Comunicaciones Industriales

1. Redes Industriales

Las redes de comunicación industrial son aquellas que permiten interconectar los equipos de una planta o sistema en una aplicación común, bajo protocolos de red especial.

1.1. Jerarquías de Redes

Las redes industriales están normalizadas sobre 3 niveles de jerarquía, cada nivel permite la conexión de diferentes tipos de equipos con sus propias características comunes de compartir la información.

NIVEL DE INFORMACIÓN

Es el nivel más alto de la red y está destinado a una computadora central o servidor que procesa el comportamiento de la producción en la planta y permite operaciones de monitoreo estadístico de la misma, siendo implementado, por lo general, con un software gerencial (MIS). La norma Ethernet, operando con el protocolo TCP/IP, es lo que más se utiliza en este nivel.

NIVEL DE CONTROL

Es el nivel intermedio de la red. Es la red central localizada en la planta, que incorpora los PLCs, DCSs y PCs. En este nivel, la información debe moverse en tiempo real para garantizar la actualización de los datos en el software que se encarga de la supervisión de la aplicación.

NIVEL DE ENTRADA/SALIDA

El nivel más bajo de la red, se refiere generalmente, a las conexiones físicas de la red de los dispositivos de entrada y/o salida discretos. Este nivel de red conecta los equipos de bajo nivel entre las partes físicas y las de control. En este nivel se encuentran los sensores discretos, contactores y bloques de E/S.

Según su equipamiento conectado a ellas y el tipo de datos:

• Red Sensorbus: Datos en forma de bits
• Red Devicebus: Datos en forma de bytes
• Red Fieldbus: Datos en formato de paquetes de mensajes

Sistemas de control distribuido DCS

Son redes descentralizadas para el manejo y gestión administrativa del elemento central o servidor de la red. Utilizan un controlador para uno o unos pocos lazos de regulación.

No suelen estar concebidos para realizar control digital que necesite alta velocidad de respuesta, por ello se complementan con PLC’s.

Los antecesores de los sistemas DCS (Sistemas de Control Distribuido) son los DDC (Control Digital Directo).

PROTOCOLO RS-485

El propósito es permitir monitoreo, programación y supervisión remota de los instrumentos desde un computador personal tipo PC o sencillamente el reporte de datos.

Ventajas

• Reducción de costos por cableado al instalar sólo un par de cables.
• Mayor inmunidad al ruido al usar comunicación digital, que es inherentemente más inmune que la análoga.
• Permite un máximo de 32 instrumentos por nodo, que pueden ser instalados progresivamente y a medida que se requieran.
• Software de desarrollo muy sencillo de operar.

La tarjeta de salida RS485 entrega 2 líneas aisladas galvánicamente, llamadas A y B.

En el protocolo RS485, estas líneas funcionan como par diferencial (sin tierra absoluta como el RS232).

• El 1 lógico se representa por la condición en que el voltaje en la línea A, es mayor que el de la línea B, y al revés para el 0 lógico. Típicamente A – B = 5 volts para 1 lógico y A – B = -5 volts para 0 lógico.

La comunicación RS485 es bidireccional Half duplex, a diferencia del RS422 que usa los mismos niveles de voltaje pero con 2 pares de líneas para comunicación Full duplex.

Transductores

Dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de magnitud física de entrada, en otra diferente de salida. En nuestro caso, la magnitud de salida será eléctrica: corriente o tensión.

Clasificación

1. Según la magnitud eléctrica que varía en función de la magnitud física

a) Pasivos

• Resistivos: Potenciómetros, NTC, PTC, LDR, Magnetoresistivos
• Inductivos: Inductancia Variable, LVDT
• Capacitivos
• Ópticos (semiconductores): fotodiodos, fototransistores, CCDs

b) Activos

• Termopares
• Efecto Hall
• Piezoeléctricos

2. Según la conversión magnitud física – magnitud eléctrica

• Directo
• Elemento de acondicionamiento intermedio

TRANSDUCTORES RESISTIVOS

• Potenciómetros: sensor de desplazamiento (lineal, angular)
• Termistores: NTC, PTC
• LDR (sensor de luminosidad)
• galgas extensiométricas (sensor de deformación)
• Magnetoresistencias (campo magnético)
• RTD (sensor lineal de temperatura)

RTD (Resistance Temperature Detector)

Sensor de temperatura de resistencia METALICA. Se basan en que la resistencia eléctrica de metales puros aumenta con la T. En algunos de forma casi lineal. Típico ejemplo: Pt100.

Termistor

NTC (Negative Temperature Coefficient), o PTC (Positive Temperature Coefficient).

• NTCs: Son resistencias de material semiconductor (óxidos metálicos)
• PTCs: Son termistores que presentan la propiedad de experimentar AUMENTO brusco de la resistencia cuando la T supera un valor

Acondicionamiento de señal

Procesos del acondicionamiento de señales:

Termopares: circuitos de acondicionamiento

1. Amplificador de tensión

TRANSMISORES

Son instrumentos que captan la variable de proceso y la transmiten a distancia a un instrumento receptor indicador, registrador, controlador o combinación de estos. Un transmisor recibe la señal del sensor y la transmite hacia una unidad remota.

Clasificación

Según el tipo de señal se clasificarán los transmisores en:

• Transmisores neumáticos
• Transmisores electrónicos
• Transmisores digitales

Transmisores electrónicos

Son los que nos permiten recibir una señal eléctrica de corriente o de voltaje.

Transmisores digitales

Los transmisores digitales emiten una señal digital, que consiste en una serie de impulsos (señal de muy pequeña duración) en forma de bits.

Transmisores uno a uno. En estos instrumentos el elemento de medición ejerce una fuerza en un punto sobre una palanca la cual tiene un punto de apoyo. Cuando aumenta la fuerza por el elemento de medición, la palanca se desequilibra, tapa la tobera, la presión aumenta y el diafragma ejerce una fuerza hacia arriba alcanzándose un nuevo equilibrio, en estos transmisores los movimientos son inapreciables.

En los transmisores de equilibrio de momentos, el desequilibrio de fuerzas producido por el caudal crea un par al que se opone el generado por el fuelle de realimentación a través de una rueda de apoyo móvil situada en el brazo del transmisor.

Transformador Diferencial de Variación Lineal (LVDT)

Es otro ejemplo de un detector de posición, este proporciona una salida de voltaje que tiene una amplia relación con la posición de su núcleo ferroso.

LVDT

Cuando el núcleo está en el centro no hay salida, y cuando se desplaza hay una mayor cantidad de él en un devanado que en el otro. Así los dos voltajes inducidos difieren y hay una salida.

Tacómetros

Son sensores que producen una salida eléctrica en relación a la velocidad a la que gira. Existen dos tipos: de c.a. y de c.d.

CODIFICADOR

Proporciona una salida digital como resultado de un desplazamiento angular o lineal.

• Codificador Incremental: Detecta los cambios de algún dato de posición.

• Codificador absoluto: El número de bits en la salida binaria resultante es igual al número de pistas. Con 3 pistas habrá 3 bits, de manera que el número de posiciones que se pueden detectar es 2^3=8, es decir 360/8=45°.

Sincros

Transformador giratorio de una sola fuente que convierte el desplazamiento angular en voltaje a.c.

Motor de pasos

El movimiento del motor se logra utilizando una secuencia de pulsos proporcionados a cada par del devanado del estator.

Motores de c.a.

Una forma de variar la velocidad de rotación es usar un circuito electrónico para controlar la frecuencia de la corriente de alimentada al estator.

Motores de c.d.

El motor controlado por armadura, la velocidad se…