REDES INDUSTRIALES PRACTICA

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1.- INTRODUCCIÓN AL LABORATORIO DE REDES INDUSTRIALES
	
	
	
Objetivo:
En seta práctica se conocerán todos los dispositivos y protocolos de comunicación industrial que forman parte del Laboratorio de redes industriales, los suministros eléctricos, neumáticos y las reglas de seguridad para operarlos.
	Procedimiento
	Resultado
	Descripción y utilidad de los siguientes elementos:
 Suministros eléctricos y neumáticos
 Componentes de hardware
 Identificación de protocolos de comunicación industrial
 Medidas de seguridad
	Al realizar esta práctica el alumno conocerá a detalle los siguientes aspectos:
 	Identificación de los diferentes protocolos de comunicación industrial con los que cuenta el laboratorio
 Medidas de seguridad
 Suministros generales del laboratorio
 	Componentes de hardware del laboratorio como: PLCs, pistones neumáticos, sensores, variador de frecuencia, entre otros
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PROCEDIMIENTO
Explicación:
En esta práctica mencionaremos los elementos principales con los que contamos en el área de redes industriales, además se conocerán los protocolos de comunicación industrial que forman parte del Laboratorio de redes industriales y algunas reglas de segur idad para operarlos.
PROCEDIMIENTO
Suministros eléctricos y neumáticos.
El laboratorio de redes industriales tiene 2 suministros principales que son:
 Suministros eléctricos
El laboratorio de redes industriales se alimenta de 220 volts de corriente alterna trifásica y 120 volts de corriente alterna.
 Suministro neumático
El laboratorio de redes industriales se alimenta de aire comprimido cuyo rango de presión se sitúa entre los 85 a 100 PSIs.
Identificación de componentes
Interruptores termo magnéticos
El laboratorio de redes industriales cuenta con 2 interruptores termo magnéticos:
 	Interruptor termo magnético de 2 polos. Este interruptor alimenta y protege toda la instalación de 120 VCA del módulo de redes industriales.
 	Interruptor termo magnético de 3 polos. Este interruptor alimenta y protege toda la instalación de 220 VCA del módulo de redes industriales.
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Es importante no tocar ni alterar las conexiones de estos interruptores pues se corre el riesgo de sufrir una descarga eléctrica.
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Fuente de alimentación SITOP
Esta fuente de alimentación suministra 24 VCD Y 10 amp. hacia diferentes dispositivos del laboratorio.
PLC S7-1200 y módulos de señales.
Cada uno de los dos PLC S7-1200 consta de los siguientes elementos:
 CPU modelo CPU 1212C el cual cuenta con los siguientes elementos:
o Puerto para conector RJ45 donde podrás conectar una red de tipo PROFINET
o Módulos de comunicación Profibus, AS-i, Modbus
o	La fuente de alimentación PM 1207 localizada a la izquierda del CPU, suministra 24 VDC y 2.5 Amperes para alimentar al CPU S7-1212
o Entradas y salidas digitales
Panel de Operador (interface hombre-máquina HMI).
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Es una pantalla táctil que sirve como interfaz gráfica entre el operador y el proceso. Se puede configurar para manipular el proceso por medio de botones virtuales, estos botones pueden arrancar y detener el proceso. También se pueden agregar elementos dinámicos como tanques, válvulas, gráficas, medidores que reflejan lo que está sucediendo en tiempo real en el proceso. El panel se alimenta de 24 VDC y se puede comunicar con el resto de los elementos del módulo utilizando el protocolo PROFINET.
Switch SCALANCE para red Profinet
En este dispositivo se concentran los cables de la red Profinet y se gestiona su correcto direccionamiento.
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Módulo variador de frecuencia Sinamics V20
Con este elemento se puede configurar el funcionamiento del motor de Corriente alterna con que cuenta el tablero. Se puede m odificar el tiempo de arranque, tiempo de paro, sentido de giro, velocidad, torque, etcétera.
Módulo de periferia descentralizada ET200SP
El ET 200SP es un sistema de periferia descentralizada altamente escalable y flexible que permite conectar las señales del proceso a un controlador central a través de un bus de PROFINET IO.
