Redes industriales inalámbricas: La libertad de movimientos en la fábrica

Las redes inalámbricas industriales abren nuevas posibilidades para las automatizaciones flexibles y eficientes

La tecnología WLAN o Bluetooth puede sustituir los costosos cableados por nuevas soluciones inalámbricas que permiten integrar nodos móviles en la red de automatización de forma sencilla y fiable. Las redes inalámbricas son además la tecnología base para la implementación de un concepto de control móvil que aproveche los dispositivos inteligentes estándar tales como tablets o smartphones, y que se resume con el lema «Bring your own device» (BYOD).

Si se analiza una planta de producción típica es posible reconocer inmediatamente innumerables aplicaciones que podrían beneficiarse de la comunicación sin cables o que incluso la exigen. Algunos ejemplos son el intercambio de datos con sistemas de transporte móviles, tales como máquinas rotatorias o grúas.

El mantenimiento usando HMIs portables o la integración flexible de terminales y máquinas en la red de producción son otros ejemplos de aplicación. Y en la mayoría de las ocasiones no se trata tan solo del evidente ahorro en los costes de cableado, sino también de aportar simplicidad y flexibilidad a la instalación y alcanzar ahorros de mantenimiento al ofrecer un menor desgaste y errores. Ante este panorama, las redes de automatización inalámbricas son ya una realidad en innumerables plantas de producción.

HMS Industrial Networks estima una cuota de mercado de las redes inalámbricas en el sector de la automatización industrial de alrededor de un 6 % para los nuevos nodos instalados en redes industriales en 2017 (véase el texto del cuadro)

Concepto de control móvil para máquinas e instalaciones

El concepto «Bring Your Own Device» (BYOD) describe la tendencia hacia el aprovechamiento de los dispositivos inteligentes tales como tablets, smartphones, etc., como herramientas para parametrizar, controlar y consultar datos de diagnóstico de las máquinas a través de sus navegadores de Internet integrados o de aplicaciones especiales. Las tablets y smartphones actuales ofrecen tecnología inalámbrica de serie y, gracias a los navegadores web integrados en su sistema operativo, ofrecen también opciones de visualización similares al de las HMI clásicas.

Con el concepto «BYOD» ponemos a disposición del operador las consultas típicas tales como el estado operativo actual de la máquina, los datos de producción o de diagnóstico sin necesidad de desplazarse hasta donde se encuentre el HMI fijo. En el caso de los sistemas interconectados, como máquinas de embalaje e impresión, el resultado es una reducción en los costes.

Mientras que antes se necesitaba una costosa HMI instalada de forma fija para cada máquina individual interconectada, ahora el técnico puede acceder a cada máquina directamente a través de su tablet o smartphone. La tendencia se está acentuando con la llegada de las nuevas aplicaciones para tablets y móviles ofrecidas por los propios fabricantes de HMI, tales como Siemens ó Schneider, con las que los usuarios de HMI fijas ya están familiarizados.

La conexión entre el dispositivo móvil y la red de producción se realiza a través de pasarelas inalámbricas que, en estas aplicaciones, funcionan como puntos de acceso inalámbricos.

Solución inalámbrica en lugar de anillos colectores y cadenas de arrastre mecánicas

Las pasarelas inalámbricas utilizadas como enlaces de conexión inalámbrica se emplean frecuentemente para reemplazar cableado dado que la transmisión de datos de alto rendimiento y sin desgaste que ofrecen permite también aprovecharlas en aplicaciones con requisitos especiales, como grúas, sistemas de transporte sin conductor, plantas de embotellado y empaquetado o plantas depuradoras. En estas aplicaciones, los costosos anillos colectores y cadenas de arrastre mecánicos se sustituyen por económicas pasarelas inalámbricas, como Anybus Wireless Bridge de HMS. La transmisión de datos en esta aplicación, como sustitución del cableado, suele implementarse a modo de conexión punto a punto.

Selección del estándar inalámbrico adecuado

Para la transmisión de datos inalámbrica en el entorno industrial, actualmente suele emplearse la tecnología WLAN en la banda de 2,4 GHz o 5 GHz, o bien Bluetooth.

La selección de la tecnología inalámbrica adecuada (Bluetooth o WLAN) y la adecuada instalación y orientación de las antenas necesarias son factores clave.Igualmente, los requisitos en cuanto al comportamiento en tiempo real y el volumen de datos que se debe transmitir deben ajustarse a las posibilidades de la solución inalámbrica. En ocasiones, los departamentos de IT de las empresas suelen pensar que basta con una red WLAN rápida y de gran tamaño para todas las aplicaciones, incluidas las de la red de fábrica (OT).

No obstante, las distintas aplicaciones suponen desafíos diferentes o incluso parcialmente opuestos para la tecnología inalámbrica, por lo que a veces es necesario instalar redes sin cables independientes para las diferentes aplicaciones. Por ejemplo, las tareas de automatización donde el tiempo es un factor crítico deben implementarse siempre en una red inalámbrica propia. Solo el hecho de que existan unos pocos canales WLAN disponibles, que ya utilizan la mayoría del resto de aplicaciones (por ejemplo, las de oficina), implica que la tecnología WLAN no será siempre la mejor opción.

Por este motivo, muchas veces es la comunicación Bluetooth la mejor alternativa para las aplicaciones industriales. Actualmente, prácticamente cualquier dispositivo móvil con capacidad de comunicación ofrece un módem inalámbrico integrado que admite ambas tecnologías inalámbricas.

Como regla general, puede afirmarse que: Bluetooth (IEEE 802.15.1) es la opción adecuada cuando las características esenciales que se buscan en la conexión son su solidez y su estabilidad. WLAN (IEEE 802.11) es la opción adecuada cuando se desea un elevado rendimiento en la transmisión de datos. Por ejemplo: mientras que los datos entre los sistemas de transporte autónomos y la red de producción de nivel superior se transmiten a través de WLAN, el intercambio de datos con los componente móviles o giratorios de una máquina resulta más práctico a través de la red Bluetooth propia de la máquina.

