................................ - 165 FIGURA 2-7 – HANDSHAKING ....................................................................... - 166 FIGURA 2-8 – CJ1M CPU – 12 .......................................................................... - 171 FIGURA 2-9 – LED’S DEL RADIO - MÓDEM ................................................ - 178 FIGURA 2-10 – RADIO-MÓDEM ..................................................................... - 180 FIGURA 2-11 – ANTENA YAGI - UDA ........................................................... - 181 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial XII DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S INDICE DE FIGURAS Y TABLAS FIGURA 2-12 – INTENSIDAD RELATIVA DE LA ANTENA ....................... - 182 FIGURA 2-13 – SENTIDO DE LA CORRIENTE POR LA ANTENA ............ - 184 FIGURA 2-14 – CABLE RG213......................................................................... - 185 FIGURA 2-15 – INSTALACIÓN FRONTAL DE LA ANTENA ...................... - 185 FIGURA 2-16 – INSTALACIÓN POSTERIOR DE LA ANTENA .................. - 185 FIGURA 2-17 – INSTALACIÓN FINAL DE LA ANTENA ............................ - 186 FIGURA 2-18 – RED DE DATOS MEDIANTE ROUTER GSM ..................... - 191 FIGURA 2-19 – ROUTER ZYWALL 2WG ....................................................... - 191 FIGURA 2-20 – TERMINALES DEL MAD42 .................................................. - 193 FIGURA 2-21 – ESCALADO DE ENTRADA (1 – 5V) .................................... - 193 FIGURA 2-22 – ESCALADO DE ENTRADA (0 – 10V) .................................. - 194 FIGURA 2-23 – ESCALADO DE ENTRADA (0 – 5V) .................................... - 194 FIGURA 2-24 – ESCALADO DE ENTRADA (-10 – 10V)............................... - 195 FIGURA 2-25 – ESCALADO DE SALIDA (1 – 5V) ........................................ - 195 FIGURA 2-26 – ESCALADO DE SALIDA (0 – 10V) ...................................... - 196 FIGURA 2-27 – ESCALADO DE SALIDA (0 – 5V) ........................................ - 196 FIGURA 2-28 – ESCALADO DE SALIDA (-10 – 10V) ................................... - 197 FIGURA 2-29 – MÓDULO ANALÓGICO MAD42.......................................... - 197 FIGURA 2-30 – CONEXIONADO DE ENTRADA MD232 ............................. - 199 FIGURA 2-31 – CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS MD232 ........................... - 200 FIGURA 2-32 – CONEXIONADO DE SALIDA MD232 ................................. - 201 FIGURA 2-33 – UNIDAD ETHERNET ............................................................. - 202 FIGURA 2-34 – MÓDULO DE ALIMENTACIÓN PA202............................... - 203 FIGURA 2-35 – ESQUEMA DEL MÓDULO PA202 ....................................... - 203 FIGURA 2-36 – CONECTOR DE CORRIENTE ALTERNA PA202 ............... - 204 FIGURA 2-37 – CONECTOR A TIERRA PA202 ............................................. - 204 FIGURA 2-38 – LIMITADOR QUICK PF10 ..................................................... - 206 FIGURA 2-39 – ESQUEMA INTERNO DEL INTERR. DIFERENCIAL ........ - 209 FIGURA 2-40 – INTERRUPTOR DIFERENCIAL ........................................... - 209 FIGURA 2-41 – TIPOS DE INTERRUPTORES MAGNETOTÉRMICOS ...... - 211 FIGURA 2-42 – ESQUEMA INTERNO DE LOS MAGNETOTÉRMICOS .... - 212 FIGURA 2-43 – CARACTERÍSTICAS DE DISPARO K60N........................... - 213 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial XIII DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S INDICE DE FIGURAS Y TABLAS FIGURA 2-44 – INTERRUPTOR MAGNETOTÉRMICO K60N ..................... - 214 - Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial XIV DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S INDICE DE FIGURAS Y TABLAS ÍNDICE DE TABLAS TABLA 1-1 – CARACTERÍSTICAS DE LAS REDES ....................................... - 38 TABLA 1-2 – CARACTERÍSTICAS DE LOS BUSES ....................................... - 39 TABLA 1-3 – CARACTERÍSTICAS DE LOS ESTÁNDARES ......................... - 41 TABLA 1-4 – COMPARATIVA DEL ENLACE RADIO ................................... - 45 TABLA 1-5 – COMPARATIVA DEL SISTEMA MÓVIL GSM ........................ - 46 TABLA 1-6 – OPCIONES DE TRAMA PARA EL PROTOCOLO LIBRE ....... - 56 TABLA 1-7 – INSTRUCCIONES DE COMUNICACIÓN EN PROTOCOLO LIBRE .................................................................................................................... - 58 TABLA 1-8 – ESPECIFICACIONES DE COMUNICACIÓN EN PROTOCOLO LIBRE .................................................................................................................... - 60 TABLA 1-9 – DIRECCIONES EN PROTOCOLO LIBRE ................................. - 66 TABLA 1-10 – PINOUT DEL PUERTO RS-232C ............................................ - 123 TABLA 1-11 – SIGNIFICADO DEL NIVEL DE PH ........................................ - 141 TABLA 2-1 – ESTÁNDARES DE NORMATIVA ............................................ - 155 TABLA 2-2 – RESTRICCIONES BÁSICAS ENTRE 0 HZ Y 300 GHZ.......... - 157 TABLA 2-3 – NIVELES DE REFERENCIA ENTRE 0 HZ Y 300 GHZ. ......... - 157 TABLA 2-4 – LÍMITES LABORALES ICNIRP HASTA 300GHZ .................. - 158 TABLA 2-5 – DENOMINACIÓN DE UNA SEÑAL ........................................ - 219 TABLA 2-6 – CANAL 50 ................................................................................... - 224 TABLA 2-7 – CANAL 70 ................................................................................... - 225 TABLA 2-8 – CANAL 80 ................................................................................... - 225 TABLA 2-9 – CANAL 100 ................................................................................. - 226 - Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial XV DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1. MEMORIA “DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALAMBRICAS ENTRE PLC’S” Peticionario: Universidad de La Rioja Informante: Iván Borobia Torcelly Alumno de Ingeniería Técnica Industrial especialidad en Electrónica Industrial Universidad de La Rioja Lugar y Fecha: Logroño, 11 de Julio de 2012 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial -1- DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.1. HOJA DE IDENTIFICACIÓN • TÍTULO: “Desarrollo de comunicaciones inalámbricas entre PLC’S.” • EMPLAZAMIENTO DEL PROYECTO: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de La Universidad de La Rioja. • PETICIONARIO: Universidad de La Rioja • PROYECTISTA: Iván Borobia Torcelly DNI: 16615064-W Razón Social: Logroño (La Rioja) Director del Proyecto: Javier Bretón Rodríguez, profesor del departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de La Rioja Dirección de correo e-mail: [email protected] Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial -2- DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.2. INTRODUCCIÓN Este proyecto nace de la relación existente de la Universidad de La Rioja con la E.T.A.P. (Estación de Tratamiento de Agua Potable) situada en Lardero cuya dependencia viene impuesta por el Ayuntamiento de Logroño. Inicialmente se parte de la necesidad de suministrar agua potable a los emplazamientos urbanos de Lardero, Villamediana, Logroño y alrededores desde la E.T.A.P. Debido a que la fuerza con que llega el agua no es la misma en todos los puntos por motivos de altitud, surge la necesidad de implementar depósitos intermedios que sean capaces de bombear mencionada agua de manera eficaz y notable. Para llevar a cabo esta solución es necesario ubicar autómatas programables en las estaciones intermedias que sean capaces de gestionar el agua entrante así como la saliente para el consumo humano. Esta solución se gestiona en forma de comunicación entre la estación principal y las intermedias de forma que no es necesaria una supervisión continua de personal. El problema emerge cuando esta comunicación falla, dado que al carecer de operarios que vigilen el correcto funcionamiento de la estación, no se puede acceder de ninguna forma a solucionar el fallo de inmediato y por tanto se podría cortar el suministro de agua que irriga el emplazamiento urbano o incluso producir un error en el tratamiento del agua lo cual ocasionaría daños en la salud de los consumidores. Para ello el personal cualificado se deberá de desplazar hasta el punto en que se ha producido el fallo y reparar la avería. Conocida la petición de realizar un proyecto capaz de solucionar la problemática, Marta Ballesteros Mazo fue pionera en dicho proyecto dado que ella junto a su director, Javier Bretón Rodríguez, dieron los primeros pasos para llevar a cabo mencionada labor. Mi director de proyecto, Javier Bretón Rodríguez, me puso al corriente de estas necesidades haciéndome saber que mi labor principal era la de llevar a cabo el montaje, la definición y la puesta en funcionamiento de la red inalámbrica. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial -3- DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.3. ANTECEDENTES Una de las necesidades básicas humanas es el agua. Es una sustancia vital para la supervivencia así como para la realización de tareas. Por ello el tratamiento y la distribución deben ser los correctos y situados en unos niveles óptimos. El agua entra en la potabilizadora con una serie de sustancias nocivas para la salud como por ejemplo: 1. 2. 3. Bacterias y virus Minerales en forma de partículas y productos tóxicos. Depósitos o bacterias en suspensión. Por supuesto hay que medir los niveles de pH, la temperatura, la turbidez, el oxígeno disuelto y otros parámetros importantes para tratarlos adecuadamente y dar el visto bueno al agua. Se puede comprobar cómo es sometida a muchas pruebas para que llegue a nuestros hogares en las mejores condiciones pero, ¿y si se produjera un fallo y no se ve reflejado por un error de comunicación? Para dar respuesta se debe realizar una investigación de las mejores soluciones y así evitar el corte del suministro de agua. La forma óptima sería la realización de una red de comunicación existente entre nodos ininterrumpida cuya misión es la de perdurar y mantener en enlace las estaciones mientras es reparada la avería principal. 1.3.1. 1.3.1.1. Componentes del Maletín Introducción Los elementos necesarios para llevar a cabo este proyecto están incorporados en el interior de un maletín y, como para realizar una comunicación necesitamos un emisor y un receptor, disponemos de dos unidades. Estos dispositivos móviles me han sido otorgados por la Universidad de La Rioja y en concreto por el director de este proyecto: Javier Bretón Rodríguez. No obstante, estos maletines que se encuentran en las instalaciones del edificio Politécnico, fueron enviadas por la E.T.A.P. Para una primera toma de contacto con estos elementos, describiré brevemente cuáles son y cuál es el fin de su uso: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial -4- DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • Autómata programable CJ1M CPU12-ETN: Proviene del fabricante Omron y está dividido en los siguientes componentes: o Fuente de alimentación PA202 o Módulo analógico MAD42 o Unidad de E/S básica MD232 o Unidad Ethernet. • Radio-módem TMOD 405 serie 400 de Farell. • Antena Yagi-Uda. • Antena de corto alcance. • Router ZyWALL 2WG de ZyXel. • Elementes de seguridad y protección Schneider Electric: o Interruptor de sobretensiones QUICK PF o Interruptor diferencial. o Interruptor automático magneto térmico K60N 1.3.1.2. Autómata programable CJ1M CPU – 12 ETN Los miembros más pequeños de la familia CJ1 son totalmente compatibles con la serie CJ1G/H y CS1 en lo que se refiere al conjunto de instrucciones, comandos de comunicaciones y organización de la memoria. Este componente proviene de la familia de los PLC modulares de hasta 2560 E/S. Aunque a simple vista parezca un autómata menor, su potencial es bastante alto y es muy usado en automatizaciones complejas. Para explicar las características más significativas del autómata lo dividiremos en dos grupos: Las del PLC y las de la unidad CPU. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial -5- DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.3.1.2.1 Características del PLC CJ1M • PLC modular básico, compatible con la serie CJ1G/H y CS1 • CPUs con E/S de pulsos incorporadas para un control rápido y sencillo del movimiento o con interfaz Ethernet para facilitar la integración. • Programación en texto estructurado IEC 61131-3, amplia biblioteca de bloques de función. • Enrutamiento de comunicaciones transparente a través de distintas redes. • Ranura para tarjeta de memoria Compact Flash para el almacenamiento de datos y el intercambio de programas. • Su programación se realiza con CX-Programmer mediante programación estructurada, en la cual el programa está dividido en tareas; además de ello puede usar símbolos para facilitar su programación. • Funciones especiales: o Tamaño compacto. o Puerto Ethernet incorporado. o Interruptor magneto – térmico K60N 1.3.1.2.2 Características de la CPU – 12 ETN • Capacidad máxima de E/S hasta 320 bits. • Memoria de programa entre 10 Kpasos. • Memoria de datos d 32Kcanales. • Un consumo de 0,58A a 5 Vcc • El tiempo de ejecución de las instrucciones básicas es de 0,10 µs min., mientras que de las instrucciones especiales es de 0,15 µs min. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial -6- DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • Sin soporte. Las unidades están directamente conectadas entre si • Se pueden conectar un máximo de 20 unidades, incluyendo 10 Unidades en el bastidor de CPU y 10 Unidades en un bastidor de expansión (únicamente se puede conectar un bastidor de expansión) • El tiempo de ciclo puede abarcar desde 1 a 32000 ms. • Tienen la posibilidad de añadir una memoria flash en la que se guarda automáticamente una copia de seguridad del área de parámetros y de los programas de usuario • Posee protección contra sobre escritura (configurable con el interruptor DIP) y protección contra copia (configurable mediante contraseña utilizando Cx-Programmer o consolas de programación) • Para la realización de comunicaciones serie incorpora un puerto de periféricos y un puerto RS-232C. • Las CPUs de la serie CJ pueden realizar el intercambio de datos con Unidades de E/S básicas de la serie CJ, Unidades de E/S especiales de la serie CJ y Unidades de bus de la CPU de la serie CJ. El software encargado de implementar una programación específica a este autómata viene designado por el CX-ONE. Es un conjunto de programas entre los que destacamos: • CX-PROGRAMMER: Culpable de la programación básica y de los movimientos de los registros internos. • CX-SUPERVISOR: Simula una monitorización de las variables asociadas a la programación diseñada por el software anteriormente visto. De tal manera que disponemos un control visual constante en una pantalla por la que además podemos activar o desactivar dichas variables. • CX-INTEGRATOR: Herramienta de configuración cuya misión es la de crear la tabla de rutas del autómata para asignar a cada PLC la red en la cual tendrá lugar la comunicación radio. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial -7- DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Figura 1-1 – CJ1M CPU 12 ETN 1.3.1.3. Radio – módem TMOD 405 SERIE 400 de Farell Numerosas aplicaciones de hoy en día precisan de un módem similar al que presentamos. Se trata de un dispositivo capaz de generar una señal de radio de una magnitud tal que es el ideal para grandes redes de distribución y telemetría. La necesidad imperiosa de realizar una comunicación remota, es decir, el módulo de recepción de datos es móvil, nos hace plantear que no debe existir cable físico entre el emisor y el receptor. Por tanto este componente es el idóneo para dicha labor. Particularmente necesitamos de dos radio – módems; uno para la emisión de datos y otro para la recepción de los mismos. Este elemento viene provisto de unas características que a continuación se muestran: • Velocidad radio de 9.600 bps. • Suministra un canal transparente al protocolo. • Flexible: actúa como terminal, repetidor o estación base. • Con diagnóstico NO intrusivo. • Permite configuraciones redundantes. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial -8- DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • Modo de operación Simplex y Half-Dúplex. • Intervalo de potencia entre 0.1 y 5 Watios. • Velocidad de flujo de datos de 1200 hasta 115200 bps. • Distancia de comunicación entre 2 y 50 Km. • Puerto de conexión RS – 232 y RS – 485 • Modulación digital 4 – FSK • Frecuencia de trabajo: 400 – 440 MHz Para acceder a la configuración de las variables internas que definen la red inalámbrica vía radio, se dispone de la herramienta software TMOD Suite® proporcionado por el fabricante del radio – módem Farell Instruments. Figura 1-2 – Radio-módem Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial -9- DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.3.1.4. Antena Yagi - Uda La antena Yagi-Uda es de tipo direccional y fue inventada por los doctores Hidetsugu Yagi y Shintaro Uda (de ahí su nombre). La invención de esta antena propició una gran revolución debido a que usando elemento simples pudieron construir una antena de gran rendimiento. Inicialmente no se usó para fines de comunicación sino para usarlo como arma radiactiva en la guerra empleando su alta capacidad de direccionamiento. Yagi, descontento con los resultados, abandonó el proyecto. De todas formas esta antena fue aceptada en los países europeos y norteamericanos como elemento radiofónico para las comunicaciones y sólo cuando fue usado en la guerra para tal fin, tuvo una aceptación en Japón. Figura 1-3 – Antena Yagi-Uda 1.3.1.5. Antena de corto alcance Se precisa además de una antena capaz de emitir y recibir datos entre estaciones a una distancia reducida a pesar del módem al que esté conectado. Su uso se traduce a la realización de pruebas de comunicación en el interior de un laboratorio o taller. Esto es debido a que la potencia de emisión es pequeña y por tanto el operario que deba estar trabajando con los equipos no se vea expuesto a las emisiones nocivas de radiofrecuencia. Para conocer más detalles consultar el Anexo 2. Además, la instalación es más simple que la de la antena Yagi-Uda lo que la hace muy manejable de cara a ensayos de comunicación. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 10 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Figura 1-4 – Antena de corto alcance 1.3.1.6. Router ZyWall 2WG de ZyXELL El router del cual se dispone utiliza señales GSM por las que podría enviar datos hacia un teléfono móvil. Es otro tipo de comunicación tal y como se ha descrito, sin embargo no se tendrá en cuenta puesto que para la realización de este enlace se debe disponer de una tarjeta GSM capaz de enviar dicha información. Por tanto no se tendrá en cuenta en el momento de valorar la comunicación final, sin embargo sí que se debe mencionar como elemento del maletín que es y puesto que en futuras ampliaciones del proyecto sería interesante disponer de otro canal de comunicaciones con fin de asegurar la visualización de las variables. Para que funcione ha de ser provisto de una tarjeta 3G de comunicación móvil GSM. Figura 1-5 – Router ZyWall 2WG Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 11 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.3.1.7. Módulo de alimentación PA202 Esta unidad corresponde a un regulador de tensión que alimenta los circuitos del autómata así como las unidades adheridas a él. Las características principales de este módulo son las que se enumeran a continuación. • Corriente de salida: o A 24 VDC: 0,4 A o A 5 VDC: 2,8 A • Potencia permitida: 100 – 240 VAC a 50/60 Hz. • Potencia consumida: 14 W • Temperatura de funcionamiento: 0 – 55ºC • Humedad de funcionamiento: 10% - 90% (Sin condensación). • Impedancia de tierra: 100 Ohmios Máx. • Encapsulado montado en panel. • Peso: 5kg Máx. Figura 1-6 – Alimentación PA202 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 12 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.3.1.8. Módulo Analógico Digital MAD42 Los autómatas de la serie CJ incluyen Unidades de E/S especiales entre las que se encuentran Unidades de entrada analógica y Unidades de salida analógica, Unidades de E/S analógica entre otros. Dentro del maletín viene incorporado una Unidad de E/S analógica CJ1W MAD42 las cuales admiten una amplia gama de sensores para una adquisición rápida y precisa de los datos. Figura 1-7 – Módulo Analógico MAD42 Las características principales se presentan a continuación: • Procesa 4 entradas y 2 salidas analógicas • Tiempo de Conversión: 3 ms. en los 6 canales. • Resolución: 1/8000 • Entradas analógicas • Detección de rotura de cable • Función de retención de pico • Función de cálculo de media Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 13 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • Configuración de ajuste de ganancia • Salidas analógicas • Retención de salida • Configuración de ajuste de ganancia • Función de escalado A continuación se muestra un esquema de la disposición de los terminales que forman este dispositivo: Figura 1-8 – Terminales del MAD42 1.3.1.9. Módulo básico de entradas y salidas digital MD232 Está destinado a gestionar las entradas y salidas digitales que le son transferidas actuando directamente sobre el autómata al que está conectado (CJ1M) para que, en una futura aplicación, estas variables sean tratadas. También actúa como salida digital, es decir, la programación del PLC repercutirán en el búfer de salida del módulo MD232 de tal manera que también se pueda enviar información a través de sus terminales. Como características generales se disponen las siguientes: • 16 puntos de entrada y 16 puntos de salida. • Entrada y salida en corriente continua tipo NPN/PNP Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 14 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • Tensión de alimentación a 24 VDC • Corriente de entrada a 7mA • Tipo de conexión: 2 x MIL • Características máxima de conmutación: 24 VDC y 0,5mA • Protección contra cortocircuitos. Figura 1-9 – Módulo MD232 1.3.1.10. Unidad Ethernet Estas unidades permiten una rápida transferencia de datos dentro de los sistemas de automatización de fábrica. Además conecta fácilmente estos sistemas a los sistemas de gestión de planta. Sus características son: • Tiene acceso a los servicios de socket con solo una sencilla manipulación de bits específicos de la memoria. • Permite aprovechar la transferencia de datos por correo electrónico. • Comunicaciones perfectamente integradas con Controller Link y otras redes. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 15 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • Utiliza protocolos Ethernet estándar, TCP/IP y UDP/IP. • Utiliza las comunicaciones de mensajes FINS estándar de OMRON. • Intercambio de archivos con ordenadores host a través de FTP. • Configuración de los parámetros de comunicaciones con los menús de CX-Programmer. Figura 1-10 – Unidad Ethernet 1.3.1.11. Elementos de seguridad 1.3.1.11.1 Introducción En cualquier sistema eléctrico deben existir ciertos componentes que garanticen una seguridad mínima. Pueden ocurrir accidentes internos de sobretensión o de cortocircuito lo cual podría dañar el autómata, el módem, es decir, elementos de gran valor. Por ello y para evitar males mayores se han instalado una serie de dispositivos que se disparan y no permiten transmitir corriente eléctrica a los elementos principales del maletín. De esta manera protegemos eléctricamente no sólo a los objetos, sino también a los usuarios que puedan manejar el interior del instrumental y evitar daños a personas. El conexionado de estos elementos viene ya realizado por la propia potabilizadora, no obstante, se detalla el esquema de protección en el que intervienen estos elementos en el Plano 1.1 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 16 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Todos los elementos de seguridad son de la marca Schneider Electric, los cuales vienen descritos a continuación. 1.3.1.11.2 Limitador de sobretensiones QUICK PF10 Como su propio nombre indica, este componente protege de las posibles sobretensiones tanto a los sistemas eléctricos como a los electrónicos. (Figura 2-12) Incorpora la función de limitador de sobretensiones transitorias y su correspondiente automático de desconexión. Este dispositivo se caracteriza por su rapidez y facilidad de instalación. Este limitador incorpora en su parte inferior una borna de tierra diseñada para agrupar las diferentes conexiones a tierra de la instalación. Con ello se facilita el cableado de la toma de tierra del cuadro y el cumplimiento de uno de los requisitos de instalación de todo limitador de sobretensiones: Regla de los 50cm: Distancia entre el bornero de tierra de los receptores además del propio limitador y el bornero del interruptor automático de desconexión. Figura 1-11 – Limitador de sobretensiones QUICK PF10 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 17 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.3.1.11.3 Interruptor diferencial También se le llama disyuntor por corriente diferencial o residual. Es un dispositivo electromecánico que se coloca en las instalaciones eléctricas con el fin de proteger a las personas de las derivaciones causadas por faltas de aislamiento entre los conductores activos y tierra o masa de los aparatos. (Figura 2-13) Su funcionamiento consiste en que al detectar una diferencia de corriente entre dos líneas. Cuando esta diferencia supera un valor, que conocemos por la sensibilidad, se abre el circuito. Físicamente se distinguen los diferenciales de los magnetotérmicos en que el diferencial tiene un botón de prueba, que se utiliza a modo de comprobación para ver si se desconecta en caso de producirse esa subida entre las líneas. Este botón se aconseja usarlo al menos una vez al mes, si no desconecta, convine sustituir el diferencial por otro nuevo para evitar falta de eficiencia. Figura 1-12 – Interruptor Diferencial Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 18 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.3.1.11.4 Interruptor automático magnetotérmico K60N El interruptor magnetotérmico (Figura 2-14) protege contra cortocircuitos y sobrecargas provocando la desconexión de la fuente de alimentación. Esto se da cuando circula a través de él una intensidad de valor mayor a la nominal del propio interruptor. El funcionamiento se basa en una chapa de material bimetálico, que se deforma cuando circula una corriente mayor de la permitida debido al sobrecalentamiento que se produce en las sobrecargas y cortocircuitos. Esta chapa se pone en contacto con una serie de dispositivos que abren el circuito. Figura 1-13 – Interruptor Magnetotérmico K60N Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 19 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.4. ABREVIATURAS Y DEFINICIONES Durante el presente proyecto se irán incorporando siglas y términos los cuales pueden dar lugar a confusión y/o falta de entendimiento del texto. Con objeto de hacer más cómoda la comprensión del documento manteniendo el lenguaje técnico, se realiza una lista con las principales abreviaturas y definiciones que puedan dar a error. 1.4.1. Abreviaturas • 3G: Tercera Generación de transmisión de voz y datos a través de telefonía móvil • AM: Amplitud Modulada • CPU: Central Processing Unit (“Unidad Central de Procesamiento”) • CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ("Acceso Múltiple por Detección de Portadora con Detección de Colisiones") • DCE: Data Communication Equipment (“Equipo de Comunicación de Datos”) • DTE: Data Terminal Equipment (“Equipo Terminal de Datos”) • E.TA.P.: Estación de Tratamiento de Agua Potable • FM: Frecuencia Modulada • FSK: Frequency-Shift Keying • FTP: File Transfer Protocol (“Protocolo de Transferencia de Archivos”) • GPRS: General Packet Radio Service (“Servicio General de Paquetes vía Radio”) • GSM: Groupe Special Comunicaciones Móviles”) Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial Mobile (“Sistema Global para las - 20 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • HSDPA: High Speed Downlink Packet Access • IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers (“Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos”) • Im: Intensidad de regulación del disparo magnético. • In: Corriente Nominal. • LAN: Local Area Networks (“Red de Área Local”) • OSI: Open System Interconnection (“Modelo de referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos”) • PC: Personal Computer (“Ordenador Personal”) • PID: Proporcional Integral Derivativo. • PLC: Programmable Programable”) Logic Controller (“Controlador Lógico • RF: Radiofrecuencia • ROE (VSWR): Voltage Standing Wave Ratio (“Relación de Onda Estacionaria”) • RTU: Unidad Terminal Remota • SAR: Specific Absorption Rate (“Tasa de Absorción Específica“) • SMS: Short Message Service (“Servicio de Mensajes Cortos”) • TCP/IP: Protocolo de Control de Transmisión (TCP) y Protocolo de Internet (IP) • UDP/IP: Protocolo de Datagrama de Usuario (TCP) y Protocolo de Internet (IP) • VPN: Virtual Private Network (“Red Privada Virtual”) Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 21 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • WAN: Wide Area Networks (“Red de Área Extensa”) • Wi-Fi: Wireless Fidelity 1.4.2. Definiciones • Autómata Programable: Es un hardware industrial, que se utiliza para la obtención de datos. Una vez obtenidos, los pasa a través de bus (por ejemplo por Ethernet) en un servidor. • Azimut: Es el ángulo horizontal al que hay que girar la antena, desde el polo Norte terrestre hasta encontrar el satélite o antena receptora. A veces se indica este ángulo con relación al polo Sur. • Baudio: equivale a un bit por segundo. • Bastidor: elemento destinado a alojar equipamiento electrónico, informático y de comunicaciones. • Bit: Es un dígito del sistema de numeración binario, en el cual únicamente se usan dos dígitos: 0 y 1. • Bps: Bits Por Segundo. En una transmisión de datos, es el número de impulsos elementales (1 ó 0) transmitidos en cada segundo. • Bus de Campo: Son redes utilizadas en entornos industriales y de factoría, cuyo objetivo es el de interconectar elementos de uso común en la industria como autómatas programables, sensores y actuadores de planta, ordenadores personales o industriales, etc. a elevadas velocidades, utilizando protocolos no excesivamente complejos. • Byte: es una serie de 8 bits. Un byte debe ser considerado como una secuencia de bits contiguos. • Comunicación Inalámbrica: Aquella en la que extremos de la comunicación (emisor/receptor) no se encuentran unidos por un medio de propagación físico, sino que se utiliza la modulación de ondas electromagnéticas a través del espacio. • Configuración Maestro-Esclavo: El control de la red lo tiene siempre el maestro, el cual gestiona a los esclavos para la transmisión de información. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 22 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • Configuración Maestro Flotante: Existencia de un dispositivo maestro que gestiona la red con posibilidad de cambiar la estructura de maestro entre los diferentes nodos que la forman. • Controlador PID: Mecanismo de control por realimentación que se utiliza en sistemas de control industriales. Corrige el error entre un valor medido y el valor que se quiere obtener calculándolo y luego sacando una acción correctora que puede ajustar al proceso acorde. • GPRS: Es un sistema de transmisión de datos a través de GSM. Se basa en meter paquetes de datos por los canales de voz, en modo paquete, de igual manera que lo hace un modem, pero con la diferencia de que GPRS no ocupa totalmente el canal de voz. Digamos que va 'colando' paquetes cuando puede sin estorbar a nada ni a nadie. Por eso el teléfono puede hacer y recibir llamadas o SMS mientras está conectado. • GSM: Se considera, por su velocidad de transmisión y otras características, un estándar de segunda generación (2G). Sistema estándar, completamente definido, para la comunicación mediante teléfonos móviles que incorporan tecnología digital. Por ser digital cualquier cliente de GSM puede conectarse a través de su teléfono con su computador y puede hacer, enviar y recibir mensajes por e-mail, faxes, navegar por Internet, acceso seguro a la red informática de una compañía, así como utilizar otras funciones digitales de transmisión de datos, incluyendo el Servicio de Mensajes Cortos (SMS) o mensajes de texto. • Handshaking: Se denomina así al protocolo inicial de transmisión de datos para que una comunicación tenga lugar entre dos dispositivos. • Hardware: Corresponde a todas las partes físicas y tangibles de un PC: sus componentes eléctricos, electrónicos, electromecánicos y mecánicos; sus cables, periféricos de todo tipo y cualquier otro elemento físico involucrado. • Longitud de onda: Distancia recorrida por una onda durante un intervalo de un ciclo. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 23 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • Microprocesador: Circuito integrado que incorpora en su interior una CPU y todo un conjunto de elementos lógicos que permiten enlazar otros dispositivos como memorias y puertos de entrada y salida (I/O), formando un sistema completo para cumplir con una aplicación específica dentro del mundo real. • MIL: Conector compatible con MIL-C-83503 (compatible con DIN 41651/IEC 60603-1). • Módem: Dispositivo que sirve para enviar una señal llamada moduladora mediante otra señal llamada portadora. • Modulación: Engloba el conjunto de técnicas para transportar información sobre una onda portadora, típicamente una onda sinusoidal. Estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de comunicación lo que posibilita transmitir más información en forma simultánea, protegiéndola de posibles interferencias y ruidos. • Protocolo de Comunicaciones: Conjunto de reglas normalizadas para la representación, señalización, autenticación y detección de errores necesario para enviar información a través de un canal de comunicación. • Radiación electromagnética: Es una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro. A diferencia de otros tipos de onda, como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la radiación electromagnética se puede propagar en el vacío. • Red de Comunicación Industrial (RCI): Infraestructura de comunicaciones, con distintos niveles de funcionalidad cuya finalidad es la obtención y tratamiento de la información. • Redes de área amplia (WAN): Interconexión de redes o equipos terminales que se encuentran ubicados a grandes distancias entre sí. • Redes de área local (LAN): Confinadas en empresas o industrias permiten la conexión a alta velocidad de equipos y sistemas informáticas para la compartición de recursos. • ROE: Relación entre la potencia transmitida y la reflejada por la antena. Indica el nivel de adaptación de la antena al puerto de RF del módem. Una buena conexión no debe exceder una ROE de 2:1 (10% de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 24 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA potencia reflejada). Una ROE superior a 3:1 indica un problema grave en la instalación y no es aceptable. • Router: Dispositivo de hardware para interconexión de red de ordenadores que opera en la capa tres (nivel de red). Un enrutador es un dispositivo para la interconexión de redes informáticas que permite asegurar el enrutamiento de paquetes entre redes o determinar la ruta que debe tomar el paquete de datos. • Sistemas Centralizados: Es aquel que utiliza los recursos de un solo ordenador, es decir, su memoria, CPU (Unidad Central de Procesamiento), disco y periféricos. • Software: Soporte lógico e inmaterial que permite que el PC pueda desempeñar tareas inteligentes, dirigiendo a los componentes físicos o hardware con instrucciones y datos a través de diferentes tipos de programas. Son los programas de aplicación y los sistemas operativos 1.5. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA La solvencia con que se realizan tareas a larga distancia va ligada a la eficacia de las comunicaciones industriales. Un enlace consolidado es vital para una expansión de objetivos de cara al futuro y en ello entra en juego la rapidez y la solvencia con que se resuelvan los problemas presentados en las comunicaciones. En este proyecto se verán los problemas de protocolo, de conexión, de diseño y programación que presenta realizar una comunicación inalámbrica entre nodos a larga distancia. No se deberá perder de vista el problema que supone conectar dos estaciones entre sí y sobre todo mantener el enlace para evitar pérdidas de información. Además la comunicación entre estaciones, al estar separadas por una distancia considerable, debe ser lo menos llamativa posible puesto que atraviesa zonas verdes y de autopista en las que el impacto ambiental pueda verse dañado. Incluso se analizan los posibles daños a personas físicas cuya presencia atraviese el campo de enlace entre estaciones. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 25 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.6. JUSTIFICACIÓN Este proyecto tiene un gran interés de realización debido principalmente a que es muy útil poseer de un sistema capaz de continuar la monitorización de la planta si el enlace principal se rompe. De no realizarse este proyecto si en algún momento se avería la comunicación entre los depósitos no se podrá visualizar si el funcionamiento de la planta es el correcto, lo cual supondría un gran problema al tratarse de la depuración de un elemento tan necesario y vital como es el agua. 1.7. OBJETO El objeto principal de este proyecto es la realización de un sistema capaz de mantener la comunicación en todos los puntos de la red de abastecimiento de agua potable en caso de avería. Para ello, se emplearán dos equipos portátiles capaces de desarrollar una red inalámbrica sin necesidad de parar el funcionamiento de los depósitos. De esta manera se evita cortar el abastecimiento de agua potable y, mientras el error es subsanado, mantener la comunicación entre estaciones. Es esencial para el cumplimiento del objeto, que en la comunicación intervengan los equipos remotos facilitados por la E.T.A.P. puesto que el resultado del proyecto será puesto en marcha en sus instalaciones. La red está diseñada de tal manera que su topología es en estrella, cuyo nodo central se encuentra ubicado en la estación de la E.T.A.P. Esta topología es muy frágil, sobre todo porque si se produjera el fallo en la estación central la comunicación se vería rota totalmente. Es por ello que la realización del duplicado de la señal sea perfecto y sin fisuras. Los equipos deberán ser capaces de duplicar la señal existente, es decir, continuar en el mismo punto en el que el sistema se averió. La orientación por tanto de este proyecto es la de diseñar una comunicación inalámbrica entre dos puntos previo estudio de los protocolos existentes sin importar el tipo de aplicación para la cual estarán destinadas los equipos remotos. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 26 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA No pertenece al objeto cualquier tratamiento de señal entrante o saliente en los maletines portátiles proveniente de un sensor o actuador que gobierne. Tampoco se tendrá en cuenta la aplicación a la que va destinada la comunicación, por tanto, no incluye la puesta en marcha de una automatización como parte básica. 1.8. ALCANCE Este proyecto está situado en el campo de las automatizaciones industriales y abarca gran parte de las comunicaciones al tratar una red inalámbrica entre dos nodos portátiles. Estos nodos se comportarán de forma autónoma, es decir, no existe supervisión humana al tratarse de equipos remotos. Precisa de un conocimiento de programación de autómatas para desarrollar las líneas de código así como el manejo del software especializado en la configuración de módems para poder llevar a cabo la comunicación inalámbrica. Además, al tratarse de una solución particular a un proyecto de una dimensión mayor y existente, se deberá tener en cuenta su capacidad para integrarse en dicha red sin ocasionar problemas. 1.9. PROCEDIMIENTO Para llevar a cabo este proyecto se deberán de abordar diferentes etapas tanto de análisis de soluciones, solución adoptada y realización de la misma. Por tanto a continuación se enumerarán las fases a realizar para hacerlo real: a) Análisis de las vías de comunicación. b) Análisis del protocolo de comunicación. c) Elección de la solución adoptada. d) Configuración de los autómatas. e) Configuración de los radio – módems. f) Diseño del programa de control. g) Montaje de los equipos remotos (maletines). Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 27 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.10. ANÁLISIS DE SOLUCIONES 1.10.1. Introducción Los proyectos de comunicaciones industriales llevan consigo un análisis muy concreto de las numerosas opciones que existen en el mercado. Se deberán tener en cuenta diferentes parámetros de evaluación a la hora de elegir cómo se diseñará la red pero sobre todo se centrará en dos ítems los cuales son: Las vías de comunicación y los protocolos del mismo. Además en los proyectos en los que intervienen distintos elementos de comunicación se debe prestar gran atención a las características de cada elemento para evitar discordancias entre ellos. 1.10.2. Comunicaciones industriales En los últimos años el desarrollo de los sistemas informáticos ha sido vertiginoso, de manera que hoy día podemos encontrar ordenadores en prácticamente todos los ámbitos de la vida cotidiana: en los bancos para la realización de operaciones financieras, en la oficina para procesamiento de textos, en las universidades para la enseñanza y tareas investigadoras, en la industria para el control de planta, monitorización de procesos productivos, control de máquinas o robots. En muchas ocasiones, estos ordenadores o equipos de control no realizan operaciones aisladas, sino que necesitan intercambiar datos con otros equipos para desempeñar su función. Las funciones básicas que hacen necesaria la comunicación de datos son: • Intercambio de datos: como la transferencia de ficheros entre ordenadores, consulta de bases de datos en entidades financieras, envío de correo electrónico, etc. • Compartir recursos, de modo que se rentabilice el empleo de determinados equipos o periféricos como impresoras y unidades de almacenamiento. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 28 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Si se centra en el ámbito industrial, las aplicaciones más frecuentes son: • Coordinar acciones de unidades automatizadas y controlar la transferencia de componentes, a través del intercambio de datos entre las diferentes unidades (autómatas programables o PLC’s, PC’s industriales) que controlan el proceso productivo. • Monitorizar y modificar estrategias de control desde el puesto de operación, que puede estar situado en la propia planta o en cualquier otro lugar mediante una conexión a través de redes de datos públicas o privadas. 1.10.3. Evolución histórica de las comunicaciones A lo largo de la historia, el control de procesos industriales ha evolucionado desde sistemas basados en lógica cableada en los cuales las operaciones de control eran llevadas a cabo de manera centralizada por armarios de relés hasta sistemas de control basados en microprocesador con gran capacidad de procesamiento. De la misma forma, los procesos industriales han pasado de sistemas sencillos en los cuales el sistema de control era único y no era necesario intercambiar información con ningún otro equipo, a procesos cuya complejidad obliga al control de los mismos de forma descentralizada con intercambio de datos entre todos los elementos que componen el sistema de control. La reseña histórica por la que han ido evolucionando las comunicaciones industriales se recogen en las presentes líneas destacando las más importantes: • En los años cuarenta, los instrumentos utilizados en el control de procesos utilizaban señales de presión para el mando de los dispositivos de control. • En los años sesenta, se introdujo el bucle de corriente (4-20 mA) como estándar en las comunicaciones entre equipos, permitiendo conectar equipos a distancias superiores a 300 metros y con velocidades de intercambio de datos de 9600 bps. • En los años setenta, se introdujo el uso de los sistemas basados en microprocesador para supervisar y controlar sistemas centralizados de instrumentos y control de procesos. • En los años ochenta, aparece el Autómata Programable como equipo de control de procesos. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 29 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • En los años noventa, las tareas de control se descentralizan, aparecen las redes de Autómatas. Aparecen los buses de comunicación propietarios, esto es, cada fabricante implementa redes de comunicación que permite el intercambio de información entre sus equipos. • A finales de los noventa, se produce una mayor descentralización, integrándose en las redes de comunicación: Autómatas, sensores inteligentes, instrumentación, otros elementos de control y PC’s. Se comienzan a introducir los buses de comunicación abiertos de manera que los fabricantes facilitan el protocolo de comunicación utilizado por sus equipos a otros fabricantes para permitir el intercambio de datos. • En la actualidad se ha generalizado la utilización del control descentralizado mediante buses de comunicación abiertos, utilizándose Autómatas más pequeños para controlar tareas específicas del proceso e incorporando a las redes de comunicación a todos los elementos que participan en el proceso como los sensores de tipo binario. La descentralización del control se ha extendido también a la automatización de máquinas aumentando la rapidez de la operación reduciendo de forma drástica el cableado necesario. • Las tendencias en comunicaciones industriales apuntan hacia la utilización de Ethernet como estándar de comunicación de los dispositivos que intervienen en los procesos industriales. 1.10.4. Modelo de referencia O.S.I. Como se ha podido comprobar, en estas últimas décadas, el avance en las comunicaciones ha sido más que notable, la aparición de Internet y la unión entre redes de diferentes fabricantes provocó la necesidad de que fabricantes de diferentes redes buscaran una solución para crear un software de comunicaciones que permitiera comunicar diferentes redes independientemente del hardware utilizado. Para solventar este problema de incompatibilidad de redes, existen organismos normalizadores en el entorno de las comunicaciones industriales: • ISO (Organización Internacional para la Estandarización) desarrolló un modelo de red que ayuda a los fabricantes a crear redes que sean compatibles con otras redes; éste es el denominado modelo de referencia OSI (Open System Interconnection), pensada para abarcar redes locales hasta grandes redes de paquetes conmutados. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 30 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • EIA (Electrical Industries Association) ha tenido un importante papel en la definición de normas referentes a los medios físicos de comunicación, como por ejemplo en el bus RS-232. • CCITT (Comité Consultivo Internacional Telegráfico y Telefónico). Las normas más importantes emanadas de este comité se refieren a la definición de los medios físicos de transporte e interfaces de comunicación. EL CCITT ha adoptado el modelo OSI desarrollando varias recomendaciones para los niveles de transporte y aplicación. • IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos). Este organismo ha desarrollado una serie de normas en el campo de las redes locales destacando las recomendaciones 802.1 y 803.6 referentes a protocolos de alcance. Concretamente la 802.1 sitúa todas estas recomendaciones en el contexto del modelo OSI. Para obtener una mayor información de estas normas, consultar el “Anexo 1: Organismo Normalizador IEEE” En general puede decirse que todos los Organismos de Normalización adoptan como norma marco el modelo OSI y todas las normas de detalle que van surgiendo, tanto a nivel de LAN como de WAN, se desarrollan basándose en dicho modelo. Dicho modelo se creó en base a un sistema basado en niveles o capas, cada una de las cuales realiza una función específica. Cada uno de estos niveles define unos protocolos que los subsistemas de comunicación deben seguir para comunicarse con sus análogos en otros sistemas. Este modelo está dividido en siete capas: nivel físico, de enlace, de red, de transporte, de sesión, de presentación y de aplicación. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 31 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Figura 1-14 – Niveles de referencia OSI Como se puede observar en la Figura 1-14, el modelo subdivide las tareas en dos grupos: una parte va dirigida a facilitar el flujo de información digital entre terminales (niveles 1, 2, 3 y 4) y otra parte va dirigida a dar soporte al usuario (niveles 5, 6 y 7). Las ventajas teóricas más importantes que resultan de la utilización del estándar OSI son las siguientes: • Conectividad en todo el mundo sin tener que instalar pasarelas • Fácil integración de productos en la red • Un punto de vista único a la hora de configurar la seguridad de la red • Amplio margen en la elección de suministradores, lo que permite una mayor competencia entre éstos y consecuentemente preciso más bajos. • Las mejores posibilidades de sobrevivir a las nuevas generaciones tecnológicas sin elevados costes de conversión. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 32 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Pero pese a estas ventajas, los protocolos OSI no están siendo utilizados fuera de aquellas comunidades en las que su uso está forzado por convenio, a diferencia de otros protocolos. Como se ha comentado anteriormente, el modelo OSI está compuesto por una serie de siete niveles, cada uno de ellos con una funcionalidad específica, para permitir la interconexión de sistemas heterogéneos. Su utilidad radica en la separación que se hace en el mismo de las distintas tareas que son necesarias para comunicar dos sistemas independientes. En detalle se puede definir cada nivel del presente modelo tal y como se expresa a continuación: • NIVEL 7: APLICACIÓN Proporciona un entorno que facilite el entendimiento entre usuarios de distintas máquinas, sin importar medios ni protocolos de comunicación (interfaz de usuario). • NIVEL 6: PRESENTACIÓN Facilita la comunicación a nivel de lenguaje y formato de presentación entre el usuario y la máquina que le da acceso a la red (traductor). Interpretación y normalización de datos, encriptación, transformación de códigos y formatos • NIVEL 5: SESIÓN Se realiza el control de la comunicación, de tal manera que se señalice en inicio y fin de la misma, arbitrando quién transmite y quien recibe la información en cada instante (moderador). • NIVEL 4: TRANSPORTE Establece y garantiza un medio de comunicación sin errores en ambos sentidos. Si es necesario fracciona el mensaje (mensajero). Es decir, es el encargado de controlar el flujo de datos entre las máquinas que establecen la comunicación. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 33 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • NIVEL 3: RED Es el responsable del encaminamiento del mensaje entre nodo y nodo, conmutación de paquetes, subredes de comunicación, control de flujo y congestión de red, recuperación de errores (servicio de mensajería). • NIVEL 2: ENLACE Mantiene la comunicación entre cada par de nodos de la red, apoyándose en el medio físico de transmisión (centralita). • NIVEL 1: FÍSICO Se encarga de disponer de los medios materiales que garantizan el enlace entre nodos (cable, fibra óptica, drivers,…) y de interpretar los unos y ceros de la comunicación digital. Este modelo está pensado para las redes de comunicación de tipo WAN, en el caso de las redes LAN, como ocurre con las industriales, utilizan el modelo sólo de forma parcial dejando el sistema abierto a la conexión con redes superiores. Las redes locales industriales son normalmente reducidas a las de tipo LAN en las que, para simplificar el sistema, se sigue el modelo OSI de referencia pero soslayando niveles. En el caso de las redes de comunicación industrial y más particularmente las redes de autómatas se estructuran habitualmente como redes de tipo local de bajo nivel y sólo utilizan los niveles 1, 2, 3 y 7 del modelo de referencia OSI, pero pueden enlazarse con redes superiores LAN y WAN. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 34 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.10.5. Estructura de las redes industriales 1.10.5.1. Introducción Para hacer posible lo que se ha dado en llamar sistemas de fabricación integrados es necesario que todos los equipos de la planta intercambien datos entre sí y con los equipos de niveles superiores generándose una estructura de comunicaciones de tipo piramidal. Cada uno de estos grupos cubre necesidades y problemáticas diferentes, por lo que los requerimientos específicos en cuanto a prestaciones en tiempo real, robustez, configuración, costes,… de cada uno de ellos serán propios para cada nivel. En esta estructura se pueden distinguir fundamentalmente cuatro niveles: • Interfaz con el proceso • Mando y regulación • Supervisión y mando centralizados • Gestión y documentación Una representación esquemática de la estructura de las redes industriales y donde se encuentran ubicados los distintos dispositivos, puede observarse en la siguiente Figura1-15: Figura 1-15 – Pirámide de las redes industriales Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 35 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Tampoco se puede considerar esta clasificación de las redes de comunicación como única y generalizada de manera que se puedan hallar distintas posibilidades de clasificar las redes de comunicación industrial como, por ejemplo, la presentada por Jordi Ayza y Robert Safont en la revista Automática e Instrumentación nº 308, la cual consta de tres niveles: • Red local (bus de información). • Bus de control (controladores, PC’s) • Bus de dispositivo (sensores y actuadores) O también la presentada en el mismo artículo por Luis Martínez que plantea la existencia de cinco niveles de comunicación que son: • Bus de información (PC’s) • Bus de control o automatización (PLC’s, PC’s) • Bus de proceso (orientado a la industria de proceso) • Bus de dispositivos de campo (Módulos E/S, Variadores, …) • Bus de sensores A continuación se va a realizar una breve descripción de los diferentes niveles reseñados con sus características fundamentales, los buses comerciales existentes y una comparativa entre ellos. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 36 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.10.5.2. Interfaz con el proceso Este nivel está constituido por unidades de captación de señales de entrada / salida de datos del proceso. Su conexión a red permite la comunicación del sistema de control con sensores y actuadores. De esta forma se consigue, fundamentalmente, reducir los costes de cableado y aumentar la fiabilidad exigiéndole alta velocidad de respuesta (del orden de milisegundos). Estas redes funcionan siguiendo el principio maestro-esclavo, situando el maestro en el bastidor central y colocando los esclavos a lo largo del proceso. El modo de funcionamiento de este tipo de redes consiste en multiplexar en el tiempo las señales a leer. De esta forma, conseguimos enviar por un par de hilos todas las señales del proceso hasta el cuadro de control disminuyendo el cableado necesario. En la estructura que presenta un proceso automatizado utilizando, por ejemplo, el bus AS-i, se pueden implementar módulos de E/S pinchados sobre el bus y sobre los que se colocan los sensores y actuadores, así como variadores de velocidad colocados directamente sobre el bus; el maestro de la red es el PLC encargado a su vez del control del proceso. Muchos autores cuestionan la inclusión de estos equipos dentro de la familia de las redes de comunicación industrial dado que no poseen protocolo de comunicación y de cara al usuario se comportan de manera transparente como si estuviéramos conectando tarjetas de entrada / salida en el bastidor del armario principal. Sin embargo, puede incluirse dentro del grupo de redes de comunicación siguiendo el criterio especificado por los fabricantes que los incluyen dentro de sus redes de comunicación y porque cumplen con una de las premisas indicadas anteriormente para las redes de comunicación: son capaces de integrar señales de distintos fabricantes. Dentro de este nivel se pueden incluir los siguientes buses: CAN (Controller Area Network), Device Net y AS-Interface. La Tabla 1-1 muestra lo mencionado: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 37 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Norma Topología Nº máximo de estaciones Nº máximo de módulos de E/S Cable Longitud máxima cable Tiempo máximo de ciclo Velocidad Método de acceso AS-I CAN EN 50295 ISO 11898 ISO 11519-2 EN 50235 Lineal Lineal, estrella, árbol 30 (sin repetidores) 64 Lineal, estrella, árbol 31 esclavos (V2.0) 62 esclavos (V2.1) 124 (V2.0) 248 (V2.1) Bifilar (datosalimentación) 100 metros 300 m + repetidor 5 ms (31 esclavos) 10 ms (62 esclavos) 167 KHz Maestro-esclavo Device Net 2048 Bifilar, TP 2 pares Troncal: 40 metros Troncal: 500 metros 125 Kbps/1Mbps CSMA 125-250-500 Kbps CSMA Tabla 1-1 – Características de las redes 1.10.5.3. Mando y regulación Este nivel está constituido por los equipos encargados de la parte de control del proceso. Los equipos que componen este nivel son: Autómatas, controladores PID, controladores de robots, controles numéricos, equipos de medida, etc. El conjunto constituye lo que llamamos habitualmente “célula de fabricación” y las redes que se constituyen en este nivel suelen ser maestro de la comunicación establecida en el nivel inferior (interfaz con el proceso) y a su vez permiten enlace con niveles superiores. Este tipo de redes funcionan ya bajo un protocolo de comunicación mínimo con una estructura lógica de tipo maestro-esclavo o maestro flotante, permitiendo el intercambio de una cantidad importante de datos entre los equipos (del orden de 240 Bytes en Profibus). Utilizan comunicación serie asíncrona y cumplen los niveles 1, 2 y 7 del modelo de referencia OSI. La utilización de redes de comunicación industrial a nivel de mando y regulación permite al usuario generar dos estructuras de control diferentes denominadas periferia distribuida y control distribuido. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 38 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Denominamos periferia distribuida a aquellas estructuras en las cuales las señales del proceso alejadas del cuadro principal se centralizan en un armario intermedio situado al lado del proceso y se envían al equipo de control situado en el cuadro principal mediante un bus de comunicación, en muchos casos la cantidad de información que debe intercambiarse entre los equipos aconseja la utilización de redes de comunicación de mayor capacidad que las estudiadas en el apartado anterior. Denominamos control distribuido a aquellas estructuras en las cuales las señales del proceso alejadas del cuadro principal se controlan in situ mediante un elemento de control situado en un armario situado al lado del proceso. Los elementos de control intercambian entre sí aquella información que precisan mediante un bus de comunicación. Dentro de este nivel se pueden incluir los siguientes buses: ControlNet, Foundation Fieldbus, Interbus, Modbus Plus, Profibus,… Las características técnicas de las mismas son: Estándar Método de Transmisión Topología Nº máximo de estaciones Método de Acceso ControlNet Interbus CONTROLNET INTERBUS IEC 61 158-2 Segur. Intrínseca Lineal, estrella, árbol 99 por red Modbus Plus MODBUS PLUS EN 50170 Síncrono RS 485 IEC 61 158-2 Lineal, estrella, árbol Lineal Lineal, estrella, árbol 256 64 127 Paso testigo Paso testigo CTDMA Cable Red Eléctrica: coaxial Red óptica: cable FO Red eléctrica: par trenzado, TP Red óptica: cable FO Red Eléctrica: Par trenzado Red óptica: cable FO Alcance de la red R. Eléctr: 6 Km. R. Opt: 30 Km 400 m. (segmento) 500 m. (segment) 167 KHz 125 Kbps/1Mbps Velocidad Profibus Red Eléctrica: Bifilar Red óptica: FO Inalámbrico: infrarrojos R. Elect: 9,6 Km. R. Opt: 90 Km Inalámbr: 15 m 125-250-500 Kbps Tabla 1-2 – Características de los buses Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 39 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.10.5.4. Supervisión y mando centralizado En este nivel se procesan todas las tareas de automatización y optimización del proceso. Los equipos situados en este nivel sirven de maestros de las redes del nivel inferior enlazando las distintas “células de fabricación” en grupos más grandes. Pertenecen a este grupo: Autómatas, los ordenadores de proceso, instrumentación avanzada, terminales de enlace con la oficina técnica (CAD) y equipos para manejo y visualización. Desde estas unidades se gobierna el proceso pudiendo el operario supervisarlo y cambiarle las variables, alterar modos de funcionamiento y obtener datos para su procesado posterior. En este nivel sí se ha producido de hecho la utilización de una red única como estándar por todos los fabricantes y prácticamente todos ellos utilizan Ethernet como red de área local en el nivel de supervisión y mando. Esto se ha debido a las características técnicas y el gran conocimiento y fiabilidad que Ethernet presentaba en su utilización en los equipos informáticos, que en este nivel son también participantes. Sin embargo, los intentos por generalizar el uso de este estándar en niveles inferiores (mando y regulación) chocan con algunas de las características que presenta: no es determinista, no puede trabajar en ambiente explosivo, no dispone de redundancia de cable, etc., que le inhabilitan hoy por hoy para ser utilizado en tareas de planta. Para superar este problema del no determinismo de Ethernet, creado por los retardos provocados por las colisiones al intentar acceder a la red, se conecta cada estación a la red a través de un conmutador activo, pues aunque se encarece la red y se provoca un ligero retraso elimina el problema del no determinismo. Algunas características técnicas que presenta Ethernet son: • Implementa los niveles OSI 1, 2 y 3 • Velocidad de transmisión 10 Mbit/s • Número máximo de estaciones: 1024 • Distancia máxima entre nodos: 2,5 Km, con posibilidad de conexión a otras subredes. A pesar del grado de estandarización que presenta Ethernet, hay que tener en cuenta que con este protocolo sólo hemos cubierto los niveles inferiores del modelo de referencia OSI, quedando todavía sin un estándar claro los niveles de transporte y Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 40 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA aplicación. Así, por ejemplo, el estándar TCP/IP que cubre el nivel de transporte y cuyo uso se encentra generalizado en el campo de la ofimática, no resulta adecuado para las comunicaciones industriales. La ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) ha desarrollado una norma denominada Ethernet I/P que cubre el nivel de transporte y aplicación e igualmente Siemens ha desarrollado un bus industrial denominado Industrial Ethernet que cumple dichos niveles de referencia OSI. La comparativa de los estándares de Ethernet, Fast Ethernet, e Industrial Ethernet se puede ver en la siguiente Tabla 1-3. Ethernet Fast Ethernet Estándar IEEE 802.3 IEEE 802.3u Velocidad Lineal, estrella Estrella Topología Nº de estaciones 10 Mbps Ilimitado 100 Mbps Ilimitado Cable 10 Base T-Par trenzado, TP coaxial, Triaxial Alcance de la red 2,5 Km con repet. conmutada:ilimitado Modo de Transmisión Half dúplex Método de Acceso CSMA/CD conmutado CSMA/CD conmutado Protocolo de transporte No cubierto No cubierto Protocolo de aplicación No cubierto No cubierto 200 m con repet. Conmutada: ilimitado Industrial Ethernet IEEE 802.3/802.3u Lineal, estrella, anillo redundante 10/100Mbps Ilimitado 100 Base T-Par trenzado. Industrial: ITP triaxial fibra óptica Eléctrica: 1,5 Km Ópt 10Mbps: 4,5 Km Conmutada: ilimitado Half dúplex Full dúplex CSMA/CD conmutado TCP/IP ISO PG/OP S7 SEND/RECEIVE Tabla 1-3 – Características de los Estándares Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 41 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.10.5.5. Gestión y documentación Este grupo incluye la comunicación con ordenadores de gestión y se encarga del procesamiento de los datos obtenidos en el nivel 3 para efectos estadísticos, control de producción, control de calidad, gestión de existencias y dirección general. En algunos casos, las unidades de este nivel pueden disponer de conexión a redes más amplias de tipo Red de Banda Ancha (WAN) 1.10.6. Análisis de las Vías de Comunicación En este subapartado se hablará del medio físico por el que transcurrirá la comunicación y hoy en día caben dos posibilidades: • Red cableada. • Red inalámbrica. A pesar de que el proyecto presenta la necesidad de comunicación por vía inalámbrica, es importante conocer los motivos técnicos por los que una red física es inviable para el correcto desarrollo. 1.10.6.1. Red cableada Dispone una configuración simple y sin ningún tratamiento previo de programación, sin embargo sus costes son muy elevados. Esto es debido a que la distancia a recorrer es grande y necesitaríamos demasiado material. Además al ser un enlace puramente físico, cabe la posibilidad de que se dañe por el paso del tiempo o a causa de los accidentes meteorológicos. Debemos tener en cuenta también las pérdidas ocasionadas en el cable, es decir, cuanto mayor sea la distancia que un cable recorra sin necesidad de repetidores, mayor será la pérdida de fiabilidad. Al tratarse de una comunicación tan importante, debemos considerar esta desventaja como significativa dado que no puede existir pérdida de información por el camino. Otra consideración importante surge a la hora de plantearse por dónde circulará el cable. Es un factor a tener muy en cuenta dado que no puede transitar por cualquier sitio ya que existen carreteras, hogares, fábricas y otros obstáculos que debería sortear para alcanzar el nodo remoto. Este parámetro ha sido determinante a la hora de descartar esta opción de medio físico. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 42 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.10.6.2. Red inalámbrica Esta red aunque a priori sea más compleja, cumple con los requisitos mínimos para ser el medio físico elegido. Al carecer de cables, el coste del material solo se ubica en el emisor y receptor de la información lo cual es muy favorable. Por tanto el problema de por dónde pasan los cables se elimina automáticamente. La preocupación que puede existir es si la potencia de la señal alcanza la distancia requerida. Esto no es un inconveniente dado que existen varias redes inalámbricas capaces de alcanzar largas distancias sin pérdidas significativas. Además, una gran ventaja es que la mayoría de las comunicaciones sin cables son capaces de atravesar obstáculos (montañas, edificios…) lo cual hace tener una despreocupación total acerca de la geografía del lugar. Las redes inalámbricas más importantes en las comunicaciones industriales se traducen de la siguiente manera: • Infrarrojos. • Microondas satélite. • Microondas terrestre. • ADSL ó GSM • Ondas de radio. • Wi – Fi. Sin embargo únicamente se hará mención de dos de ellos usados frecuentemente en el ámbito industrial y de grandes garantías: Los sistemas de comunicación por ondas de radio y la comunicación por telefonía móvil GSM. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 43 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.10.6.2.1 • Sistema de comunicación por ondas de radio Introducción Los sistemas de radio basan sus enlaces radioeléctricos en la propagación de ondas electromagnéticas en el espacio libre. Son muy utilizados en la mayoría de las telecomunicaciones, sobre todo en aquellas que requieran de un enlace a larga distancia. Su característica más significativa a simple vista es que no requiere de un elemento físico que ejerza de unión entre estaciones, únicamente precisa un elemento emisor en el origen y un elemento receptor en el destino. Como complemento podríamos destacar la posible presencia de uno o varios repetidores que ejerzan de estaciones intermedias y ampliar la señal de tal manera que si la distancia a conectar excede los límites, la comunicación sea fiable y en unas condiciones óptimas. Este tipo de medio de transmisión es altamente eficaz y dentro de las redes locales adquiere una gran importancia. Esto es debido a que no siempre es posible realizar un enlace físico mediante cable coaxial, par trenzado o fibra óptica por lo que una red local inalámbrica (RLI) constituye una solución muy aceptable. Atendiendo a las redes locales inalámbricas resaltan dos técnicas: • RLI de Amplio Espectro Esta primera técnica, también llamada de espectro expandido, debe su utilización a la necesidad imperiosa de comunicarse e intercambiar datos en un rango de frecuencias de banda ancha y baja potencia. Podemos destacar la banda ISM (Industrial Scientific and Medical) como una beneficiada de esta técnica al emplear una banda de 2,4 GHz. Sin duda, una de las características más importante de este tipo de comunicación es su capacidad para atravesar obstáculos y además no precisa de una licencia administrativa. Por ello trata de la que cuenta con un mayor poder de penetración. • RLI de Microondas Como alternativa presentamos otro tipo de conexión vía radio, algo más compleja que la anteriormente citada. La dificultad añadida viene impuesta por el desarrollo de la técnica de enlace cuyo mecanismo es microcelular. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 44 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA No obstante, las prestaciones obtenidas son altamente eficaces puesto que se utiliza una transmisión de baja energía (18 GHz) y sus velocidades (emplea 15Mbit/s con canales de 10 MHz) la hacen idónea para soportar el estándar Ethernet (10 Mbit/s) La característica más significativa de este tipo de enlace viene marcada por la elevada frecuencia de las microondas. Al ser tan altas, presentan una gran facilidad de reflexión y dispersión tanto a altas como a bajas frecuencias, siendo esta última la más novedosa. Gracias a esta propiedad, las comunicaciones por microondas son las más aptas para cubrir grandes superficies geográficas. A diferencia de la comunicación por amplio espectro, ésta técnica requiere de una licencia oficial para comunicarse. Aunque vete la capacidad de penetración, ganamos en seguridad a la hora de intercambiar información. Esto es posible dado que cuenta con un código de 48 bits asignado a cada nodo, por tanto, cualquier receptor no autorizado (es decir, carece del código de seguridad) no puede acceder a la red de comunicación. A continuación se muestra la Tabla 1-4 adjunta con las principales ventajas e inconvenientes de los enlaces vía radio como comunicación general (es decir, sin atender a las técnicas explicadas): ENLACES VIA RADIO VENTAJAS 1. Pueden atravesar obstáculos. 2. Tienen gran alcance mediante el uso de repetidores (terrestres o satélites artificiales) o por su efecto de reflexión en la ionosfera y en la superficie de la Tierra. 3. Gran ancho de anda (cuanto mayor es la frecuencia de la portadora, mayor ancho se consigue). INCONVENIENTES 1. Se ven afectados por la posibilidad de captación y manipulación de terceros. Si la transmisión ha de ser segura, los mensajes deben estar codificados y/o los distintos nodos autorizados. 2. Pueden ocasionar importantes interferencias electromagnéticas o, en el caso de las microondas, ser perjudiciales para la salud. 3. En determinadas bandas de frecuencia se precisan licencias oficiales. Tabla 1-4 – Comparativa del enlace radio Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 45 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.10.6.2.2 Comunicación por telefonía móvil GSM La telefonía móvil ha adquirido gran importancia en los últimos años debido a que el sistema de marcación por teléfono fijo no llega a todos los puntos. La forma de conexión es similar al anterior con la diferencia de que incorpora un módem de transmisión y recepción de datos entre equipos o vía SMS. Dentro de la industria se utiliza este sistema para no estar anclado en una terminal a la espera de la recepción de datos y es de gran utilidad en el campo de la domótica. Esto es consecuencia de la gran gama de comunicaciones que puede abarcar tanto con ordenadores de control, autómatas programables etc. A continuación se muestra la Tabla 1-5 de ventajas e inconvenientes similar a la anteriormente expuesta para una visión más global de las características que contemplan mayor importancia: ENLACES POR TELEFONIA MOVIL GSM VENTAJAS 1. Comunicación por envío de mensajes SMS. 2. Sistema fiable, robusto y eficaz. 3. Libre de licencias. INCONVENIENTES 1. Falta de cobertura. 2. Velocidad de comunicación lenta. 3. Mensajería SMS con un tiempo de retardo considerable. 4. Facilidad de instalación. Tabla 1-5 – Comparativa del sistema móvil GSM Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 46 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.10.7. 1.10.7.1. Análisis de los Protocolos de Comunicación Introducción Antes de entrar a analizar los tipos de protocolos de comunicación existentes en el mercado, es importante conocer el significado de protocolo. Se debe hacer hincapié en que un se define como un conjunto de reglas que permiten que dos puntos alejados entre sí puedan comunicarse de forma libre y fiable para transferirse datos el uno al otro. Para poder llevar a cabo esta comunicación, ambos puntos deberán consensuar qué tipo de protocolo van a emplear dado que de lo contrario no podrá existir el enlace y el intercambio de información será inviable. Muchas veces se podrá confundir protocolo de comunicación con bus de campo, para evitar la confusión se destaca en que los buses de campo son empleados para definir el medio físico por el que transcurre la información entre ordenadores de control, PLC’S… y el protocolo de comunicación abarca el conjuntos de normas a respetar. En este apartado se estudiarán las posibles reglas que se encuentran disponibles y combatibles para hacer posible este proyecto: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 47 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.10.7.2. Protocolo MODBUS Se dispone del protocolo ModBus desarrollado por Modicon para la comunicación entre PLC’s empleado en la actualidad por diferentes fabricantes debido a su simplicidad y especificación abierta. Las características principales por las cuales el uso de ModBus es superior a otros protocolos de comunicaciones son: Control de acceso al medio tipo Maestro/Esclavo. El protocolo especifica: formato de trama, secuencias y control de errores. Existen dos variantes en el formato: ASCII y RTU. Conforma el nivel 7 del modelo de referencia ISO/OSI. A cada esclavo se le asigna una dirección fija y única en el rango de 1 a 247. La dirección 0 está reservada para mensajes de difusión sin respuesta. Es público. Requiere poco desarrollo y su integración es sencilla. Maneja bloques de datos sin demasiadas barreras. ModBus es un protocolo de transmisión para sistemas de control y supervisión de procesos con control centralizado, puede comunicarse con una o varias Estaciones Remotas (RTU) con la finalidad de obtener datos para la supervisión y control de un proceso industrial. El medio físico de transmisión puede ser un bus half – dúplex o dúplex pudiendo utilizarse en comunicaciones inalámbricas. Atendiendo a detalles más específicos sobre sus características se pueden observar los siguientes: La comunicación es asíncrona y las velocidades varían entre los 75 y los 19200 baudios. El acceso al medio es mediante la estructura maestro /esclavo y el número máximo de estaciones que admite asciende a 64. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 48 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA El intercambio de mensajes entre estaciones puede ser de dos tipos: o Punto a Punto (peer to peer): Con una petición del maestro y una respuesta del esclavo. o Difundidos (Broadcast): Con una demanda del maestro a todos los esclavos sin esperar ninguna respuesta de ellos. Existen dos modos de codificación de los datos de la trama: o ASCII: Enviando dos caracteres (2 bytes) para cada mensaje, pudiendo haber hasta un segundo de tiempo de diferencia entre ellos. Este modo es menos eficiente que el RTU. La codificación es en modo texto. Figura 1-16 – Trama de comando ASCII en ModBus El mensaje contiene los siguientes campos: Inicio de trama: 2 caracteres ASCII (1 byte) codificando el carácter “:” (0x3A). Número Esclavo: 2 caracteres ASCII (1 byte) codificando la dirección del esclavo destino de la trama. Código Operación: 2 caracteres ASCII (1 byte) con el código de operación. Dirección, datos y subfunciones: Contienen los parámetros necesarios para realizar la operación. Control de errores. Final de trama: 4 caracteres ASCII (2 bytes) con los caracteres CR (0x0D) - LF (0x0A). Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 49 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA o RTU (Remote Terminal Unit): Se envían 4 caracteres hexadecimales (4 bits cada uno) para cada mensaje. Este es un modo binario de codificación. Figura 1-17 – Trama de comando RTU en ModBus El mensaje contiene los siguientes campos: Número de esclavo (1 byte). Código de operación o función (1 byte). Subfunciones y datos: Parámetros necesarios para ejecutar la función. Control de errores. La secuencia básica de comunicación en ModBus siempre consiste en una trama de pregunta seguida de inmediato de una trama de respuesta tal y como se puede visualizar en la siguiente Figura 1-18. Figura 1-18 – Secuencia Pregunta-Respuesta en ModBus Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 50 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.10.7.3. Protocolo con Comandos C – MODE Como alternativa al protocolo ModBus se podría implementar los comandos que conforman el protocolo C – MODE cuya utilización es altamente eficaz en redes locales. El inconveniente más visible está en que este sistema difiere dependiendo del tipo de red y por lo tanto su uso es inestable en redes remotas. La gran particularidad de este protocolo es que es emitido por un equipo host y enviado a una unidad de CPU generalmente aunque también puede comunicarse con unidades de comunicaciones serie y tarjetas de comunicaciones serie. Las características más importantes de este protocolo de comunicación son las que a continuación se explican: • El ordenador tiene prioridad alta a la transmisión y por consiguiente, la transferencia de datos entre el ordenador y el autómata comienza cuando el PC envía la primera señal de sincronismo a la unidad de comunicaciones de la CPU. • En una transmisión al conjunto de datos se llama “trama”. La trama de datos enviada por el ordenador a la unidad se llama “trama de comando” (Figura 1-19), mientras que la enviada por el PLC al ordenador se denomina “trama de respuesta” (Figura 1-20). • Cada trama comienza con un número de unidad y una cabecera y finaliza con un código de secuencia de trama y una terminación. La terminación advierte al PLC que la trama enviada ha concluido y por tanto el autómata debe contestar con la trama de respuesta. De forma análoga la terminación en la trama de respuesta enviada por el CPU permite al ordenador conocer que puede volver a enviar otro comando. Figura 1-19 – Trama de comando en C-MODE Figura 1-20 – Trama de respuesta en C-MODE Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 51 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Este protocolo es empleado por lo general para comunicar un PC host con un autómata programable aunque también admite comunicaciones entre PLC’s enviando las tramas de comando y recibiendo las de respuesta vistas en las imágenes Figura1-16 y Figura1-17. Al igual que ocurre en las comunicaciones PC – PLC, las transmisiones y recepciones de trama se comportan de la misma manera aceptando las mismas limitaciones que ello genera. La primera de ellas abarca el número de comandos, es decir, no debe exceder 131 caracteres si lo deseable es realizar una única transmisión. De esta forma el comportamiento de la secuencia es el que sigue: Ordenador @Nº Unidad Cód. Cabecera Texto FCS Terminador --------------------------------------------------------------------------------------------@Nº Unidad Cód. Cabecera Autómata Cód. Fin Texto FCS Terminador Sin embargo, y aunque no es lo normal, puede producirse la obligación de enviar una trama mayor de 131 caracteres. Por ello se debe partir el texto empleando un delimitador en lugar de un terminador que indica al PLC que la información es incompleta. La última secuencia de texto irá acompañada del terminador como indicador de que la información ha sido enviada por completo. En ese instante el autómata contestará con la trama de respuesta. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 52 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA El diagrama que siguen los dispositivos es el que a continuación se genera: @Nº Unidad Cód. Cabecera Ordenador Texto 1 Texto 2 FCS FCS Delimitador Terminador Autómata Delimitador ------------------------------------------------------------------------------------------------@Nº Unidad Cód. Cabecera Cód. Fin Texto FCS Terminador 1.10.7.4. Protocolo con Comandos FINS Son comando que no dependen de una vía de transmisión en concreto, es decir, pueden ser usados para comunicaciones con varias redes (Controller Link p. ejemplo) y para comunicaciones serie (Host Link). Pueden ser emitidos desde una unidad de CPU, Unidades especiales de E/S o desde un equipo host, y también se pueden enviar a cualquiera de ellos. Pueden ser usados en varias operaciones de control como el envío y recepción de datos, cambiar modos de funcionamiento y ejecución de operaciones principalmente. Además de ello hacen posible una comunicación libre con unidades de varias redes y en los bastidores de la CPU con especificar la red, el nodo, y la unidad. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 53 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA También proporcionan comunicaciones estables entre autómatas a través únicamente del puerto serie siempre y cuando no sea el instalado en la CPU. Esto es que se requiere una tarjeta ComBoard acoplada a la CPU con dos puertos para poder realizar con éxito el enlace. De lo contrario este protocolo es inútil de implementar puesto que no acepta el instalado por defecto en el autómata. Las principales características de este tipo de protocolo de comunicación son: • Se definen en el nivel de aplicación y no dependen de los niveles inferiores. Esto les permite ser utilizados en una variedad de redes y buses de la CPU. Esto les permite ser compatibles con Ethernet, Controller Link, redes Host Link, y entre las unidades de CPU y las unidades del bus de CPU. • Se puede acceder a varios tipos de dispositivos además de las unidades de CPU como por ejemplo unidades de bus de CPU, PC’S y tarjetas. • Un nodo de la red puede comunicarse con otros nodos de red en hasta tres niveles (incluida la red local). Los comandos utilizados por las instrucciones de red se denominan Comandos FINS y se dividen en dos grupos según su finalidad: • Para transmitir o recibir datos: SEND (090) y RECV (098). • Comandos arbitrarios: CMND (490). Cuando el comando a emplear es del segundo tipo, este genera una cabecera FINS y la trama es enviada. Al ser recibida, esta cabecera será suprimida. Figura 1-21 – Trama de Comando FINS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 54 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Figura 1-22 – Trama de Respuesta FINS 1.10.7.5. Protocolo PC – LINK Este protocolo se usa para enlazar uno o varios autómatas programables entre sí. La característica principal radica en que cada esclavo y el maestro comparten una zona de memoria determinada. Admite hasta siete esclavos y un maestro que los gobierne, es decir, un total de ocho autómatas programables intercambiando datos entre ellos. Además cada uno tendrá acceso a 10 canales comunes para cada dispositivo por lo que finalmente una red dispondrá como máximo de 80 canales por los que podrá circular información. Los canales designados para en enlace por PC – Link en el que intervengan el máximo número de nodos es el que muestra la Figura 1-23 Figura 1-23 – Mapeado de memoria PC - Link Una de las características de este protocolo es que sigue la pauta marcada por una comunicación Full – Dúplex y, por tanto, el medio físico de interconexión entre equipos debe permitirlo. De no ser así, nunca tendrá lugar la transferencia de archivos. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 55 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.10.7.6. Protocolo libre Es posible comunicarse con dispositivos estándar conectados al puerto RS-232C sin un formato de respuesta de comando. En su lugar, se ejecutan las instrucciones TXD (236) y RXD (235) desde el programa para transmitir datos desde el puerto de transmisiones o para leer datos en el puerto de recepciones. Se pueden especificar las cabeceras de trama y los códigos de inicio. Los datos se pueden colocar entre un código de inicio y uno de fin para su transmisión mediante TXD (236) y RXD (235) puede recibir tramas con ese mismo formato. Cuando se están realizando transmisiones con TXD (236) sólo se transmiten los datos de la memoria de E/S y cuando se están recibiendo datos con RXD (235) sólo se almacenan los datos mismos en la memoria de E/S. Se pueden transferir hasta 256 bytes (incluyendo los códigos de inicio y fin) en modo sin protocolo. La siguiente Tabla 1-6 muestra los formatos de mensaje que pueden configurarse para las transmisiones y recepciones en modo sin protocolo. El formato se determina definiendo los códigos de inicio (ST) y de fin (ED) en la configuración del PLC. Configuración del código de inicio Configuración del código de fin No Sí No Datos (Datos: 256 bytes máx.) Datos + ED (Datos: 255 bytes máx.) Sí ST + Datos (Datos: 255 bytes máx.) ST + Datos + ED (Datos: 254 bytes máx.) CR+LF Datos + CR + LF (Datos: 254 bytes máx.) ST + Datos + CR + LF (Datos: 253 bytes máx.) Tabla 1-6 – Opciones de trama para el Protocolo Libre Cuando se utilicen varios códigos de inicio, será efectivo el primero de ellos. Cuando se utilicen varios códigos de fin, será efectivo el primero de ellos. Si los datos que se están transfiriendo contienen el código de fin, la transmisión de datos se detendrá a mitad de ejecución. En este caso, se debe cambiar el código de fin a CR+LF. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 56 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Se puede especificar un retardo de transmisión sin protocolo (dirección 162) en modo sin protocolo. El mecanismo de este retardo puede verse en el siguiente diagrama. Figura 1-24 – Retraso de transmisión en Protocolo Libre Para expresar de una manera gráfica los diferentes formatos del mensaje a enviar/recibir se comprueban las siguientes imágenes: • Sin código de inicio ni código de fin: Figura 1-25 – Trama sin código de inicio ni de fin en Protocolo Libre • Solamente código de inicio Figura 1-26 – Trama con código de inicio (ST) en Protocolo Libre • Solamente código de fin. Figura 1-27 – Trama con código de fin en Protocolo Libre Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 57 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • Con código de inicio y código de fin. Figura 1-28 – Trama con código de inicio y de fin en Protocolo Libre • Con código de fin expresado como CR + LF. Figura 1-29 – Trama con código de fin como CR+LF en Protocolo Libre • Con código de inicio y código de fin como CR + LF. Figura 1-30 – Trama con código de inicio y de fin como CR+LF en Protocolo Libre La siguiente Tabla 1-7 muestra las funciones de comunicación sin protocolo disponibles en los PLC de la serie CS/CJ. Dirección de transferencia Transmisión de datos (PLC Dispositivo externo) Recepción de datos (Dispositivo externo PLC) Método Ejecución de TXD en el programa Ejecución de RXD en el programa Cantidad de datos Máx. 256 Bytes 256 Bytes Formato de trama Cód. Cód. Fin Inicio Sí: 00 hasta FF No: Ninguna Sí: 00 hasta FF o CR + LF No: Ninguna Otras funciones Enviar tiempos de retraso* --- Tabla 1-7 – Instrucciones de comunicación en Protocolo Libre Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 58 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA (*) Retraso entre la ejecución de TXD y el envío de datos desde el puerto especificado): 0 a 99.990 ms (unidad: 10 ms) Se puede especificar un retardo de transmisión o un “retardo de modo sin protocolo” en la configuración del PLC (dirección 162). Esta selección provoca un retraso de hasta 30 segundos entre la ejecución de TXD (236) y la transmisión de datos desde el puerto especificado. 1.10.7.6.1 Procedimiento Configuración del autómata desde un software de programación Alimentación a OFF Conexionado de la CPU y el dispositivo externo al puerto RS232C Configurar los botones DIP del autómata con el pin 5 a OFF Alimentación a ON PLC Dispositivo externo Ejecución de TXD Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial Dispositivo externo PLC Ejecución de RXD - 59 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.10.7.6.2 Especificaciones de Comunicación Datos Descripción Modo de Comunicaciones Full-Dúplex. Velocidad Mensajes (estructura de la trama de comunicaciones) Envío de mensajes Recepción de mensajes Longitud máxima del mensaje Conversión de datos Protocolo de comunicaciones Tiempo de retardo de los mensajes Puertos RS-232C/485: 1200/2400/4800/9600/19200/38400/57600 bps Configuración por defecto: 9600 bps 1. Solamente datos (sin código de inicio y fin). 2. Código de inicio + datos. 3. Datos + Código de final. 4. Código de inicio + datos + Código de final. 5. Datos + CR + LF. 6. Código de inicio + datos + CR + LF. Código de inicio Ninguno ó de 00 a FF Hex. Código de final. Ninguno ó de 00 a FF Hex. Configurar el número de Número de bytes de datos bytes de datos recibidos recibidos durante la entre 1 y 256 bytes cuando recepción. las tramas son 1 y 2. • Tarjeta de comunicaciones serie: Instrucción TXD. • Unidad de comunicaciones serie: Instrucción TXDU. • Tarjeta de comunicaciones serie: Instrucción RXD. • Unidad de comunicaciones serie: Instrucción RXDU. Envío y recepción: Hasta 259 bytes, incluidos los códigos de inicio y final. (Hasta 256 bytes excluidos los códigos de inicio y final). No hay conversión. Ninguno Cuando una instrucción TXD (236) ó RXD (256) es ejecutada, puede existir un retardo hasta el envío de los datos por el puerto. Rango de configuración: De 0 a 300 Seg. (De 0 a 300,000 ms.) en saltos de 10 ms. Contador de bytes recibidos Limpieza del buffer de recepción Número de datos de bytes recibidos (0 a 256 bytes). El búfer de recepción es limpiado automáticamente al ejecutar la instrucción RXD (235) ó RXDU (255). Tabla 1-8 – Especificaciones de comunicación en Protocolo Libre Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 60 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.10.7.6.3 memoria. Indicadores y banderas del área auxiliar de Es importante conocer de alguna forma el estado de las variables que conforman la comunicación formada en el puerto RS-232C. Para ello se detalla a continuación los bits de algunos canales que aportan tal información y que además es útil para afrontar condiciones de ejecución. Se debe destacara que cada una de las banderas que a continuación se detallan, hacen mención a la función la cual han sido programadas atendiendo a una configuración de la comunicación establecida entre equipos cuyo protocolo establece un software de protocolo libre. • Canal A392: o Dirección A392.04: Port Error Flag Este bit conmuta a nivel alto su estado en el momento en que detecta un error en la comunicación empleada. Por ello se debe leer continuamente para cerciorarse de que no existen tramas erróneas o inhabilitación de la red. Su formato es únicamente de lectura. Sincronización de refresco: Se borra cuando al conectarse la alimentación. Se pondrá en ON si se produce un error de comunicaciones en el puerto RS-232C. Conmuta a OFF al reiniciarse el puerto. Inhabilitado en los modos de bus de periféricos y NT Link. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 61 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA o Dirección A392.05: RS-232C Port Send Ready Flag Esta bandera es empleada únicamente en comunicaciones configuradas como protocolo libre, es decir, como en el presente caso. Este indicador ejerce de control sobre la transmisión de datos por el puerto serie de tal manera que habilitará la comunicación en el instante en que el puerto sea capaz enviar la trama. Este bit podría ser útil en la ejecución de la instrucción TXD (236), adjudicando la condición sine qua non se podrá leer la información recepcionada en el búfer. o Dirección A392.06: RS-232C Port Reception Completed Flag La presente bandera conlleva la responsabilidad de indicar en todo momento la recepción completa de la trama. Este bit se establecerá como activo a nivel alto en el instante en el cual se reciban los datos almacenados en el búfer de recepción. Su uso es únicamente establecido en comunicaciones de protocolo libre. En función de las características de configuración del puerto, el bit se activará siguiendo los presentes casos: 1. Definido un número concreto de bytes a recibir menor de 256, conmutará al recepcionar esa cantidad establecida. 2. Configurado con elementos finalizadores de trama tales como retorno de carro (CR) y el sato de línea (LF), el puerto al leer cualquiera de estos códigos de fin tomará la información como recibida completamente. 3. Definido el valor máximo de bytes (256), al contabilizar ese número se dará por concluida la recepción de datos. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 62 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA o Dirección A392.07: RS-232C Port Reception Overflow Flag Este indicador muestra un desbordamiento de la información recibida en el puerto serie, es decir, se produce un “choque” de datos por una lectura tardía de la información o una llegada temprana. Se dan dos casos en función de la configuración del puerto serie siempre y cuando se establezca como protocolo libre: 1. Especificado el número de bytes a recibir menor de 256, este bit conmuta a nivel alto al recibir información sin haber ejecutado la orden de lectura del dato anterior almacenado en el búfer. De ocurrir este fenómeno, se podría llegar a leer un dato completamente diferente por sobre-escritura por lo que resulta de gran utilidad el conocimiento de la posible causa de un dato erróneo. 2. Especificado un código de finalización. Dada la recepción completa de un dato, incluidos los finalizadores (CR y LF) pero sin llegar a ejecutar la instrucción de lectura RXD (235), es decir la información se aguarda en el búfer de entrada, se produce “Overflow” al recibir más información al búfer. También se pude producir este fallo al recepcionar 257 bytes antes de leer los códigos de finalización de trama. • Canal A393: RS-232C Port Reception Counter Indica, en sistema binario, el número de bytes recibidos por el puerto serie. Esta bandera es una mera indicadora para conocer que no se ha recibido menos información de la solicitada. • Canal A526: o Dirección A526.00: RS-232C Port Restart Bit Al configurar el puerto serie en el cual se define la longitud de trama, velocidad, paridad y en definitiva cualquier variable que intervenga en el proceso de comunicación, el autómata podría llegar a no guardar los cambios y hacerlos patentes en el puerto. Por ello es interesante conocer la utilidad de esta dirección de memoria. Este bit reinicia el puerto serie del PLC lo cual es de gran ayuda para cerciorarse de que los cambios producidos en la configuración, son absorbidos correctamente por el dispositivo. De esta manera y de forma manual, se establece un valor alto en esta dirección de memoria y automáticamente al completarse el reinicio el autómata vuelve a conmutar a nivel bajo. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 63 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA o Dirección A526.01: Peripheral Port Restart Bit De igual manera, existe un bit que reinicia el puerto periférico y su función es muy similar a la descrita para el puerto RS-232C. En este caso no se empleará este bit puesto que la comunicación a realizar se establece únicamente por el puerto serie. Posee un formato de lectura y de escritura. Sincronización de refresco: Borrado cuando se conecta la alimentación. En ON al reiniciar el puerto RS-232C (excepto en las comunicaciones en el modo bus de periféricos). • Canal A528: o Dirección A528.00 al A528.07: RS-232C Port Error Flags Se ha visto como la dirección A392.04 indicaba la presencia de un error producido en la comunicación, sin embargo se desconoce en qué consiste tal fallo. Para ello se emplea una codificación de los bits 0 al 7 del canal A528 de tal forma que con leer esta dirección se puede conocer dónde radica el error y poder subsanarlo. Una vez leído el error, para borrar el registro se debe reiniciar el puerto serie para lo cual se ejecuta el bit A526.00. Los errores pueden ser codificados de la siguiente forma: Bit 0 y 1: Sin usar. Bit 2: Error de paridad. Bit 3: Error de trama. Bit 4: Error de sobre escritura. Bit 5: Error de timeout. Bit 6 y 7: Sin usar. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 64 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Puede ser utilizado como elemento de lectura y de escritura. Sincronización de refresco: Borrado cuando se conecta la alimentación. Cuando se produce un error en el puerto RS-232C, se guarda el correspondiente código de error. Dependiendo del sistema, puede que el indicador se borre cuando se reinicie el puerto RS-232C. Inhabilitado en el modo de bus de periféricos. En el modo NT Link sólo está habilitado el bit 05 (error de tiempo de espera). • Canal A619: o Dirección A619.02: RS-232C Port Settings Changing Flag Esta bandera permanecerá activa a nivel alto mientras se la configuración de la comunicación del puerto serie es cambiada. Por lo general no debería activarse nunca a menos que el usuario desee cambiar la configuración online. Acceso de lectura y de escritura. Sincronización de refresco: Borrado cuando se conecta la alimentación. Se pone en ON mientras se modifican las condiciones de comunicación del puerto RS-232C. Se pone en ON cuando se ejecuta la instrucción CHANGE SERIAL PORT SETUP (STUP (237)). Se vuelve a poner en OFF cuando finalizan los cambios en la configuración. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 65 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.10.7.6.4 Canales de configuración para el puerto RS-232C Para realizar una comunicación en protocolo libre se ha de configurar previamente el puerto serie a emplear, en este caso el puerto RS-232C incorporado en la CPU del autómata CJ1M. Se ha visto como realizar tal comunicación mediante el panel de Configuración incorporado en la herramienta software Cx-Programmer, no obstante cabe la posibilidad de modificar las variables que componen la configuración de forma indirecta a través de unos canales de memoria internos: Direcciones para la consola de programación Word Bit 162 Del 0 al 15 164 Del 0 al 7 Del 8 al 15 12 165 Descripción Retardo de envío en protocolo libre. Código de inicio. Código de fin. Indica si se usa el código de inicio 8y9 Indica el código de terminación Del 0 al 7 Número de bytes de datos a recibir Configuración De 0000 a 210F Hex. De 0 a 99,99 ms (en saltos de 10ms) De 00 a FF Hex. De 00 a FF Hex. • 0: No. • 1: Sí. • 00: No tiene. • 01: Usa código. • 11: Usa CR + LF 00: 256 bytes. De 01 a FF Hex. Tabla 1-9 – Direcciones en Protocolo Libre Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 66 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.10.8. Instrucciones de Red 1.10.8.1. Instrucción TXD (236) Figura 1-31 – Instrucción TXD Permite realizar el envío de un número específico de bytes de datos desde el puerto RS-232C de la CPU ó por uno de los puertos serie de las tarjetas de comunicaciones serie (solo en autómatas CS) cuya configuración debe de estar en modo protocolo libre. Los datos solamente pueden ser enviados cuando el indicador de envío disponible está a ON, y pueden ser enviados hasta 259 bytes, incluyendo los datos a enviar (máx. 256 bytes), el código inicio y el código de terminación. Para su ejecución se deben completar cada uno de las variables que componen la instrucción siendo las que a continuación se detallan: • Source (S): Se establece la dirección en la cual está contenida la información a transmitir. • Control (C): Se define el puerto por el cual enviar la trama. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 67 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA o Bit 0 al 3: Orden de transmisión de bytes. 0: Byte más significativo primero. 1: Byte menos significativo primero. o Bit 4 al 7: Control de señal RS y ER. 0: Sin control de señal. 1: Control de señal RS. 2: Control de señal ER. 3: Control de señal RS y ER. o Bit 8 al 11: Especificación del puerto serie. 0: Puerto RS-232C de la CPU. 1: Puerto 1 de la tarjeta de comunicaciones serie. 2: Puerto 2 de la tarjeta de comunicaciones serie. o Bit 12 al 15: Especificación del puerto. 0: Puerto RS-232C de la CPU. 1: Puerto RS-422A. • Número de bytes (N): Número de bytes a transmitir. Este valor admite hasta el número decimal 256 (0100 Hex). Como se aprecia en la Figura J. se puede ejecutar la instrucción TXD de dos formas distintas pero con el mismo fin siendo: • TXD (236): Realiza la transmisión de datos siempre que se le suministre una acción de ON continua a la salida. • @TXD (236): Se observa que la instrucción es la misma con la salvedad del signo “@” que precede a la orden. Este indicador significa diferenciación ascendente. Esto significa que la transmisión de datos será llevada a cabo cuando la condición que activa la orden pase de OFF a ON y no se ejecuta en los ciclos siguientes. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 68 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.10.8.2. Instrucción RXD (235) Figura 1-32 – Instrucción RXD Permite realizar la lectura de un número de bytes especificado desde el puerto RS-232C de la CPU ó por uno de los puertos serie de las tarjetas de comunicaciones serie (solo en autómatas CS), cuya configuración se define en modo protocolo libre. Los datos solamente pueden ser leídos cuando el flag de recepción completada está a ON, y pueden ser leídos hasta 259 bytes, incluyendo los datos a enviar (máx. 256 bytes), el código inicio y el código de terminación. Para dar comienzo la ejecución de la orden se deben definir previamente las siguientes variables que la conforman: • Destino (D): Dirección en la cual se almacenarán los datos recibidos. • Control (C): Se define el puerto por el cual recibir la trama. Para este caso, al pretender comunicarse por el puerto serie se define con el valor #0000 (Puerto RS-232C). o Bit 0 al 3: Orden de transmisión de bytes. 0: Byte más significativo primero. 1: Byte menos significativo primero. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 69 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA o Bit 4 al 7: Control de señal CS y DR. 0: Sin control de señal. 1: Control de señal CS. 2: Control de señal DR. 3: Control de señal CS y DR. o Bit 8 al 11: Especificación del puerto serie. 0: Puerto RS-232C de la CPU. 1: Puerto 1 de la tarjeta de comunicaciones serie. 2: Puerto 2 de la tarjeta de comunicaciones serie. o Bit 12 al 15: Especificación del puerto. 0: Puerto RS-232C de la CPU. 1: Puerto RS-422A. • Número de bytes (N): Número de bytes a recepcionar. Este valor admite hasta el número decimal 256 (0100 Hex). Se puede definir esta variable con la dirección A393 cuyo contenido se ha explicado en “Indicadores y banderas del área auxiliar”, y en resumen almacena los bytes recibidos. Como se aprecia en la Figura J. se puede ejecutar la instrucción TXD de dos formas distintas pero con el mismo fin siendo: • RXD (235): Realiza la recepción de datos siempre que se le suministre una acción de ON continua a la salida. • @RXD (235): Se observa que la instrucción es la misma con la salvedad del signo “@” que precede a la orden. Este indicador significa diferenciación ascendente. Esto significa que la llegada de datos será llevada a cabo cuando la condición que activa la orden pase de OFF a ON y no se ejecuta en los ciclos siguientes. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 70 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.10.8.3. Instrucciones de diferencial ascendente Tanto la instrucción de transmisión TXD (236) como la de recepción RXD (235) presentan la posibilidad de ejecutarse mediante un diferenciador ascendente. No obstante cabe la posibilidad de emplear éstas órdenes sin diferenciador. En realidad sí se emplea la diferenciación ascendente, con la salvedad de utilizarlo en la instrucción de entrada en lugar de en la instrucción de salida de transmisión/recepción. 1.10.8.3.1 Instrucciones de salida: La instrucción sólo se ejecuta durante el ciclo en el que la condición de ejecución se activa (ON) (OFF → ON) y no se ejecuta en los ciclos siguientes. Figura 1-33 – Instrucción de salida diferencial 1.10.8.3.2 Instrucciones de instrucciones intermedias): entrada: (Inicios lógicos e La instrucción lee el estado del bit, realiza comparaciones, comprueba bits o lleva a cabo otro tipo de procesamiento en cada ciclo y emite una condición de ejecución ON (flujo de alimentación) cuando el resultado cambia de OFF a ON. La condición de ejecución se pondrá en OFF en el ciclo siguiente. Figura 1-34 – Instrucción de entrada diferencial Para la realización de las comunicaciones se empleará la diferenciación ascendente como sistema de control de transmisión/recepción de los datos de tal forma que únicamente se podrán ejecutar las órdenes en cambios de estado de las condiciones de ejecución. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 71 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.11. ELECCIÓN DE LA SOLUCIÓN ADOPTADA 1.11.1. Según la Vía de Comunicación En primera instancia se debe señalar que este proyecto viene impuesto por la necesidad de realizarse de forma inalámbrica, es decir, no se entrará a valorar el por qué de un sistema cableado en cuanto a los detalles técnicos sino que su elección viene marcada inicialmente. Dicho esto únicamente se van a contemplar las propuestas realizadas en el estudio de sistemas inalámbricos. Teniendo en cuenta las dos soluciones posibles para llevar a cabo el proceso de comunicación inalámbrica, se valora detalladamente las ventajas e inconvenientes de los mismos. Como se puede observar, las pequeñas diferencias son las que marcan la decisión final puesto que son dos sistemas totalmente válidos y eficaces que satisfacen con creces el objetivo principal del proyecto. Como se ha mencionado en la introducción del documento, la Universidad de La Rioja está ligada con el Ayuntamiento de Logroño, el cual tiene un proyecto en manos con la E.T.A.P. Por ello se le suministró un maletín con todos los componentes necesarios para llevar a cabo ambas soluciones. Sin embargo, la disposición para realizar el proyecto empleando en canal GSM es nula. Esto es debido a que para poder mandar o recibir mensajes al router, debe poseer una tarjeta 3G de telefonía móvil con la cual ha sido imposible abastecerse. Por ello, la única solución posible radica en el empleo de la comunicación por radio – frecuencia. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 72 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.11.2. Según el Protocolo de Comunicación Este proyecto tiene una finalidad muy concreta; mantener la comunicación entre nodos en todo momento. Para ello el enlace deberá ser de calidad y sin fisura alguna para evitar fallos en la transmisión y recepción de datos. Teniendo en cuenta estos requisitos, el estudio del protocolo de comunicación a usar adquiere una gran importancia debido a que debe ser eficaz y compatible con los equipos. El material a comunicar está formado por un radio – módem con la particularidad de que el canal por el que transmite es transparente, es decir, permite prácticamente cualquier compatibilidad con todos los protocolos. La problemática se presenta cuando la compatibilidad del autómata, con el que está enlazado, limita las opciones a emplear. Como se ha comentado, El CJ1M CPU – 12 ETN de Omron posee muchas dificultades a la hora de implementar los diferentes protocolos ya bien sea por problemas internos del autómata o por simples motivos de interconexión con el módem. Es el caso del protocolo por Comandos FINS al no poder ser aceptado por el autómata a pesar de que la configuración del mismo es muy simple y la definición de la red sencilla. Para poder llevar la elaboración de este protocolo es necesaria una tarjeta ComBoard y desarrollarlo mediante la herramienta CX – Protocol. A pesar de que puede resultar un proceso largo y elaborado, el principal inconveniente es que este autómata no incorpora un sistema de implementación de la tarjeta ComBoard, por tanto este método ha sido descartado. Algo parecido sucede con ModBus. No hay que olvidar que este protocolo se puede distinguir en dos tipos: RTU o ASCII. Usando ModBus RTU hay que tener en cuenta que los tiempos de recepción de datos están topados por un tiempo mínimo que, de darse, produciría un error en la secuencia. Esto es posible que ocurra si el enlace radio se rompe y por tanto esta forma de comunicarse sería inválida. Por otro lado, el empleo de ModBus ASCII soluciona este inconveniente. En principio no existen problemas para que esta herramienta pueda ser utilizada para llevar a cabo la comunicación, sin embargo, este protocolo precisa de una tarjeta expansora de comunicación serie para poder ser empleada. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 73 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Comparte con los Comandos FINS cierta similitud en cuanto a que la comunicación por trama FINS convierte los datos en comandos ModBus RTU/ASCII. Otra forma de comunicación recae sobre el protocolo PC – Link. Como ya se conoce, su empleo es muy fácil de usar, simple de mantener y cambiar además de ofrecer una configuración muy básica. Sin embargo, este protocolo utiliza una comunicación Full – Dúplex mientras que el equipo radio, al que debe estar conectado, funciona mediante Half – Dúplex. Esto imposibilita las opciones de implementar este protocolo. Una vez deshechos estos métodos, se analizan los otros medios de comunicación incorporados y compatibles con Omron: Comandos C – MODE y Protocolo Libre. La característica más importante de los comandos C – MODE es que se transmiten desde un equipo host a una unidad de CPU, una unidad de comunicaciones serie o una tarjeta serie. En definitiva se comporta mediante un protocolo Host – Link por lo que su empleo puede funcionar en el autómata. Sin embargo, y a pesar de su rápida ejecución, existen otros protocolos en los cuales no sea necesario determinar una trama de comando para conocer los datos de una zona de memoria. De igual forma la vía en la que llegan los mensajes, es decir la trama de respuesta, viene conformada por una secuencia no íntegra de datos sino de cabeceras de error, número de cabecera… Debido a que la complejidad es menor en otros protocolos se desestima tal opción. Finalmente la opción más fácil de implementar sin necesidad de convertir las cadenas de datos ni realizar instrucciones concretas es el Protocolo Libre. Como ya se ha visto, posee la capacidad de generar una código de inicio y de fin o de funcionar sin cabeceras ni terminadores por lo que es el método más simple de crear y sencillo de ejecutar a través de las instrucciones TXD y RXD Además su uso es permitido por la CPU, el equipo radio – módem y además permite viajar por ondas de radio. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 74 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.11.3. Configuración de los Autómatas Este paso es el más delicado de todo el proyecto de forma que si la comunicación no se realiza con éxito, el problema vendrá de una mala configuración de los autómatas. Como se ha indicado anteriormente es una red en estrella, es decir, el nodo central es el que dirige el tráfico de información y el que estará ubicado en la potabilizadora principal. Esta tarea es diseñada en el campo del puerto de periféricos que será la conexión física que se empleará mediante un cable CIF (CS1W-CN226) entre el autómata y el ordenador de control. Las herramientas software que se deberán emplear vienen provistas mediante el paquete informático Cx-One en el cual se emplearán los siguientes programas: • Cx-Programmer: Herramienta básica de programación de PLC’s en la cual se pueden definir el autómata a emplear, el protocolo a inyectar, la configuración de los puertos o el software de programación de variables a transferir. • Cx-Integrator: Este programa es utilizado comúnmente en automatizaciones que requieran comunicaciones en red, por lo que con esta herramienta se definen las hojas de rutas definiendo qué puerto emplear, el número de unidad y asignar cuántas redes sean necesarias para llevar a cabo el enlace entre equipos. Previamente a comenzar el diseño de la configuración de los puertos, se debe definir la posición de los interruptores DIP que el autómata posee. Para más información acerca de estos elementos consultar el Anexo “2.5.1.2.1. Componentes de la CPU”. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 75 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA El estado de todos los interruptores debe permanecer a OFF. La explicación por la cual se ha definido es explicada en los siguientes puntos: • Pin 1: Permite el acceso a la memoria del programa de usuario siempre y cuando se mantenga en OFF. • Pin 2: Este pin sirve para transferir el programa de usuario al autómata de manera manual o automática al suministrar energía. Por ello se define en estado apagado para evitar una transferencia indeseada. • Pin 3: No se emplea por lo que se deja en OFF. • Pin 4: Si está en ON utiliza los parámetros de puertos de periféricos especificados en la configuración del PLC, y en OFF detecta automáticamente los parámetros de la consola de programación o de CXProgrammer en el puerto de periféricos. Este puerto al no pertenecer a la red inalámbrica carece de importancia su configuración, no obstante, para evitar una desconexión con el ordenador de control se ejecuta como OFF para que detecte automáticamente los parámetros. • Pin 5: Si está en ON detecta automáticamente los parámetros de CXProgrammer en el puerto RS-232C, y en OFF utiliza los parámetros del puerto RS-232C especificados en la configuración del PLC. Por obligación deberá permanecer a OFF, esto es debido a que el protocolo libre se define en el puerto RS-232C y los cambies deben surtir efecto en el autómata recogiendo lo definido. • Pin 6: Es un pin definido por el usuario y por defecto está en OFF. • Pin 7: En OFF verifica el contenido de la tarjeta de memoria mientras que a ON escribe los datos desde la CPU a la tarjeta o viceversa. Por defecto se precisa únicamente que se verifique el contenido de la tarjeta de tal manera que se mantiene a OFF. • Pin 8: Siempre OFF. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 76 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.11.3.1. Configuración de la tabla de rutas Las comunicaciones entre equipos deben seguir un camino marcado por una hoja de rutas en la cual se definen las variables necesarias para que los datos sean transferidos con éxito y sin fisuras. Para ello se emplea la herramienta Cx-Integrator, como anteriormente se ha descrito, siguiendo los siguientes pasos: 1. Se inicializa el programa Cx-Integrator instalado previamente en la carpeta Cx-One del equipo. 2. En primera instancia se accede a la pestaña de “Red” en el menú superior desplegándose un listado en el cual se pulsará la opción de “Configuración de Comunicaciones”. 3. Automáticamente aparecerá un menú en el cual se seleccionará el tipo de dispositivo PLC (CJ1M) el cual participa en la red. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 77 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 4. Seguidamente, se pulsa el botón “Configurar” ubicado a la derecha del menú desplegable “Tipo de dispositivo” en el que se seleccionará el número de CPU (CPU12) del que dispone el autómata. De esta forma se podrá acceder de manera online a la configuración de red del equipo. 5. A continuación se presiona el botón de “Online” como se ha mencionado para definir la red. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 78 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Automáticamente el software ha detectado los dispositivos susceptibles de albergar una red de comunicaciones siendo éstos: • La CPU del autómata. • La unidad Ethernet. Este proyecto no emplea la comunicación por puerto Ethernet por lo que se anulará de tal forma que sea como si no estuviera instalada en el maletín portátil. Debido a esto último, la unidad Ethernet presenta un indicador LED rojo en el puerto de error ya que se ha “desinstalado” del maletín. 6. El siguiente paso consta de crear la tabla de rutas por lo que en el menú superior del programa se accederá a la pestaña de “Herramientas” y en el desplegable pulsar la opción de “Iniciar tabla de rutas”. Automáticamente aparece por pantalla la siguiente ventana tal y como muestra la Figura 1-35. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 79 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Figura 1-35 – Panel de tabla de rutas Referenciado con un círculo rojo se indican las unidades de las que dispone el autómata CJ1M CPU12. Como se observa puede albergar hasta un máximo de 15 unidades con una ampliación por tarjeta interna, la cual no está instalada, y dos unidades extras más que configuran el puerto serie y el puerto periférico. Bordeado con un círculo de color azul se representan estas unidades desde la 00 hasta la 15 y debajo de éstas se insertan las unidades extras comentadas en el párrafo anterior. En la parte inferior de la pantalla y señalado con un círculo verde se indica a qué autómata va ir asignada la red que se designe en cada unidad o unidades. Además permanece la constancia de que el equipo permanece conectado y susceptible de modificación. Definidos los elementos de la pantalla se da comienzo a la configuración y asignación de la red. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 80 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Este proyecto comunica el autómata con otro equipo a través del puerto serie por lo que la red que se debe definir se verá marcada en la unidad 252 (PORT) correspondiente al puerto RS-232 del PLC. 7. Por ello se presiona el botón derecho encima de la Unidad 252 y se acciona “Insertar Unidad SIOU CPU”. Por pantalla se muestra la siguiente ventana en dónde se define el número de red, en este caso “Número de red local 1” debido a que es la primera y única red que se dispondrá a lo largo del proyecto. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 81 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 8. Esta red creada debe ser transferida al autómata para que los cambios surjan efecto, por ello se presiona la pestaña superior del menú principal “Opciones/Transferir al PLC”. Para cerciorarse de que la red local se ha creado con éxito se presiona la vista de tabla en la que aparece como en la unidad SIOU 252 se ha creado la red local nº 1. De esta forma se ha creado la tabla de rutas necesaria para que el autómata sepa por dónde enviar la información que llegue al puerto serie. Una visión más generalizada se puede obtener de la pantalla inicial dónde se aprecia como existe una red saliente de la Unidad SIOU 252 llamada “Red Local #1” tal y como expresa Figura 1-36. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 82 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Figura 1-36 – Panel de tabla de rutas Terminada la red, únicamente se ha declarado que a través del puerto RS-232C de un PLC se genera la red local #1 y que, al poseer un módem de protocolo transparente, se alarga hasta la entrada del autómata remoto. Para concluir la red, se deben realizar los mismos pasos en la otra estación para concluir de implementar la red descrita. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 83 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.11.3.2. Configuración del protocolo Anteriormente se han descrito los principales protocolos de comunicación existentes y en qué manera repercutían en el proyecto. Según el análisis de éstos se ha podido descartar hasta llegar a la conclusión final, siendo ésta la utilización del protocolo libre como configuración a llevar a cabo. Para ello se empleará la herramienta del paquete informático Cx-One llamada Cx-Programmer. Este tipo de software es empleado para la configuración de autómatas y declaración de variables internas de los mismos. A continuación se describirán los pasos a seguir para la puesta a punto del PLC en su futura utilización con el protocolo libre: 1. Se ejecuta la aplicación Cx-Programmer y se presiona en la pestaña “Archivo/Nuevo Proyecto” en la cual aparecerá la siguiente ventana: En el apartado “Tipo de dispositivo” se busca hasta encontrar el modelo CJ1M y a continuación presionando en “Configurar” se mostrará por pantalla el presente cuadro: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 84 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA En él, se señala que tipo de CPU dispone el autómata seleccionado anteriormente. En este caso se debe marcar la opción CPU12. Con ello se ha definido el tipo de PLC del cual se dispone de tal manera que se puedan entender el PC con el autómata, en caso contrario la comunicación sería imposible. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 85 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Este proyecto no sólo abarca un dispositivo programable como es el CJ1M CPU12, sino que además aporta tarjetas expansoras de habilitación para enviar o recibir señales externas tanto analógicas como digitales. Además, y aunque no sea necesario para la realización del proyecto, adjunta una unidad Ethernet capaz de crear otro tipo de red mediante direcciones IP. Por ello se debe crear una tabla de entradas/salidas y unidad para dar constancia de que estos dispositivos están físicamente unidos al autómata de tal forma que puedan ser usados con vistas a futuras ampliaciones del proyecto. 2. Para crear esta tabla se debe acceder a la izquierda de la pantalla principal en la que aparece “Configurar tabla de E/S y unidad”. 3. A continuación se genera la ventana en la cual, a través del bastidor principal, se irán definiendo cada elemento que conforman los adheridos a la CPU. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 86 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 4. De esta forma se pincha en “Agregar Unidad” de tal modo que se irán seleccionando de cada grupo los pertinentes dispositivos como se indica en la siguiente ilustración. • Adaptador de Comunicaciones: CJ1W-ETN21 • E/S de Uso General: CJ1W MAD42 • E/S Básicas: CJ1W MD232 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 87 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Para cada elemento se debe designar un número de unidad dentro de la red local creada en la tabla de rutas. Dado que se ha establecido cada nodo como un conjunto de dispositivos y no de manera individual, se definen todos con la misma unidad siendo ésta la “Unidad 0”. En el caso del módulo de entradas y salidas básicas MD232, no se establece ningún número de unidad dado que este dispositivo no requiere definición de tal parámetro. Por ello únicamente presionando en el módulo correspondiente se asigna automáticamente a la tabla de E/S. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 88 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Figura 1-37 – Tabla de E/S 1.11.3.3. Configuración de los puertos En la declaración de la red mediante el Cx-Integrator se ha explicado como la red que se usará como enlace entre nodos (Red local #1), parte del puerto serie de cada autómata. Por tanto se deberá configurar con el protocolo elegido (Protocolo Libre) el puerto serie RS-232 de cada PLC en base a las características de mencionado protocolo. Los pasos a seguir para llevar a cabo esta tarea se detallan a continuación: 1. En la ventana principal del Cx-Programmer, se encuentra situada a la izquierda la opción “Configuración”. Una vez abierta se situará en pantalla la siguiente ventana: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 89 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA La pestaña arranque muestra las opciones por defecto que presenta el dispositivo en el momento en que se le suministra la energía de alimentación. El objetivo es que el autómata funcione de manera autónoma una vez programado, es decir, la comunicación siempre esté abierta. Por defecto, estos dispositivos en el momento en que falla el suministro eléctrico y vuelven a arrancar, comienzan en modo programa, esto es, que se prepara para ser configurado de nuevo. Durante la realización del proyecto no importará como arranque la máquina puesto que se deberá programar continuamente pero sí adquirirá importancia en el futuro. Esto es consecuencia de que puede darse el caso de fallar la fuente de alimentación, interrumpir el programa y una vez restaurada debe volver al mismo punto. 2. Por ello se marcará la casilla de “Modo” como “Monitor”. 3. A continuación se avanzan las pestañas superiores hasta llegar a “Puerto de Host Link” en la que se encuentran las siguientes opciones de configuración: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 90 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Figura 1-38 – Configuración Puerto RS-232C En este apartado se modifican las variables de configuración del puerto de tal forma que se defina el protocolo libre descrito. A continuación se procede a describir cada una de las variables que conforman el puerto serie: • Configuración de comunicaciones El programa ofrece la posibilidad de dos tipos de configuración dependiendo de los requisitos a cumplir: o Estándar: Cumple con los requisitos tipificados según el autómata electo. En este caso la velocidad marcada es de 9600 Baudios, la longitud de trama es de 7 bits, emplea 2 bits de STOP y la paridad es par. o Personalizada: El usuario define los parámetros de velocidad, longitud de trama, bits de STOP y paridad a su gusto Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 91 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Con la definición de estas variables únicamente define la característica del mensaje, no la vía ni el modo de comunicación. Por ello en primera instancia carece de importancia la adjudicación de estos valores. • Modo Este apartado es el más importante en cuanto a la configuración del puerto se refiere, puesto que señaliza de qué forma se comunicará el autómata. Dentro de las opciones que se establecen: o o o o o o Host Link. NT Link. RS-232C ToolBus. Puerta de enlace serie. PC Link (Maestro/esclavo). Se selecciona la casilla de “RS-232C” que representa el uso del puerto serie incorporado en la CPU del autómata. Hasta ahora se ha establecido el formato de la trama y la forma en que se va a enviar por el puerto serie. Sin embargo el protocolo libre establece que se debe definir un código de inicio y otro de finalización para que el autómata reconozca cuándo termina cada trama. Por ello al pulsar la casilla del Modo de comunicación como RS232C se habilitan las siguientes opciones: Estos códigos definen la manera en la que la CPU detecta cuándo empieza una trama y cuándo termina, de tal manera que en el momento en que detecta el valor marcado por el usuario, conoce si ha recibido completamente la información o si por el contrario va a comenzar a recibir. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 92 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Obviamente, estos códigos ocupan memoria en la trama, es decir, al enviar cada palabra se deberá tener presente estos indicadores como una parte importante de la misma. Por ello la configuración permite inhabilitar uno de los código, en concreto el de inicio. Obviamente, conocido el código de fin, la CPU reconoce en qué momento se ha recibido toda la información de la palabra y por tanto el siguiente paquete de información que reciba corresponderá a la siguiente palabra. Las formas de marcar estos indicadores vienen impuestas según la Figura X siendo la descripción la siguiente para cada uno: • Código de inicio: o Inhabilitado: Es la opción descrita que permite prescindir de uno de los códigos. o Selección: Valor hexadecimal que marca el inicio de la palabra a enviar. • Código de fin: o Bytes recibidos: La CPU comienza a recibir información contabilizando el número de bytes hasta llegar a 256. En ese instante todo lo que llegue después será considerado como información de otra palabra. Tiene la ventaja de prescindir siempre de un código de fin en cada trama, sin embargo la información a recibir está acotada por un máximo de 256 bytes. o CR, LF: Representa el retorno de carro (CR) y el salto de línea (LF). Suele ser la opción más utilizada como términos finalizadores puesto que el retorno de carro representa el movimiento del cursor hacia el inicio y el salto de línea el comienzo de la palabra en otro nivel. De esta manera se organizan las palabras por líneas. La CPU identifica estos elementos debido a su asignación como código ASCII siendo este en decimal el 13 para el CR y el 10 para el LF. o Código de fin seleccionado: Presenta el mismo formato que en el código de inicio por selección, es decir, se define un valor hexadecimal reconocido por la CPU que al leerlo identifica que la recepción de esa palabra ha concluido. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 93 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA En este proyecto no se dispondrá de un código de inicio con el fin de no cargar en exceso las palabras a enviar/recibir pero sí poseerá un código de fin caracterizado por la forma típica de comunicación, esto es mediante los caracteres CR y LF. Por ello se marcan estas opciones en el panel frontal señalado en la Figura Z. Con esta configuración realizada en ambos autómatas, se dispone a punto el puerto serie para que sea susceptible de comunicación por RS-232 4. A continuación se desplazará el cursor hasta llegar a la pestaña de “Puerto periférico”. Figura 1-39 – Configuración del puerto periférico En esta configuración se albergan las variables que intervienen en la comunicación por el puerto de periféricos del cual dispone el CJ1M. Este puerto únicamente será usado por el usuario para comunicarse con el autómata y conocer las variables internas del mismo así como visualizaciones Online a través de una aplicación de visualización SCADA. Este puerto no interviene en la comunicación entre autómatas sino que más bien es una forma de conocer el estado de los datos, por ello, el protocolo a seguir en este enlace puede ser independiente del protocolo usado durante la comunicación que recoge la Red Local #1. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 94 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA No obstante, con objeto de unificar protocolos y evitar posibles alteraciones se programan estas variables con las mismas que se han establecido en el puerto serie. Al igual que en el puerto serie, tiene la posibilidad de emplear dos tipos de configuración: o Estándar: Cumple con los requisitos tipificados según el autómata electo. En este caso la velocidad marcada es de 9600 Baudios, la longitud de trama es de 7 bits, emplea 2 bits de STOP y la paridad es par. o Personalizada: El usuario define los parámetros de velocidad, longitud de trama, bits de STOP y paridad a su gusto Se establece por tanto, velocidad a 9600 Baudios, longitud de trama de 8 bits, 1 bit de STOP y sin paridad. Por otro lado, también presenta un modo de comunicación entre los que se destacan: • • • • Host Link. NT Link. ToolBus. Puerta de enlace serie. Debido a que este puerto será empleado para comunicarse con un ordenador personal por su puerto serie, se empleará el protocolo Host Link que es el que entiende el PC. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 95 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.11.4. Configuración de los Radio – Módems 1.11.4.1. Introducción Para poder llevar a cabo una comunicación inalámbrica se debe poseer un elemento módem capaz de codificar la señal entrante del autómata y mandarla a su destino sin alteración ninguna. Todos los radio – módems funcionan de una manera parecida, lo único que cambia es la configuración de los mismos y generalmente viene marcado por el fabricante. El sistema del que vamos a partir es fabricado por FARELL S.A. y el modelo es un TMOD 405 SERIES 400. La particularidad de este equipo, como ya veremos más adelante en el anexo correspondiente al dispositivo, radica en la capacidad del mismo para comunicarse con otro de iguales características mediante un protocolo transparente. Al hablar de protocolo transparente se indica que no importa de qué forma estén configurados los equipos, en este caso autómatas, en lo que se refiere a longitud de trama, paridad, bits de STOP o velocidad, los módems se comunicarán. No obstante, estos dispositivos deben poseer una configuración interna que les permita abrir la comunicación inalámbrica en base a las necesidades externas y del usuario. Para ello se empleará la herramienta TMOD Suite que además de incorporar funciones de configuración, también da cuenta de tareas de análisis internos de las variables así como de las características de transmisión. 1.11.4.2. Tipos de configuración Este dispositivo abarca dos tipos de configuración cuyas definiciones son las que a continuación se detallan: 1.11.4.2.1 Conexión en modo remoto Se realiza desde un PC conectado al DATA COM de cualquier radio-módem TMOD, o bien conectado al AUX COM del TMOD RSC de una estación base o repetidor redundantes. La configuración en modo remoto solamente puede usarse en determinadas circunstancias siempre y cuando se dé lo siguiente: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 96 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • La red debe estar instalada y funcionando. • Los equipos a configurar y el equipo desde el que se configuran deben estar ubicados sobre el mismo canal de datos. • El sistema debe tolerar la interrupción de la comunicación de datos de la aplicación SCADA durante el tiempo de configuración. Ya que la transmisión de datos de configuración se realizará vía el canal radio, impidiendo la transmisión de datos de la aplicación SCADA. Generalmente, la reconfiguración remota se ejecutará desde un equipo T-MOD ubicado Upstream respecto al equipo a configurar. Es decir, desde el centro de control o desde un centro repetidor. En el caso de que la reconfiguración remota se ejecute desde un equipo ubicado Downstream, las comunicaciones de configuración no interrumpirán las comunicaciones de datos de la aplicación sino que colisionarán con ellas. Por tanto, no se debe reconfigurar en remoto desde un equipo ubicado Downstream salvo que no haya datos de la aplicación SCADA circulando por la red. Finalmente, debe tomarse en cuenta que la reconfiguración remota de un TMOD puede implicar un corte de comunicaciones si se cambian parámetros críticos del canal radio tales como red o protocolo. Por ejemplo, un cambio de frecuencia implica obviamente un corte de comunicaciones, no obstante se vuelve a restaurar la red si se vuelven a definir los parámetros iniciales de comunicación. 1.11.4.2.2 Conexión en modo local La configuración en modo local se realiza mediante conexión directa del ordenador de configuración al puerto de configuración (AUX COM) del equipo TMOD405 a configurar. Para la realización de este proyecto no será necesario el empleo de repetidores y la configuración se realizará a través de puerto de diagnóstico del dispositivo radio, por lo que la configuración que se llevará a cabo es en modo local. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 97 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.11.4.3. Conexionado para la configuración El AUX COM es el puerto serie destinado a la comunicación de los datos de diagnóstico y a la configuración del radio-modem. El AUX COM dispone de dos formatos de interfaz: RS-232 y RS-485, sin embargo para este proyecto únicamente se realizará a través de RS-232. El conector del puerto AUX COM es del tipo DB-25 hembra, por tanto el cabezal a insertar deberá ser DB-25 macho cuyo pinout en base al puerto serie del PC debe ser según el siguiente esquema: Figura 1-40 – Pinout PC – Módem para su configuración Para evitar daños y cortocircuitos entre pines es recomendable no usar nunca cables completamente conectados pin-a-pin sin su correspondiente aislamiento mediante goma termorrectráctil. Además, solamente los pines indicados en el esquema para cada interfaz serie deben estar conectados por lo que los pines no usados deben estar al aire. De lo contrario podría perturbar el funcionamiento del equipo al implementar otras funciones al equipo. Cuando se usan conectores del tipo DB (DB-9, DB-15, DB-25) es aconsejable el unir las masas de datos (GND) a las carcasas metálicas de los mismos conectores. Esto evita el riesgo de avería del interface en el caso de existir importantes diferencias de potencial entre el módem y el PC. 1.11.4.4. Configuración en modo local Antes de ejecutar el programa que configure la red inalámbrica entre los radiomódem, se deben seguir los siguientes pasos para evitar dañar los equipos y que funcionen correctamente a lo largo del proceso de comunicación. 1. Conectar la antena a la unidad radio. Esto impide que haya desacoplamientos por una impedancia de salida nula. En este proyecto no se conectará directamente la antena con el equipo puesto que éste permanece instalado en un maletín. Debido a esto, se empleará un latiguillo flexible N-macho/N-hembra RG-58 pasamuros que conecte con el exterior del mismo. La antena deberá estar instalada a una altura Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 98 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA considerable y sobre un mástil por lo que se precisa un conector Nmacho de bajas pérdidas del tipo RG-213 para convertir el conector lo más transparente posible. 2. Conectar el autómata CJ1M a través del puerto serie con la unidad TMOD al puerto DATA COM del mismo. El pinout que obedece sigue las pautas de la Figura X. Figura 1-41 – Pinout PLC – Módem para envío de datos 3. Conectar la alimentación. Se transfieren las condiciones de tensión y corriente predefinidas por el fabricante tomando como fuente una de las dos opciones descritas en el apartado “1.12. Problemas en el montaje”. 4. Conectar el PC con el radio-módem tal y como se ha descrito en el apartado “Conexionado para la configuración”. Estos pasos son meramente unas directrices para que el equipo alargue su vida útil. El desentendimiento de los mismos no es determinante en el momento de realizar una mala configuración, no obstante el fabricante los indica para evitar el deterioro. Puesto a punto el equipo para que sea susceptible de configurar, se deben seguir los siguientes pasos para crear la red vía radio entre los equipos TMOD: 1. Se ejecuta el programa TMOD Suite en la cual aparecerá la siguiente pantalla. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 99 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Previamente se debe comprobar con qué protocolo se está accediendo en el enlace PC-MÓDEM a través del conector descrito. La herramienta TMOD Suite posee la peculiaridad de que si se desea modificar su programación debe ser mediante su protocolo por defecto. Para conocerlo, se pincha en la pestaña “Communication” y a continuación en “Port Settings”. La ventana emergente muestra las características del puerto serie del ordenador tal y como se aprecia en la Figura 1-42. Figura 1-42 – Configuración del DATA COM del módem Se pueden definir varios protocolos de comunicación, sin embargo por defecto presenta los siguientes: • Velocidad a 9600 Baudios. • Formato de trama: 8 bits de datos, 1 bit de STOP y sin paridad Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 100 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Como ya se ha comentado, el equipo TMOD únicamente es susceptible de configurar si se mantiene ese protocolo por lo que aunque presente otras opciones, se mantiene la original. Otras alternativas posibles podrían haber sido las siguientes: • Velocidad: 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 ó 115200 baudios. • Formato de trama: 8 N 1, 7 2 E… Además también se puede definir hasta 30 puertos diferentes por el que comunicar con el PC, en este caso se emplea el COM1 que corresponde con el puerto serie RS-232. 2. Se presiona en el botón “Configure” del cual se desplegarán dos opciones como las que se muestran: • Configure Undefined Unit: Se emplea para configurar equipos inexistentes al programa que nunca han sido guardados ni modificados. • Configure Defined Units: Análogamente, sirve para configurar equipos tratados y guardados por el programa que ya conoce. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 101 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA En este caso, por ser la primera vez que se configura el equipo, se pinchará en la primera opción accediendo al siguiente panel: Figura 1-43 – Detección de equipo radio El programa no es utilizado exclusivamente para el modelo TMOD 405 sino que dispone de amplia gama de radio-módems susceptibles de ser configurados por la misma herramienta. Es por ello que muestra el modelo al que está conectado y su estado viéndose en las variables: • Device: T-MOD 400 • Status: DETECTED El equipo posee una configuración por defecto, es por ello que en esta primera conexión muestre los valores: • Station Address: Número de nodo asignado al dispositivo, en cuyo caso es 1. • Unit Type: Tipo de unidad dentro de la red. 3. A continuación se presiona OK para avanzar a la pantalla que permita definir las variables de la red de comunicación. Tal ventana se muestra según es la Figura 1-42. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 102 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Figura 1-44 – Configuración equipos radio - módem Los valores mostrados poseen una característica que se resume de la siguiente forma para cada uno de ellos: • Station Address: Dirección de estación, expresado en decimal. Número de 1 al 1023. Debe ser diferente para cada estación de la red comunicando sobre el mismo canal. A cada unidad TMOD se le asignará el valor 1 y 2 respectivamente. • Network Code: Código del tramo de red en que se encuentra la unidad. Se compone de un número de 0 a 255 expresado en decimal cuyo valor depende del tipo de instalación siendo: o Redes punto-multipunto con o sin repetidores: Este tipo de instalación presenta un radio-módem maestro y varios esclavos. En ese caso el número de red oscilaría entre 0 y 127. Este rango garantiza que los TMOD esclavos sólo recibirán y sacarán por el puerto de datos la información proveniente del TMOD maestro con mismo Network Code (nunca de otro TMOD esclavo). El Network Code debe ser el mismo para todos los TMOD pertenecientes a un mismo tramo de red punto-multipunto y diferente entre tramos distintos, es decir, se cambia en cada repetidor. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 103 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA o Redes en malla: Esta instalación se caracteriza por no poseer un TMOD maestro ni repetidores, es decir, los equipos compartirán información entre ellos enviando y recibiendo por el puerto de datos con el resto de equipos. Para esta instalación se debe adjudicar un valor entre 128 y 255. El código debe ser el mismo para todas las unidades TMOD. La red que se define en este proyecto es empleada para conocer la información de las variables situadas en un depósito remoto pero también debe poseer la capacidad de enviar datos a distancia. Es decir, el flujo de información debe ser bidireccional de tal forma que no sólo se pueda conocer el estado sino también reenviar datos que definan que ha llegado correctamente la información por ejemplo Por ello, esta red es en malla y a ambos radio-módem se les deberá asignar el número 128 como unidad de red. • Unit Type: Este parámetro define el tipo de unidad dentro de la red y en consecuencia se pueden distinguir varias opciones en función del tipo de red: o Center Unit: El dispositivo se configurará como tal en redes puntomultipunto cuyo Network Code oscila entre 0 y 127. Únicamente se definirá un único Center Unit siendo éste el maestro de la red. o Upstream Repeater o Downstream Repeater: Sólo poseen repetidores las redes punto-multipunto y se definirá con este formato a los dispositivos repetidores de la misma según proceda. o Terminal Unit: Se marcará tal parámetro en las redes punto-multipunto cuyo dispositivo no ejerza de maestro o repetidor. En redes en malla cuyo Network Code varía entre 128 y 255, siempre se definirán los equipos como Terminal Unit. Por tanto, en el proyecto que defina una red local en malla, los dos dispositivos radio serán empleados como Terminal Unit. • Enable Non Intrusive Diagnostics: Se habilita el diagnóstico no intrusivo NET-WIDE®. Este parámetro es únicamente disponible en equipos que incorporen esta opción, en el caso del TMOD 400 no se cumple, y en redes configuradas como punto-multipunto. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 104 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • NID Timming: Período de generación de un registro de diagnóstico no intrusivo en la unidad. Este registro se transmite anexado a primera la trama de datos de usuario transmitida después de su generación. o Valor 0: Genera un nuevo registro cada 5 segundos. o Valor (n) de 1 a 254: Genera un nuevo registro cada n x 15 minutos. o Valor 255: No genera información de diagnóstico. En la red que se desea crear no se precisará de este parámetro por lo que permanece inhabilitado. • TX Frequency: Frecuencia de Transmisión expresada en MHz. Admite valores entre 400 y 440 MHz por lo que se marca un valor intermedio de 427.0500 • RX Frequency: Frecuencia de Recepción. Expresada en MHz. Al igual que en la transmisión acepta valores entre 400 y 440 MHz definiendo un valor idéntico de 427.0500 • Channel Width: Ancho de banda del canal radio. Se puede elegir entre 12.5 kHz y 25 kHz. Para las pruebas en laboratorio se ajusta al valor mínimo ya que la distancia a salvar es muy pequeña, no obstante en el momento de realizar comunicaciones mayores se debe ajustar al ancho de banda del canal asignado por la autoridad correspondiente. • TX Power: Este parámetro define la potencia de salida del transmisor. En primera instancia se emplearán valores pequeños del orden de 500mW para evitar daños a personas físicas puesto que el espacio aéreo entre las antenas es muy reducido. En el momento de la instalación real se adjudicará un valor mayor a la potencia de salida siendo los permitidos: 100mW, 500mW, 1W, 2W, 3W, 4W, 5W. • Data Bitrate: Velocidad de bits del puerto de comunicaciones de datos. Se puede configurar entre 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400 bps. Este valor debe coincidir con el establecido en el puerto serie del autómata, de lo contrario jamás podrían entenderse el PLC con el radio-módem. Por este motivo se configura con una velocidad de 9600 bps. • Data Format: Formato de carácter del puerto de comunicaciones de datos, es decir, el formato de la trama a enviar. Al igual que en el parámetro anterior, debe coincidir con el establecido en el PLC por lo que se establece el formato de 8 bits de datos, 1 bit de STOP y sin paridad (8 N 1). Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 105 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 4. Una vez parametrizada cada variable, se presiona el botón “Send” para enviar la información al TMOD de manera que estará terminada la configuración. 1.11.4.5. Pruebas de funcionamiento Los procesos inalámbricos podrían presentar alguna imperfección en el envío/recepción de los datos a pesar de que la configuración sea la correcta. Es por ello que una vez configurados deben ser sometidos a unas pruebas para determinar si el enlace radio se produce con éxito. Se procederá a ejecutar tres ejercicios de comunicación que cercioren que los dispositivos radio funcionan correctamente dentro de unos valores permitidos. Tales pruebas son las siguientes: • Test de transmisión: Consistirá en visualizar las variables vinculantes a un envío de datos vía radiofrecuencia. • Diagnóstico Intrusivo: El equipo radio-módem debe mantener sus características internas de funcionamiento en correcto estado por lo que es interesante conocer si se requiere de modificación de algún parámetro para subsanar los posibles errores. • Test de Eco: Por último, se somete a un ensayo real de envío/recepción de datos a través de las antenas comunicando con sendos dispositivos módem. Sirve para concretar que el enlace es bueno y que ya está listo para emplearse en aplicaciones futuras. 1.11.4.5.1 Test de Transmisión La herramienta TMOD Suite facilita un ejercicio en el cual se ensaya de qué manera se alteran las variables de la comunicación. Al activarse el test, el TMOD realiza una transmisión continua de señal modulada de RF. Este test permite realizar medidas de adaptación de antena, potencia de salida, relación de ondas estacionarias (VSWR o ROE), temperatura del módulo y tensión de alimentación. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 106 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Los pasos a seguir para comenzar esta prueba son los que se detallan a continuación: 1. Se accede a través del menú principal del TMOD Suite a la pestaña “Test” y a continuación a “Transmission Test”. Se mostrará por pantalla la siguiente ventana, de iguales características a la emergente cuando se comienza a configurar el módem. De igual forma, esta ventana sirve para indicar que el dispositivo que va a padecer el test de transmisión posee las características visibles en las variables “Station Address” y en “Unit Type”. Además se puede observar como el software reconoce el modelo del dispositivo (TMOD 400) y el estado del mismo (DETECTED), necesario para comenzar la prueba. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 107 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 2. Se presiona OK y seguido se comprueban las variables que arroja el programa: Figura 1-45 – Resultado del test de transmisión Estos términos muestran el registro de estado del radio-módem. Los cuatro parámetros se definen como: • Temperatura: Temperatura en el interior expresada en ºC. Debe estar entre -30ºC y +60ºC. Generalmente, el valor mostrado será ligeramente superior a la temperatura ambiente ya que no es usual que se recaliente por motivos internos. Una temperatura cercana a los +60ºC puede ocasionar una alteración de la potencia de emisión, de la VSWR o de la tensión inyectada por la fuente de alimentación, mientras que si supera esta barrera, el equipo se vería inmerso en un problema de prestaciones siendo netamente superiores a la norma. • Voltage: Tensión de alimentación en voltios. La tensión nominal oscila los 12V, sin embargo acepta valores entre 10,8 y 15 V. • Tx Power: Potencia de transmisión de salida. Debe coincidir con el valor configurado por el usuario, en este caso marca un valor de 512 mW muy próximo a los 500mW programados. La precisión en esta variable depende de la relación de onda estacionaria (VSWR o ROE) cuyo valor no debe exceder de 1:1,3 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 108 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • VSWR (ROE): Relación de onda estacionaria. Atendiendo al valor mostrado se puede analizar lo siguiente: o VSWR = 1:1,00 muestra un acoplamiento perfecto de la señal emitida. Cuanto menor sea la potencia de emisión más se aproximará a este valor. o VSWR hasta 1:2,00 es el rango máximo de aceptación para que el sistema funcione correctamente, incluso en antenas de banda ancha es lo más usual. o VSWR superior a 1:3,00 implica un fallo en la instalación de la antena vinculado a un valor de impedancia inferior a 50 ohmios por lo que se debe cambiar por otra nueva. o VSWR = 1:∞ muestra que la antena no ha sido detectada o que no ha sido instalada por lo que es preciso volver a colocar una nueva. 1.11.4.5.2 Diagnóstico Intrusivo Este análisis interno permite visualizar los registros del equipo a través del software TMOD Suite. Obviamente, sólo se realizará un diagnóstico de los registros en modo local dado que la red por la que circularán los datos permanece definida como una red local. Es necesario realizar el análisis puesto que las variables que puedan inducir un fallo en el enlace radio, se visualizan dinámicamente. Por lo tanto, de existir un error interno, indetectable a simple vista, se podrá reparar conforme sea el resultado de la prueba. Para dar comienzo al análisis interno se deben seguir las siguientes tareas: 1. En la barra de herramientas se presiona en el botón “Analyze” y a continuación en “Analyze Undefined Unit”. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 109 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Nuevamente aparece por pantalla el menú de selección de equipo a ser analizado tal y como se mostraba en el apartado “1.11.4.5.2 Test de Transmisión” y en “Configuración en modo local”. De igual forma, esta ventana sirve para indicar que el dispositivo que va a padecer el test de transmisión posee las características visibles en las variables “Station Address” y en “Unit Type”. Además se puede observar como el software reconoce el modelo del dispositivo (TMOD 400) y el estado del mismo (DETECTED), necesario para comenzar la prueba. 2. Se presiona el botón “OK” y seguido aparece por pantalla la ventana que indica el estado de los registros internos del dispositivo, valores máximos y variables dinámicas. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 110 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Figura 1-46 – Pantalla de diagnóstico intrusivo inicial Antes de comenzar a definir cada registro, se reseña que pueden existir variables cuyo valor no sea al adecuado. Esto es debido a que en el primer análisis, existen términos cuyo significado está vinculado a la comunicación, puesto que aún no se ha realizado el enlace por ser un periodo de pruebas, estos valores no serán correctos a priori. Para entender mejor cada parámetro, se detalla a continuación el significado de cada uno de los mostrados en la Figura R Se clasifican en dos columnas diferenciando a la izquierda el estado de los registros y a la derecha las alarmas de estado. Como información adicional también se muestran los valores máximos de temperatura y tensión. • Registros de estado: Muestran las características internas básicas de conocimiento necesario para un correcto funcionamiento y mantenimiento del dispositivo. Tales parámetros son: o Temperatura: Temperatura en el interior cuyo valor debe estar entre -30ºC y 60ºC. El valor mostrado será algo mayor a la temperatura ambiente debido al calentamiento sufrido por la fuente de tensión. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 111 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA o Voltage: Tensión de funcionamiento. Acepta cualquier valor siempre que se mantenga entre 10,8 y 15 V cuyo valor nominal alcanza los 12 V. o Cont RSSI: Nivel de RSSI de la última trama recibida, sin conocer el origen, expresado en dBm. Mide el nivel de potencia de la señal recibida y en este caso es un valor que carece de importancia puesto que puede llegar a recibir cualquier señal que trabaje en el mismo canal de frecuencia. o Last RSSI: Mide el nivel de RSSI de la última trama recibida y contestada expresado en dBm. Adquiere relevancia por indicar cómo de buena es la señal recibida y retransmitida por el equipo. La calidad de la señal va ligada a unos valores definidos de la siguiente forma: > -70 dBm: Buena calidad de enlace. < - 70 dBm > -85 dBm: Calidad de enlace aceptable. < -85 dBm > -95 dBm: Calidad de enlace inaceptable. < -95 dBm: Enlace no operativo. Este parámetro, en un primer análisis, arroja un valor de -127 dBm apreciado en la Figura R. Como se indica, el enlace no está operativo puesto que aún no se ha desarrollado la programación del PLC. o VSWR: Relación de onda estacionaria. Atendiendo al valor mostrado se puede analizar lo siguiente: VSWR = 1:1,00 muestra un acoplamiento perfecto de la señal emitida. Cuanto menor sea la potencia de emisión más se aproximará a este valor. VSWR hasta 1:2,00 es el rango máximo de aceptación para que el sistema funcione correctamente, incluso en antenas de banda ancha es lo más usual. VSWR superior a 1:3,00 implica un fallo en la instalación de la antena vinculado a un valor de impedancia inferior a 50 ohmios por lo que se debe cambiar por otra nueva. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 112 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA VSWR = 1:∞ muestra que la antena no ha sido detectada o que no ha sido instalada por lo que es preciso volver a colocar una nueva. o RF Out Power: Potencia de emisión expresado en mW. Debe coincidir con el programado o al menos aproximarse a un valor cercano. Será un valor dinámico pero siempre oscilando alrededor del parámetro definido. • Alarmas de estado: Son meros indicadores que marcan si el valor mostrado en el registro de estado permanece dentro de los límites máximo y mínimo de funcionamiento del dispositivo. o Temperatura: Alarma del estado de la temperatura del equipo: OK: Sin alarma. ALARM: Temperatura fuera del rango [-30, +60] ºC o Voltage: Indicador de la tensión de alimentación: OK: Sin alarma. Very HIGH: Valor cercano a 15V. Muestra una sobretensión de la fuente por lo que es recomendable desenchufar el módem y subsanar el error antes de provocar un fallo en algún componente interno. LOW: Nivel de alimentación bajo pero dentro de los límites permitidos. Se puede dar si se está alimentando el equipo a través de una batería casi descargada por lo que es conveniente cambiar la fuente antes de agotarse. Very LOW: Valor cercano a 10,8 V. Se recomienda revisar la alimentación puesto que el dispositivo puede no funcionar correctamente. o Tx Power: Alarma de potencia de emisión en la salida: OK: Sin alarma. OK-: Advertencia de potencia de salida baja. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 113 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA LOW: Potencia de salida baja. Very LOW: Potencia de salida muy baja. HIGH: Potencia de salida alta. Very HIGH: Potencia de salida muy alta provocada por un fallo interno debido a la alimentación o temperatura interna demasiado elevada. o VSWR: Alarma de desacoplo de la antena OK: Sin alarma. HIGH: ROE muy alta por lo que se debe revisar la instalación de la antena. EXTREME: Desacoplo total entre el equipo y la antena por lo que es de obligado cumplimiento cambiar la instalación. • Otros registros: Se muestran otros parámetros relacionados con el registro de estado. Ayudan a conocer datos que puedan ser útiles de cara a conocer el motivo de un mal funcionamiento. Se muestran los valores máximos puntuales de alguno de ellos: o Máx. Temperature: Muestra la temperatura máxima alcanzada en algún momento del funcionamiento del equipo. o Máx. Voltage: Indica el valor tope de tensión a la que ha sido sometido el dispositivo durante el funcionamiento del mismo. Realizada la configuración de todos los elementos que intervienen en la comunicación radio se realiza un nuevo diagnóstico intrusivo con el fin de comprobar aquellos valores que aportaban un dato erróneo durante el primer ensayo. De esta manera y a través de los mismos pasos se abre la herramienta TMOD Suite accediendo a la inicialización de tal prueba aportando los siguientes valores: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 114 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Figura 1-47 – Pantalla de diagnóstico intrusivo final Los parámetros que han sido modificados una vez puesta en marcha la red radio son los que a continuación se indican: • Cont RSSI: Nivel de RSSI de la última trama recibida, sin conocer el origen, expresado en dBm. Mide el nivel de potencia de la señal recibida y en este caso es un valor que carece de importancia puesto que puede llegar a recibir cualquier señal que trabaje en el mismo canal de frecuencia. Su valor oscilará siempre entre el nivel trama recibida establecido en la variable Last RSSI y uno fuera de rango dibujando consigo una señal cuadrada parecida a un tren de pulsos que hace referencia a la recepción de la información. Tal muestreo se puede visualizar presionando el botón en el que se aprecia la letra “G”. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 115 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Figura 1-48 – Monitorización de la señal de recepción • Last RSSI: Mide el nivel de RSSI de la última trama recibida y contestada expresado en dBm. Adquiere relevancia por indicar cómo de buena es la señal recibida y retransmitida por el equipo. La calidad de la señal va ligada a unos valores definidos de la siguiente forma: o > -70 dBm: Buena calidad de enlace. o < - 70 dBm > -85 dBm: Calidad de enlace aceptable. o < -85 dBm > -95 dBm: Calidad de enlace inaceptable. o < -95 dBm: Enlace no operativo. Como se puede ver, en enlace toma un valor de -74 dBm lo cual lo hace aceptable de poder ser empleado como medio de comunicación entre equipos. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 116 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.11.4.5.3 Test de Eco Si los dos radio-módems han pasado con éxito las dos pruebas de transmisión y análisis de registros, se puede dar comienzo a esta última prueba. Anteriormente se ha analizado cada equipo por separado para cerciorarse de que están correctamente configurados, no presentan ningún error interno y pueden ser susceptibles de comunicación con otro dispositivo. Esta prueba simula una comunicación conjunta entre los dos. Consiste en mandar una trama determinada por software a través del PC hacia el módem y éste, si está correctamente configurado y sin fallos, la transmitirá a su homólogo cuyo conector estará fabricado de tal forma que todo lo que reciba lo envíe de vuelta. De tal manera que el radio-módem primario recibe lo mismo que emite. Si no recibe nada o los datos son distintos lo mostrará por pantalla. Figura 1-49 – Diagrama para Test de Eco Previamente se deben fabricar los conectores que hagan posible tal prueba. Se distinguen dos tipos de conexión: • Cable PC-Módem: Su utilidad radica en inyectar la trama de datos definida por el usuario a través del PC en el puerto de datos del módem. Figura 1-50 – Conector PC – Módem para el Test de Eco Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 117 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • Conector puente: En el otro dispositivo radio se realizará un puente entre los pines necesarios para que todo lo recibido en el puerto de datos sea enviado de nuevo. Figura 1-51 – Cabezal puenteado para el Test de Eco A continuación se detallan las características del cableado para las dos conexiones mencionadas. Una vez confeccionados los conectores, se procede a ejecutar nuevamente el TMOD Suite, empleado siempre en las labores de configuración y análisis del radiomódem y se siguen los siguientes pasos: 1. En la barra de menú principal se accede presionando en “Tests” y a continuación en “Echo Test”. Se mostrará el siguiente panel en el cual se definirán las variables de comunicación que intervendrán en el test. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 118 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Figura 1-52 – Pantalla de Test de Eco El significado de cada campo es el que a continuación se detalla: • Statistics (Estadísticas): o Total: Número total de tramas enviadas. o OK: Número y porcentaje de tramas recibidas sin errores. o KO: Número y porcentaje de tramas recibidas con errores. o NR: Número y porcentaje de tramas no recibidas. • Reset: Reinicia las estadísticas. • Longitud: Número de caracteres de la trama. • Start/Stop: Inicia y para el envío y recepción de tramas. • Config (Puerto): Al pulsar aparece una ventana adyacente al menú principal en el que se visualiza la configuración del puerto de comunicación. Es importante que deba coincidir con la impuesta por el usuario en la definición del puerto AUX COM o de lo contrario el test no se realizará con éxito. Este menú es susceptible de cambios realizándolo desde la misma pantalla. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 119 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Figura 1-53 – Configuración del Test de Eco • Frame (Trama): Datos que serán enviados y recibidos. • Terminal: Forma de monitorización de las tramas en modo texto en el que se visualiza la trama TX, RX y Timeouts. Figura 1-54 – Visualización dinámico del Test de Eco 2. Se define la longitud, configuración y datos a enviar modificando las variables mencionadas. 3. Se pulsa “Start” y a continuación “Terminal” para dar comienzo al test y a la monitorización de la comunicación. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 120 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 4. Si todo está correcto, los módem se entenderán y son susceptibles de comunicación finalizando por tanto la configuración de los equipos radio. 1.11.5. Diseño del programa de control Como parte fundamental del proyecto, y una vez configurados los equipos de control, se da paso al diseño del programa usando la herramienta CX – Programmer. La programación no será excesivamente compleja y se tendrá como objeto recoger la información entrante por el puerto RS – 232C comunicado con el radio – módem hasta el ordenador de control además de transmitir los datos en el sentido inverso. Para ello se emplearán las instrucciones de red mencionadas de protocolo libre (TXD y RXD) en cuyo caso serán ejecutadas para transmitir y recibir el estado de los sensores y del control de los actuadores que alberga la estación remota. Además se utilizan otras instrucciones internas del PLC (KEEP, SET, RSET…) además de contactos creados por el usuario y propios del autómata (P_1s, P_On, P_Off…) cuyo fin es el de realizar el control de la automatización ficticia explicada en el apartado “1.13. Diseño de la Aplicación de Control”. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 121 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.11.6. Montaje de los equipos remotos (maletines) Es importante conocer cómo se comunican los diferentes dispositivos entre sí al poseer cada elemento unas características de comunicación distintas. Un mal conexionado puede ser causa de un desarrollo erróneo o inexistente del proyecto. Algunos de estos medios físicos han sido diseñados manualmente por lo que en ese caso se detallará el pinout interno del mismo así como un detalle de los cabezales de ambos extremos: • Cable de conexión PC – PLC Esta conexión tiene como misión configurar los autómatas de tal forma que sean capaces de enviar datos a través de su puerto serie así como de recibirlos para ser tratados a través de la programación del PLC. El CJ1M-CPU12 tiene dos puertos por los que se puede realizar este enlace siendo éstos: • Puerto RS-232C: Las características de cada patilla son las mostradas en la Tabla B. Figura 1-55 – Pinout PC – Módem para su configuración Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 122 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Nº de pin Señal Nombre Dirección 1 2 3 4 5 6 7 FG SD (TXD) RD (RXD) RS (RTS) CS (CTS) 5V DR (DSR) --Salida Entrada Salida Entrada --Entrada 8 ER (DTR) 9 Carcasa SG (0 V) FG Tierra de protección Enviar datos Recibir datos Petición para enviar Listo para enviar Alimentación Datos preparados Terminal de datos preparado Tierra de señal Tierra de protección Salida ----- Tabla 1-10 – Pinout del puerto RS-232C • Puerto periférico: Para acceder a este puerto se debe emplear un conector comercial ya que manualmente no es posible realizar las conexiones llamado CS1W CN226. Funciona como conversor puerto serie – puerto periférico tal y como indica la Figura 1-56. Figura 1-56 – Pinout del cable CS1W – CN226 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 123 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Figura 1-57 – Cable PC – PLC del tipo CS1W – CN226 En principio no importaría el puerto por el que acceder a la CPU del autómata, sin embargo la decisión final sí es condicionada por otro factor a tener en cuenta; el radio – módem. La única forma para poder leer los datos recibidos y de igual forma escribir los enviados al dispositivo radio es a través del puerto serie tal y como indica el fabricante Farell Instruments. Por ello el puerto por el que se comunicará el PC con la CPU del CJ1M será el puerto periférico a través del cable comercial anteriormente mencionado. • Cable de conexión PLC – Módem Los datos que se envíen o reciban vía radio a través del módem deberán ser enlazados con el dispositivo programable para su posterior tratamiento. Esta comunicación debe ser cuidadosamente llevada a cabo puesto que la pérdida de información puede ser causa de un mal enlace. El pinout interno de los conectores puede verse en detalle en el apartado “1.11.4. Configuración de los Radio – módems” y en el “Plano 1.2” Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 124 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Figura 1-58 – Cable PLC – Módem Figura 1-59 – Pinout real PLC – Módem • Cable de conexión Módem – Antena Yagi Para llevar a cabo esta conexión han sido necesarios dos tipos de cable. Esto es debido a que el módem es albergado en el interior de un maletín por lo que ha precisado dos tipos de cable: o Conexión Módem – Muro del maletín Se emplea un cable RG56 con un cabezal macho para el módem y otro cabezal hembra para instalarlo en el muro. De esta forma se ha “desplazado” la conexión del módem a la pared del maletín. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 125 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA o Conexión Muro del maletín – Antena Yagi Finalmente con un cable RG213 con una impedancia de 50 Ohmios se conecta con la clavija pasamuros y la antena emisora/receptora de datos. Figura 1-60 – Conector pasamuros – Antena Yagi • Cable de conexión Módem – PC El módem dispone de dos puertos por el que acceder. El DATA COM es usado para comunicarse con otro dispositivo externo tal y como se ha visto anteriormente. Sin embargo el puerto AUX COM es usado para la configuración del equipo a través de un PC. Figura 1-61 – Pinout real PC – Módem para configuración El conexionado interno de cada patilla viene expresado en el apartado “1.11.4.5.2. Configuración de los Radio – módems” y en el Plano 1.1 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 126 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • Cable de conexión PLC - PLC Este cable tiene como objeto el conectar los dos autómatas de manera que el enlace radio se omita. Esto favorece la realización de pruebas de protocolo y configuración de los autómatas de forma que si no se consigue una comunicación, se cerciora que no es por el medio inalámbrico sino por una mala definición del PLC. Figura 1-62 – Cable PLC - PLC Figura 1-63 – Pinout real cable PLC - PLC Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 127 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Figura 1-64 – Montaje final Figura 1-65 – Montaje interno Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 128 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.12. PROBLEMAS EN EL MONTAJE Inicialmente se han dispuesto de los dispositivos necesarios y susceptibles de configuración para la puesta a punto del proyecto. Tales equipos provienen instalados en el interior de sus sendos maletines a excepción de la antena cuyo funcionamiento se realiza en el exterior. Previamente a configurar todos los aparatos, es preciso comprobar que la instalación permanezca correcta en todo momento dado que de lo contrario se podrían dañar de manera permanente. Con ello, se ha observado como uno de los dispositivos presentaba una errónea instalación; el equipo radio-módem. El conexionado de los dispositivos resulta ser el adecuado, sin embargo al suministrar corriente eléctrica a todos los elementos que conforman el maletín, se advierte como el dispositivo de enlace radio padece un fallo interno. Esta advertencia es señalada mediante los indicadores LED, visibles en la carcasa externa cuyo significado es descrito en el Anexo 2.3. Se emite un parpadeo del luminoso ON cuyo significado atendiendo a las indicaciones del fabricante pueden ser: • ROE excesivamente elevada. • Potencia transmitida más alta o baja de lo normal. • Tensión de alimentación excediendo los límites. • Temperatura fuera de límites. • Fallo interno del equipo. Para comprender mejor cuál de los anteriores casos es el causante del fallo, se ejecuta la herramienta software TMOD Suite accediendo al análisis de diagnóstico intrusivo. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 129 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA En la pantalla emergente se puede visualizar como la tensión de alimentación sobrepasa el valor de 15 voltios. Se recuerda que los valores de tensión y corriente aceptados por el equipo son los que indica el fabricante: • Tensión nominal: 12 voltios • Rango de tensiones: 10,8 voltios hasta 15 voltios dentro del rango de temperatura de -30ºC a +60ºC). • Capacidad de corriente mayor de 2,5 amperios. Por tanto se puede advertir que el fallo producido en el radio-módem proviene de una mala alimentación del equipo por lo que no se debe permitir la inyección de más tensión de la permitida debido al riesgo de un daño interno de los circuitos de manera irreversible. Para abastecer la alimentación, el maletín proporciona un enchufe europeo de conexión a red cuya tensión asciende a 220 voltios. Para alimentar el dispositivo módem se emplea un adaptador cuyas características son las siguientes: • VIN = 220 V • VOUT = 12 V • Freq = 50 Hz Figura 1-66 – Adaptador de corriente del módem Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 130 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA La forma en que se transfiere la corriente desde el adaptador al equipo, es a través de un cabezal que enlaza el módem con dos borneras de tipo atornilladas cuya entrada estará protegida contra inversión de polaridad y sobretensiones. Figura 1-67 – Regleta hembra de dos polos Dado que el problema radica en el adaptador, se procede a sustituirlo de manera que la sobretensión desaparezca, para lo cual se estudian las siguientes alternativas: • Solución provisional: Inyectar la tensión a través de una fuente de alimentación externa. • Solución definitiva: Implementar un regulador de tensión que aporte la tensión permitida por el equipo. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 131 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.12.1 Solución provisional Como primera solución se plantea transferir el valor de tensión nominal aceptado por el equipo (12 voltios). Para lo cual se emplea una fuente convencional de tensión regulable hasta 15 voltios como mínimo como muestra la Figura I. Figura 1-68 – Fuente de tensión regulable No obstante es una alternativa con poco futuro, es decir, estos equipos están albergados en el interior de una maleta portátil con el fin de acomodar la instalación. La presencia de una fuente de tensión externa al maletín dificulta esta característica, por tanto únicamente se concederá viable esta solución mientras el proyecto permanece en desarrollo en el interior de un laboratorio. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 132 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.12.2 Solución definitiva Los maletines deben funcionar de manera que se deban evitar la instalación de aparatos externos a ellos. Es por eso que se debe prescindir de la fuente de alimentación que suministraba la tensión pertinente para el correcto funcionamiento del radiomódem. Además es preciso diseñar una solución interna al maletín, aprovechando sus características puesto que de lo contrario no se mejora la solución anteriormente realizada. Por estas razones se procede a arreglar el adaptador de corriente alterna averiado cuya tensión de salida es de 16,5 voltios. Aprovechando que el error sufrido radica en una sobretensión, se puede implementar un regulador de corriente cuya salida pertenezca a un rango de tensiones entre 10,8 y 15 voltios siendo lo ideal 12 V. Se sondea el mercado y se encuentra el regulador LM7812 cuyas características se ponen a disposición en el Anexo 23. Este componente ofrece una salida a 12 voltios, necesaria para el correcto funcionamiento del radio-módem y cuyo encapsulado se muestra en la Figura 1 – 61. Figura 1-69 – Regulador de tensión LM7812 Cada patilla corresponde a la siguiente denominación: • Patilla 1: Entrada de la señal proveniente del adaptador de red cuyo valor se precisa ajustar a 12 voltios. • Patilla 2: Señal de referencia. Común tanto en la entrada como en la salida. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 133 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • Patilla 3: Salida regulada cuyo valor es próximo a los 12 voltios deseados. Una vez realizadas las soldaduras se protegen con recubierta termorretráctil y también al componente regulador de tal forma que el calor que desprenda no dañe el material del maletín. Figura 1-70 – Adaptador de corriente + Regulador Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 134 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.13. DISEÑO DE LA APLICACIÓN VISUAL DE CONTROL El objeto de este proyecto está ligado a la configuración de los equipos remotos de tal manera que una vez estabilizada la conexión, se podría dar por concluido. Sin embargo, para poder comprobar físicamente que los maletines funcionan correctamente se ha realizado una pequeña simulación. Por ello y de manera externa al proyecto, se ha diseñado una aplicación ficticia y visual de control de variables digitales y analógicas que influyen en el correcto funcionamiento de la estación potabilizadora. 1.13.1. Funcionamiento general del sistema La aplicación de control basa su funcionamiento en la conducción del agua desde que entra en la estación hasta que sale de la misma a través de su red interna de tratamiento y distribución de agua. Esta estación a controlar es la causante de abastecer riego a los puntos en los que la potabilizadora central no es capaz de llegar. Por tanto, ha de poseer una entrada de agua cuya procedencia se establece en la E.T.A.P. De tal manera, el agua procedente se almacenará en un depósito general de gran envergadura cuya entrada será regulada a través de una válvula. Ya en el interior de la estación, se procede a hacer circular el líquido elemento a través de su red interna hacia los elementos de salida, en este caso depósitos. Sin embargo este abastecimiento debe ser regulado por válvulas para evitar daños en los conductos. Además el agua precisa adquirir velocidad y presión suficiente para que su traslado sea desde el depósito general a la salida lo más rápido posible y sin efectos retorno. Para ello se abastece la red interna con bombas de presión. Inicialmente se posee una única salida de agua a la red de distribución general a través de un depósito cuya extracción es comandada por su válvula correspondiente. Sin embargo se dispone de un segundo depósito auxiliar que también es llenado de igual manera que el primero. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 135 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Esto se realiza como método de prevención en caso de darse un fallo en la salida principal de aguas de manera que entraría en funcionamiento esta salida auxiliar e impidiendo la interrupción de agua en la red de abastecimiento general. La aplicación admite dos tipos de control atendiendo a las necesidades del operario, siendo un funcionamiento automático en el cual las variables se comportan según sea su programación o a través de un control manual. En este último el usuario es el único responsable del correcto funcionamiento de la estación en el cual controla el estado de los actuadores y variables. Además, cada estación dispone de una programación diferente en función de la situación de cada uno. Ambos comparten la misma información a través de su canal radio de emisión y recepción de datos y se comportan hacia un mismo objetivo, sin embargo la misión principal de cada uno es distinta. 1.13.1.1. Modo Automático Es el funcionamiento por defecto del sistema. La mecanización de todos los actuadores se divide en tres grupos: • Entrada de agua al depósito general: Se abrirá la válvula que controla el paso en el momento en que no se detecte un nivel mínimo de agua que abastezca la red interna de la estación. De igual forma permanecerá cerrada cuando se informe de que el depósito está lleno o por el contrario se ha producido un fallo que afecte a esta parte del sistema. • Abastecimiento interno a los depósitos de salida Por defecto, y si el funcionamiento de la planta es el correcto, se inyectará agua en el depósito principal de salida a través de una red de tuberías gobernada por una bomba que administrará presión y complementada con dos válvulas a la entrada y salida de la misma. La activación se producirá siempre de manera continuada, es decir, si se abren las válvulas, se activará la bomba y nunca de manera individual. La orden de marcha de estos actuadores radica en el estado del indicador de nivel del depósito general y del depósito de salida principal. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 136 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Se activan únicamente si existe un nivel mínimo de agua en el depósito general y el depósito de salida principal no ha alcanzado su nivel máximo. Análogamente la desactivación se dará al producirse un llenado completo del depósito de salida principal o por falta de agua en el depósito general o por la repercusión de un fallo en el sistema. Por otro lado el abastecimiento al depósito auxiliar está comandado por los mismos accionamientos (válvulas y bomba) cuyas condiciones de ejecución son las mismas que para el depósito principal. Sin embargo, adquiere una condición extra la cual impone que únicamente entrará en funcionamiento el llenado de este tanque si se produce un fallo en cualquier elemento que intervenga en el depósito principal ya sea en las válvulas de entrada o en la bomba. • Salida de agua a la red de distribución general Por defecto, el depósito encargado de cumplir la premisa será el principal. Su control se efectúa mediante una válvula cuya activación vendrá impuesta por el nivel de agua del depósito que gobierna. Siempre que se aporte un valor mínimo de llenado se inyectará el líquido elemento en la salida del depósito y por consiguiente de la estación. Por otro lado, la desactivación de la misma se efectuará al producirse un descenso sobrepasado del límite inferior de llenado del depósito, o al padecer un fallo que afecte a la salida. La activación de la salida de agua a través del depósito auxiliar es ejecutada con la misma secuencia de condiciones, es decir, siempre que sea real un nivel mínimo de agua en el depósito que gobierna. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 137 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.13.1.2. Modo Manual Cabe la posibilidad de realizar un control manual de los actuadores independientemente de la programación de los mismos. Para ello se debe presionar el conmutador de Manual/Automático y a través del panel de control realizar las acciones deseadas. En la mayoría de los casos prevalece el control manual sobre el automático, es decir, no importa el estado de las variables que condicionen la activación o desactivación de un actuador, si el usuario desea realizar una acción, el mecanismo obedecerá. El modo manual únicamente adquiere manejo sobre las válvulas y las bombas a excepción de que ocurra un fallo en alguno de ellos. Si se produce un error en las válvulas, éstas se cerrarán e igualmente si se presenta un fallo en las bombas, éstas se desactivarán independientemente del modo en que se esté trabajando. Esta acción es meramente de seguridad para evitar un error mayor en cualquier modo de control. 1.13.1.3. Funcionamiento de la estación central. El maletín instalado en la potabilizadora ubicada en Lardero es la que compone la programación de la planta remota. Esto es que realiza la automatización de cada actuador en función de los sensores e indicadores marcados, es decir, realiza un control remoto. La información de cada accionamiento la retransmite hacia el otro equipo colocado a distancia para que almacene los datos necesarios y realice los cambios marcados por el control de la estación central. A su vez, recibe por el mismo canal radio el estado de los sensores instalados en la planta remota. Estos valores son los que excitan la programación de tal manera que las condiciones de ejecución del programa son dependientes de la información recibida. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 138 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.13.1.4. Funcionamiento de la estación remota. Por otro lado, este dispositivo es el encargado de leer el estado de los sensores e indicadores de la planta de tal manera que los almacene en la dirección de memoria que es enviada al maletín colocado en la estación central. De igual forma, este equipo lee la información recibida cuyos datos son los que activan el funcionamiento de cada actuador. En conclusión, ambos equipos realizan acciones diferentes en cuanto a que uno realiza el control de la planta remota gracias a la información de los sensores recibida y el otro acciona los actuadores marcados cuya puesta en marcha altera el valor de los indicadores de la planta. No obstante, el objetivo es el mismo; controlar la planta compartiendo la información. 1.13.2. Fallos del sistema En la realidad cabe la posibilidad de que los accionamientos que intervienen en el proceso sean interrumpidos debido a un fallo mecánico, químico o eléctrico. En la presente aplicación, al ser ficticia, no se dispone de los aparatos necesarios para realizar el control programado y por consecuencia no existen fallos reales. Por ello, se ha diseñado una serie de fallos provocados por el usuario de tal manera que se advierta de qué manera se altera el programa y las consecuentes acciones que éstos fallos producen. Los principales errores se producen en los actuadores mecánicos los cuales se pueden clasificar siguiendo el mismo diagrama que en el modo automático: • Fallo en la entrada de agua al depósito general: Se produce un fallo en la válvula que gobierna el abastecimiento a la estación. Al activarse, se cierra automáticamente impidiendo la entrada hasta que se subsane el fallo. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 139 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • Fallo en el abastecimiento interno a los depósitos de salida Como ya se ha indicado, el abastecimiento a estos tanques es a través de una bomba cuya entrada y salida es regulada por dos válvulas. Se destacan dos tipos de fallo atendiendo al depósito al que esté destinado siendo: o Depósito principal: Se puede producir un fallo en ambas válvulas, en la bomba o todo a la vez. De igual forma al producirse un error, sin importar en qué accionamiento repercuta, se cerrarán y desactivarán todos los actuadores. Además se debe destacar que en el caso en que se produzca un error en el llenado del depósito principal, se activará el auxiliar siempre que no presente fallos en alguno de sus actuadores. o Depósito auxiliar: El comportamiento de la canalización de agua hacia este silo es idéntico puesto que también se pueden producir fallos en las válvulas y en la bomba con una respuesta igual al anterior. • Fallo en la salida de agua a la red de distribución general Se pueden producir averías en las salidas tanto del depósito principal como del auxiliar en las válvulas que regulan el tránsito. De esta manera se cerrarán al producirse cualquier error en alguna de ellas. Otro tipo de avería puede surgir de manera química puesto que se está abasteciendo agua previamente tratada con unas condiciones mínimas de calidad. Para ello se ha simulado el nivel de pH del líquido elemento a lo largo del proceso. De esta manera se comprueba que la comunicación funciona transmitiendo señales analógicas y digitales. Previamente se indican los valores de pH del agua con su correspondiente código de color tal y como indica la Tabla 1 – 11. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 140 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA pH = 14 pH = 13 pH = 12 pH = 11 pH = 10 pH = 9 pH = 8 pH = 7 pH = 6 pH = 5 pH = 4 pH = 3 pH = 2 pH = 1 pH = 0 Sosa Cáustica Blanqueador Agua jabonosa Amoníaco Leche de magnesio Bicarbonato de sodio Agua del mar Agua pura Saliva Café negro Lluvia ácida Zumo de naranja Vinagre / Jugo gástrico Ácido sulfúrico Ácido de batería Tabla 1-11 – Significado del nivel de pH Dada la Tabla 1-11, se pudo comprobar como para que el agua sea potable debe permanecer en unos valores de pH comprendidos entre 6,5 y 8,5. La simulación informa de una subida o bajada del nivel de pH, por lo que el agua es contaminada y no apta para el consumo humano en el momento en que sobrepasa los límites. Por ello, se cerrarán las dos válvulas de salida (situadas en el depósito principal y auxiliar respectivamente) sin importar el estado de los depósitos ni el modo de funcionamiento (manual o automático) al igual que se bloqueará la entrada de agua en el depósito general para evitar contaminar la sana entrante. La pantalla principal se divide, en función de la utilidad, en dos partes: 1. Panel de Control. 2. Visualización general de los depósitos. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 141 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.13.3. Panel de Control Esta aplicación visual puede ser controlada mediante el autómata de manera automática o bien realizar pequeños controles manuales supervisados por un usuario. El panel creado se divide en dos tipos de operandos: Indicadores y botones. • Indicadores: Son pequeños estímulos visuales cuyo color cambia a menudo del estado en que se encuentre la variable a la que van asociados. Cada actuador incorpora uno o varios indicadores que proporcionan información al operario que esté supervisando el panel. Según el actuador del que se trate se pueden distinguir diferentes luminosos: o Indicadores de nivel máximo: Se encienden al darse por llenado el depósito al que haga referencia. Están presentes en los tres depósitos. o Indicadores de nivel mínimo: Análogamente, cambian a ON al producirse un nivel mínimo en el interior del tanque al que ha sido destinado el indicador. Están presentes en los tres depósitos. o Indicadores de funcionamiento correcto: Conforme los actuadores no presenten errores, se encenderán estos indicadores. Se pueden encontrar en cada válvula y bomba. o Indicador de fallo: Se producirá una alerta en el actuador o actuadores que sufran una avería. Se pueden ubicar los indicadores de fallo en válvulas y bombas. Nunca se dará el indicador de fallo y de funcionamiento correcto de un mismo actuador simultáneamente. o Indicador de válvula abierta: Elemento visual cuya conmutación ha estado activo se da al abrirse cualquier válvula. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 142 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA o Indicador de válvula cerrada: Visualizador complementario al anterior cuyo funcionamiento se da al cerrarse cualquier válvula. En ningún caso se podrá visualizar de forma simultánea el indicador de válvula abierta y cerrada. o Indicador de bomba activada: Se activará al ponerse en marcha el funcionamiento de cualquier bomba. o Indicador de bomba parada: De igual forma se puede visualizar si una bomba no está funcionando mediante este indicador. Nunca se podrá dar la activación y el paro de la misma bomba. o Indicador de nivel de pH: Este sensor simula el estado de nivel del pH del agua estableciendo un rango analógico cuyo valor se desplaza en función de una “Progress Bar”. De igual forma, cada parámetro que alcanza el medidor de pH es simbolizado por su código de colores el cual puede ser visualizado de la siguiente forma: Figura 1-71 – Control de pH + Indicador de color Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 143 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • Botones: Como segundo elemento del panel de control se encuentran los botones. Su función es la de activar manualmente las variables a las que van asociados por lo tanto únicamente surtirán efecto al estar ejecutando el programa en modo manual. La función por la cual se incorporan recae sobre tres premisas; el control manual de los actuadores, la conmutación a modo manual/automático y la simulación por usuario de los fallos en los mismos y de nivel de llenado Los destinados a la primera función son los que a continuación se explican: o Botones de activación: Permiten al operario abrir cualquier válvula y activar la bomba deseada. o Botones de desactivación: Por otro lado se incorpora la posibilidad de cerrar aquellas válvulas que, estando abiertas, deban ser cerradas de manera manual. Además también acepta el paro de cualquier bomba. Por otro lado se abastece al panel de control de un botón conmutador del funcionamiento de la planta entre modo manual y modo automático. Figura 1-72 – Botón de Manual / Automático En cuanto a los botones destinados a la simulación de variables que deban aportar los elementos móviles de la planta se distinguen: o Botones de simulación de fallos: Para comprobar que el funcionamiento de la planta es el correcto cuando se presenta un fallo en algún elemento se incorporan tantos botones como fallos en actuadores existan. Es decir, fallo en válvula de entrada, fallo en válvulas principales, fallo en válvulas auxiliares, fallo en válvula de salida principal, fallo en válvula de salida auxiliar, fallo en bomba 1 y fallo en bomba 2. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 144 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Figura 1-73 – Simulador de fallos o Botones de indicador de nivel: En la realidad los sensores instalados en un depósito informan de la cantidad de agua de la que dispone almacenada. Para cerciorarse de que la programación es la correcta se identifica el nivel (máximo y mínimo) de cada depósito mediante estos botones. Nivel Máximo Nivel Mínimo 1.13.4. Visualización General de los Depósitos Con el fin de una monitorización general de las variables sin tener en cuenta los indicadores LED del panel de control, se genera una pantalla de visualización dinámica que muestra el estado de los actuadores y sensores que intervienen en la automatización. En ella se pueden distinguir tres clases de pantallas: • Panel de texto de actuadores: Su característica es la de mostrar por pantalla el estado del sistema tratándose así de advertir de un correcto funcionamiento del mismo o de uno o varios fallos en los actuadores. La Figura 1-71 hace cuenta de ello. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 145 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA Por otro lado, se ha de visualizar también las acciones que se estén llevando a cabo, permaneciendo en parpadeo mientras éstas sigan ejecutándose como por ejemplo la acción de abrir válvulas. Figura 1-74 – Panel de texto de actuadores • Panel de texto de pH: Ya se ha visto como el indicador de pH es una variable analógica que puede llegar a cambiar y que si traspasa uno de los límites, superior o inferior, da lugar a error. Esta pantalla tiene como misión presentar en modo de texto el nivel de pH que, en función del número, se clasifica en: o Nivel de pH muy bajo. o Nivel de pH bajo. o Nivel de pH correcto. o Nivel de pH alto. o Nivel de pH muy alto. Figura 1-75 – Panel de texto de pH Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 146 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA • Pantalla general de visualización: Es una pantalla cuyo fin es la de visualizar el flujo del agua, el estado de los indicadores de nivel y la apertura de las válvulas y de las bombas. Se puede ver lo comentado en la Figura 1-73 Figura 1-76 – Pantalla general de visualización 1.13.5. Monitorización Paralela Además de la posibilidad de visualización dinámica a través de una aplicación SCADA en un ordenador, se hace patente otro medio de observación de variables a través del módulo de E/S básicas MD232. Se emplearán las direcciones definidas como salida del dispositivo que define el canal 0. Esta elección está meditada debido a que existen unos indicadores LED en este canal y por tanto, cualquier cambio en las variables a controlar se visualizará sin necesidad de iniciar la aplicación SCADA. Cada nodo compone un significado distinto cuyo simbolismo va ligado a la información recibida por el enlace radio, de tal manera que, atendiendo a cada equipo se traduce de la siguiente forma: • Equipo de la estación central: Recibe la información de los sensores e indicadores de la planta remota y transmite el control sobre los actuadores de la misma. El canal 0 se traduce de la siguiente forma: o Dirección 0.0: Fallo en la válvula de entrada o Dirección 0.1: Fallo en la válvula de salida principal. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 147 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA o Dirección 0.2: Fallo en la válvula de salida auxiliar. o Dirección 0.3: Fallo en las válvulas principales. o Dirección 0.4: Fallo en las válvulas auxiliares. o Dirección 0.5: Fallo en la bomba principal. o Dirección 0.6: Fallo en la bomba auxiliar. o Dirección 0.7: Alcanzado nivel máximo en depósito general. o Dirección 0.8: Alcanzado nivel mínimo en depósito general. o Dirección 0.9: Alcanzado nivel máximo en depósito principal. o Dirección 0.10: Alcanzado nivel mínimo en depósito principal. o Dirección 0.11: Alcanzado nivel máximo en depósito auxiliar. o Dirección 0.12: Alcanzado nivel mínimo en depósito auxiliar. • Equipo de la estación remota: Transmite el estado de los sensores instalados en la planta y recibe el control que debe ejercer sobre los actuadores que la conforman. El canal 0 se traduce de este modo: o Dirección 0.0: Control automático de la planta. o Dirección 0.1: Válvulas principales abiertas. o Dirección 0.2: Válvula de entrada abierta. o Dirección 0.3: Válvula de salida principal abierta. o Dirección 0.4: Válvula de salida auxiliar abierta. o Dirección 0.5: Válvulas auxiliares abiertas. o Dirección 0.6: Bomba principal activada. o Dirección 0.7: Bomba auxiliar activada. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 148 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.13.6. Visualización general de Control Figura 1-77 – Pantalla principal SCADA Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 149 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.14. BIBLIOGRAFÍA www.google.es www.infoplc.net www.wikipedia.org www.omron.es www.farell-i.com/es www.zyxel.es www.schneiderelectric.es “Comunicaciones en el entorno industrial” de Joan Domingo Peña, Juan Gámiz Caro, Antoni Grau i Saldes y Herminio Martínez García. Editorial UOC. Apuntes de la asignatura “Automatización Industrial II” impartida por el profesor Don Javier Bretón Rodríguez. Apuntes de la asignatura “Informática Industrial II” impartida por el profesor Don Juan Martín Miruri Sáenz. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 150 - Conocimiento de los equipos ubicados en los maletines Búsqueda de información sobre comunicaciones industriales Análisis de los protocolos de comunicación Investigación y solución de los problemas de Hardware Pruebas de comunicación con distintos protocolos Creación de los cables de unión entre equipos Redacción del documento justificativo Puesta en marcha de la red por radiofrecuencia Creación de aplicación SCADA para simulación Programación del PLC para la automatización abr-11 may-11 jun-11 oct-11 nov-11 dic-11 ene-12 feb-12 mar-12 abr-12 may-12 jun-12 DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S MEMORIA 1.15. CRONOGRAMA Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 151 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2. ANEXOS “DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALAMBRICAS ENTRE PLC’S Peticionario: Universidad de La Rioja Informante: Iván Borobia Torcelly Alumno de Ingeniería Técnica Industrial especialidad en Electrónica Industrial Universidad de La Rioja Lugar y Fecha: Logroño, 12 de Julio de 2011 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 152 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.1. ORGANISMO NORMALIZADOR IEEE Sobre el mes de Junio de 1997 se concluyó el estándar IEEE 802.11, definido por la organización Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) para las transmisiones inalámbricas. Las primeras especificaciones eran relativamente lentas, siendo su velocidad de transmisión de 1 a 2 Mbps. Hacia el 1999, la IEEE facilito un nuevo estándar, IEEE 802.11b, en el que se aumentaba el rendimiento de las transmisiones a unos 11 Mbps. A finales del 2002, apareció la marca registrada WI-FI (Wireless Fidelity), englobando el 802.11b y otros estándares más rápidos como el 802.11a. WI-FI es sinónimo del estándar IEEE "802.11b", protocolo de transmisión inalámbrica que logra alcanzar desde 2 Mbps hasta un máximo teórico de 11 Mbps. Este estándar fue creado por un grupo de fabricantes de dispositivos inalámbricos para mantener la compatibilidad entre sus productos y dar un grado de calidad a los productos Wireless. La norma IEEE 802.11 es un estándar en continua evolución, por lo que ha sufrido varias modificaciones y extensiones a lo largo de su corta vida, y es por ello que aun hoy en día van apareciendo nuevas especificaciones. Este estándar no especifica una tecnología o implementación concretas, sino simplemente el nivel físico y el subnivel de control de acceso al medio (MAC), siguiendo la arquitectura de sistemas abiertos OSI/ISO. No entraremos en el área telemática del estándar 802.11 pero sí nombraremos algunas características técnicas como podría ser la modulación de cada uno de los estándares y su finalidad. • IEEE 802.11: Especificaciones para 1-2 Mbps en la banda de los 2.4GHz. usando salto de frecuencias (FHSS) o secuencia directa (DSSS). • IEEE 802.11b: Extensión de 802.11 para proporcionar 11 Mbps usando DSSS. • Wi-Fi (Wireless Fidelity): Termino registrado promulgado por la WECA para certificar productos IEEE 802.11b capaces de ínter operar con los de otros fabricantes. • IEEE 802.11a: Extensión de 802.11 para proporcionar 54 Mbps usando OFDM. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 153 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS • IEEE 802.11g: Extensión de 802.11 para proporcionar 20-54 Mbps usando DSSS y OFDM. Es compatible hacia atrás con 802.11b. Tiene mayor alcance y menor consumo de potencia que 802.11a. • IEEE 802.11c: Añade soporte MAC en 802.11b para operaciones de puente para el estándar 802.11. • IEEE 802.11d: Define nuevos requerimientos para la capa física, como puede ser canales, secuencias de saltos y otros requerimientos para hacer funcionar 802.11 en otros países, dónde no es posible implementarlo, puesto que no tienen 2.4Ghz libre o es más corto. Entre ellos España, por tener parte de la banda destinada a usos Militares. • IEEE 802.11e: Mejora la capa MAC del 802.11 para que se pueda obtener una buena calidad de servicio, poder tener clases de servicio y mejorar los mecanismos de seguridad y autentificación. IEEE 802.11f: Ayuda a la interoperabilidad entre puntos de acceso. • IEEE 802.11g: Consigue mejorar la tasa de transmisión, por encima de 20Mbps en la banda de 2.4Ghz, usando otras codificaciones. • IEEE 802.11h: Mejora la capa física en la banda de 5Ghz para países europeos. Por tema de las licencias es imposible transmitir en esta banda en Europa, de ahí que estas investigaciones se centren en elaborar mecanismos de selección entre interiores y exteriores. • IEEE 802.11i: Desarrolla nuevos mecanismos en el nivel MAC para obtener mayores prestaciones en cuanto a seguridad. 802.11 b Frecuencia portadora 5.1 – 5.2Ghz 5.2 – 5.3Ghz 5.7 – 5.8Ghz 2.4 – 2.485Ghz 802.11 d N/D 802.11 e N/D N/D 802.11 f N/D N/D 802.11 g 2.4 – 2.485Ghz 36 ó 54 Mbps 802.11 h N/D N/D 802.11 i N/D N/D Estándar 802.11 a Velocidad de datos 54 Mbps 11 Mbps Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial Descripción Pot Max 40mW Pot Max 250mW Pot Max 800mW (EE.UU) 100mW Múltiples dominios reguladores Calidad de servicio Protocolo de conexión entre AP’s Selección dinámica de frecuencias (DFS) Seguridad - 154 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Tabla 2-1 – Estándares de normativa 2.2. EXPOSICIÓN A RADIOFRECUENCIA 2.2.1. Medición de las emisiones de RF Las ondas electromagnéticas provenientes de un enlace radio pueden llegar a ser perjudiciales para la salud humana tal y como se detalla en el Anexo 7:””. Para evitar que el daño causado en personas llegue a producirse, se deben tomar las medidas de las magnitudes que definen las ondas causantes de enfermedades tales como el campo magnético, el campo eléctrico, la frecuencia o la densidad de potencia de la onda. Los equipos de medición están integrados por un dispositivo medidor y un conjunto de sondas intercambiables, según la frecuencia y la componente del campo que se pretende medir. Las mediciones han de contar con la realidad de que los sujetos están en continuo movimiento y además disponer de la información necesaria en función de la frecuencia a la cual esté trabajando la comunicación. De esta manera, para un enlace cuya frecuencia sea considerada alta (del orden de GHz) el único parámetro a medir es la densidad de potencia mientras que para bajas frecuencias se debe disponer además del valor del campo magnético y eléctrico. 2.2.2. Valores Límite de Exposición Los valores límite a los cuales los individuos pueden comenzar a padecer los efectos de una exposición por radiofrecuencia vienen marcados según la legislación vigente. No obstante, estos valores varían según la disposición humana dentro del alcance radio diferenciando dos variantes: • Disposiciones para el público en general • Disposiciones para trabajadores. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 155 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.2.2.1. Disposiciones para el público en general Se hallan recogidas en el Real Decreto 1066/2001, de 28 de septiembre, por el que se aprueba el Reglamento que establece condiciones de protección del dominio público radioeléctrico, restricciones a las emisiones radioeléctricas y medidas de protección sanitaria frente a emisiones radioeléctricas. Los valores límite se asientan sobre estas dos premisas: • Restricciones básicas: Son limitaciones de la exposición electromagnética basadas en efectos sobre la salud y en consideraciones biológicas humanas, es decir, se identifican los parámetros sometidos a vigilancia que son perjudiciales para un organismo vivo. Según la frecuencia del campo, las magnitudes físicas utilizadas para establecer estas restricciones son la inducción magnética, la densidad de corriente, el índice de absorción específica de energía (SAR) y la densidad de potencia. • Niveles de referencia: Estos valores permiten determinar la probabilidad de que se sobrepasen las restricciones básicas. Las magnitudes empleadas son la intensidad de campo eléctrico, la intensidad de campo magnético, la inducción magnética, la densidad de potencia y la corriente en extremidades. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 156 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS A continuación se muestran unas tablas proporcionando las restricciones y los niveles de referencia: Intervalo de frecuencia Inducción magnética (mT) 0 Hz > 0 – 1 Hz 1 – 4 Hz 4 – 1000 Hz 1000 Hz – 100 kHz 100 kHz – 10 MHz 10 MHz – 10 GHz 10 GHz – 300 GHz 40 Densidad de corriente (mA/m2) SAR de cuerpo entero (w/Kg) SAR (cabeza y tronco) (w/Kg) SAR (miembros) (w/Kg) 0,08 2 4 0,08 2 4 Densidad de potencia S (w/m2) 8 8/f 2 f/500 f/500 10 Tabla 2-2 – Restricciones básicas entre 0 Hz y 300 GHz Gama de frecuencia Intensidad de campo E (V/m) Intensidad de campo H (A/m) Campo B (µT) 0 – 1 Hz 1 – 8 Hz 8 – 25 Hz 0,025 – 0,8 kHz 0,8 – 3 kHz 3 – 150 kHz 0,15 – 1 MHz 1 – 10 MHz 10 – 400 MHz 400 – 2000 MHz 2 – 300 GHz 10000 10000 250/f 250/f 87 87 87/ f1/2 28 1,375 f1/2 61 3,2 x 104 3,2 x 104/f2 4000 4/f 5 5 0,73/ f1/2 0,73/ f1/2 0,073 0,0037 f1/2 0,16 4 x 104 4 x 104/f2 5000/f 5/f 6,25 6,25 0,92/ f1/2 0,92/ f1/2 0,092 0,0046 f1/2 0,20 Densidad de potencia equivalente de onda plana (W/m2) 2 f/200 10 Tabla 2-3 – Niveles de referencia entre 0 Hz y 300 GHz. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 157 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.2.2.2. Disposiciones para trabajadores Actualmente no existe un decreto regulador ante la posibilidad de de exposición laboral por radiofrecuencia, por lo que se recurre habitualmente a consultar las guías de la International Comission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) para exposición laboral. La ICNIRP es una organización científica creada por la IRPA ("International Radiation Protection Asociation"), reconocida por la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Unión Europea (UE), como organismo de referencia en relación con los campos electromagnéticos. La Tabla 2-4 muestra los valores eficaces de referencia límite recomendados para entornos laborales, teniendo en cuenta que los individuos sujetos a estas limitaciones son adultos aparentemente sanos y sin operaciones quirúrgicas en los cuales intervengan dispositivos tales como marcapasos. Estos empleados han recibido información y formación para protegerse frente a la emisión de radiaciones electromagnéticas de frecuencia inferior a 300 GHz Frecuencia (f) < 1 Hz 1 – 8 Hz 8 – 25 Hz 0,025 – 0,82 kHz 0,82 – 65 kHz 0,65 – 1 MHz 1 – 10 MHz 10 – 400 MHz 400 – 2000 MHz 2 – 300 GHz Campo Eléctrico E (V/m) Campo Magnético H (A/m) Inducción Magnética B (µT) Densidad de potencia S (W/m2) 20000 20000 1,63 x 105 1,63 x 105/f2 2 x 104/f 2 x 105 2x105/f2 2,5 x 104/f 500/f 20/f 25/f 610 610 610/f 61 24,4 1,6/f 1,6/f 0,16 30,7 2/f 2/f 0,2 10 3f1/2 0,008f1/2 0,01f1/2 f/40 137 0,36 0,45 50 Tabla 2-4 – Límites laborales ICNIRP hasta 300GHz Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 158 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.3. MEDIDAS DE PREVENCIÓN BÁSICA La primera medida de prevención para que el público general y los trabajadores no padezcan los efectos producidos por la radiación, es señalizar debidamente el terreno de alcance de la señal con el presente símbolo Figura 2-1 – Precaución por radiofrecuencia Es también aconsejable comprobar la potencia de emisión de datos de las antenas, puesto que una configuración excesiva pone en peligro la salud humana. Se ha de definir el parámetro aconsejable en función de la distancia a recorrer. Los trabajadores profesionalmente expuestos deben estar informados y formados en relación con las posibles emisiones de esta clase y tener a su alcance los medios de protección colectivos e individuales. Se debe recordar que la exposición a radiofrecuencia depende, entre otros factores, de: • El valor de la densidad de potencia de las ondas en el punto de recepción. • Las intensidades de campo eléctrico y magnético respectivamente. • El tiempo de exposición. Teniendo en cuenta ello, las protecciones a instaurar deben llevar como premisa principal la disminución de estos valores causantes de daños. Entre las medidas preventivas a implantar se pueden señalar las siguientes: • Reducir del tiempo de exposición. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 159 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS • Mantener las fuentes emisoras apagadas y desconectadas de la red eléctrica mientras no se utilicen. • Evitar la realización de actividades de duración prolongada en zonas próximas a las fuentes generadoras de las emisiones si se dispone de otras áreas con menor riesgo. • Establecer una distancia de seguridad entre las fuentes emisoras y el receptor. • Utilizar encerramientos. Están constituidos por compartimentos construidos con paneles metálicos que ofrecen continuidad conductora y con toma a tierra, donde el grosor, la permeabilidad magnética, la conductividad eléctrica del metal, la distancia de la pantalla a la fuente y la frecuencia de la onda, son las variables que intervienen en la atenuación. • Utilizar pantallas de protección: pueden ser de los siguientes tipos: o Mallas metálicas: Se construyen como entramados de cable metálico, de forma que el diseño tiene en cuenta el espesor del metal y la distancia entre los cables. o Paneles perforados: Paneles metálicos en el que se han practicado orificios. Los trabajadores portadores de marcapasos así como las trabajadoras embarazadas constituyen grupos laborales de riesgo especial frente a determinadas exposiciones electromagnéticas, por lo cual deben informarse adecuadamente antes de someterse a estos campos. En el caso de utilización del router de telefonía móvil se recomienda la selección preferente de los modelos de baja potencia de emisión y su utilización, lo más alejado posible de la cabeza, durante las conversaciones. Aquellos usuarios portadores de marcapasos, no deberán situar los teléfonos próximos al corazón. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 160 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.4. ESTÁNDAR RS-232 2.4.1. Introducción El puerto serie RS-232C, presente en todos los ordenadores actuales, es la forma más comúnmente usada para realizar transmisiones de datos entre ordenadores. El RS-232C es un estándar que constituye la tercera revisión de la antigua norma RS-232, propuesta por la EIA (“Electronic Industry Asociation” Asociación de Industrias Electrónicas), realizándose posteriormente un versión internacional por el CCITT, conocida como V.24. Las diferencias entre ambas son mínimas, por lo que a veces se habla indistintamente de V.24 y de RS-232C (incluso sin el sufijo "C"), refiriéndose siempre al mismo estándar. El RS-232C consiste en un conector tipo DB-25 de 25 pines, aunque es normal encontrar la versión de 9 pines DB-9, mas barato e incluso más extendido para cierto tipo de periféricos. En cualquier caso, los PCs no suelen emplear más de 9 pines en el conector DB-25. Figura 2-2 – Conectores de Bus de Datos DB-9 Figura 2-3 – Conectores de Bus de Datos DB-25 Las señales con las que trabaja este puerto serie son digitales, de +12V (0 lógico) y -12V (1 lógico), para la entrada y salida de datos, y a la inversa en las señales de Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 161 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS control. Dependiendo de la velocidad de transmisión empleada, es posible tener cables de hasta 15 metros. Cada pin puede ser de entrada o de salida, teniendo una función específica cada uno de ellos. Las más importantes son: • TxD: Transmitir Datos • RxD: Recibir Datos • DTR: Terminal de Datos Listo • DSR: Equipo de Datos Listo • RTS: Solicitud de Envío • CTS: Libre para Envío • DCD: Detección de Portadora Las señales TXD, DTR y RTS son de salida, mientras que RXD, DSR, CTS y DCD son de entrada. La masa de referencia para todas las señales es SG (Tierra de Señal). Finalmente, existen otras señales como RI (Indicador de Llamada). Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 162 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.4.2. Características Principales La interfaz RS232 está diseñada para distancias cortas, de hasta 15 metros según la norma y para velocidades de comunicación bajas de no más de 20 Kilobits/segundo. A pesar de ello muchas veces se utiliza a mayores velocidades con un resultado aceptable. La interfaz puede trabajar en comunicación síncrona (comunicación en tiempo real) y asíncrona (comunicación entre dos elementos de manera diferida en el tiempo) y tipos de canal simplex (unidireccional), half duplex (bidireccional alternativa) y full duplex (bidireccional simultánea). Se emplea una lógica negativa a la hora de definir las señales digitales con las que se trabaja: • De +3 a +15 Voltios: 0 lógico • De -3 a -15 Voltios: 1 lógico Aunque los niveles estándar son de ±12 Voltios. La gama de voltajes entre -3 V y +3 V se define como la región de transición, donde la condición de señal no está definida. La corriente de cortocircuito (Icc) es menor de 100 mA. El conector del DTE debe de ser macho mientras que el del DCE será hembra. Existen dos tipos de conectores: el DB-25 y el DB-9 cuyos pines son explicados con detalle en el apartado “2.3.Descripción del Conector”. La resistencia de carga debe ser superior a 3000 ohmios y no debe sobrepasar los 7000 ohmios. Por otro lado la capacidad de carga debe ser inferior a 2500 picofaradios (pF) Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 163 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.4.3. Descripción del Conector En este apartado se procede a dar una explicación detallada de cada una de las líneas que componen los conectores DB-9 y DB-25 (aunque en realidad para este último no se suelen emplear más de nueve pines) así como la transferencia de información empleando estas líneas. 2.4.3.1. Descripción de las 9 líneas principales La norma define conectores con 25 pines (DB-25) como se muestra en la siguiente Figura 2-4, cada uno de los cuales define un circuito. Figura 2-4 – Líneas de Bus de Datos DB-25 Estos circuitos se conectan de modo distinto según las aplicaciones, pero la más común es la siguiente: Figura 2-5 – Conexión a través del DB-25 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 164 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS También se pueden encontrar conectores de 9 pines: Figura 2-6 – Líneas de Bus de Datos DB-9 En estos conductores se han mantenido las líneas más utilizadas en las comunicaciones usuales. Las principales son los siguientes: • CD o DCD (“Carrier Detect”, Detección de Portadora): el DCE le indica al DTE que ha recibido la señal de detección de portadora, esto quiere decir que en el otro extremo se ha abierto la línea de comunicación. Esta señal debe estar activa durante todo el tiempo ya que de lo contrario se perderá la comunicación, en este caso se le llama “Carrier Lost”. • RxD (“Received Data”, Recepción de Datos): por esta línea es por la que se reciben los datos en comunicación serie. • TxD (“Transmited Data”, Transmisión de Datos): esta línea es el canal por el que viajan los datos. • DTR (“Data Terminal Ready”, Terminal de Datos Listo): esta señal es enviada inicialmente por el DTE al DCE para informarle de que está preparado para intervenir en una comunicación. • DSR (“Data Set Ready”, Equipo de Datos Listo): el DCE le indica al DTE el estado del mismo, de forma que cuando dicha línea se ponga a nivel activo indicará que está preparado para la comunicación. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 165 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS • RTS (“Request To Send”, Petición de Envío): una vez que el DTE y el DCE están listos, si el DTE necesita enviar datos, envía al DCE la señal RTS para informarle. • CTS (“Clear To Send”, Listo para Transmitir): Es una señal que envía el DCE al DTE para indicarle que está listo para aceptar datos. • RI (“Ring Indicator”, Detección de Llamada): el DCE le indica al DTE que hay una llamada desde el exterior. • SG (“Signal Ground”): señal de referencia. 2.4.3.2. Transferencia de información Para realizar la transferencia de información entre un DTE (PC) y un DCE (módem) se puede dividir el proceso en dos etapas. En la primera de ellas, los dispositivos que se están comunicando son activos y están dispuestos a iniciar la comunicación. En primer lugar, el módem debe conectarse a la línea telefónica para poder comenzar con la comunicación de datos; cuando esto ocurra se lo hará saber al PC mediante la línea DSR. A su vez, la línea DTR es la encargada de comprobar que el módem está preparado para la comunicación. La principal función de la segunda etapa es el inicio de la comunicación. Siempre que el PC quiera enviar información al módem se lo hará saber mediante la línea RTS y a su vez, mediante la línea CTS, el módem comunica que está listo para la transmisión. Figura 2-7 – Handshaking Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 166 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.4.4. Puerto serie en el PC El ordenador controla el puerto serie mediante un circuito integrado específico, llamado UART (Transmisor-Receptor-Asíncrono Universal). El objetivo de este dispositivo es la conversión de los datos recibidos en forma paralela, a forma serial, y viceversa, con el fin de comunicarse con otro sistema externo. Normalmente se utilizan los siguientes modelos de este chip: 8250 (bastante antiguo, con fallos, solo llega a 9600 baudios), 16450 (versión corregida del 8250, llega hasta 115.200 baudios) y 16550A (con buffers de E/S). A partir de la gama Pentium, la circuitería UART de las placa base son todas de alta velocidad, es decir UART 16550A. De hecho, la mayoría de los módems conectables a puerto serie necesitan dicho tipo de UART, incluso algunos juegos para jugar en red a través del puerto serie necesitan de este tipo de puerto serie. Por eso hay veces que un 486 no se comunica con la suficiente velocidad con un PC Pentium... Los portátiles suelen llevar otros chips: 82510 (con buffer especial, emula al 16450) o el 8251 (no es compatible). Para controlar al puerto serie, la CPU emplea direcciones de puertos de E/S y líneas de interrupción (IRQ). En el AT-286 se eligieron las direcciones 3F8h (o 0x3f8) e IRQ 4 para el COM1, y 2F8h e IRQ 3 para el COM2. El estándar del PC llega hasta aquí, por lo que al añadir posteriormente otros puertos serie, se eligieron las direcciones 3E8 y 2E8 para COM3-COM4, pero las IRQ no están especificadas. Cada usuario debe elegirlas de acuerdo a las que tenga libres o el uso que vaya a hacer de los puertos serie (por ejemplo, no importa compartir una misma IRQ en dos puertos siempre que no se usen conjuntamente, ya que en caso contrario puede haber problemas). Es por ello que últimamente, con el auge de las comunicaciones, los fabricantes de PCs incluyan un puerto especial PS/2 para el ratón, dejando así libre un puerto serie. Mediante los puertos de E/S se pueden intercambiar datos, mientras que las IRQ producen una interrupción para indicar a la CPU que ha ocurrido un evento (por ejemplo, que ha llegado un dato, o que ha cambiado el estado de algunas señales de entrada). La CPU debe responder a estas interrupciones lo más rápido posible, para que dé tiempo a recoger el dato antes de que el siguiente lo sobrescriba. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 167 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Sin embargo, las UART 16550A incluyen unos buffers de tipo FIFO, dos de 16 bytes (para recepción y transmisión), donde se pueden guardar varios datos antes de que la CPU los recoja. Esto también disminuye el número de interrupciones por segundo generadas por el puerto serie. El RS-232 puede transmitir los datos en grupos de 5, 6, 7 u 8 bits, a unas velocidades determinadas (normalmente, 9600 bits por segundo o más). Después de la transmisión de los datos, le sigue un bit opcional de paridad (indica si el numero de bits transmitidos es par o impar, para detectar fallos), y después 1 o 2 bits de Stop. Normalmente, el protocolo utilizado ser 8N1 (que significa, 8 bits de datos, sin paridad y con 1 bit de Stop). Una vez que ha comenzado la transmisión de un dato, los bits tienen que llegar uno detrás de otro a una velocidad constante y en determinados instantes de tiempo. Por eso se dice que el RS-232 es asíncrono por carácter y síncrono por bit. Los pines que portan los datos son RXD y TXD. Las demás se encargan de otros trabajos: DTR indica que el ordenador esta encendido, DSR que el aparato conectado a dicho puerto esta encendido, RTS que el ordenador puede recibir datos (porque no está ocupado), CTS que el aparato conectado puede recibir datos, y DCD detecta que existe una comunicación, presencia de datos. Tanto el aparato a conectar como el ordenador (o el programa terminal) tienen que usar el mismo protocolo serie para comunicarse entre sí. Puesto que el estándar RS232 no permite indicar en qué modo se está trabajando, es el usuario quien tiene que decidirlo y configurar ambas partes. Como ya se ha visto, los parámetros que hay que configurar son: protocolo serie (8N1), velocidad del puerto serie, y protocolo de control de flujo. Este ultimo puede ser por hardware (el que ya hemos visto, el handshaking RTS/CTS) o bien por software (XON/XOFF, el cual no es muy recomendable ya que no se pueden realizar transferencias binarias). La velocidad del puerto serie no tiene por qué ser la misma que la de transmisión de los datos, de hecho debe ser superior. Por ejemplo, para transmisiones de 1200 baudios es recomendable usar 9600, y para 9600 baudios se pueden usar 38400 (o 19200). Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 168 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.5. COMPONENTES DEL MALETÍN 2.5.1. Autómata Programable CJ1M CPU – 12 ETN Los miembros más pequeños de la familia CJ1 son totalmente compatibles con la serie CJ1G/H y CS1 en lo que se refiere al conjunto de instrucciones, comandos de comunicaciones y organización de la memoria. Este componente proviene de la familia de los PLC modulares de hasta 2560 E/S. Aunque a simple vista parezca un autómata menor, su potencial es bastante alto y es muy usado en automatizaciones complejas. Para explicar las características más significativas del autómata lo dividiremos en dos grupos: Las del PLC y las de la unidad CPU 2.5.1.1. Características del PLC CJ1M • PLC modular básico, compatible con la serie CJ1G/H y CS1 • CPUs con E/S de pulsos incorporadas para un control rápido y sencillo del movimiento o con interfaz Ethernet para facilitar la integración. • Programación en texto estructurado IEC 61131-3, amplia biblioteca de bloques de función. • Enrutamiento de comunicaciones transparente a través de distintas redes. • Ranura para tarjeta de memoria CompactFlash para el almacenamiento de datos y el intercambio de programas. • Su programación se realiza con CxProgramer mediante programación estructurada, en la cual el programa está dividido en tareas; además de ello puede usar símbolos para facilitar su programación. • Funciones especiales: o Tamaño compacto o Puerto Ethernet incorporado o Interruptor magneto – térmico K60N Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 169 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.5.1.2. Características de la CPU – 12 ETN • Capacidad máxima de E/S hasta 320 bits. • Memoria de programa entre 10 Kpasos. • Memoria de datos d 32Kcanales. • Un consumo de 0,58A a 5 Vcc • El tiempo de ejecución de las instrucciones básicas es de 0,10 µs min., mientras que de las instrucciones especiales es de 0,15 µs min. • Sin soporte. Las unidades están directamente conectadas entre si • Se pueden conectar un máximo de 20 unidades, incluyendo 10 Unidades en el bastidor de CPU y 10 Unidades en un bastidor de expansión (únicamente se puede conectar un bastidor de expansión) • El tiempo de ciclo puede abarcar desde 1 a 32000 ms. • Tienen la posibilidad de añadir una memoria flash en la que se guarda automáticamente una copia de seguridad del área de parámetros y de los programas de usuario • Posee protección contra sobreescritura (configurable con el interruptor DIP) y protección contra copia (configurable mediante contraseña utilizando Cx-Programmer o consolas de programación) • Para la realización de comunicaciones serie incorpora un puerto de periféricos y un puerto RS-232C. • Las CPUs de la serie CJ pueden realizar el intercambio de datos con Unidades de E/S básicas de la serie CJ, Unidades de E/S especiales de la serie CJ y Unidades de bus de la CPU de la serie CJ. • El peso de cada modelo es de unos 5 Kg. como máximo. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 170 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS El software encargado de implementar una programación específica a este autómata viene designado por el CX-ONE. Es un conjunto de programas entre los que destacamos: • CX-PROGRAMMER: Culpable de la programación básica y de los movimientos de los registros internos. • CX-SUPERVISOR: Simula una monitorización de las variables asociadas a la programación diseñada por el software anteriormente visto. De tal manera que disponemos un control visual constante en una pantalla por la que además podemos activar o desactivar dichas variables. Figura 2-8 – CJ1M CPU – 12 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 171 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.5.1.2.1 Componentes de la CPU La CPU está formada por diferentes elementos, entre ellos se encuentran aquellos que realizan comunicaciones serie con otros dispositivos, indicadores luminosos que indican el estado del sistema o interruptores para la configuración de la CPU, entre otros. A continuación se procede a exponer de manera más detallada cada uno de estos elementos que componen la Unidad de CPU utilizada en la realización de este proyecto. • Tarjeta de Memoria: este tipo de CPU incorpora una ranura (situada en la parte inferior izquierda) en la cual se puede insertar una tarjeta de memoria con el fin de realizar copias de seguridad y de esta forma proteger la información. En relación con este elemento se encuentran: o Conector de la Tarjeta de Memoria: conecta memoria a la CPU. la tarjeta de o Botón de Expulsión de la Tarjeta de Memoria: se encuentra situado inmediatamente debajo de la ranura en la que se introduce la tarjeta; con este botón podemos realizar la extracción de la tarjeta de memoria de manera segura. o Interruptor de Alimentación de la Tarjeta de Memoria: está situado encima de la ranura de la tarjeta; pulsándolo se realiza la desconexión de la tarjeta antes de llevar a cabo su extracción. Además, se puede pulsar para realizar una operación simple de copia de seguridad. o Indicadores de Tarjeta de memoria: existen dos indicadores luminosos ubicados al lado del interruptor de alimentación: MCPWR (verde): se ilumina mientras se está alimentando la tarjeta de memoria. Si está encendido la memoria está conectada a la alimentación eléctrica, mientras que si está parpadeando puede existir algún fallo de escritura o verificación. BUSY (naranja): se ilumina si se está accediendo a la tarjeta de memoria Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 172 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS • Comunicación Serie: para la realización de las comunicaciones serie entre dispositivos existen dos puertos que permiten la ejecución de dicha comunicación, estos son: o Puerto de Periféricos: conectado a dispositivos de programación, como a la consola de programación o a los ordenadores host. o Puerto RS-232C: conectado a dispositivos de programación (excepto a la consola de programación), ordenadores host, dispositivos externos de uso general, terminales programables y otros dispositivos. • Indicadores LED: informan del estado del sistema, existen seis indicadores luminosos además de los dos pertenecientes a la tarjeta de memoria (MCPWR y BUSY) explicados anteriormente: o RUN (verde): Se enciende cuando el PLC está funcionando con normalidad en modo RUN o MONITOR. o ERR/ALM (rojo): Parpadea cuando se produce un error no fatal que no provoca la parada de la CPU (que en este caso seguirá funcionando). Se mantiene continuamente encendido en caso de producirse un error fatal que detiene el funcionamiento de la CPU, o bien si se produce un error de hardware (en cualquiera de estos casos, la CPU dejará de funcionar y se pondrán en OFF las salidas de todas las Unidades de salida). o INH (naranja): Se enciende cuando el bit de salida OFF (A50015) se pone en ON. Si este bit se pone en ON, todas las salidas de las Unidades de salida se pondrán en OFF. o PRPHL (naranja): Parpadea cuando la CPU está comunicando a través del puerto de periféricos. o BKUP (naranja): Se ilumina mientras se está ejecutando la copia de seguridad de los datos de la RAM en la memoria flash. No se debe desconectar la CPU mientras este indicador esté iluminado. o COMM (naranja): Parpadea cuando la CPU está comunicando a través del puerto RS232C. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 173 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS • Interruptor DIP: este interruptor está situado en el interior de la cubierta de la batería, dispone de 8 pines que se emplean para seleccionar los parámetros operativos básicos de la CPU. A continuación se describe la función de cada uno de estos pines: o Pin 1: Si está en ON inhabilita la escritura en la memoria del programa de usuario, mientras que si está en OFF habilita la escritura en la memoria del programa de usuario. o Pin 2: Si está en ON el programa de usuario se transfiere automáticamente al conectar la alimentación, y en OFF El programa de usuario no se transfiere automáticamente al conectar la alimentación. o Pin 3: No se utiliza. o Pin 4: Si está en ON utiliza los parámetros de puertos de periféricos especificados en la configuración del PLC, y en OFF detecta automáticamente los parámetros de la consola de programación o de CX-Programmer en el puerto de periféricos. o Pin 5: Si está en ON detecta automáticamente los parámetros de CX-Programmer en el puerto RS-232C, y en OFF utiliza los parámetros del puerto RS-232C especificados en la configuración del PLC. o Pin 6: Es un pin definido por el usuario. o Pin 7: Si está en ON realiza una copia de seguridad simple, hace la lectura/escritura en la tarjeta de memoria; y en OFF, verifica el contenido de la tarjeta de memoria. o Pin 8: Siempre OFF. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 174 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.5.2. Radio – Módem TMOD 405 Serie 400 Este dispositivo es capaz de generar un canal de radio de tal forma que puede enlazar otras estaciones receptoras en la misma frecuencia y con un mismo equipo. Sus características más importantes se dividen en varios subgrupos que a continuación se detallan: • Canales de datos: o Modo de Operación: Simplex y Half-Dúplex o Interfaz de datos: RS-485 y RS-232 con formato de carácter configurable. Conector DB-15 hembra. Automático sin señales de control. o Velocidad de interfaz: 300 bps – 38400 bps (configurable). o Protocolo: Transparente. o Retardo de trama: Introducido por el enlace propio siendo de 33 milisegundos. o Detección de fin de trama: Timeout configurable por usuario. o Configuración flexible: Actúa como estación base, estación terminal o repetidor aguas arriba o aguas abajo. • Canal radio: o Velocidad: 9600 baudios. o Frecuencia: 137 – 174 MHz (VHF). 403 – 512 MHz (UHF). o Canalización: 12,5 KHz ó 25 KHz susceptible de configuración. o Modulación: Digital en FSK (Frecuencia). Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 175 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS o Alcance de varias decenas de kilómetros aun con antenas sin ganancia. • Transmisor: o Potencia de emisión: 0,1 – 5 Watios configurable por el usuario. o Estabilidad de potencia: ± 15 dB. o Conector de antena: Tipo N Hembra. o Impedancia: 50Ω. o Tiempo de arranque: < 10 ms. • Receptor: o Sensibilidad: -110 dBm @ 12,5 KHz. o Rechazo de canal adyacente: -60 dB. o Salida física de RSSI: Valores entre 0 – 5 voltios en el AUX COM (calibrado en dBm). • Alimentación: o Principal: 12,6 Vcc nominal con un rango de aceptación de 10,8 – 15 V. o Conector: Polarizado a dos vías. o Consumo en Tx: < 1.700 mA @ 5 Watios de potencia de emisión. < 1.200 mA @2,0 Watios de potencia de emisión. < 800 mA @ 0,5 Watios de potencia de emisión. < 540 mA @ 0,1 Watios de potencia de emisión. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 176 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS o Consumo en Rx: < 170 mA. o Modo Sleep: < 15 mA. o Protección: Contra polarización invertida y sobretensión mediante fusible interno auto-rearmable de 2 A y 250 VAC. • Características físicas: o Dimensiones: 190x175x600 mm (alto x ancho x profundo) sin antena. o Peso: 1,21 Kg. o Índice de protección: IP-52. o Sujeción: Raíl DIN o Rack de 19“. • Características ambientales: o Rango de temperatura: -30ºC a +60ºC. o Humedad: 95% a 40ºC sin condensación. • Diagnóstico NET-WIDE: o Medición y alarmas: Potencia emitida, potencia recibida, ROE, tensión y temperatura. o Disponibilidad de datos: En cualquier dispositivo TMOD. o Visualización de datos: Con la aplicación TMOD-Suite o vía integración mediante software de aplicación visual SCADA. o Tipo de operación: No intrusivo. o Interfaz de diagnóstico: RS-232 / 2 hilos / Sin señales de control Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 177 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS RS-485. Conector DB-25 hembra. o Velocidad de interfaz: 300 bps – 38400 bps configurable. • Homologación: o Radio: ETS EN 300 113-2 y FCC Part 90 (Bandas con licencia). o EMC: ETS EN 301 489-5. o Seguridad eléctrica: UNE EN 60950. 2.5.2.1. Operación y Mantenimiento Este dispositivo incorpora indicadores luminosos que indican el estado del módem para identificar si se produce algún fallo interno o si por el contrario el funcionamiento es el correcto. Estos LED son los siguientes: Figura 2-9 – LED’s del radio - módem • RxD: Un parpadeo de este LED indica la recepción de datos a través de la antena. • TxD: De forma análoga el parpadeo de este indicador muestra que el módem está transmitiendo datos a través de la antena. • AUX: El encendido indica que se está configurando el dispositivo para posteriormente comunicarse con otro equipo. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 178 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS • ON: La codificación de su señal luminosa se traduce de la siguiente manera: o Apagado: Sin alimentación. o Encendido de forma continua: Equipo alimentado y funcionando correctamente. o Parpadeo: Puede significar cualquiera de los siguientes casos: Estado de alarma: Produce un parpadeo rápido (3 Hz) siendo la causa de este estado: ROE excesivamente elevada. Potencia transmitida más alta o baja de lo normal. Tensión de alimentación excedida del límite. Temperatura fuera de rango. Fallo interno del equipo en cuyo caso emitirá un parpadeo de 1 Hz. Test de transmisión: Durante el test de prueba de señal emitirá una señal luminosa intermitente. Estado de diagnóstico intrusivo: Se produce al ejecutar mediante software la instrucción del análisis interno del equipo a través de la herramienta TMOD Suite. Estado de Sleep: Se produce un parpadeo lento al entrar el equipo en estado de ahorro de energía en cuyo caso su consumo no excede los 15 mA. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 179 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Figura 2-10 – Radio-Módem 2.5.3. 2.5.3.1. Antena Yagi - Uda Introducción La antena Yagi-Uda es de tipo direccional y fue inventada por los doctores Hidetsugu Yagi y Shintaro Uda (de ahí su nombre). La invención de esta antena propició una gran revolución debida a que usando elemento simples pudieron construir una antena de gran rendimiento. Inicialmente no se usó para fines de comunicación sino para usarlo como arma radiactiva en la guerra empleando su alta capacidad de direccionamiento. Yagi, descontento con los resultados, abandonó el proyecto. No obstante esta antena fue aceptada en los países europeos y norteamericanos como elemento radiofónico para las comunicaciones y sólo cuando fue usado en la guerra para tal fin, tuvo una aceptación en Japón. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 180 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Figura 2-11 – Antena Yagi - Uda 2.5.3.2. Características principales En este proyecto se va a utilizar la Antena Yagi – Uda de 3 elementos tal y como se muestra en la Figura 2-11 anterior suministrado por la empresa A.S.P. Las características de este tipo de antena son las que a continuación se muestran: • Frecuencia de funcionamiento: 420 – 470 MHz. • Antena direccional de 3 elementos. • Impedancia: 50 Ω • Polarización vertical y horizontal. • Ganancia: 8 dBi • Relación de Onda Estacionaria (ROE): < 1,5 • Potencia máxima: 250 W • Conector: N Hembra • Peso: 3,1 Kg Además este tipo de antena abarca la posibilidad de aumentar su ganancia incorporando una segunda antena acoplada y alimentada en fase mediante un dispositivo Splitter. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 181 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Esta antena dispone de la seguridad que garantiza su correcto funcionamiento a lo largo de la vida útil del mismo incluso permeabilidad en los terminales. La antena, como elemento radiador que es, presenta la siguiente gráfica que advierte la intensidad relativa de la señal electromagnética en función del azimut alrededor de la antena. Figura 2-12 – Intensidad relativa de la antena 2.5.3.3. Funcionamiento La antena Yagi-Uda está formada por un elemento alimentado (conectado al emisor o receptor según convenga). Dicho elemento constituye el dipolo o dipolo doblado también llamado radiador. Además incorpora una serie de elementos denominados elementos parásitos. Al conectar el elemento alimentado a una fuente, esta suministra una corriente que circula por el dipolo. Debido al efecto del electromagnetismo, descubierto por Hans Christian Oersted, se produce un campo magnético alrededor del dipolo. Los elementos parásitos se encuentran en proximidad al dipolo y, por consecuencia, en contacto con el campo magnético generado. Lo que hace generar una corriente circulando por lo elementos parásitos cuyo valor será algo menor al que atraviesa al dipolo. La causa de ello viene explicada por el efecto de Oersted: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 182 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Una corriente rectilínea crea a su alrededor un campo magnético cuya intensidad se incrementa al aumentar la intensidad de la corriente eléctrica y disminuye al aumentar la distancia con respecto al conductor. Al haber una separación (aunque pequeña) el valor de la corriente generada por el campo magnético es menor en relación a ese pequeño margen que separa al dipolo de los elementos parásitos. Como hemos visto anteriormente, el paso de una corriente rectilínea genera a su alrededor un campo magnético. En este caso hemos obtenido una nueva corriente (la de los elementos parásitos) y como es lógico, suministra un campo a su alrededor. En resumen podemos determinar que la corriente que circula en cada uno de los elementos es el resultado de una interacción global de cada uno de ellos propiciada por el dipolo. Pueden darse distintas configuraciones de la antena Yagi-Uda atendiendo a la forma del dipolo, al número de elementos y a la frecuencia de trabajo. 