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El sistema de periferia descentralizada ET 200S es un módulo de periferia descentralizada que se usa cuando necesitamos tener entradas y salidas lejos del PLC.
Una configuración típica de los elementos que conforman el sistema de Periferia descentralizada ET200SP es:
1. Módulo de interfaz
2. Base Unit BU..D clara, con entrada de la tensión de alimentación o apertura de un grupo de potencia
3. BaseUnits BU..B oscuras para prolongación del grupo de potencial
4. Módulos de periferia (I/O´s digitales, analógicas, etcétera)
5. Módulo de servidor (incluido en el volumen de suministro del módulo de interfaz)
6. BusAdapter RJ45
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7. Perfil soporte
8. Etiquetas de identificación por referencia
El módulo de redes industriales tiene, en su parte de módulos de periferia, un módulo de entradas analógicas y un módulo de salidas analógicas, así como sus bornes de entradas y salidas para cada uno de los módulos mencionados.
Pistones neumáticos
Se utilizan como actuadores finales. Funcionan con aire comprimido. Hay de doble efecto y de simple efecto contando cada uno con sus respectivos sensores de posición.
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Electroválvulas
Son los actuadores que dosifican el aire comprimido a los pistones. Funcionan con señales de 24 VCD. Y cuentan con sus bornes de conexión ubicados abajo del Touch panel.
Regulador de presión neumática y filtro de aire (Unidad FR)
Este dispositivo se encarga de mantener limpia de agua e impurezas la instalación de aire comprimido, y permite regular la presión para el correcto funcionamiento de los pistones y demás equipo neumático que se requiera.
Clemas de conexión para fusibles
Van colocadas en la parte posterior del módulo de redes industriales y se utilizan cuando se necesita algún punto intermedio en el cableado de ciertos dispositivos. En este caso se tiene clemas sencillas y de tipo fusible. Estas últimas se utilizan para proteger las salidas de los dispositivos contra una mala conexión que pueda dañar algún elemento del módulo de redes.
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Bornes para conectores banana (jack banana)
Estos conectores, conocidos también como banana-hembra o jack banana, se utilizan para hacer conexiones temporales y para esto se utilizan cables con conectores banana macho en sus extremos.
Cables banana-banana macho (plug banana-banana)
Estos cables sirven para hacer conexiones temporales en el tablero, deben de estar en buen estado y te los proporcionará el instructor de laboratorio.
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Interruptores para entradas
Se utilizan para interrumpir o activar alguna señal de entrada. Son de tipo Push-boton y de tipo palanca. En cada columna el borne rojo es el común y unos de los negros es normalmente cerrado y el otro negro es normalmente abierto.
Focos para monitoreo de salidas
Se utilizan para conectar las salidas y visualizar si está activa o no. El foco enciende con 24 volts.
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Sensor de distancia
Es un sensor que permite medir la distancia a la que se encuentra un objeto sin tocarlo. Tiene capacidad para realizar medici ones de hasta 10 metros. El sensor se puede usar como un simple sensor de presencia on/off o como un dispositivo con comunicación I/O Link. También se pueden configurar sus salidas para hacer mediciones analógicas.
Columna de señalización o torreta
Es un semáforo que se usa para monitorear el estatus general del sistema.Utiliza el protocolo de comunicación AS-i.
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Botonera AS-i
Se compone de un botón verde y uno rojo los cuales se pueden usar para arreglos de arranque y paro de un sistema. Utiliza protocolo de comunicación AS-i.
Identificación de protocolos
Definición de protocolo
Un Protocolo de comunicación industrial es el conjunto de reglas y estándares que controlan la secuencia de mensajes que ocurren durante una comunicación entre los dispositivos que forman una red industrial; dichos dispositivos pueden ser computadoras de control, PL Cs, tarjetas de entrada o salida, sensores y actuadores.
El tablero de redes industriales cuenta con los siguientes protocolos de comunicación.
 PROFIBUS DP
 PROFINET I/O
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 AS-INTERFASE
 MODBUS RTU
 IO Link
Protocolo PROFIBUS
PROFIBUS es un protocolo de comunicación que permite establecer la comunicación entre el sistema de automatización (controlador) y los dispositivos instalados en campo a través de un único cable con comunicación serie. PROFIBUS presenta una estructura simple, robusta y fiable, puede ampliarse online y es aplicable tanto en entornos no críticos como en zonas con atmósferas explosivas.