Pasarela inalámbrica compacta con diseño innovador

La nueva Anybus Wireless Bolt de HMS satisface todos los requisitos de una pasarela inalámbrica industrial. Con su formato innovador y su antena integrada, se ha diseñado para su instalación directamente en la máquina. Wireless Bolt admite tanto WLAN (2,4 o 5 GHz) como Bluetooth. Ofrece múltiples posibilidades de aplicación, dado que Wireless Bolt puede actuar como punto de acceso o puente inalámbrico, según se prefiera.

Si se utiliza como punto de acceso, establece un acceso sin cable a la red de control de la máquina. De este modo es posible configurar, parametrizar y controlar las máquinas mediante una tablet o smartphone. También es posible consultar de forma inalámbrica el estado operativo de la máquina, los datos de producción o de diagnósticos.

Así es como el concepto «Bring Your Own Device» se convierte en una realidad. En los sistemas interconectados tales como las máquinas de embalaje e impresión, Wireless Bolt es una alternativa rentable a las HMI de instalación fija.

Anybus Wireless Bolt combina la conexión, el procesador de comunicaciones y una antena integrada en una única unidad. Dispone de un diseño sólido con carcasa IP67. El amplio alcance de la conexión inalámbrica llega hasta los 100 m. La conexión al control de la máquina se realiza a través de Ethernet.

5G, ahora sí

Confirmamos en el Mobile World Congress que ya se comienza a definir el escenario de desarrollo del siguiente protocolo de telecomunicaciones por lo que se espera que su uso pueda generalizarse.

Hace ya varios años que en el Mobile World Congress toda la industria de las telecomunicaciones venía hablando sobre la próxima generación de las redes celulares 5G. De todos modos, hasta ahora no había dejado de ser un ejercicio más de comunicación y teorías que una realidad concreta. Pero este año las cosas han sido diferentes. 3GPP, la organización que supervisa la creación de estándares de telecomunicaciones, ratificó el 20 de diciembre de 2017 una primera serie de especificaciones intermedias, denominada 5G New Radio (NR). Se definen, entre otras cosas, las bandas de frecuencias correspondientes (entre 600 MHz y 50 GHz) y esto permite a los diferentes actores de la industria realizar progresos concretos.

Es seguro que otras especificaciones seguirán a lo largo de 2018 y 2019, pero este primer paso permite ya a los fabricantes de equipos de telecomunicaciones lanzar productos y operadores precomerciales para realizar pruebas reales. Por ejemplo La china Huawei, cerró su conferencia del pasado 25 de febrero con la presentación de su chip Balong 5G01, que ofrece una tasa teórica de enlace descendente de hasta 2.3 Gbps en bandas de frecuencia por debajo de 6 Ghz y milímétricas. Este chip equipa dos primeros enrutadores comerciales. Huawei también anunció una multitud de asociaciones con operadores alrededor de 5G NR, incluyendo Telus canadiense, Australian Optus y French Bouygues Telecom. En la feria, el gigante chino también ha resuelto una demostración de interoperabilidad con Intel.
Cerrada batalla entre China y EEUU

En este pasado Mobile World Congress, Rajeel Suri, CEO de Nokia Networks, señaló que "el 5G está llegando más rápido de lo esperado, no solo para los operadores de telecomunicaciones, sino también para las empresas industriales, las primeras redes comerciales de 5G se lanzarán a fin de año".

Son muchos los países que quieren tomar el liderazgo en este campo, sin embargo, según el CEO de Nokia, los dados están tirados: "Existe una cerrada batalla entre China y Estados Unidos sobre quién desplegará primero el 5G, es difícil saber quién será el primero, pero una cosa es cierta: los dos países estarán muy adelantados en el juego sobre sus perseguidores, incluso Japón y Corea del Sur. Por otra parte, no veo despliegues masivos del 5G en Europa en el corto plazo, siendo optimista, no hasta el 2020-2021 ".

¿Por qué Europa que es muy proactiva en los discursos, no es uno de los líderes? Rajeel Suri ofrece varias explicaciones. "En Europa, el ingreso promedio por usuario es mucho más bajo que en los Estados Unidos o Japón: un tercio del ingreso promedio en América del Norte y la mitad que en Japón, lo que impide que las operadoras inviertan tanto como quisieran. Por otra parte, en Europa hay demasiadas operadoras. Más consolidación en el sector, menos regulación en Europa, más uso de datos monetizados serían necesarios para que Europa se ubicara en la cabecera ".

Cabe señalar que Nokia, desde el comienzo del año, ha firmado contratos con 10 operadores para proyectos 5G. La última ha sido firmada el pasado 25 de febrero de 2018 con China Mobile, el operador de telecomunicaciones líder del país, y del mundo por la cantidad de suscriptores. Nokia cree más en sus posibilidades en la batalla de 5G que en las de su continente.

AHORRO DE ENERGÍA CON VARIADORES DE FRECUENCIA

Variador de frecuencia: en este artículo se explica cómo funciona y qué ahorro de energía podemos obtener con su aplicación en diversos equipos de instalaciones en los Edificios.

¿Qué es la Frecuencia en un Suministro Eléctrico?

Para entender el funcionamiento de un variador, es necesario aclarar qué es la frecuencia en un suministro eléctrico. Observemos esta animación:

Animación de un motor eléctrico con los polos norte y sur y onda senoidal. Variador de frecuencia

Si hacemos girar un arrollamiento (una espira de cable) por un campo magnético (imanes norte y sur), se genera una onda de corriente alterna (cambia el sentido de la corriente y el valor de la misma varía desde 0 al máximo). Esto es básicamente como funciona un alternador de una central eléctrica. En España, los alternadores generan una frecuencia de 50 Hz.

Por lo tanto, se repite la misma onda 50 veces por segundo. Para obtener esta frecuencia, deben girar a unas determinadas revoluciones por minuto, dependiendo del número de pares de polos magnéticos, entre otras variables.