2.5.3.4. Radiador o dipolo doblado Elemento principal de la antena por donde se suministra la corriente necesaria para dar comienzo a la generación de campos magnéticos. Como se ha mencionado, se trata de un dipolo doblado coplanar y con la línea de transmisión conectada al lado derecho. Por tanto la corriente circulará en este sentido: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 183 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Figura 2-13 – Sentido de la corriente por la antena 2.5.3.5. Instalación En principio, la forma en la que se instalan las antenas no resulta determinante puesto que para las pruebas de laboratorio, la distancia entre nodos es muy pequeña y por tanto los equipos funcionan correctamente sin importar la orientación de éstas. Sin embargo, este proyecto está destinado a cubrir grandes zonas de comunicación y por ello se debe tener en cuenta la manera en la que las antenas han de ser colocadas en cada estación. Como se ha mencionado, este dispositivo es direccional, es decir, precisa de conocer dónde se colocará la antena receptora para orientar la onda transmisora en esa dirección. Esta antena se coloca mediante una abrazadera sujeta a un mástil de 30 – 65 mm de diámetro con posibilidad de ajustar su inclinación en ± 30º. Además se ha de incluir el cable RG213 que conecta el pasamuros con la antena por lo que su largura es patente según lo indica la Figura 2-14. Las abrazaderas son las que se componen de la Figura 2-15 y la Figura 2-16 según la posición de la misma. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 184 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Figura 2-14 – Cable RG213 Figura 2-15 – Instalación frontal de la antena Figura 2-16 – Instalación posterior de la antena Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 185 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS La siguiente imagen muestra un ejemplo de cómo orientarla en una instalación al aire libre. Figura 2-17 – Instalación final de la antena 2.5.4. Router ZYWALL 2WG 2.5.4.1. Características principales • Acceso a Internet a través de redes 3G (HSDPA, UMTS, GPRS, EDGE) ZyWALL 2WG da a los usuarios un servicio de acceso a Internet aún más cómodo para eliminar la limitación de la red con cable y extiende el servicio de Internet sin cable. Incorporado el entorno de cables, la solución puede aplicar características a varias aplicaciones a la vez que ofrece mayor movilidad con la conexión Wi - Fi. • Conexión de red virtual privada (VPN) Admite el certificado de seguridad IP VPN ZyNOS ICSA apropiados para despliegues de sitios remotos al servidor central. Como la encriptación de datos en Internet asegura la transmisión segura entre dos sitios sin líneas contratadas caras, la interconectividad global puede conseguirse a un coste mínimo. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 186 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS • Protección de seguridad del Firewall El certificado ICSA del ZyNOS firewall en ZyWALL 2WG da una fuerte y fiable seguridad firewall con un alto rendimiento. Provee defensa de primera línea contra hackers, intrusos y otras amenazas. • Zona tecnológica segura Ofrece una zona tecnológica segura que los usuarios pueden usar para acceder a servidores en una zona separada de la red local de confianza (LAN). 2.5.4.2. Especificaciones 2.5.4.2.1 Especificaciones del sistema • Modo de Operación: o Modo de enrutamiento. o Protocolo transparente. o NAT (Netword Address Translation) “Traslado de la dirección de Red”. o Acceso telefónico. • Red Privada Virtual: o Cinco conexiones simultáneas IPsec VPN o Encriptación DES/RDES/AES. o Clave manual. o Autentificación de usuario. o Conexión redundante VPN. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 187 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS • Seguridad Firewall: o Cortafuegos transparente al protocolo. o Paquetes de inspección. o Protección DOS y DDOS. o Alertas en tiempo real. • Filtrado de paquetes: o Bloqueo de Java/ActiveX/Cookie. o Bloqueo de URL y claves. o Filtrado de contenido Web. • Red: o Cliente DHCP/Servidor/Relé. o PPPoE. o PPTP. • Sistema de Gestión: o Web GUI (HTTP, HTTPS). o Interfaz de Línea de Comandos. o Actualizaciones del Firmware. o Gestión Centralizada de Redes. • Red Inalámbrica: o Compatible con IEEE.802.11a/b/g o Filtrado MAC. o Encriptación WEP de 64/128 bits. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 188 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS o WPA/WPA-PSK/WPA2/WPA2-PSK. o Itinerante. o Potencia de salida configurable. 2.5.4.2.2 Especificaciones del Hardware • Indicadores de estado LED • Adaptador de potencia a 12 VDC. • Botón de Reset. • Conmutador de 4 Puertos a 10/100 Mbps. • Red WAN a 10/100 Mbps. • Acceso telefónico RS-232 a través de RJ-45 por NULL MODEM. • Consola RS-232 en conector RJ-45 2.5.4.2.3 Especificaciones Físicas • Dimensiones: 220 x 148 x 30.5 mm (Largo x Ancho x Alto). • Peso: 517 gramos. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 189 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.5.4.2.4 Especificaciones Medioambientales • Temperatura de funcionamiento: 0ºC – 50ºC • Humedad de funcionamiento: 20% - 95% (Sin condensación). • Temperatura de almacenamiento: -30ºC – 60ºC • Humedad de almacenamiento: 20% - 95% (Sin condensación). 2.5.4.2.5 Certificaciones • EMC: FCC Part 15 Class B, CE-EMC Class B, C-Tick Class B, VCCI Class B • Seguridad: CSA International, CE EN60950-1 (UL60950-1, CSA609501, EN60950-1, IEC60950-1) • C-Tick. • VCCI • Green Product acorde a WEEE. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 190 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Figura 2-18 – Red de datos mediante router GSM Figura 2-19 – Router ZyWALL 2WG Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 191 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.5.5. Módulo Analógico de E/S MAD42 Los autómatas de la serie CJ pueden ser complementados mediante unas Unidades de E/S especiales. Para este proyecto se dispone de un dispositivo capaz de gestionar Unidades de entrada analógica y Unidades de salida analógica. Tal elemento es la Unidad de E/S analógica CJ1W MAD42 la cual admite una amplia gama de sensores y tarjetas de adquisición de datos con objeto de obtener de una manera rápida y precisa de datos de las variables a visualizar. Las características principales se presentan en el siguiente listado: • Procesa 4 entradas y 2 salidas analógicas • Tiempo de Conversión: 3 ms. en los 6 canales. • Resolución: 1/8000 • Entradas analógicas • Detección de rotura de cable • Función de retención de pico • Función de cálculo de media • Configuración de ajuste de ganancia • Salidas analógicas • Retención de salida • Configuración de ajuste de ganancia • Función de escalado Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 192 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS A continuación se muestra un esquema de la disposición de los terminales que forman este dispositivo: Figura 2-20 – Terminales del MAD42 2.5.5.1. Valores analógicos de entrada El módulo analógico puede convertir entre los siguientes rangos de entrada y salida: • Rango de 1 a 5 V y de 4 a 20 mA Figura 2-21 – Escalado de entrada (1 – 5V) Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 193 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS • Rango de 0 a 10 V Figura 2-22 – Escalado de entrada (0 – 10V) • Rango de 0 a 5 V Figura 2-23 – Escalado de entrada (0 – 5V) Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 194 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS • Rango de –10 a 10 V Figura 2-24 – Escalado de entrada (-10 – 10V) 2.5.5.2. Valores analógicos de salida • Rango de 1 a 5 V Figura 2-25 – Escalado de salida (1 – 5V) Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 195 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS • Rango de 0 a 10 V Figura 2-26 – Escalado de salida (0 – 10V) • Rango de 0 a 5 V Figura 2-27 – Escalado de salida (0 – 5V) Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 196 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS • Rango de –10 a 10 V Figura 2-28 – Escalado de salida (-10 – 10V) Figura 2-29 – Módulo Analógico MAD42 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 197 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.5.6. Módulo de E/S Digital Básica MD232 Las unidades de E/S digitales actúan de interfaz del PLC para lograr un control de secuencia rápido y fiable. Dentro de la gama de unidades, de entradas de corriente continua de alta velocidad a salidas relé, permiten adaptar al autómata CJ1M a las necesidades. Las unidades de E/S de 32 y 64 puntos de alta densidad están equipadas con conectores de cable plano de 40 pines como es el caso del MD232 al disponer de 32 puntos. No obstante existe la posibilidad de equipar al dispositivo con cables prefabricados y terminales de cableado para establecer fácilmente una interfaz con las unidades de E/S de alta densidad. Este dispositivo dispone además de dos tipos de terminales según sea la característica de la información digital; de entrada o de salida Como características generales sin importar el sentido de los datos (entrada o salida) se distinguen las siguientes: • Resistencia de aislamiento: 20MΩ entre los terminales externos y el terminal de tierra GR. • Rigidez eléctrica: 1.000 VCA entre los terminales externos y el terminal de tierra GR durante 1 minuto a una corriente de fuga de 10mA máx. • Consumo: 5VDC a 130mA. • Peso: 100 gramos. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 198 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.5.6.1. Terminales de Entrada Las características particulares de este conjunto se traducen de la siguiente manera: • Tensión nominal de entrada: 24 VDC. • Tensión operativa de entrada: 20,4 – 26,4 VDC • Impedancia de entrada: 3,3 kΩ. • Corriente de entrada: 7mA típica a 24VDC • Tensión/Corriente a ON: 14,4VDC a 3mA. • Tensión/Corriente a OFF: 5VDC a 1mA. • Tiempo de respuesta a ON: 8,0 ms • Tiempo de respuesta a OFF: 8,0 ms • Número de circuitos: 16 (16 puntos en común, 1 circuito). • Número de puntos simultáneos a ON: 75 % a 24 VDC El conexionado de las entradas rige se rige como muestra la Figura 2-30: Figura 2-30 – Conexionado de entrada MD232 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 199 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS El número de puntos simultáneamente a ON consta de hasta un 75% del total siempre que se mantenga la alimentación a 24VDC. La gráfica siguiente muestra la relación del número de puntos en referencia a la temperatura ambiente y a la tensión de entrada. Figura 2-31 – Características térmicas MD232 2.5.6.2. Terminales de Salida Las características que definen a los terminales que conforman la salida del módulo son las que se detallan: • Tensión nominal de salida: 24 VDC. • Variación de la tensión de la carga de servicio: 20,4 – 26,4 VDC • Corriente de carga máxima: 0,5A/punto ó 2,0A/Unidad. • Corriente de fuga: 0,1mA máximo. • Tensión residual: 1,5V máximo. • Tiempo de respuesta a ON: 0,5 ms máximo. • Tiempo de respuesta a OFF: 1,0 ms máximo. • Protección contra cortocircuito en la carga: o Corriente de detección: 0,7 a 2,5A o Reinicio automático después de la eliminación del error. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 200 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS • Número de circuitos: 16 (16 puntos en común, 1 circuito). • Fuente de alimentación externa: 20,4 – 26,4VDC a 40mA. El dibujo de conexionado de los terminales conforma la siguiente ilustración: Figura 2-32 – Conexionado de salida MD232 2.5.7. Unidad Ethernet Estas unidades permiten una rápida transferencia de datos dentro de los sistemas de automatización de fábrica. Además conecta fácilmente estos sistemas a los sistemas de gestión de planta. Sus características son: • Tiene acceso a los servicios de socket con solo una sencilla manipulación de bits específicos de la memoria. • Permite aprovechar la transferencia de datos por correo electrónico. • Comunicaciones perfectamente integradas con Controller Link y otras redes. • Utiliza protocolos Ethernet estándar, TCP/IP y UDP/IP. • Utiliza las comunicaciones de mensajes FINS estándar de OMRON. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 201 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS • Intercambio de archivos con ordenadores host a través de FTP. • Configuración de los parámetros de comunicaciones con los menús de CX-Programmer. Figura 2-33 – Unidad Ethernet 2.5.8. Fuente de Alimentación PA202 Al igual que existen diferentes modelos de dispositivos de E/S anexos al PLC en función de éste, la fuente de alimentación va ligada de la misma forma. Por ello, y dentro del posible mercado, se decantó por el dispositivo PA202 cuyas características se describen a continuación: • Corriente de salida: o A 24 VDC: 0,4 A o A 5 VDC: 2,8 A • Potencia permitida: 100 – 240 VAC a 50/60 Hz. • Potencia consumida: 14 W • Temperatura de funcionamiento: 0 – 55ºC • Humedad de funcionamiento: 10% - 90% (Sin condensación). Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 202 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS • Impedancia de tierra: 100 Ohmios Máx. • Encapsulado montado en panel. • Peso: 5kg Máx. Se muestra el esquema externo del dispositivo en dónde se explica el uso de cada elemento a tener en cuenta: Figura 2-34 – Módulo de alimentación PA202 Figura 2-35 – Esquema del módulo PA202 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 203 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Cada terminal es descrito a continuación: • AC Input: Entrada de corriente alterna entre 100 – 240 VAC (admitiendo rango de 85 – 264 VAC) sin necesidad de seleccionar la tensión. • LG: Puesta a tierra de 100 Ω o inferior para incrementar la resistencia al ruido y evitar descargas eléctricas. • GR: Puesta a tierra de 100 Ω o inferior para evitar las descargas eléctricas. • Indicador LED de POWER: Se enciende cuando se le suministra a la fuente una tensión de 5 V. Los terminales para esta unidad son M4 con su respectiva tornillería. Además para realizar los conexionados se deben utilizar clavijas crimpadas siendo el cabezal distinto en función del elemento a enlazar: • Entrada de Corriente Alterna: Figura 2-36 – Conector de corriente alterna PA202 • Elementos de conexión a tierra: Figura 2-37 – Conector a tierra PA202 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 204 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.5.9. Elementos de seguridad 2.5.9.1. Introducción En cualquier sistema eléctrico deben existir ciertos componentes que garanticen una seguridad mínima. Pueden ocurrir accidentes internos de sobretensión o de cortocircuito lo cual podría dañar el autómata, el módem, es decir, elementos de gran valor. Por ello y para evitar males mayores se han instalado una serie de dispositivos que se disparan y no permiten transmitir corriente eléctrica a los elementos principales del maletín. De esta manera protegemos eléctricamente no sólo a los objetos, sino también a los usuarios que puedan manejar el interior del instrumental y evitar daños a personas. Todos los elementos de seguridad son de la marca Schneider Electric, los cuales vienen descritos a continuación. 2.5.9.2. Limitador de sobretensiones QUICK PF10 En el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT) aprobado en RD 842/2002, en su artículo 16.3 se define la obligación de incluir dispositivos de protección contra los efectos de las sobretensiones en instalaciones eléctricas de Baja Tensión. Se pueden definir dos tipos de sobretensiones que se deberán tener en cuenta para elegir el tipo de dispositivo protector. Sobretensión permanente: • Son sobretensiones por encima del 10% del valor nominal que se mantienen en el tiempo durante varios ciclos o de forma permanente, originadas por cortes del neutro o defectos de conexión. • Para evitarlo se coloca una bobina de protección MSU que controla la tensión. • Se instala en asociación con el interruptor automático. En caso de sobretensión permanente, la bobina provoca el disparo del interruptor. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 205 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Sobretensión transitoria: • Son sobretensiones de muy corta duración (µs) pero de valor eficaz muy elevado que se transmiten a través de las redes de distribución y se originan por maniobras en la red o descargas atmosféricas. • Se soluciona incorporando un limitador de sobretensiones que protege los receptores. • Debe instalarse en paralelo, siempre aguas arriba del interruptor diferencial de cabecera y debe ir protegido con su correspondiente automático de desconexión. Puesto que en la maleta nunca se producirán sobretensiones de larga duración y que el objetivo de este componente es el de proteger los receptores, el limitador a instalar de la familia Schneider Electric es el Quick PF 10. Este dispositivo incorpora la función de limitador de sobretensiones transitorias y su correspondiente automático de desconexión. Se caracteriza por su rapidez y facilidad de instalación además de incorporar en su parte inferior una borna de tierra diseñada para agrupar las diferentes conexiones a tierra de la instalación. Con ello se facilita el cableado de la toma de tierra del cuadro y el cumplimiento de uno de los requisitos de instalación de todo limitador de sobretensiones: Regla de los 50cm: Distancia entre el bornero de tierra de los receptores además del propio limitador y el bornero del interruptor automático de desconexión. Figura 2-38 – Limitador QUICK PF10 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 206 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.5.9.3. Interruptor diferencial También se le llama disyuntor por corriente diferencial o residual. Es un dispositivo electromecánico que se coloca en las instalaciones eléctricas con el fin de proteger a las personas de las derivaciones causadas por faltas de aislamiento entre los conductores activos y tierra o masa de los aparatos. (Figura 2-13) Su funcionamiento consiste en que al detectar una diferencia de corriente entre dos líneas. Cuando esta diferencia supera un valor, que conocemos por la sensibilidad, se abre el circuito. Físicamente se distinguen los diferenciales de los magnetotérmicos en que el diferencial tiene un botón de prueba, que se utiliza a modo de comprobación para ver si se desconecta en caso de producirse esa subida entre las líneas. Este botón se aconseja usarlo al menos una vez al mes, si no desconecta, convine sustituir el diferencial por otro nuevo para evitar falta de eficiencia. 2.5.9.3.1 Características generales • Conformes a la norma de interruptores diferenciales UNE-EN 61008. • Vida eléctrica: 20.000 ciclos. • Tropicalización: ejecución 2 (95% de humedad a 55 °C). • Conexionado: bornes de caja para cable flexible de hasta 35 mm2 o rígido de hasta 50 mm2. • Mando manual: por maneta en cara delantera. • Tensión de empleo: 230 V CA +10%, –20% (2 polos) o 415 V CA entre fases. • (4 polos) +10%, –20%. • Tensión de empleo límite: o Tensión máxima: 264 V. o Tensión mínima: 115 V. • Corriente de empleo: 25...100 A. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 207 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS • Visualización de defecto: en cara anterior por indicador mecánico rojo. • Aparatos aptos al seccionamiento señalizados con banda verde en maneta abierta. • Poseen botón de test en su frontal: se recomienda pulsar mensualmente. • Disparo instantáneo o selectivo: sensibilidades fijas para todos los calibres. • Temperatura de funcionamiento: –5 °C...+40 °C. • Temperatura de almacenamiento: –40 °C...+60 °C. • Peso (g): 230 2.5.9.3.2 Características particulares • ID instantáneo clase AC • Para uso en el sector doméstico, terciario e industrial. • Calibre: 40 A. • Número de polos: 2. • Sensibilidad: 30 mA. • Inmunidad a disparos intempestivos: nivel de inmunidad 250 A de cresta según onda 8/20 _s. • Adaptación de auxiliares y accesorios: permite el acoplamiento manual de los mismos auxiliares eléctricos y accesorios que la gama Clario, C60 e ID intercalando auxiliar OF.S: bobina MX para disparo a distancia, bobinas de mínima tensión MN y MNx; OF para señalización a distancia del estado abierto o cerrado del ID; SD para señalización a distancia de disparo del ID; cubrebornes, etc. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 208 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS • Poder de cierre y de corte asignado (Im) y poder de cierre y de corte diferencial asignado (I_m): o Calibres _ 63 A: 630 A, o Calibres > 63 A: 10 · In. • Corriente condicional asignada de cortocircuito Inc: 10 kA. • Corriente condicional diferencial asignada de cortocircuito I_c: 10 kA. Figura 2-39 – Esquema interno del Interr. Diferencial Figura 2-40 – Interruptor Diferencial Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 209 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.5.9.4. Interruptor automático magnetotérmico K60N El interruptor magnetotérmico (Figura 2-14) protege contra cortocircuitos y sobrecargas provocando la desconexión de la fuente de alimentación. Esto se da cuando circula a través de él una intensidad de valor mayor a la nominal del propio interruptor. El funcionamiento se basa en una chapa de material bimetálico que se deforma cuando circula una corriente mayor de la permitida debido al sobrecalentamiento que se produce en las sobrecargas y cortocircuitos. Esta chapa se pone en contacto con una serie de dispositivos que abren el circuito. Aseguran igualmente las funciones de seccionamiento y de mando. La protección de los circuitos debe estar asegurada contra: • Las sobrecargas: Esta función está realizada por la desconexión térmica mediante el material bimetálico o de los relés estáticos a tiempo inversos e integrados en el automático. • Los cortocircuitos: Esta función es puesta en marcha por el dispositivo magnético o por relés estáticos a tiempo constante, instantáneos o a corte retardado e integrados al automático: o En los casos donde es necesaria una protección contra los defectos de aislamiento, es posible asociar al automático un bloque Vigi. o Las características eléctricas de estos elementos de protección varían en función del tipo de desconexión o del relé y del tipo de automático. Para la instalación de este proyecto, al tratarse de una pequeña protección, se dispondrá de un interruptor magnetotérmico de aplicación residencial por lo que según el manual del distribuidor Schneider Electric se encuentran los siguientes dispositivos: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 210 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Figura 2-41 – Tipos de interruptores magnetotérmicos Para identificar el modelo final del interruptor, se debe conocer el número de polos de la instalación, en este caso del maletín. Las posibilidades que ofrecen los dispositivos anteriores según su esquema interno son las siguientes: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 211 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Figura 2-42 – Esquema interno de los magnetotérmicos El maletín precisa de un cableado de dos polos que pueda estar completamente protegidos, por ello el tipo de interruptor magnetotérmico a instalar es el modelo K60N 2P. A continuación se muestran las características principales de la solución adoptada: • Poder de corte: 6000 A. • Curva C • Tensión de empleo: 230/400 VCA. • Conexión mediante bornes para cables de cobre: o Flexible: hasta 16 mm2 o Rígido: hasta 25 mm2 • Número de polos: 2P • Ancho por polo: 2 pasos de 9 mm • No admite dispositivos auxiliares. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 212 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS • Calibre: 10 A Como ya se ha mencionado, este interruptor es definido por la Curva C de disparo tal y como muestra la Figura X. Las características de esta gráfica vienen determinadas por las siguientes: • Disparo entre 3,85 y 8,8 In • Protección de cables alimentando receptores clásicos. • Sobrecarga: Término estándar. • Cortocircuito: Umbrales magnéticos fijados por Curva C. • Im entre 5 – 10 In según UNE-EN 60898 y entre 7 – 10 según UNE-EN 60947-2 1 2 Figura 2-43 – Características de disparo K60N 1: Límites de disparo térmico en frío, 2 polos cargados. 2: Límites de disparo electromagnético, 2 polos cargados. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 213 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Figura 2-44 – Interruptor magnetotérmico K60N Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 214 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.6. REGULADOR DE TENSIÓN LM7812 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 215 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 216 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 217 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.7. MEDIDAS DE SEGURIDAD POR RF 2.7.1. Introducción Las comunicaciones por radiofrecuencia emplean la propiedad física de la radiación para propagar información, sin embargo hay que tener en cuenta que estas ondas son perjudiciales para la salud humana. La radiación se define como la propiedad de la energía de propagarse en forma de ondas electromagnéticas a través del vacío o de un medio material. Las radiaciones implican diferentes efectos biológicos en función del valor de la frecuencia a la cual son propagadas. Cuanto mayor es la frecuencia de una radiación, tanto mayor es su energía y mayor es su peligrosidad. Otra magnitud que también define una radiación es su longitud de onda, relacionada con la inversa de la frecuencia, de modo que cuanto mayor es la frecuencia de una radiación menor es su longitud de onda y viceversa. Se pretende informar de las medidas preventivas básicas por exposición a un campo radiactivo creado por una comunicación por radiofrecuencia. Se detallará el impacto en seres humanos, la medición de de los valores y el límite de exposición en personas tanto trabajadores como público general. Irá ligado a la norma que recoge el Real Decreto 1066/2001 de 28 de Septiembre. 2.7.2. Radiaciones ionizantes y no ionizantes Los tipos de radicación se dividen en dos grupos atendiendo a la energía que desprenden siendo: • Radiaciones ionizantes: Son las que mayor carga energética dispone y se caracterizan porque impactan en las células del cuerpo. El efecto producido únicamente tiene una repercusión en el individuo a partir de un nivel de dosis llamado “dosis umbral”. Por debajo de dicho nivel no se producen efectos directos, pero aumenta la probabilidad de que se produzcan efectos a largo plazo. • Radiaciones no ionizantes: Por otro lado, estas ondas se caracterizan por suministrar un nivel de energía insuficiente para alterar el organismo Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 218 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS de las personas. Se pueden tomar como radiaciones no ionizantes las ondas cuya frecuencia sean las que conforman las siguientes: o Radiaciones ultravioleta. o Infrarroja. o Microondas (MO). o Ondas de radio y radiofrecuencia (RF). El proyecto emplea una comunicación por radiofrecuencia, por lo que se determina que la frecuencia a la cual se debe prestar una prevención de riesgo será la que comprende la región del espectro electromagnético comprendido entre 1KHz y 300 GHz. Dentro de las radiaciones no ionizantes, las RF y las MO se encuentran en la región del espectro electromagnético comprendido entre 1 KHz y 300 GHz. La siguiente Tabla 2-5 muestran las denominaciones que adquiere una señal en función de la frecuencia en la que trabaje: NOMENCLATURA Frecuencia extremadamente baja (ELF) Frecuencia Baja (LF) Frecuencia Media (MF) Frecuencia Alta (HF) Frecuencia Muy Alta (VHF) Frecuencia Ulta Alta (UHF) Frecuencia Súper Alta (SHF) Frecuencia extremadamente alta (EHF) FRECUENCIA (Hz) < 30 KHz 30 – 300 KHz 300 – 3000 KHz 3 – 30 MHz 30 – 300 MHz 300 – 3000 MHz 3 – 30 GHz 30 – 300 GHz Tabla 2-5 – Denominación de una señal Por la característica de las antenas cuya transmisión generará la señal de radio cuya frecuencia oscila entre 400 – 440 Mhz, es decir, trabaja en la banda de UHF, se deberá prevenir de los efectos que puedan alterar al organismo humano. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 219 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS No obstante, existen otras fuentes de radiación a las que diariamente se exponen los seres humanos tales como las que a continuación se enumeran. • Transporte y empleo de energía eléctrica. Ultrasonidos (ELF). • Calentamiento por inducción magnética, ordenadores y antenas de radionavegación (LF). • Radiodifusión AM y radioteléfonos marinos (MF). • Transmisiones de radio de corto alcance, sistemas antirrobo y equipos para diatermia quirúrgica (HF). • Transmisiones de radio FM y de televisión (VHF). • Hornos de microondas, aplicaciones fisioterapéuticas y telefonía móvil (UHF) • Comunicaciones por radar, y satélite (SHF y EHF). 2.7.3. Efectos biológicos Los cambios producidos en un organismo vivo cuando se somete a una interacción de ondas electromagnéticas asocia la capacidad que tiene un cuerpo con absorber la energía procedente de la fuente de emisión. Esta capacidad se denomina SAR (Specific Absortion Rate) y su unidad de medida es el W/Kg. En función del valor de la frecuencia a la cual estén siendo transmitidas, la repercusión en un cuerpo será distinta. De esta forma se describen tres situaciones posibles: Campos de RF por encima de los 10 GHz. Estas radiaciones son absorbidas por la superficie de la piel y es muy la energía que llega a tejidos interiores es bastante reducida. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 220 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Para que a estas frecuencias tan elevadas dentro de la radiofrecuencia se produzcan efectos perjudiciales para la salud, como cataratas en el ojo o quemaduras cutáneas, se requieren densidades de potencia superiores a 1000 W/m². Dichas densidades de potencia tan elevadas no existen el un entorno propio de la vida diaria, sino que se suelen dar en las proximidades de radares muy potentes, zonas en las que está prohibida la presencia humana por precaución. Campos de RF entre 1MHz y 10 GHz. Estas radiaciones penetran en los tejidos expuestos, y producen un calentamiento de los mismos debido a la absorción energética de la señal. La profundidad de penetración en el tejido depende de la frecuencia del campo y crece conforme decrece la frecuencia de la radiación. Dicha profundidad de penetración depende asimismo de las propiedades del tejido: o Los huesos, con menor contenido en agua, absorben menor parte de la energía que los músculos. o Tamaño del tejido en relación a la longitud de onda de la radiación a la que es expuesto. o Forma, geometría y la orientación del tejido con respecto a la radiación. Para que se produzcan efectos adversos para la salud en personas expuestas a radiaciones de estas frecuencias son necesarios valores del SAR superiores a 4 W/Kg. Estos niveles de energía se encuentran a decenas de metros de potentes antenas transmisoras de FM ubicadas en altas torres, siendo dichas áreas inaccesibles para el ser humano. Los efectos perjudiciales para la salud que pueden producirse por la exposición a campos de radiofrecuencia se asocian a un calentamiento inducido, cuyo resultado es el aumento de la temperatura de un tejido, o del propio cuerpo expuesto en la superficie de impacto superior a 1 ºC. El calentamiento inducido en tejidos corporales puede provocar una menor capacidad para realizar tareas tanto físicas como mentales debido al aumento de la temperatura corporal como son la aparición de cataratas o la esterilidad. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 221 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Campos de RF por debajo de 1 MHz. Este tipo de campos no producen calentamiento significativo, sino que inducen corrientes y campos eléctricos en tejidos, los cuales se miden en términos de densidad de corriente en amperios por metro cuadrado. Para que un organismo sufra daños en este rango de frecuencias, la densidad de corriente ha de ser de al menos de 100 mA/m², en cuyo caso el individuo podría padecer contracciones involuntarias de los músculos. En los seres vivos expuestos a radiofrecuencias, los efectos se clasifican según su origen en: térmicos y no térmicos. 2.7.4. Efectos térmicos Los principales problemas que pueden padecer los seres humanos son los siguientes: • Hipertermia. • Quemaduras. • Cataratas. • Esterilidad. Esta energía es absorbida por las células que componen los tejidos produciendo un aumento de la temperatura corporal y por consiguiente de la sensación térmica del individuo. Principalmente sufren más daños los órganos cuyo poder de disipación de calor es menor como pueden ser los globos oculares. Si los valores de SAR se incrementan se puede superar la capacidad termorreguladora del organismo y provocar hipertermia. Además el sistema nervioso puede verse afectado debido a la afectación de la membrana protectora craneal. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 222 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.7.5. Efectos no térmicos Se denominan efectos no térmicos a los efectos que no están acompañados por pequeños incrementos de temperatura. Las principales consecuencias son las que se enumeran: • Alteraciones celulares, cromosómicas y genéticas. • Alteraciones del sistema circulatorio. • Efectos endocrinos. • Pérdida de oído. • Variaciones en el comportamiento de los individuos. • Alteraciones que afecten al desarrollo y a la reproducción. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 223 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.8. SOFTWARE DE PROGRAMACIÓN 2.8.1. Introducción El objeto principal de este software es emplear las instrucciones estudiadas en una aplicación real o ficticia. En este caso se desempeña una instalación inexistente que será útil para determinar la fiabilidad de la comunicación radio. Para ello se ha diseñado una teoría de control explicada en el apartado “1.13. Diseño de la Aplicación de Control” en la cual se determina el objeto de cada estación diferenciando su posición. Cada autómata dispone de una zona de memoria particular en el área de DM la cual será empleada para la ejecución de las instrucciones de transmisión (TXD) y recepción (RXD). No obstante, las variables que conforman la automatización, son comunes para ambos y su emplazamiento es el que detalla la Tabla 2-6. Canal Dirección / Bit Símbolo Disposición 50.0 Fallo_Vin 50.1 Fallo_Vout1 50.2 50.3 50.4 50.5 50.6 Fallo_Vout2 Fallo_V1 Fallo_V2 Fallo_B1 Fallo_B2 50.7 Maxg 50.8 Ming 50.9 Max1 50.10 Min1 50.11 Max2 50.12 Min2 Fallo en Válvula de Entrada Fallo en Válvula de Salida Principal Fallo en Válvula de Salida Auxiliar Fallo en Válvulas Principales Fallo en Válvulas Auxiliares Fallo en Bomba 1 Fallo en Bomba 2 Nivel Máximo del Depósito General Nivel Mínimo del Depósito General Nivel Máximo del Depósito Principal Nivel Mínimo del Depósito Principal Nivel Máximo del Depósito Auxiliar Nivel Mínimo del Depósito Auxiliar 50 Tabla 2-6 – Canal 50 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 224 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Canal Dirección / Bit Símbolo 70.0 Abrete_Vin 70.1 Abrete_Vout1 70.2 Abrete_Vout2 70.3 Abrete_V1 70.4 Abrete_V2 70.5 Cierrate_Vin 70.6 Cierrate_Vout1 70.7 Cierrate_Vout2 70.8 Cierrate_V1 70.9 Cierrate_V2 70.11 70.12 70.13 70.14 Activar_B1 Activar_B2 Desactivar_B1 Desactivar_B2 70 Disposición Abrir Válvula de Entrada Abrir Válvula de Salida Principal Abrir Válvula de Salida Auxiliar Abrir Válvulas Principales Abrir Válvulas Auxiliares Cerrar Válvula de Entrada Cerrar Válvula de Salida Principal Cerrar Válvula de Salida Auxiliar Cerrar Válvulas Principales Cerrar Válvulas Auxiliares Activar Bomba 1 Activar Bomba 2 Desactivar Bomba 1 Desactivar Bomba 2 Tabla 2-7 – Canal 70 Canal Dirección / Bit Símbolo Disposición 80.0 80.1 80.2 Marcha V1 Vin 80.3 Vout1 80.4 Vout2 80.5 80.6 80.7 V2 B1 B2 Marcha / Automático Válvulas Principales Válvula de Entrada Válvula de Salida Principal Válvula de Salida Auxiliar Válvulas Auxiliares Bomba 1 Bomba 2 80 Tabla 2-8 – Canal 80 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 225 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Canal Dirección / Bit Símbolo 100.0 Abriendo_Vin 100.1 Cerrando_Vin 100.2 Abriendo_Vout1 100.3 Cerrando_Vout1 100.4 Abriendo_Vout2 100.5 Cerrando_Vout2 100.6 Abriendo_V1 100.7 Cerrando_V1 100.8 Abriendo_V2 100.9 Cerrando_V2 100.11 100.12 100.14 100.15 Activando_B2 Desactivando_B2 Activando_B1 Desactivando_B1 100 Disposición Abriendo Válvula de Entrada Cerrando Válvula de Entrada Abriendo Válvula de Salida Principal Cerrando Válvula de Salida Principal Abriendo Válvula de Salida Auxiliar Cerrando Válvula de Salida Auxiliar Abriendo Válvulas Principales Cerrando Válvulas Principales Abriendo Válvulas Auxiliares Cerrando Válvulas Auxiliares Activando Bomba 2 Desactivando Bomba 2 Activando Bomba 1 Desactivando Bomba 1 Tabla 2-9 – Canal 100 Por lo general, el estado de activación de cada bit es siempre a nivel alto, sin embargo hay que destacar que la variable “Marcha” (80.0) indica que siempre que exista este nivel, el autómata interpreta que se está ejecutando la automatización en modo automático. Por otro lado, un nivel bajo indica el funcionamiento en modo manual. Se debe destacar que el resto de las variables que conforman el canal 80 son activas a nivel alto indicando que la válvula o bomba a la que se haga referencia está abierta o activada. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 226 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.8.2. Programación del maletín central Esta estación establece las órdenes que facilitan la automatización de la planta remota. En su interior además se albergan las instrucciones de red que almacenan el estado de los sensores y transmite la ejecución de cada actuador en la estación a distancia. Además se emplea la transferencia de datos hacia la salida del módulo MD232 para la visualización paralela y visual sobre los LED de la unidad en dónde observa el estado de los fallos en válvulas y además del nivel de agua en los depósitos. En la zona de memoria de esta estación se distingue en el área de DM las variables declaradas de la siguiente forma: • D300: Canal de transmisión de datos en dónde se encuentra la programación de la planta. • D600: Canal de recepción de datos cuyo interior alberga el estado de los sensores e indicadores de la estación remota. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 227 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 228 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 229 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 230 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 231 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 232 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 233 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 234 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 235 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 236 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 237 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS 2.8.3. Programación del maletín remoto Por otro lado se define la estación a distancia en cuyo interior se alberga la lectura de los sensores e indicadores de los principales actuadores. Por otro lado se ejecutan las instrucciones de red para almacenar la programación pertinente para llevar a cabo la automatización y retransmitir el estado de las lecturas mencionadas. Además se emplea la transferencia de datos hacia la salida del módulo MD232 para la visualización paralela y visual sobre los LED de la unidad vislumbrando el estado de las válvulas, bombas y el tipo de funcionamiento (manual o automático). En la zona de memoria de esta estación se distingue en el área de DM las variables declaradas de la siguiente forma: • D0: Canal de transmisión de datos en dónde se encuentra el estado de los sensores e indicadores de la estación. • D300: Canal de recepción de datos cuyo interior alberga la programación a transferir a los actuadores de la planta. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 238 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 239 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S ANEXOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 240 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLANOS 3. PLANOS “DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALAMBRICAS ENTRE PLC’S” Peticionario: Universidad de La Rioja Informante: Iván Borobia Torcelly Alumno de Ingeniería Técnica Industrial especialidad en Electrónica Industrial Universidad de La Rioja Lugar y Fecha: Logroño, 12 de Julio de 2012 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 241 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLANOS 3.1. INTRODUCCIÓN Los planos definen de una forma gráfica lo expresado literalmente en la memoria justificativa. Son unos documentos vinculantes y por tanto se deben prestar atención a la correcta elaboración de los mismos de cara a evitar confusiones a la hora de realizarlo. El objeto del proyecto es la elaboración de un software capaz de comunicar dos dispositivos entre sí, por tanto no intervienen piezas mecánicas o herramientas importantes dignas de ser expuestas en un plano. Por ello, únicamente se exponen los planos correspondientes al cableado entre equipos para un fin definitivo o meramente temporal. Además se dispondrá en detalle del cableado real interno del maletín que corresponde al suministro de corriente eléctrica a los elementos incluyendo protección como se muestra en el plano: “Plano 1.1” Es meramente informativo, es decir, no ha sido estudiado a lo largo de la memoria ya que forma parte de los antecedentes. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 242 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLANOS 3.2. CONEXIONADO ABASTECIMIENTO PROTECCIÓN DE INTERNO CORRIENTE DE Y Los elementos deben ser alimentados adecuadamente y además siempre manteniendo una garantía de protección en caso de cortocircuito mediante el interruptor magnetotérmico, diferencial y de limitación de sobrecorriente. El Plano 1.1 muestra la conexión de la alimentación general con los equipos a suministrar energía como son el módem radio, el módem GSM y los componentes programables siempre a través de los elementos de protección. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 243 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLANOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 244 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLANOS 3.3. CONECTOR PC – MÓDEM PARA CONFIGURACIÓN DE LA SEÑAL RADIO Para llevar a cabo la comunicación inalámbrica vía radio a través del módem disponible (TMOD 405), se debe configurar el dispositivo con las variables idóneas para tal objetivo. Para ello se precisa de un conector que, a través del puerto serie del PC, se comunica con el puerto de configuración del módem (AUX COM) de la manera que sigue el Plano 1.4 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 245 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLANOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 246 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLANOS 3.4. CONECTOR PC – MÓDEM PARA TEST DE ECO El presente medio físico es recomendable su uso debido a que en las comunicaciones inalámbricas en las cuales intervengan antenas, se advierte de la realización de un test de prueba llamado Test de Eco tal y como se ha explicado en la memoria justificativa. Se realiza a través del puerto serie del PC conectado directamente con el puerto de datos del módem (DATA COM) tal y como expresa el Plano 1.5 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 247 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLANOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 248 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLANOS 3.5. CABEZAL DB-15 PARA TEST DE ECO Una pieza fundamental para que el Test de Eco sea satisfactorio es el empleo de un cabezal ubicado en el puerto de datos del módem (DATA COM) en uno de los maletines de tal manera que ejerza de “pared” que haga rebotar la señal. El puente a realizar es el especificado en el Plano 1.6 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 249 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLANOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 250 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLANOS 3.6. CONECTOR PLC – PLC PARA PRUEBAS DE PROTOCOLO Ya se ha explicado la importancia de la creación de este cable siendo el resultado unas pruebas del correcto funcionamiento del protocolo de los autómatas aislando la red inalámbrica Para tal fin se ha de seguir el conexionado que se visualiza en el Plano 1.7 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 251 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLANOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 252 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLANOS 3.7. CONECTOR PLC – MÓDEM PARA TRANSMISIÓN DE DATOS El flujo de información circula en ambos sentidos tanto para el envío como para la recepción de los mismos. Para un correcto almacenamiento se debe procurar realizar las soladuras correctas en los pines adecuados tal y como se observará en el Plano 1.3 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 253 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLANOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 254 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLANOS 3.8. CONEXIONADO TENSIÓN REGULADOR DE Dados los problemas presentados y solucionados en la alimentación del equipo radio – módem, se indica el esquema eléctrico de conexión entre el adaptador de corriente y la toma de entrada al módem a través del regulador de tensión escogido (LM7812). El Plano 1.7 recoge tal cableado mostrando los terminales de entrada, salida y toma de tierra del componente electrónico. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 255 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLANOS Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 256 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLIEGO DE CONDICIONES 4. PLIEGO DE CONDICIONES “DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALAMBRICAS ENTRE PLC’S” Peticionario: Universidad de La Rioja Informante: Iván Borobia Torcelly Alumno de Ingeniería Técnica Industrial especialidad en Electrónica Industrial Universidad de La Rioja Lugar y Fecha: Logroño, 12 de Julio de 2012 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 257 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLIEGO DE CONDICIONES 4.1. CONDICIONES GENERALES 4.1.1. Introducción La ejecución del proyecto titulado “Desarrollo de comunicaciones inalámbricas entre PLC’s” se designa bajo la consigna de Proyecto Final de Carrera de Ingeniería Técnica Industrial especialidad en Electrónica Industrial y adquiere la finalidad de concluir los estudios en tal rama. El autor del presente proyecto ha cursado los estudios en la Universidad de la Rioja, cumpliendo en su elaboración las directrices especificadas por dicho centro en la normativa del proyecto fin de carrera con entrada en vigor en el curso 2004-2005. 4.1.2. Propiedad Intelectual Según el artículo 13 de la normativa vigente en el centro, la propiedad intelectual del autor y director del Proyecto o Trabajo Fin de Carrera se regirá por el Real Decreto Legislativo 1/1996, de 12 de abril, por el que se aprueba el texto refundido de la Ley de Propiedad Intelectual, y por la normativa vigente en la Universidad de La Rioja. 4.1.3. Objeto de este pliego El presente Pliego de Condiciones, tiene por objeto definir las obras, fijar las condiciones técnicas y administrativas, tanto de los materiales a emplear como de su ejecución, así como las condiciones generales y contractuales para que el presente proyecto pueda ser puesto en marcha cumpliendo con lo especificado. Además se deberá introducir y reseñar las condiciones que el Contratista deberá asumir al realizar el actual documento. La empresa encargada del montaje de los equipos así como de preparar las instalaciones deberá responsabilizar a un Director Técnico de su correcta manipulación para evitar daños humanos y materiales. Es imprescindible que conozca el manejo de las herramientas físicas así como de las digitales de programación para poder dar comienzo a la comunicación. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 258 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLIEGO DE CONDICIONES Cualquier cambio en el orden del proyecto deberá ser notificada por escrito a la Dirección Técnica que sopesará el cambio y dará un visto positivo de considerarlo favorable de cara a ampliaciones del proyecto. En caso de desobedecer el párrafo anterior, el proyectista no se responsabiliza de un posible error siendo no obligatoria la intervención para solventar la avería. No se considerará justificante ningún tipo de documento explicativo; toda alteración del proyecto ha de ser previamente calificada como buena. La Dirección Técnica queda autorizada completamente de considerar futuras modificaciones del proyecto siempre que se respete el presupuesto calculado. La Dirección de la Obra será la responsable de que las condiciones ambientales en las que se realizará el proyecto son las idóneas en cuanto a seguridad para que los obreros puedan trabajar cómodamente sin riesgo alguno. La empresa encargada de la ejecución del proyecto podrá poseer una copia firmada del documento del mismo. 4.1.4. Documentos que definen las obras La finalidad de este apartado es establecer los requisitos mínimos de funcionamiento correcto a los que deben adaptarse las instalaciones en las que el proyecto dará lugar. Los mencionados requisitos están ligados a la reglamentación vigente y vinculante, a las condiciones de materiales y equipos, a las condiciones de ejecución y finalmente a las condiciones de mantenimiento de los mismos. Este proyecto aporta documentación variada en función del carácter formativo de la misma dividiéndola en subgrupos contractuales y formativos. La documentación ligada y explicada en el presente proyecto proveniente de Planos, Pliego de Condiciones, Estado de Mediciones, Presupuesto Parcial y Total es absolutamente contractual. Por otro lado las especificaciones observadas a lo largo de toda la Memoria y Anexos son definidas meramente como informativas cuya importancia únicamente va ligada a un mayor conocimiento de caracteres técnicos. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 259 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLIEGO DE CONDICIONES Cualquier cambio producido en el proyecto ya sea sustancial o informativo deberá ser notificado con anterioridad a la Dirección Técnica para que apruebe tales modificaciones, si procede. Además se procederá a informar por escrito mediante un comunicado justificando las alteraciones vinculadas al proyecto indicando el número de revisión y fecha de la misma. Las explicaciones escritas prevalecerán sobre los gráficos a los que vayan ligados así como las cotas en los planos adquieren mayor importancia que la escala a la cual está diseñado. 4.1.5. Compatibilidad y relación entre documentos Todos los documentos deberán disponer de una conformidad y relación patente en todo momento. En caso de contradicción entre los Planos y el Pliego de Condiciones o la Memoria se impondrá lo establecido en éstos dos últimos documentos. 4.1.6. Normas, Leyes y Reglamento Este proyecto se regirá basándose en las presentes normas que deberán seguirse en su plenitud castigándose de lo contrario con la pena correspondiente. • Real Decreto 485/1997, de 14 de abril, sobre disposiciones mínimas en materia de señalización de seguridad y salud en el trabajo. • Real Decreto 1066/2001, de 28 de septiembre, por el que se aprueba el Reglamento que establece condiciones de protección del dominio público radioeléctrico, restricciones a las emisiones radioeléctricas y medidas de protección sanitaria frente a emisiones radioeléctricas. BOE núm. 234 de 29 de septiembre. • Ordenanza General de Seguridad e Higiene en el Trabajo de 9 de marzo de 1971 afectada por: o Real Decreto 2177/2004, de 12 de noviembre, por el que se modifica el Real Decreto 1215/1997, de 18 de julio, por el que se establecen las disposiciones mínimas de seguridad y salud para la utilización por los trabajadores de los equipos de trabajo, en materia de trabajos temporales. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 260 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLIEGO DE CONDICIONES • Normativa NFC63-850, IEC1131-2, UL746C, UL94, CSA22-2nº142 y normativas IEC68-2-27 por la que se dispone de la documentación relacionada con la instalación de autómatas. • Norma IEC 1131-3. normalización de los lenguajes usados en automatización industrial. • Normativa UNE 157001- FEBRERO 2002. Criterios generales para la elaboración de proyectos. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 261 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLIEGO DE CONDICIONES 4.2. CONDICIONES FACULTATIVAS 4.2.1. Dirección La dirección del montaje estará realizada en su totalidad por el ingeniero o proyectista o por otra persona en la que abdique atendiendo a la capacidad de dicha persona para realizar este trabajo siendo responsabilidad del proyectista la correcta elección. Una vez realizado el montaje, su utilización podrá ser realizada por cualquier persona con conocimientos suficientes demostrables sobre el proyecto, la tecnología en él implicada y su funcionamiento. En caso de avería o pérdida de datos por incorrecta utilización, el proyectista queda exento de toda culpa. 4.2.2. Libro de Órdenes El Ingeniero Jefe deberá anotar en este libro las indicaciones a seguir en el emplazamiento en que se efectúe el proyecto. Deberá ser de obligado cumplimiento para el Contratista cada una de las ordenanzas descritas en el documento del libro de órdenes de la misma forma que lo son las condiciones del Pliego. El montaje de los elementos del proyecto se realizará atendiendo a los documentos y planos del mismo. Este libro de órdenes y asistencia debe estar conforme con el Decreto 462/1.971 de 11 de Marzo, y la Orden de 9 de Junio de 1.971 (Ref. BOE-A-1971-380). Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 262 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLIEGO DE CONDICIONES 4.2.3. Modificaciones Las modificaciones de que requiera el presente proyecto deben ser comunicadas con anterioridad a su realización a la Dirección Técnica y será objeto de esta Dirección Técnica la autorización de las mismas. De no concederse autorización, las consecuencias que dichos cambios puedan acontecer serán responsabilidad total de la contrata que las realice eximiendo al proyectista de toda culpa. En lo referente a cambios en la instalación por iniciativa de la propiedad, estos no serán tratados de forma especial y en ningún caso quedan eximidos de la autorización de la Dirección de Obra. La dirección técnica queda autorizada a realizar las modificaciones que crea oportunas para el mejor desarrollo y funcionamiento del proyecto siempre que sean advertidas previamente por escrito y no supongan un incremento del presupuesto tomándose como excluido de él las alteraciones considerables en cuanto al presupuesto total se refiere. Estos cambios deberán quedar anotados en el libro de órdenes y autorizados por el encargado o personal autorizado. Si se dan los motivos suficientes para intuir que los cálculos producidos en el proyecto son erróneos, deberá efectuar las correcciones oportunas antes de la recepción final de la obra. Los gastos ocasionados por este motivo correrán por cuenta del contratista. Errores en el cálculo de cantidades de obra podrán ser corregidos en cualquier momento y esto no repercutirá en los efectos de la rescisión del contrato mientras el plazo de notificación, por parte del contratista o la dirección, no exceda de cuatro meses desde la adjudicación. Salvo que la dirección disponga lo contrario y por escrito, no se permitirán mejoras en la obra que promuevan nuevos trabajos de cualquier índole o mejoras en los contratados tanto en número de personal como en salarios base. No se admitirá un aumento de las unidades de obra si no son justificables debido a errores de medición. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 263 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLIEGO DE CONDICIONES 4.2.4. 4.2.4.1. Condiciones de Ejecución Comienzo y plazos El contratista comenzará los trabajos dentro de los 15 días siguientes de haberse notificado la adjudicación de la instalación. El periodo de tiempo en el cual las obras permanecerán activas será una cuestión pactada entre el propietario, la Dirección Técnica y el contratista. El proyectista podrá aportar una duración aproximada de la misma que sirva de guía a estas partes pero carecerá de validez legal. Acordada la duración de las obras, ésta deberá ser cumplida, de lo contrario podría existir penalización si alguna de las tres partes implicada en el acuerdo lo considera oportuno. Tanto el acuerdo como la posible penalización por incumplimiento del primero deben ser notificadas por escrito y con las debidas firmas. 4.2.4.2. Ejecución del proyecto Si el Ingeniero Técnico tuviese razones fundamentadas en hechos para creer la existencia de fallos ocultos o posibles averías futuras en la parte de proyecto ejecutada, ordenará efectuar antes de la recepción definitiva las correcciones que se crean necesarias para reconocer las tareas que se supongan defectuosas. Los gastos ocasionados por las modificaciones serán abonadas por cuenta del contratista, siempre que los fallos existan realmente y estén debidamente razonados por escrito. En caso contrario, correrán a cargo del cliente o propietario. Se deberán cumplir sin excepciones con la normativa impuesta vigente en lo que se refiere a seguridad e higiene laboral y señalización correcta de las instalaciones de obra pertinentes. Esto ha de ser de obligada ejecución durante todo el periodo de tiempo en el que las obras permanezcan activas. Cada trabajador que participe de forma activa o inactiva en la instalación deberá de poseer un seguro obligatorio que cubra cualquier incidente físico que pueda dañar la integridad de los empleados cumpliendo la legislación vigente de seguridad laboral. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 264 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLIEGO DE CONDICIONES La Dirección Técnica se reserva el derecho de visitar los lugares de trabajo, con el fin de reconocer el estado en que se encuentra la instalación. Dichas visitas tendrán un carácter meramente informativo. Una vez finalizada la instalación, montaje y configuración de los equipos comenzará la etapa de puesta en marcha del sistema. Para ello se efectuarán todas aquellas tareas de interconexión y comprobación de equipos necesarias con el fin de lograr el perfecto funcionamiento de la instalación. Se comprobará que las fuentes de alimentación ofrecen a su salida las tensiones requeridas a los autómatas y módems. Particularmente el módem dispone de un visor LED en el cual deberá permanecer estático el indicador ON. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 265 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLIEGO DE CONDICIONES 4.3. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS Este apartado del Pliego de Condiciones aclara los aspectos tecnológicos que se deberán tener en cuenta a la hora de hacer realidad el proyecto. Para ello se divide en dos subgrupos: • Especificaciones de Materiales y Equipos. • Especificaciones de Ejecución. 4.3.1. Especificaciones de Materiales y Equipos 4.3.1.1. Equipos portátiles • Autómata Programable CJ1M CPU 12 – ETN de Omron. • Fuente de Alimentación PA202 • Módulo Analógico MAD42 • Unidad de E/S Básica MD232 • Unidad Ethernet. • Radio Módem TMOD 405 serie 400 de Farell con conexión RS-232 y RS-485 • Router ZyWALL 2WG de ZyXEL con conexión de banda ancha a Internet a través de la red 3G y/o cableada 4.3.1.2. Elementos de protección • Limitador de sobretensiones Quick PF 10 • Interruptor automático magnetotérmico K60N • Interruptor diferencial. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 266 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLIEGO DE CONDICIONES 4.3.1.3. Elementos adheridos fundamentales para un correcto funcionamiento de la programación y de visualización • Ordenador personal portátil o de sobremesa que asuma unos requisitos mínimos tales: o Sistema Operativo Windows XP Profesional. o Intel® Core™ DUO o Memoria RAM: 1 GB o Memoria en disco: 120 GB • Software: o Cx-Integrator v2.1 o Cx-Programmer v7.2 o Cx-Supervisor v1.1 o Microsoft Office 2007 o Mozilla Firefox ó Google Chrome. o TMOD Suite. o Hyperterminal. A la hora de realizar el montaje de una instalación se debe de realizar un estudio de las necesidades de la instalación: Hay que tener en cuenta la alimentación de la que se dispone, ya sea corriente continua si son estaciones ubicadas en un monte o donde no llega el tendido eléctrico, en tal caso habrá que dotar al autómata de baterías o generadores portátiles; o de corriente alterna con acceso directo a la red eléctrica Comprobación de la cobertura en el área de funcionamiento para la comunicación radio, en el caso de que sea baja o nula se deberán estudiar diferentes métodos de solución, como puede ser la implantación de repetidores o otros modos de funcionamiento alternativos como una comunicación GPRS. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 267 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLIEGO DE CONDICIONES 4.3.1.4. Cableado externo de los equipos Para la puesta en marcha del proyecto se deberán tener en cuenta la forma y vía por la que los equipos son comunicados entre sí. Para ello se emplean cables con un conexionado interno particular tal y como se recoge en la Memoria. Se clasifican según la finalidad a la que están destinados siendo: • Pruebas de comunicación y configuración: o Cable PC-Módem para configuración de la radio: Cable de 3 hilos con mallado interno. El cabezal del PC es DB9 hembra y en el lado del módem es un DB25 macho. o Cable PC-Módem para Test de Eco: Cable de 3 hilos con mallado interno. El cabezal del PC es un DB9 hembra mientras que en el lado del módem se encuentra un cabezal DB15 macho. o Cabezal Módem para Test de Eco: Conector DB15 macho con puente entre pines. • Montaje final para la puesta en marcha: o Cable PC-PLC: Cable comercial CS1W CN226. El cabezal del PC es un DB9 hembra y se conecta al PLC mediante el puerto periférico. o Cable PLC-Módem: Cable de 3 hilos con mallado interno. Se conecta al PLC mediante un conector DB9 macho y al módem a través de un cabezal DB15 macho. o Cable Módem-Antena: Para esta conexión se precisan varias conexiones independientes: Módem-Maletín: Dado que la radio permanece en el interior de la maleta, es preciso un cable de interconexión con el muro del mismo del tipo RG58 con conector NMacho en un extremo y conector pasamuros tipo Nhembra al otro lado. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 268 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLIEGO DE CONDICIONES Maletín-Antena: Cable de conexionado para enlazar con la antena Yagi-Uda del tipo RG213 o CELLFLEX cuya impedancia sea de 50 Ω para evitar desacoplamientos. Como complemente de cara a un buena soldadura de los pines en cada cabezal, es preciso emplear goma termorrectráctil con el fin de evitar cortocircuitos entre ellos y aislarlos. Además es preciso el empleo del regulador de tensión LM7812 para solucionar los problemas de sobretensión producidos en la alimentación del radio – módem. 4.3.2. Condiciones de Mantenimiento Durante todo el proceso de instalación y montaje se exigirá el máximo compromiso y seguimiento de las indicaciones y especificaciones de los fabricantes acerca del almacenamiento, instalación, configuración y mantenimiento de los equipos. El correcto seguimiento de estas directrices y de lo expuesto en este proyecto permitirá que los materiales utilizados conserven las características expuestas por los fabricantes y estén exentos de defectos y fallos durante su vida útil. Además garantiza que en caso de un incorrecto funcionamiento, el proveedor podría proporcionar la pieza dañada sin coste adicional. La programación de tareas de mantenimiento preventivo en todos los equipos, permitirá detectar posibles averías, imperfecciones o malfuncionamientos, anticipando las tareas correctivas y permitiendo que todos los aparatos de la instalación funcionen permanentemente en el rango aceptado por el fabricante. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 269 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLIEGO DE CONDICIONES 4.4. CONDICIONES ADMINISTRATIVAS 4.4.1. Errores en el diseño Cabe la posibilidad de existir fallos en el proyecto que sean captados por el contratista, de ser así dará cuenta de ellos el proyectista. De tal forma que de no seguir este procedimiento de reconocimiento de errores, el proyectista quedará libre de sanción si el funcionamiento no es el adecuado. Por ello es importante realizar un seguimiento previo del proyecto para que el proyectista pueda subsanar las posibles imperfecciones del mismo. 4.4.2. Horarios y Salarios El contratista deberá recibir la suma de dinero a la que ascienda el total de los trabajos desempeñados con la condición de que se hayan realizado atendiendo a las normas y condiciones del proyecto. El desconocimiento de los precios marcados en las partidas del presupuesto como base para la ejecución del proyecto, exime de reclamar cualquier error o revisión de los mismos una vez firmado el documento por el contratista. La variación de los precios marcados por la partida presupuestaria no afectará directamente al cliente siempre que esto no ocurra durante los primeros 15 días después de la firma del contrato. En cuyo caso se ha de tener en cuenta la variación de los mismos dependiendo de la fecha de adquisición de los mismos. La Dirección Técnica se podrá reservar el derecho de exigir al contratista la presentación de referencias bancarias como prueba de salud económica para cerciorar que pueda hacer frente a los pagos pactados en el contrato escrito establecido entre ambos. Dichas referencias en caso de ser solicitadas deberán ser presentadas por el contratista antes de la firma del contrato. El tiempo de demora de presentación de referencias bancarias se descontará de los 15 días en los que el precio de los materiales no sufre alteración en las facturas del contratista. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 270 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLIEGO DE CONDICIONES Durante la ejecución del proyecto podrán surgir nuevas obras no fijadas con anterioridad en el documento que supongan un gasto extra por lo que La Dirección Técnica y la empresa de montaje o contratista deberán fijar de mutuo acuerdo el precio a abonar. Se deberá documentar por escrito tal acuerdo justificando detalladamente cada partida presupuestaria extra y serán firmadas por todos los representantes a los que ataña la obra. Los pagos que deba efectuar el propietario se harán en los plazos previamente establecidos, donde el importe corresponderá al de las certificaciones de obra expedidas por la Dirección Técnica en virtud de las cuales se verificarán aquellos. El propietario podrá sancionar económicamente al contratista con el tanto por ciento que estipule por cada día de demora que se produzca una vez concluido el plazo de finalización de la obra. 4.4.3. Condiciones de Contrata La contrata tiene por objeto la instalación del software y hardware, conforme a los documentos que componen el proyecto. De igual forma comprende los distintos trabajos incluidos en los apartados del proyecto, siguiendo los descritos en la Memoria y en sus Anexos para el perfecto funcionamiento de la instalación. La Dirección Técnica se reserva el derecho de realizar cualquier modificación que fuera necesaria para el buen desarrollo y funcionamiento de la instalación, siendo necesaria que sea advertido o comunicado con antelación a su realización y eximiendo de cualquier responsabilidad al proyectista. Los Ingenieros Técnicos firmantes no reconocen derecho de indemnizar en ningún caso a la parte contratante a menos que la avería venga originada como consecuencia de un defecto de cálculo en el mismo. Así mismo el fabricante y la Dirección Técnica no reconocerán derechos de indemnización por uso indebido o por utilización de elementos ajenos a los proyectados y montados de origen. La Dirección Técnica no responde de pérdidas causadas directa o indirectamente al propietario debido a faltas de material o defectos de fabricación. El instalador tiene el deber y obligación de cumplir los preceptos relativos al contrato de trabajo y de los posibles accidentes, pudiéndose solicitar las acreditaciones necesarias que puedan verificar éstos cumplimientos. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 271 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLIEGO DE CONDICIONES La propia empresa facilitará el reconocimiento y la prueba de los materiales necesarios, así como su preparación. Se deberá entregar a la empresa instaladora un ejemplar original del proyecto, para todos sus posibles menesteres, pero sin que se pueda realizar una reproducción, o pueda utilizarse para su propio provecho con respecto a terceros; esto es, fuera del ámbito de la instalación y puesta en servicio del proyecto. Desde que se inicia el proceso de montaje, hasta su fin, la parte contratista o un representante suyo autorizado deberá estar en permanente contacto y hacerse fácilmente localizable por el Ingeniero Director y notificándole expresamente la persona que durante su ausencia, le representará en todas sus funciones. Cuando se falte a lo anteriormente prescrito, se consideran válidas las notificaciones que se efectúen al individuo de mayor categoría técnica de los empleados u operarios que, como dependientes de la contrata, intervengan en la ejecución del proyecto. 4.4.4. Condiciones de Garantía y Recepción de la instalación El plazo de garantía será de seis meses tras la finalización de la instalación. Será el contratista quien deberá hacerse cargo de las reparaciones, defectos, imperfecciones y de sus correspondientes gastos de conservación durante este periodo de tiempo. La Dirección Técnica, el propietario y el instalador serán los encargados de la confirmación de la recepción comunicando por escrito la correcta llegada de los equipos en el documento de conformidad. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 272 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PLIEGO DE CONDICIONES 4.4.5. Condiciones de Carácter legal El pago de impuestos cuyo abono deba hacerse durante el tiempo de montaje y por conceptos inherentes a los propios trabajos, correrán a cargo de la firma ejecutante por lo que se excluyen del presupuesto adjuntado por el proyectista. No obstante deberá ser reintegrado del importe de todos estos conceptos una vez concluido y entregado el proyecto. Se consideran causas justificativas de rescisión de contrato las que se enuncian a continuación: • Fallecimiento o incapacidad del Ingeniero Director. • La quiebra administrativa de la firma ejecutora o incluso del propietario. • Las alteraciones del contrato por modificación del proyecto, en forma tal que representen alteraciones fundamentales del mismo, y en cualquier caso, siempre que el presupuesto de ejecución, como consecuencia de estas modificaciones, represente, en más o en menos, el 25% del total. • El incumplimiento de las condiciones del contrato con motivos malintencionados o por descuido, con perjuicio de la ejecución del proyecto. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 273 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PRESUPUESTO 5. PRESUPUESTO “DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALAMBRICAS ENTRE PLC’S Peticionario: Universidad de La Rioja Informante: Iván Borobia Torcelly Alumno de Ingeniería Técnica Industrial especialidad en Electrónica Industrial Universidad de La Rioja Lugar y Fecha: Logroño, 12 de Julio de 2011 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 274 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PRESUPUESTO 5.1. INTRODUCCION La elaboración del presupuesto se basa esencialmente en el objeto del proyecto. Es decir, al realizar una configuración determinada para poder comunicar los equipos de forma inalámbrica y remota, se va a evitar valorar el coste de los equipos hardware así como de la instalación eléctrica y maquinaria. Como excepción, se incluirán en el apartado hardware los costes de los elementos de interconexión física entre elementos que conforman la red. Por tanto, y teniendo en cuenta todo lo anteriormente descrito, se redacta en este apartado la parte correspondiente a la programación del autómata y a la configuración de los equipos de control remoto para llevar a cabo la comunicación de forma eficaz. No se tendrá en cuenta el coste de la instalación de los equipos en los puntos requeridos para su uso una vez finalizado el proyecto. Los precios unitarios podrán verse modificados según varíe la fecha de adquisición de los mismos. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 275 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PRESUPUESTO 5.2. ESTADO DE MEDICIONES 5.2.1. Introducción El estado de mediciones tiene como objetivo principal determinar las unidades de cada partida o unidad de obra que den forma a la totalidad del proyecto al que esté destinado (Obra, instalación, servicio, soporte). 5.2.2. Capítulo 1: RECURSOS MATERIALES 5.2.2.1. Software Referencia Unidad P101 Ud. P102 Ud. Unidad de obra Programas y licencias para el ordenador de control. Programas y licencias para la configuración de equipos. Cantidad 1 1 5.2.2.1.1 P101: Programas y licencias para el ordenador de control Referencia Unidad SP101.1 Ud. SP101.2 Ud. SP101.3 SP101.4 Ud. Ud. Unidad de obra Sistema Operativo Windows XP Microsoft Office Enterprise 2007 Adobe Acrobat Reader 9.0 Mozilla Firefox 5.0 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial Cantidad 1 1 1 1 - 276 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PRESUPUESTO 5.2.2.1.2 P102: Programas y licencias para la configuración de equipos Referencia SP102.1 SP102.2 5.2.2.2. Unidad Ud. Ud. Cantidad 1 1 Unidad de obra PC con procesador a 3.00 GHz, 1.93 GB de RAM, disco duro de 190 GB, puerto serie incorporado, teclado, ratón y pantalla TFT de 17’’ Adaptador de corriente ininterrumpida para mantener activo el ordenador en caso de fallo de las baterías. Cantidad Hardware Referencia Unidad P103 Ud. P104 Ud. 5.2.2.3. Unidad de obra CX - One TMOD Suite v41eR17 1 1 Conectores, cableado y componentes electrónicos Referencia P105 P106 P107 P108 P109 Unidad Ud. Ud. Ud. Ud. m P110 Ud. P111 Ud. P112 Ud. Unidad de obra Conector DB – 15 Macho Conector DB – 9 Hembra Conector DB – 9 Macho Conector DB – 25 Macho Cable de 3 hilos Funda Termorrectráctil de 1,22 m x 12,7 mm Funda Termorrectráctil de 1,22 m x 9,5 mm Regulador de tensión de 12 V del tipo LM7812 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial Cantidad 4 2 4 1 1,5 1 1 2 - 277 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PRESUPUESTO 5.2.3. Capítulo 2: RECURSOS HUMANOS 5.2.3.1. Programación del autómata y configuración del módem Referencia Unidad P113 h. P114 h. P115 h. 5.2.3.2. Referencia P116 P117 Unidad de obra Programación del CXProgrammer v3.2 Programación TMOD Suite v41eR17 Diseño y depuración Cantidad 750 80 70 Redacción del documento y búsqueda de información Unidad h. h. Unidad de obra Redacción del documento Búsqueda de información Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial Cantidad 350 520 - 278 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PRESUPUESTO 5.3. PRESUPUESTO PARCIAL EJECUCION DE MATERIAL 5.3.1. DE Introducción En este apartado se va a tratar de valorizar detalladamente cada uno de los aspectos que engloba el proyecto. Se tendrán en cuenta los recursos materiales y humanos para su realización. A continuación, viene esquematizado cada una de las partidas y el valor de las diferentes unidades de obra que han intervenido. Finalmente se realiza una suma parcial de cada partida. 5.3.2. Capítulo 1: RECURSOS MATERIALES 5.3.2.1. Software 5.3.2.1.1 P101: Programas y licencias para el ordenador de control Referencia SP101.1 SP101.2 SP101.3 SP101.4 Concepto Sistema Operativo Windows XP Microsoft Office Enterprise 2007 Adobe Acrobat Reader 9.0 Mozilla Firefox 5.0 Precio Unitario(€) Número Unidades Precio Total (€) 89,90 1 89,90 129,95 1 129,95 99,90 1 99,90 -1 SUBTOTAL PARTIDA P101: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial -319,75 - 279 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PRESUPUESTO 5.3.2.1.2 P102: Programas y licencias para la configuración de equipos Referencia SP102.1 SP102.2 Referencia P101 P102 5.3.2.2. Referencia P103 P104 Precio Número Unitario(€) Unidades CX - One 1.580,00 1 TMOD Suite v41eR17 1.230,00 1 SUBTOTAL PARTIDA P102: Concepto Concepto Precio Unitario(€) Número Unidades Programas y licencias para el ordenador de 319,75 1 control Programas y licencias para la configuración y 2.810,00 1 programación de equipos SUBTOTAL SUBCAPITULO 5.3.2.1: Precio Total (€) 1.580,00 1.230,00 2.810,00 Precio Total (€) 319,75 2.810,00 3.129,75 Hardware Concepto Precio Unitario(€) Número Unidades PC con procesador a 3.00 GHz, 1.93 GB de RAM, disco duro de 190 GB, puerto serie 850,00 1 incorporado, teclado, ratón y pantalla TFT de 17’’ Adaptador de corriente ininterrumpida para mantener activo el 24,90 1 ordenador en caso de fallo de las baterías. SUBTOTAL SUBCAPITULO 5.3.2.2: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial Precio Total (€) 850,00 24,90 874,90 - 280 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PRESUPUESTO 5.3.2.3. Referencia P105 P106 P107 P108 P109 P110 P111 P112 5.3.3. 5.3.3.1. Referencia P113 P114 P115 Conectores, cableado y componentes electrónicos Concepto Precio Unitario(€) Número Unidades Conector DB – 15 0,65 4 Macho Conector DB – 9 0,45 2 Hembra Conector DB – 9 Macho 0,45 4 Conector DB – 25 0,65 1 Macho Cable de hilos 2,00 1,5 Funda Termorrectráctil 1,30 1 de 1,22 m x 12,7 mm Funda Termorrectráctil 1,21 1 de 1,22 m x 9,5 mm Regulador de tensión de 0,50 2 12 V del tipo LM7812 SUBTOTAL SUBCAPITULO 5.3.2.3: Precio Total (€) 2,60 0,90 1,80 0,65 3,00 1,30 1,21 1,00 12,46 Capítulo 2: RECURSOS HUMANOS Programación del autómata y configuración del módem Concepto Precio Unitario(€) Número Unidades Programación del CX23,70 750 Programmer v3.2 Programación TMOD 23,70 80 Suite v41Er17 Diseño y depuración 23,70 70 SUBTOTAL SUBCAPITULO 5.3.3.1: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial Precio Total (€) 17.775,00 1.896,00 1.659,00 21.330,00 - 281 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PRESUPUESTO 5.3.3.2. Referencia P116 P117 Redacción del documento y búsqueda de información Concepto Redacción documento Búsqueda información del de Precio Unitario(€) Número Unidades Precio Total (€) 19,20 350 6.720,00 19,20 520 9.984,00 SUBTOTAL SUBCAPITULO 5.3.3.2: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial 16.704,00 - 282 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PRESUPUESTO 5.4. PRESUPUESTO TOTAL EJECUCION DE MATERIAL DE Finalmente se engloban los precios anteriormente expuestos en los distintos capítulos del presupuesto. De esta manera se resumen los recursos materiales y humanos y el presupuesto parcial de cada uno de ellos de forma que una vez calculada la suma se puede observar a cuánto asciende el coste final. Viene indicado en letra y número para evitar posibles confusiones así como la firma para indicar validez al documento. 5.4.1. Capítulo 1: RECURSOS MATERIALES CONCEPTO SUBTOTAL SUBCAPITULO 1.1 (SOFTWARE) SUBTOTAL SUBCAPITULO 1.2 (HARDWARE) SUBTOTAL SUBCAPITULO 1.3 (CONECTORES, CABLEADO Y COMPONENTES ELECTRONICOS) SUBTOTAL CAPITULO 1: 5.4.2. Precio Total (€) 3.129,75 874,90 12,46 4.017,11 Capítulo 2: RECURSOS HUMANOS CONCEPTO SUBTOTAL SUBCAPITULO 2.1 (PROGRAMACION DEL AUTOMATA Y CONFIGURACION DEL MODEM) SUBTOTAL SUBCAPITULO 2.2 (REDACCION DEL DOCUMENTO Y BUSQUEDA DE INFORMACION) SUBTOTAL CAPITULO 2: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial Precio Total (€) 21.330,00 16.704,00 38.034,00 - 283 - DESARROLLO DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ENTRE PLC’S PRESUPUESTO 5.4.3. PRESUPUESTO TOTAL CONCEPTO SUBTOTAL CAPITULO 1 (RECURSOS MATERIALES) SUBTOTAL CAPITULO 2 (RECURSOS HUMANOS) TOTAL SIN IVA IVA (18%) TOTAL Precio Total (€) 4.017,11 38.034,00 42.051,11 7.569,20 49.620,31 El presupuesto total del proyecto asciende a una suma de CUARENTA Y NUEVE MIL SEISCIENTOS VEINTE EUROS CON TREINTA Y UN CENTIMOS (49.620,31 euros). Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial - 284 -
