Sistemas de periferia descentralizada para aplicaciones de Automatización Industrial

Tanto en la industria manufacturera como en la industria de procesos, la descentralización de señales supone un volumen importante en las empresas dedicadas al sector de la Automatización Industrial, ya sean fabricantes, ingenierías, integradores de sistemas o clientes finales, apreciándose una clara tendencia en la utilización de periferia descentralizada en todo tipo de cliente y sectores. Por este motivo, los grandes fabricantes invierten cantidades considerables en el desarrollo de nuevos productos para proporcionar nuevos equipos con mejor tecnología, rendimiento y funcionalidad, así como tratar de ofrecer al mercado soluciones innovadoras completas.

¿Qué demandan los clientes?

• Sistemas de periferia descentralizada que puedan ser instalados en buses de campo industriales estandarizados, no propietarios y respaldados por grandes asociaciones a nivel mundial.
• Sistemas basados en redes Ethernet, estándar que aporta una gran flexibilidad a la hora de su integración tanto a nivel horizontal como vertical dentro de las instalaciones y permiten coexistir con gran variedad de servicios y protocolos adicionales dentro de la red, así como disponer de múltiples opciones para un diagnóstico rápido y sencillo en caso de averías o problemas.
• Integración opcional de señales de seguridad funcional en las mismas estaciones remotas en las que implementan las señales estándar.
• Posible Incorporación en arquitecturas de redes redundantes que aseguren una alta disponibilidad.
• Reducción y simplicidad máxima de los mecanismos de sustitución de componentes defectuosos o averiados.
• Optimización de la flexibilidad en todo tipo de máquinas y en cualquier mercado mundial proporcionando un ahorro de costes gracias a la reutilización de los diseños y familias de periferia.
• Capacidad de instalación en aplicaciones montadas en armario eléctrico (grado de protección IP20), así como en soluciones montadas directamente sobre la máquina (grado de protección IP65/67) con el consiguiente ahorro en cuadros eléctricos.

Todo este tipo de requisitos son satisfechos, por ejemplo, con buses de campo como PROFINET, que ofrece apertura y garantiza la comunicación de señales en tiempo real, y periferia descentralizada altamente flexible, modular y multifuncional como SIMATIC ET 200.

La tendencia también apunta en la dirección del desarrollo y la utilización de cabeceras de estaciones con una interfaz capaz de ser configurada y comunicar bajo diferentes protocolos según las necesidades, permitiendo la conexión de éstas en distintos buses y con distintos controladores. En este sentido, a continuación, se describe una referencia de utilización de periferia descentralizada que pueda hablar en distintos protocolos basados en Ethernet. En dicha aplicación, por ser muy común la utilización del protocolo Modbus TCP en el ámbito de los equipos utilizados en la infraestructura en túneles, el cliente se decantó por la utilización de la nueva periferia SIMATIC ET 200SP MultiFieldbus de Siemens, capaz de hablar en cualquiera de los siguientes protocolos: PROFINET, Modbus TCP o EtherNet/IP.

Todas las cosas buenas vienen de tres en tres

En el curso de la digitalización y la creciente conexión en red de plantas, la capacidad de comunicación de los dispositivos de campo es cada vez más importante. Además, existen diferencias regionales, industriales y específicas de la aplicación con respecto a los protocolos Ethernet utilizados. En el Zentrum am Berg de la Universidad de Leoben, la instalación de investigación de túneles más moderna de Europa, Dürr, un especialista en tecnología de túneles y sistemas de tráfico, utiliza el nuevo módulo de interfaz de bus de campo múltiple SIMATIC ET 200SP MultiFieldbus, que puede comunicarse a través de los protocolos Ethernet ampliamente utilizados. Profinet, EtherNet/IP y Modbus TCP.

Debajo de las típicas terrazas de una mina a cielo abierto se ha construido una instalación de investigación única para la construcción y operación de modernos túneles de carreteras y ferrocarriles. Dos túneles de carreteras y ferrocarriles paralelos de 400 m de largo y completamente desarrollados con transversales fieles a los originales se introdujeron en la montaña. Los sistemas de túneles están disponibles para empresas interesadas, universidades e instalaciones de control de desastres para una amplia gama de pruebas e inspecciones.

En total, toda la instalación ofrece aproximadamente 4 km de áreas subterráneas de prueba y capacitación, donde los procedimientos operativos, los sistemas de ventilación, la tecnología de seguridad, la protección contra incendios, la tecnología de control de tráfico, etc. se pueden probar en condiciones realistas. Los objetivos de estas pruebas son:

• Conseguir una mayor seguridad en los sistemas de túneles
• Pruebas y desarrollo de diferentes sistemas de ventilación, involucrando también al cuerpo de bomberos
• Investigaciones sobre la propagación de gases
• Ensayos de idoneidad de nuevos componentes y materiales

La empresa integradora, que se especializa en construcción de túneles e ingeniería de tráfico, planificó e implementó el equipamiento eléctrico y mecánico completo de toda la instalación, y eligió XAM Control como su sistema de control de procesos desde el nivel de control de operaciones hasta el nivel de campo. Los datos se intercambian entre el control y el nivel de campo a través del módulo de interfaz de bus de campo múltiple SIMATIC ET200SP MultiFieldbus basado en el protocolo de comunicación Modbus TCP, que como protocolo industrial estandarizado se utiliza a menudo en sistemas de túneles.