¿Qué es un Variador de Frecuencia?

Básicamente, un variador de frecuencia, es un dispositivo electrónico que permite variar la velocidad rotacional de un motor, actuando sobre la frecuencia de la corriente eléctrica.

Pero, ¿a qué es debido esto?. Pues sin meternos en muchas profundidades, hay unas fórmulas físicas, denominadas leyes de los ventiladores o de proporcionalidad, que relacionan el caudal, la presión y la potencia eléctrica con la velocidad rotacional del motor.

Leyes de los ventiladores. Variador de frecuencia

Como se observa en la tabla, si actuamos sobre la frecuencia, variaremos la velocidad de giro de los motores, y en consecuencia, variará también el caudal, la presión, y la potencia eléctrica. Para ello, será necesario realizar la programación del variador de frecuencia con las características del motor asociado.

¿Cuáles son las Aplicaciones de un Variador de Frecuencia?

Es fácil imaginar, que las aplicaciones principales, serán en los elementos que dispongan de motor eléctrico y cumplan con las leyes físicas descritas en el apartado anterior. Estamos hablando deVentiladores y Bombas Centrifugas.

En edificación, los ventiladores se utilizan en sistemas de climatización y ventilación, mientras que las bombas centrífugas, se utilizan en circuitos hidráulicos de calefacción, climatización, agua caliente sanitaria, grupos de presión de agua, etc. Se deduce, por lo tanto, la cantidad de elementos en los que se puede actuar con variadores de frecuencia y obtener un gran ahorro de energía.

¿Cuándo podemos Reducir la Velocidad de los Motores?

Hasta ahora, hemos visto que con un variador de frecuencia tenemos la posibilidad de reducir la velocidad de giro de un ventilador o una bomba centrífuga. Pero, la pregunta que nos podemos hacer es clara; ¿cuándo conviene reducir esa velocidad?. Pues mostramos cuatro ejemplos de aplicaciones, de las varias que hay:
Calefacción – Climatización – Agua Caliente Sanitaria: Bombas de Circulación
El control de velocidad en bombas de circulación de agua para instalaciones de calefacción. climatización y agua caliente sanitaria implica una adaptación, en todo momento, a las condiciones de carga de la instalación, adecuando los caudales y presiones a la demanda de la instalación, garantizando la máxima eficiencia y ahorro energético.

Bombas de calefacción electrónicas. Variador de frecuencia

Fontanería: Grupos de Presión de Abastecimiento de Agua

El funcionamiento de un grupo de presión convencional, se regula mediante presostatos, que realizan arranques y paradas de las bombas según las presiones prefijadas.

Los consumos eléctricos son elevados, sin ajustarse su caudal a la demanda del sistema

Si disponemos de variadores de frecuencia, las bombas suministrarán el caudal de agua necesario, adaptándose a la demanda existente en cada momento, y regulando la velocidad de las bombas, con lo que el consumo disminuye considerablemente.

como funcionan los variadores de frecuencia

Ventilación: Control por Ocupación

Imaginemos un local donde la ocupación de personas no siempre es la misma; por lo tanto, no necesitaríamos siempre el mismo caudal de aire de impulsión y extracción, ya que, como sabemos, la normativa fija un caudal por persona.

Si disponemos de variadores de frecuencia para los ventiladores, y un sistema de control automático de ocupación, podremos adecuar los caudales al número de personas presentes.

Ventilación según ocupación. Variador de frecuencia

Ventilación: Control de Calidad de Aire Interior

Como sabemos, la actividad metabólica de las personas, los humos, etc, influyen en la calidad del aire de un local, por lo que necesitaremos más o menos ventilación (más o menos caudal de impulsión y extracción), dependiendo del valor de esos parámetros.

Si disponemos de variadores de frecuencia para los ventiladores, y un sistema de control automático de calidad del aire, podremos adecuar los caudales a las necesidades ambientales del local.

calidad aire interior. variador de frecuencia

¿Cuál es el Ahorro Energético que se Puede Obtener con un Variador de Frecuencia?

Los variadores de frecuencia sacan partido de las leyes de proporcionalidad (leyes de ventiladores), para lograr la principal ventaja del uso de estos equipos, que es el ahorro energético. Si se comparan con sistemas de control alternativos, un variador de frecuencia es el sistema óptimo para el control de ventiladores y bombas.Consideremos un ventilador que, girando a 1.400 rev/min aporta un caudal de 15.000 m3/h, siendo la potencia eléctrica absorbida de 1.500 W. Veamos que caudal aportaría el ventilador, si con un variador de frecuencia fijamos un 20% menos de velocidad, es decir, 1.120 rev/min. Aplicando las leyes de proporcionalidad tendremos:

Caudal = 12.000 m3/h ( – 20% con respecto a caudal inical )
Potencia = 768 W ( – 48,8% con respecto a consumo inicial )

Por lo tanto, si reducimos la velocidad un 20% con respecto a la velocidad nominal, el caudal también se reduce un 20%; sin embargo, el consumo eléctrico se reduce aproximadamente en un 48,8%. Si el sistema en cuestión, sólo tiene que suministrar un caudal correspondiente al 100% durante unos días al año, mientras que el promedio es inferior al 80% del caudal nominal para el resto del año, el ahorro de energía puede fácilmente superar el 50%

Queda clara la gran eficiencia energética de estos equipos.

¿Ofrece más Ventajas un Variador de Frecuencia?

Además de la principal ventaja, que es el gran ahorro de energía, los variadores de frecuencia aportan otras ventajas, que no dejan de ser importantes:

Control Mejorado de Caudal y Presión

Corrección del Factor de Potencia del Motor

Eliminación de la Energía Reactiva

Arranque suave de los motores.