PROFIBUS es un bus de campo abierto y universal que permite:
• La comunicación rápida con los dispositivos periféricos descentralizados inteligentes (PROFIBUS con física DP)
• La comunicación y alimentación simultánea de transmisores y actuadores (PROFIBUS PA) PROFIBUS se caracteriza por usar un cable color morado.
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Protocolo PROFINET (LAN)
Es un protocolo de comunicación en redes industriales que resulta de aprovechar ciertas características de 2 protocolos anteriores, como son: Profibus DP y Ethernet Industrial.
Los objetivos de PROFINET son:
 Estándar Ethernet abierto para la automatización basada en Industrial Ethernet
 	Los componentes de Industrial Ethernet y Standard Ethernet pueden utilizarse conjuntamente, aunque los equipos de Industrial Ethernet son más robustos y, por consiguiente, más apropiados para el entorno industrial (temperatura, inmunidad contra perturbaciones, etc.).
 Uso de estándares TCP/IP e IT
 Automatización de aplicaciones con requisito de tiempo real
 Integración directa de sistemas con bus de campo
Este protocolo se caracteriza por utilizar un cable de color verde.
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Protocolo AS-i
El AS-Interface, o interfaz actuador/sensor, denominado aquí AS-i, es un sistema de conexión para el nivel de procesos más bajo en instalaciones de automatización. Los mazos de cables que se utilizaban hasta ahora en este nivel son sustituidos por un único cable eléctrico, el cable AS-i.
AS-Interface se distingue por varias características fundamentales:
 AS-Interface está optimizado para la conexión de sensores y actuadores binarios y analógicos.
 	A través del cable AS-i (de color amarillo) tiene lugar tanto el intercambio de datos entre sensores/actuadores (esclavos AS- i) y el maestro AS-i como también la alimentación de corriente de los sensores y actuadores.
 	Cableado sencillo y económico; montaje sencillo con técnica de conexión por desplazamiento del aislamiento; gran flexibilidad gracias al cableado tipo árbol.
 Reacción rápida: El maestro AS-i necesita, para el intercambio de datos cíclico con participación de hasta 31 estaciones, un máximo de
5 ms (para 62 estaciones, 10 ms).
 Las estaciones (esclavos AS-i) conectadas al cable AS-i pueden ser sensores/actuadores con conexión AS-i integrada o bien módulos
AS-i, a los que se pueden conectar en cada caso hasta ocho sensores/actuadores binarios convencionales.
 Con módulos AS-i estándar se pueden operar hasta 124 actuadores y 124 sensores en el cable AS-i.
 	Si se utilizan módulos AS-i con área de direcciones ampliada, se pueden operar hasta 248 actuadores y 248 sensores en un maestro extendido. Utilizando el perfil S-7.A.A con 8E/8S se pueden operar hasta 496 actuadores y 496 sensores.
La red As-i se caracteriza por usar un cable amarillo.
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Protocolo MODBUS RTU
Modbus RTU es un protocolo serie abierto (RS-232 o RS-485) basado en una arquitectura maestro/esclavo o cliente/servidor.
Modbus RTU es público, muy seguro y no requiere licencias. El protocolo interconecta los equipos de campo, como son los sensores, los actuadores y los controladores, y se usa ampliamente en la automatización de procesos y fabricación.
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Un nodo (el maestro) emite comandos explícitos a uno de los nodos esclavos y, después, procesa las respuestas. Los nodos esclavos no transmiten datos sin una petición del nodo maestro, ni tampoco se comunican con otros esclavos.
Modbus RTU se puede conformar por 237 esclavos o servidores pero solo un Maestro o cliente. La comunicación del maestro hacia los esclavos puede ser de dos tipos:
 Peer to peer: en que se establece comunicación tipo maestro-esclavo, el maestro solicita información y el esclavo responde.
	Broadcast: en que se establece comunicación tipo maestro-todos los esclavos, el maestro envía un comando a todos los esclavos de la red sin esperar respuesta.