Al utilizar el sistema de E/S SIMATIC ET 200SP, que ha sido probado en funcionamiento y ofrece disponibilidad a largo plazo, se pueden aprovechar sus múltiples ventajas funcionales y de sistema, como el diseño escalable, el diagnóstico completo y la amplia gama de módulos para la conexión de sensores y actuadores al nivel de control. Esto significa que el nivel de control diseñado de forma redundante ahora puede registrar y procesar todos los parámetros operativos con precisión a través de las E/S remotas. Los sistemas de medición y control implementados de manera inteligente garantizan el alto estándar de seguridad del sistema para operar el control del tráfico, la medición de la calidad del aire, la protección contra incendios, la iluminación y la tecnología de baja tensión. Debido a la estructura modular del sistema SIMATIC ET 200SP, las señales adicionales necesarias se pueden integrar mediante otros módulos de E/S según sea necesario. Los mensajes de diagnóstico significativos proporcionados por el sistema de E/S y el cableado permanente con función de intercambio en caliente también permiten un análisis rápido de las causas y la localización de fallos incluso en caso de error y, por lo tanto, tiempos de interrupción mínimos.

Comunicación ilimitada para fabricantes de máquinas y constructores de plantas que operan a nivel mundial

El desarrollo del módulo de interfaz de bus de campo múltiple para la serie SIMATIC ET 200SP, que se lanzó a finales de 2019, se llevó a cabo con la participación temprana de clientes seleccionados de diversas industrias y regiones del mundo. Gracias a la estrecha cooperación y el constante intercambio de información, los objetivos declarados de configuración y puesta en marcha simples, información de diagnóstico extensa y alta calidad de desarrollo ya se habían alcanzado al inicio de la producción en serie.

Uno de los principales objetivos del proyecto de bus de campo múltiple era también la implementación de una configuración fácil de usar y que evitara errores, algo que muchos clientes de SIMATIC ET 200SP han llegado a apreciar al utilizar Profinet junto con la herramienta de ingeniería TIA Portal. Por esta razón, la herramienta de configuración Multi Fieldbus, o MFCT para abreviar, fue desarrollada especialmente para la configuración de dispositivos MultiFieldbus. Con esta herramienta gratuita e intuitiva, se puede configurar un dispositivo de bus de campo múltiple en cuatro sencillos pasos para su uso con EtherNet/IP o Modbus TCP.

En primer lugar, se selecciona el componente de bus de campo múltiple a configurar de la lista de dispositivos de un segmento de red. A continuación, el ingeniero de proyecto coloca los módulos de E/S necesarios para la tarea correspondiente en el lugar deseado dentro de la estación SIMATIC ET 200SP. Esto está respaldado por un catálogo de selección que siempre muestra los módulos permitidos para la posición respectiva. En el tercer paso, se parametrizan todos los módulos, es decir, se configuran las propiedades seleccionables y los modos de funcionamiento. Una tabla claramente distribuida con pantallas de texto sin formato facilita esta tarea y le da al ingeniero de automatización una buena visión general de los ajustes seleccionados. En el cuarto y último paso, la configuración se transfiere a la estación y se almacena allí con protección contra cortes de energía. Con esto, la configuración de una estación en el MFCT ya está completa.

Finalmente, ahora solo las direcciones de entrada y salida deben asignarse en la herramienta de ingeniería al controlador que se utiliza. Como soporte, el MFCT proporciona archivos EDS/UDT para este propósito, así como un archivo CSV que contiene la información para configurar la estación. De este modo, el proyecto general se puede guardar para cambios posteriores y completar o adaptar según sea necesario.

Con el módulo de bus de campo múltiple, Siemens ha desarrollado la primera interfaz de comunicación que admite el intercambio de datos a través de los tres protocolos de bus de campo Ethernet, PROFINET, EtherNet/IP y Modbus TCP. Esto permite al fabricante de la máquina y al constructor de la planta cumplir con los requisitos específicos de la industria o que varían según la región sin costosos cambios de sistema o abrirse nuevos mercados para sí mismo.

Por el contrario, el módulo de interfaz de bus de campo múltiple amplía la gama de aplicaciones del sistema de E/S SIMATIC ET 200SP. La herramienta de configuración MultiFieldbus garantiza una configuración rápida e intuitiva con la misma apariencia que la herramienta de ingeniería TIA Portal, estrechamente adaptada a los requisitos, además de otorgar una gran importancia a un alto nivel de facilidad de uso. Este proyecto para un sistema de automatización de túneles demuestra la idoneidad práctica y el rendimiento de la interfaz MultiFieldbus.

Sergio Collar
Responsable de Producto SIMATIC ET 200 en Siemens, S.A.