No es necesario arranques “estrella-triángulo” en motores de gran consumo

Menor mantenimiento

Eliminación de ruidos por vibraciones

No se producirán cavitaciones en las bombas hidráulicas

Manual de Esquemas Electricos MOELLER

Manual de Esquemas Electricos MOELLER by OG on Scribd

Los análisis de aceite de transformador son una práctica aceptada en la industria. Las pruebas generales y físicas son sugeridas dos veces al año, el análisis de gas disuelto una vez al año y la prueba de furanos cada dos años en transformadores en operación de al menos cinco años.

COMPROBACION MAGNETRON HORNO MICROONDAS - AVERIAS TIPICAS

¿Qué diferencia hay entre un PLC 500 y 5000?

Como sabemos un PLC por sus siglas en ingles de Controlador Logico Programable (Programmable Logic Controller) es un dispositivo de estado sólido, que está diseñado para darle control a los procesos de secuencia, (una acción después de la otra) que se utilizan en el ambiente industrial.

Estos son utilizados en las maquinas que desarrollan procesos de producción electromecanica automotizada y controlan su trabajo. Así como existen diferentes clasificaciones de PLC como los compactos, con extensiones, modulares y de tipo montaje en rack, marcas como Allen Bradley, Siemens, etc., también existen clasificaciones de cada plc en sistemas de diferente tamaño de control. Aquí es donde haremos incapie a las diferencias de utilización de los PLC Allen Bradley en sus tecnologías RSLogix 500 y RSLogix 5000 y como se clasifican.

Hay desde sistemas de control, micro y nano hasta sistemas de control grandes, grandes nos referimos de hasta 128,000 entradas y salidas en un proyecto electomecanico en la nidustria de la automatización y pequeño a un determinado numero de 6-8 hasta 36 entradas y salidas dependiendo quel PLC que se utilice en el proyecto o empresa. Familia 500 y 5000 La familia de 5000 abarca lo que son los PLC Compact Logix y PLC control Logix, estos dispositivos son los mas nuevos que ha sacado Allen Bradley para la industrial de la automatización.

La familia de 500 abarca lo que son los PLC MicroLogix y PLC SLC 500, estos dispositivos son de tecnología un poco más antigua que la de la familia de 5000 pero son muy utilizados en la industrial de la automatización.

¿Dónde se utilizan estas dos familias?

La familia de PLC 5000 se utiliza en la mayoría de las nuevas empresas que llegan a México con tecnología más avanzada y en las empresas locales que se encuentran migrando de algunos PLC 500 que se están quedando obsoletos a sistemas de PLC 5000 por problemas de refaccionamiento.

¿Los dispositivos 500 todavía se utilizan?

En años recientes la familia de Allen Bradley ha estado sacando nuevas gamas de PLC 500 para actualizarse conforme a la nueva era, otros sistemas de PLC 500 se van quedando obsoletos.

Aun así los PLC actuales de la familia 500 son altamente utilizados en proyectos donde se necesita tener calidad a un bajo costo, ya que es de las líneas más económicas actualmente de la familia de Allen Bradley comparada con la de la familia 5000, son muy útiles para proyectos de llenado, sistemas de control de nivel de presión y control de hornos de un nivel pequeño/mediano.

Principales diferencias en sistema 500 y 5000

La principal diferencia recae en que la familia de 5000 tiene una interfaz de programación más amigable y fácil para procesos avanzados que de la familia 500, por ejemplo casi todos los nuevos dispositivos que saca Allen Bradley y otras marcas con comunicación Ethernet ya están disponibles en las librerías del software 5000 lo que hace más fácil de comandar sistemas avanzados que con el sistema 500 y una programación mucha más rápida y amigable que con la que era el sistema 500.

PLC Allen Bradley RSLogix 500 Sistemas de control Micro PLC Micrologix Sistemas de control pequeños PLC SLC 500 controladores RSLogix 5000 Sistemas de control pequeños PLC Compact Logix Sistemas de control Grandes PLC Control Logix Por ejemplo, dar de alta un servomotor con la familia de 500 antes podría haber sido un trabajo de horas de programación y con la familia de 5000 puede tomarte menos de la mitad de ese tiempo invertido.

¿Qué es mejor estudiar 500 o 5000?

Ambas tecnologías son ampliamente utilizadas en la industria de la automatización en México, todo dependerá más del sistema que vayas a tener a tener que utilizar ya que como se ha mencionado ambas interfaces son muy similares en su programación básica pero con grandes diferencias en su programación avanzada, todo dependerá del tipo de proyecto o del PLC que maneje la planta en la que labores actualmente o pretendas laborar.

¿Si ya tengo el conocimiento de sistema 500 es más fácil aprender el sistema de 5000 o viceversa?

Definitivamente sí, en la parte básica de su programación son muy similares, pero en su gama avanzada tiene una ramificación diferente para acciones más específicas. En conclusión, si tienes bases sólidas en una de estas 2 familias podrás desarrollar la otra sin ningún problema.

Medición de Nivel por Radar

El medidor de nivel tipo ultrasónico, como ya habíamos comentado, ocupa un principio mecánico de funcionamiento, esto debido a que desplaza el medio por el cual se traslada, tiene sus aspectos favorables, bajo costo comparativo, fácil instalación, configuración rápida, definido para varios rangos de trabajo, según el sensor a ocupar, fácil mantención, fácil cableado, diferentes tipos de rangos para alimentación eléctrica, etc.

De los inconvenientes que presentan, uno de los más importantes, se ven perjudicados por el polvo en suspensión, vapores y cualquier material particulado en suspensión, la precisión de trabajo o la que se quiere buscar.

Cada una de lo visto anteriormente nos lleva a buscar una posibilidad más, RADAR que se ajusta a aquellas necesidades de procesos más agresivos con respecto a material particulado, gases, vapores o cualquier otro medio de contaminación, por llamarlo de alguna forma, que no permita una medición libre entre el sensor y la superficie a medir.

Un factor importante a considerar, tanto en aplicar o no, es la presión a la cual se encuentra sometido el sensor, MAXIMO 3 BAR, y como límite inferior, MINIMO 1 ATM.