En el módulo de redes industriales se utiliza este protocolo para comunicar el variador de frecuencia Sinamics V20 con el res to de los dispositivos.
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Protocolo IO Link.
I/O Link es una conexión serial, bidireccional y punto a punto. Se utiliza para transmitir información y alimentar eléctricamente algunos sensores y actuadores compatibles con este protocolo. I/O link es el primer protocolo de comunicación exclusivo para sensores y actuadores que se ha establecido como un estándar (IEC 61131-9).
Se pueden descargar manuales de todos los dispositivos y protocolos de comunicación anteriores en los siguientes enlaces:
http://www.siemens.com/as-interface http://www.siemens.com/automation/service&support (SIEMENS, 2010)
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www.io-link.com
Medidas generales de seguridad
Requisitos de seguridad general en el laboratorio.
Tenemos varias áreas de peligro de descarga eléctrica en nuestro laboratorio de redes industriales y son:
 Contactos para corriente en las paredes del laboratorio.
 Los interruptores termo magnéticos del módulo
 Fuentes de alimentación.
 Conexiones del variador de frecuencia Sinamics V20
 Conexiones del motor de corriente alterna trifásica
Solo debes trabajar con los bornes para conector banana.
También debes seguir las siguientes recomendaciones:
 No llevar pulseras metálicas.
 No llevar collares holgados.
 No llevar ropa holgada.
 No meter objetos dentro de la guarda de seguridad en el motor ni en los pistones neumáticos.
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Reportar
1. Menciona los suministros que necesita el laboratorio de redes industriales para su operación.
	R= El laboratorio de redes cuenta con dos sistemas de suministro los cuales son:
 Suministros eléctricos
Este se encarga de alimentar al labroatorio mediante un voltaje de 220 volts de corriente alterna trifásica y 120 volts de corriente alterna.
 Suministro neumático
El laboratorio de redes industriales se alimenta de aire comprimido cuyo rango de presión se sitúa entre los 85 a 100 PSIs.
2. ¿Cuáles son las partes del laboratorio de redes industriales donde se podría sufrir una descarga eléctrica?
 	 R= Los interruptores termomagnéticos.
3. ¿Cuáles son los dispositivos de periferia descentralizada (DP) que sirven para controlar entradas y salidas remotas?
R= Módulo de periferia descentralizada ET200SP y el PLC S7-1200
4. Menciona los diferentes protocolos de comunicación con los que cuenta el laboratorio de redes industriales.
R= El laboratorio de control cuenta condistintos protocolos de comunicación, los cuales se encargan de llevar a cabo el transporte de señales desde los módulos hasta los components periféricos, estos son los siguientes: PROFIBUS DP, PROFINET,
AS-I, MODBUS, I/O LINK.
5. Anota 2 características importantes de cada uno de los diferentes protocolos de comunicación del laboratorio de redes industriales.
a. PROFIBUS DP:
I. La comunicación y alimentación simultánea de transmisores y actuadores
II. La comunicación es rápida con los dispositivos periféricos descentralizados.
b. PROFINET:
I. Automatización de aplicaciones en tiempo real.
II. Automatización directa con sistemas que presentan un bus de campo.
c. AS-I:
I. Cuenta con un cableado sencillo por lo que facilita la conexión hacia los componentes.
II. Esta optimizado con la finalidad de funcionar con sensores y actuadores de señales tanto análogas como binarias.
d. MODBUS:
I. Un nodo maestro emite señales hacia los esclavos y las procesa.
II. Es publico y seguro por lo que no require de licencias.
e. I/O LINK:
I. Es el primer protocolo exclusivo para sensores y actuadores.
II. Se basa en una conexión de punto a punto.
6. Menciona las reglas de seguridad generales para el laboratorio de redes industriales.
· No llevar objetos metalicos.
· No llevar collares.
· No usar ropa holgada.
· Evitar áreas de peligro por descarga eléctrica.
Nombre del alumno: Luis Ramón Ramírez Chávez. _Matrícula: 2633613	
Práctica: Práctica 1. _Calificación: 	
Entrega a tu profesor los resultados de tu práctica.