Bueno, frente a estas limitante, que solo lo dirá el proceso, debemos tener otra alternativa para poder medir en otro ambiente más agresivo o con otras características y llegamos al MICROONDAS o Ondas de RADAR.

Principio de Medición por Microondas

Tiempo de desplazamiento, nuevamente, es lo que nos permite realizar una medición de nivel, pero en este caso en vez de tener un Pulso mecánico, tendremos un Impulso de Microondas que es emitido y recibido por una trompeta.

RADAR= Detección y Localización por Radio

Emitimos un pulso de aprox 0,8 ns de duración que es emitido y recibido por la Trompeta. Un punto importante a considerar el que este pulso viaja a la velocidad de la LUZ. Otro factor importante es con respecto a las personas, su baja potencia de radiación es segura para estanques metálicos y no metálicos, y además, sin riesgos para las personas.

Tampoco se ven afectados por temperatura, condiciones de alta presión o vacio, presencia de polvo o vapores.

Un factor importante que se debe considerar es la Impedancia del medio que reflejara la señal, esta debe ser, en lo posible, superior a 10 mS/cm. Existen modelos para valores inferiores, pero nunca menor a 1,4 mS/cm.

NOTA: existen tablas que nos dicen las impedancias de los materiales a medir, que viene con cada equipo, según la marca.

Las siguientes imágenes nos muestran un sensor de nivel de tipo radar

Este equipo se ocupa donde las características del proceso no permiten ocupar un sensor de nivel ultrasónico, ya que la cantidad de polvo es muy superior a lo normal, se debe tomar en cuenta que un nivel de aproximadamente 15 m ya no es posible ver el fondo del silo en condiciones normal de trabajo.

Esta es la imagen muestra la corneta o Horn, donde se concentra la salida de la onda electromagnética, la consideración importante que debe tener este equipo es que, como se dijo, la señal es de tipo electromagnética, por lo tanto el polvo al hacer ingreso al Horn, existe una perturbación de tipo eléctrico por lo tanto perturba la señal de medición.

Por lo tanto los equipos cuentan con una toma de ¼ NPT, mayoritariamente, para la instalación de tubing neumático, que se alimenta con 15 PSI con el propósito de tener un suministro de aire desde el interior al exterior, o sea, una presurización de la corneta y expulsar el aire, impidiendo que ingrese polvo a su interior y cause ruido eléctrico.

La limpieza del equipo es lo más importante, solo su interior. Los equipos son sellados, sin indicación local, ya que solo tiene indicación remota. Para esta aplicación extrema.

MEDICION DE NIVEL POR ULTRASONIDO PRÁCTICO

Estos equipos basan su medición de nivel en un fenómeno mecánico llamado Piezoelectrico, esto significa que tenemos un cristal que al ser sometido a un voltaje, este comienza a vibrar emitiendo pulsos, estos son emitidos desde el sensor de nivel y este, a la vez, se transforma en receptor, y el tiempo que demoran en recorrer esa distancia es el equivalente al nivel, o sea la medida de la separación entre el sensor y la superficie a medir.

Dentro de las mediciones por ultrasonido, debemos tener claro si mediremos nivel, eso significa que desde una cota cero para arriba, o espacio, que es desde la superficie del sensor hasta la superficie del material a medir.

CABEZALES DE SENSORES ULTRASONICOS

En la Figura N° 1 se encuentra el material piezoelecrico que emite los pulsos y el receptor que detecta el retorno.

Cada equipo trae tablas que definen las características de la superficie a medir, el medio de propagación de la onda mecánica ( Onda de Sonido), características del estanque donde se encuentra inserto, forma, material, etc. Alguna veces la altura del proceso con respecto al mar. También tienen en forma interna sensores de temperatura, esto permite realizar cálculos para corregir cambios en la velocidad del Sonido (Esta será una constante que permanecerá por mucho tiempo = 343,2 m/s a 20°C).

Estos Instrumentos, independiente de su robustez, presentan algunos inconvenientes, se ven afectados en la medición por obstáculos en su área de mapeo, por lo tanto se deben tener algunas consideraciones para su montaje.

La Figura N°2 nos muestra, que debemos hacer y que NO debemos, para lograr una buena medición.

La Instalación de este equipo, en el 99% de los casos, debe ser en forma perpendicular a la superficie a medir, si esto no fuera posible, se debe tener la precaución de que la superficie en la cual se va a medir sea la de mayor área posible. Se debe recordar que cada equipo presenta un ángulo de ataque y la superficie que presenta mayor acercamiento a la cara del sensor será medida, y si no es la que necesitamos nos llevara a errores en la medición entregando los llamados ECOS FALSO.

Ahora que ya contamos con los conocimientos básicos para poder definir una buena instalación lo que veremos ahora es poder trabajar con un sensor de nivel instalado, el cual nos presenta problemas de funcionamiento.

Cada equipo tiene una configuración básica y avanzada, que asumimos ya instalada, que se encuentra operativo. También debemos saber que cada fabricante entrega un manual que presenta los problemas y soluciones que más a menudo se puede presentar.

Crearemos un listado de las fallas más comunes y entregare la respuesta que mayor probabilidad de un buen resultado.

-Falla en la Indicación de Nivel, esto significa que lo que indica el display no es el real

Simplicidad puede ser la solución para cada problema, que ve el quipo?, esta suelto?, cables al descubierto?, El equipo está limpio?, esta firme?, la superficie de medición es Libre de interferencias intermedias?

Resp: Verificar que la membrana del sensor se encuentre libre de impurezas y material adherido, aunque algunos equipos son capaces de compensar esta debilidad siempre es importante ayudar a que este despejada.

Resp: Verificar con la yema de los dedos que los pulsos estén presente en la membrana del sensor, estos deben emitir los pulsos en forma periódica.

Resp: Verificar que no existan ningún cable sin su protección o perdida de aislación, se debe recordar que necesitamos, en algunos casos, un gran voltaje (aprox 500 Volts) para crear los pulsos en el Piezoelectrico.

Resp: Verificar que el diafragma del sensor no se encuentre con rasgaduras o cortes, esto deforma los pulsos.

Resp: Verificar que el espacio de medición no se encuentre con algún obstáculo de interferencia, algunos equipos nos permiten en su configuración poder suprimir los obstáculos para no perturbar la medicion

Resp: Verificar que le voltaje de alimentación sea el definido por el fabricante, Fase-Neutro-Tierra

Figura N°3 SENSOR CON MATERIAL ADHERIDO.

Estos son claros ejemplos que para un problema determinado podemos ver varias soluciones. Podemos comenzar a ver algunas otras soluciones para diferentes tipos de Marcas que serán específicas.

Ethernet Industrial... cuando las redes tienen que converger!!!

Ethernet y TCP/IP están logrando gran aceptación en la automatización industrial. Fast Ethernet, Conmutación (Switching) y Full Dúplex han convertido a Ethernet en un poderoso sistema de comunicación con una especial atracción para usuarios industriales y fabricantes. Sin embargo, al menos se necesita un paso más: lograr un protocolo estándar para una transmisión en tiempo real.

Muchas organizaciones están trabajando intensamente en un protocolo de aplicación para Ethernet Industrial. Las diferentes aproximaciones como Ethernet/IP, ProfiNet, IDA, Foundation Fieldbus HSE e Interbus son incompatibles y no interoperables.

IAONA (Alianza para una Red Abierta de Automatización Industrial, por sus siglas en inglés) recientemente se han reunido con ODVA (Ehternet/IP) e IDA acordando mutuamente para el común avance de una tecnología de comunicación basada en Ethernet TCP/IP.

Las partes aceptaron estar desarrollando diferentes protocolos de comunicación en tiempo real, pero acordaron estudiar y especificar futuras extensiones para unir estas dos normas. Especificaciones comunes permitirán la interoperabilidad de las soluciones para la tecnología de conmutación, componentes comunes para el medio de transmisión y lineamientos para la instalación y el cableado.

CARACTERÍSTICAS COMUNES

A pesar de las diferentes aproximaciones de la capa 7, todos los conceptos son estables y tiene un corazón común: tecnología de transmisión (Capa 1), método de acceso al bus (CSMA/CD, Capa 2), Protocolo Internet (IP, Capa 3), protocolos TCP y UDP (Capa 4), Protocolo de Transferencia de Hipertexto (http), Protocolo de Transferencia de Archivos (FTP) y el protocolo de Manejo Simple de la Red (SMTP) en la Capa 7. Todos estos están establecidos en la industria de la Tecnología de la Información (IT), y como ahora, serán ¡mplementados sin cambio.

Sin embargo, hay que hacer notar algunas diferencias que pueden ser encontradas en los protocolos de comunicación en tiempo real de la capa 7 y en los objetos y modelos de ingeniería para la configuración del sistema. Los diferentes conceptos pueden ser subdivididos en "tecnologías de encapsulamiento" (Ehternet/IP, Foundation Fieldbus HSE y Modbus TCP/IP, "conceptos de pasarelas y Proxy" (ProfiNet e Interbus) y otro sistema completamente nuevo llamado IDA.

CONCEPTOS DE ENCAPSULAMIENTO

El término encapsulamiento se usa para describir el empaquetamiento de una trama de telegrama en un contenedor TCP o UDP. Con todo esto, el telegrama del bus de campo prácticamente invariable es "pegado" en la información del usuario en una trama TCP/UDP antes de ser enviada sobre Ethernet. La ventaja es que la culminación de las especificaciones no requerirá mucho desarrollo. Los primeros dispositivos comerciales están disponibles y en uso. También será fácil proveer la compatibilidad hacia abajo con los buses de campo en los que están basados; podríamos decir que Ehternet puede ser vista como una nueva tecnología de transmisión que puede ser usada como una "alternativa a" o "en combinación con" los buses de campo establecidos.

En la figura siguiente, Ethernet/IP utiliza el protocolo CIP que ya es reconocido por DeviceNet y ControlNet, los telegramas CIP son empacados en contenedores TCP/UDP antes de ser transferidos a Ehernet.

La desventaja del encapsulamiento es que se tiene un protocolo con menor eficiencia. Los encabezados Ethernet son más largos que la información de usuario; de acuerdo con esto, el encapsulamiento es preferible para enviar gran cantidad de información (por ejemplo, programas) en lugar de palabras simples (por ejemplo, información de entrada/salida).

CONCEPTOS DE PASARELA (GATEWAY) Y PROXY

Aquí el principal objetivo es integrar los segmentos, los buses de campo en los segmentos Ethernet Industrial. Esto es implementado mediante una pasarela o traductor de protocolo o un servidor Proxy, la principal ventaja es que los buses de campo existentes pueden ser utilizados en el futuro; sin embargo, la desventaja son las redes heterogéneas con sistemas de configuración diferentes y limitado comportamiento en tiempo real.

Uno de los propulsores de esta filosofía es Profinet (ver'figura siguiente), aquí una red PROFIBUS es conectada a una red basada en Ethernet a través de un traductor de protocolos (pasarela).

SISTEMAS EN TIEMPO REAL

La Interfase de Automatización Distribuida (IDA por sus siglas en inglés) es un planteamiento completamente nuevo. IDA utiliza el sistema de comunicación NDDS, que está basado en un modelo publicador/suscríptor y provee un amplio rango de poderosos servicios de aplicación. Las aplicaciones publican la información utilizando comunicación broadcast o multicast y suscribe la información que requieren a través de la red. La comunicación entera es completamente anónima ya que ni el publicador ni el suscriptor necesitan saber quién necesita la información.

CONCLUSIÓN

Las tendencias indican que los actuales buses de campo seguirán siendo usados; es más, una única norma para la comunicación en tiempo real sobre Ethernet Industrial es improbable y al parecer condenada al fracaso. Las iniciativas de normalización, como IAONA, son muy importantes ya que apuntan a minimizar las diferencias entre las redes Ethernet venideras.

Redes ControlNet y MODBUS PLUS y resumen de redes

¿ControlNet?... ¿Qué es eso?

ControlNet es una red de alta velocidad en tiempo real tanto para transmitir datos de I/O en un tiempo crítico como para transmitir mensajes. Incluye acciones de carga/descarga de programas, configuración de datos y mensajes punto a punto (peer-to-peer), en un solo medio físico. La velocidad de transmisión de ControlNet es de 5 Mbits/s tanto para el control como datos.

ControlNet permite múltiples consoladores para el control de I/O utilizando el mismo cable. Esta red permite una ventaja sobre otras redes, que consiste en permitir un solo máster en una sola red, permitiendo también multicast tanto para las entradas como para los datos punto a punto (peer-to-peer), de esta forma reduce el tráfico en la red incrementando el rendimiento del sistema.

ControlNet es una red determinista y cíclica. Determinista por la capacidad de predecir cuándo los datos son enviados y cíclico porque asegura que las veces en que se transmite es constante y no depende de los dispositivos conectados.

El acceso a la red es controlado por un algoritmo de tiempo llamado Concurrent Time Domain Múltiple Acess (CTDMA), las cuales regula la oportunidad de un nodo a transmitir en cada intervalo.

CARACTERÍSTICAS

- Velocidad de 5 Mbits/s.

- Permite 99 nodos de conexión.

- Cada segmento puede cubrir distancias de hasta 1 000 m.

- El medio de transmisión utilizado puede ser cable coaxial o fibra óptica.

- La cantidad de información enviada es de 510 bytes.

- El tipo de comunicación es del tipo multimaestro.

Mas sobre ControlNet descarga esta documentación completa: http://www.instrumentacionycontrol.net/Descargas/IyCnet_ControlNet-es.rar

MODBUS PLUS

... ¿Es una red abierta también?

Por supuesto. Modbus fue desarrollado por MODICON, ahora como parte del grupo Schneider Electric. El protocolo fue ampliamente utilizado con algunas adaptaciones por muchas compañías. Hay una gran cantidad de sistemas instalados en U.S.A. como en Europa y muchas compañías aplican DCS (sistemas de control distribuido) usando Modbus como protocolo para su comunicación.

... Y ¿cómo funciona?

Durante la comunicación en una red Modbus, el protocolo asigna una dirección a cada controlador, reconociendo el mensaje direccionado para él, determina la clase de acción a tomar y extrae cualquier dato de otra información contenido en un mensaje. Si una respuesta es requerida, el controlador debería construir el mensaje de respuesta y enviarlo usando el mismo protocolo.

En otras redes, el mensaje contenido en el protocolo Modbus son etiquetados dentro de un paquete estructurado, que es usado en la red.

... Y ¿utiliza la interfaz serial?

Los puertos de los controladores Modbus son estándar y usan: la interfaz serial RS-232C, niveles de señal, valores de transmisión en baudios y chequeo de la paridad. Los controladores pueden conectarse directamente a la red o vía módems.

... ¿Cuál es la tecnología de comunicación usada?

Los controladores se comunican usando la tecnología maestro-esclavo (master-slave), en las cuales solamente un dispositivo (máster) puede iniciar la transacción (queries). Los otros dispositivos (slaves) responde a solicitud del máster. Los masters típicos incluyen un procesador central y paneles de programación. Los slaves típicos incluyen controladores programables. Modbus Plus es una versión de alta velocidad de Modbus con soporte de multimáster.

El máster puede direccionar ios slaves individuales o puede iniciar un bradcast de mensajes a todos los slaves. Los slaves retornan un mensaje de respuesta.

CARACTERÍSTICAS

- Velocidad de 1 Mbits/s.

- Permite 64 nodos de conexión.

- La distancia máxima permitida es 450 m.

- El tipo de comunicación utilizado es Multi-Máster.

RESUMEN DE REDES INDUSTRIALES

• AS-Interface es una red de bajo costo para sensores y actuadores binarios y analógico utilizado principalmente en las máquinas y control secuencial.

• PROFIBUS es el bus de campo para aplicaciones con tiempos de respuesta críticos. Uno de sus perfiles, el PROFIBUS PA, está especialmente diseñado para tareas de control de procesos en áreas con atmósferas potencialmehte explosivas.

• Profibus DP es para uso de bus de campo a una velocidad de 12 Mbit/s.

• Profibus FMS es para el uso a nivel célula, facilitando el enlace de PLCs, paneles de operadores, PCs, etc.

• DeviceNet es una red de campo orientada principalmente a los procesos de manufactura.

• Foundation Fieldbus es un protocolo cuya principal característica es distribuir las funciones de control en la red.

• Industrial Ethernet es una red que permite transmitir gran cantidad de información a gran velocidad. Usada inicialmente en el nivel de célula pero con proyecciones muy grandes de convertirse en la solución en el nivel de campo.

Algunas preguntas para finalizar

- ¿Cuál es la máxima longitud del cable utilizado en una red ASI sin usar repetidores?

100 metros

- ¿Por qué es importante que un protocolo sea independiente del fabricante?

Es importante por los problemas de integración, ya que muchas veces los protocolos se excluyen mutuamente creando la necesidad de utilizar convertidores de protocolos o comprar solamente productos de un determinado proveedor.

- ¿Qué es una red DeviceNet?

DeviceNet es una red de control inteligente de bajo costo que conecta una amplia gama de dispositivos inteligentes como sensores, lectores de código de barras, actuadores y otros dispositivos.

- ¿Una red DeviceNet es equivalente a la red AS-I?

Correcto, dado que ambos conectan dispositivos de campo.

- ¿Qué es "Foundation Fieldbus"?

Es un sistema de comunicación serial bidireccional completamente digital que trabaja a una velocidad de 31,25 Kbps que interconecta dispositivos de campo como sensores, actuadores y controladores.

- ¿Es Profibus un bus estándar de campo abierto e independiente del vendedor?

Correcto.

- ¿Cuándo utilizamos Profibus-PA?

Se utiliza en aplicaciones en atmósferas potencialmente explosivas (Eexi-Protección intrínseca).

Comunicación Digital y el Protocolo HART: comenzando con las redes

En la comunicación digital, como hemos visto, es importante determinar tanto ei medio físico a través del cual se establece la comunicación, como las características de la información misma.

En este punto es importante indicar que los equipos de instrumentación digitales difieren en el tipo de protocolo que utilizan para comunicarse, siendo necesario, revisar las características de los mismos.

El protocolo es un conjunto de reglas y convenciones que permiten establecer una comunicación fiable entre dos entidades de un proceso.

.. Y que ventajas tiene la COMUNICACIÓN DIGITAL

Los enlaces de comunicación digital se componen de dos niveles básicos: el enlace físico o el medio de conexión entre los módulos de sistemas digitales y el protocolo. El medio puede ser un cable coaxial, una señal de radio, un cable de fibra óptica, un conjunto de módems en una línea telefónica, un enlace a satélite, un cable de 25 conductores desde el sistema digital a un módem o una combinación de estos medios.

Algunos enlaces físicos son diseñados estrictamente para la conexión de solamente dos dispositivos como las interfaces RS-232 y RS-422. Algunas son diseñadas para ser usadas con múltiples dispositivos, que se comunican a través de un único enlace físico (como en una red de área local o LAN), tal como la interfaz RS-485.

Cuando existen dos o más módulos de sistemas digitales interconectados en un único circuito de comunicaciones o red, éstos deben ser capaces soportar un protocolo de red; estos protocolos usan diferentes mecanismos para asegurar una comunicación confiable y robusta. Muchos de ellos son propietarios es decir, para su empleo solo en una determinada marca de equipo, requiriendo drivers o interfaces especiales de software y a menudo también de hardware.

Ejemplos de estos protocolos son aquellos usados en la comunicación con PLCs, como Data Highway+ de Alien- Bradley o Modbus+ de Modicon.

Existe en este momento una tendencia creciente a una conectividad entre equipos de fabricantes distintos a través de versiones estandarizadas de sofisticados protocolos de redes industriales, las razones principales para esto son:

- Sistemas Abiertos: Es difícil y costoso integrar sistemas con instrumentación de diferentes fabricantes debido a ios diferentes protocolos empleados. Con protocolos estándar, dispositivos de diversa procedencia pueden coexistir en la misma red y comunicarse entre sí.

- Reducción en el costo de cableado: Muchos sistemas todavía emplean ¡os 4 a 20 mA de la instrumentación analógica, requiriendo mucho cableado de punto a punto. El cableado para un sistema muitidrop significa una reducción en los costos de instalación.

- Necesidades de mayor información: En la actualidad, las empresas requieren tener mayor información sobre sus procesos y sobre la instrumentación conectada a los mismos. La instrumentación tradicional provee solo un valor, e! de la variable de proceso. En una red digital, ¡os instrumentos pueden proveer información de mantenimiento y diagnóstico para conocer mejor el rendimiento de los instrumentos.

- Dispositivos inteligentes: Los fabricantes de equipos están poniendo cada vez más inteligencia en sus dispositivos para satisfacer la creciente demanda de funcionalidad a bajo costo. La mayor información disponible en una red digital es necesaria para capitalizar las mejoras en las capacidades hechas posibles por la presencia de inteligencia en los dispositivos.

La información digital suministrada por un transmisor inteligente es transmitida de acuerdo a un protocolo determinado, el cual determina la forma en que es codificada y super-impuesta a la línea de la señal. Como sucede en el caso de sistemas propietarios, cada fabricante tiene su propio protocolo. Uno de los más utilizados es el protocolo HART (Highway Addressable Remote Transmitter), cuya señal de información está contenida en una señal digital FSK superimpuesta a una analógica de 4 a 20 mA.

Figura: Señal HART

Veamos que es el PROTOCOLO HART...

Fuera de su avance como un estándar de-facto, este protocolo todavía tiene un trecho por recorrer antes del advenimiento de un mercado abierto. En efecto todos los dispositivos interconectables son totalmente compatibles, intercambiables y operables con un solo terminal programados. La razón para esto es su capa de aplicación. El set de comandos de HART tiene tres clases de comandos:

• Comandos universales que son entendidos por todos los dispositivos de campo.

• Comandos de práctica común que son reconocidos por la mayoría aunque no necesariamente todos ios dispositivos de campo.

• Comandos específicos que son únicos para cada dispositivo.

Para que opere un transmisor, todos los comandos requeridos para una aplicación particular, deben ser implementados en la computadora principal y en el programador universal de campo. Para satisfacer este requerimiento, es necesario que se entregue una descripción en diskette del dispositivo, juntamente con el transmisor, para ser leída y mantenida por la computadora. El terminal portátil puede entonces ser alimentado por la información requerida por la aplicación que esté corriendo. Esta descripción es conocida como DDs (Device Descriptions) y cada fabricante tiene una descripción para cada instrumento y no puede ser compartida para otro instrumento de diferente marca. Un muy buen HandHeld hart es el 475 FIELD COMMUNICATOR de Emerson.

En teoría esto parece una buena solución, pero en la práctica, aún en dispositivos simples la mayoría de los comandos usados son específicos por dispositivo. Esto significa que ellos no pueden ser apropiadamente operados con las descripciones de dispositivo de otro transmisor. Por lo tanto, para aplicaciones en sistemas conformados por dispositivos de diversos fabricantes, se debe tender a la estandarización con una interfaz común de usuario para la configuración e interrogación de transmisores. Por esto, HART no se considera como una solución a las necesidades de sistemas abiertos y tan sólo un protocolo de transición hacia ese objetivo.

A continuación se tiene un resumen de las características del protocolo HART:

ANTECH INGENIERIA.

ANTECH EL SALVADOR

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