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Controladores industriales I: Rockwell Automation


Primer artículo de la serie abierta de análisis en profundidad de soluciones de control industrial disponibles en el mercado. En esta primera entrega, la propuesta de Rockwell Automation y su familia PAC.

Controladores industriales I: Rockwell Automation

La multinacional americana Rockwell Automation apuesta por el concepto PAC, controlador programable de automatización, para el diseño y desarrollo de sus gamas de controladores industriales, superando el clásico PLC (controlador lógico programable). Actualmente dispone de una gama de altas prestaciones con módulos extraíbles en tensión, ControlLogix, otra para el control de sistemas mediante equipos compactos especialmente diseñados para maquinaria, CompacLogix, y una tercera gama para los casos en que solamente se requieran soluciones de control básicas y sea prioritario conseguir soluciones económicas, Micro800 y MicroLogix. Todas ellas permiten soluciones escalables y multidisciplinares.

Figura 1. Controladores CompactLogix 5380

Un ejemplo son los controladores CompactLogix 5380, aptos para aplicaciones que integran control de movimiento de alta velocidad trabajando sobre un bus de comunicaciones estándar EtherNet/IP, con capacidad para operar con una configuración en anillo (DLR, Device Level Ring), y capaz de ofrecer soluciones de seguridad según norma SIL2/PLd, utilizando los modelos Compact GuardLogix 5380 junto con dispositivos de seguridad Guard I/O. Disponen de un doble puerto Ethernet de 1 Gb configurable; que admite doble dirección IP, o permite conectividad DLR. Se trata de controladores ideales para aplicaciones que requieren control de movimiento de hasta 32 ejes y elevadas prestaciones de comunicación.

Todas las gamas Logix, además permiten la configuración, programación, desarrollo y verificación de aplicaciones en un mismo entorno de diseño, el Studio 5000. Este entorno común reduce los tiempos de desarrollo y puesta a punto, optimizando la productividad.

Comunicaciones. El bus de comunicación estándar en los controladores industriales de Rockwell Automation es el EtherNet/IP y los últimos modelos incorporan Giga Ethernet.

EtherNet/IP es una red de comunicación industrial que utiliza el estándar Ethernet y que implementa el protocolo CIP™ en sus capas superiores. EtherNet/IP abarca un conjunto completo de mensajes y servicios para una variedad de aplicaciones de automatización de procesos y fabricación, incluyendo control, seguridad, sincronización, movimiento, configuración e información. Se trata de un bus de comunicación potente y cómodo de utilizar que permite fácilmente observar el contenido de los mensajes que se transmiten a través suyo y, por lo tanto, permite supervisar que mensajes y contenidos transmite cada nodo hacia cualquier otro nodo de la red, al mismo tiempo que proporciona la seguridad y sincronización que requieren las comunicaciones en un bus industrial. El mecanismo de sincronización de que dispone EtherNet/IP permite la sincronización temporal de los diversos equipos conectados a la red, con un desvío de pocos nanosegundos.

EtherNet/IP permite que diversos nodos operen teniendo en cuenta el time-stamp y, asimismo, permite efectuar el control sincronizado de diversos ejes, al mismo tiempo que utiliza para la transmisión una red Ethernet estándar. Los requerimientos de tiempo real que serían necesarios para el control de una máquina con múltiples ejes, se resuelven con EtherNet/IP con CIP Motion, consiguiendo una sincronización de relojes superior a los 200 ns. (ver reseña en infoPLC).

Seguridad de máquina. Rockwell Automation dispone de diversos equipos y sistemas de control para atender los requerimientos de seguridad de máquina más estrictos, entre ellos GuardPLC, Guard I/O o GuardLink.

Los controladores GuardPLC cumplen con estándares mundiales de PLC (programación ladder,…) y con estándares globales en cuanto a seguridad funcional. Estos controladores se pueden comunicar a través de una red de comunicaciones Safe Ethernet con certificación TÜV para uso en aplicaciones de seguridad hasta EN954 categoría 4 y SIL 3. También pueden estar integrados en una red EtherNet/IP pudiendo comunicarse de forma normal con dispositivos I/O estándares y, al mismo tiempo, con módulos de seguridad Guard I/O, sobre la misma red empleando protocolo CIP Safety.

Existen diversos modelos de controladores que se presentan en versión estándar y en versión GuardLogix, como el ya comentado anteriormente CompactLogix 5380.
En la figura podemos ver un sistema de control que integra elementos de seguridad y elementos estándar en una red EtherNet/IP con configuración de anillo mediante el empleo del protocolo DLR (Device Level Ring).

Figura 2. Red Ethernet/IP, con protocolo DLR, integrando componentes estándar y componentes de seguridad GuardLogix.

Gama de dispositivos. Además de diversas gamas de controladores, Rockwell Automation ofrece una amplia gama de dispositivos, desde módulos de entrada salida hasta variadores, drivers, sensores, dispositivos HMI y componentes de seguridad.
Para la aplicación de estrategias de control avanzado, Rockwell Automation dispone de diversas plataformas software para el desarrollo de soluciones de automatización avanzadas pero, en todos los casos, utiliza controladores de las familias Logix, son la configuración y potencia de cálculo necesaria para cada aplicación concreta.

La familia de controladores ControlLogix ofrece niveles de rendimiento, capacidad, productividad y seguridad elevados para las aplicaciones más exigentes. Todos ellos se pueden configurar, programar y supervisar mediante el entorno de diseño Studio 5000, con lo que se optimiza la productividad y se reduce el tiempo de puesta en marcha. Se trata de controladores ideales para aplicaciones que requieren comunicaciones de alto rendimiento, control de procesos con dinámicas complejas incluyendo la extracción o incorporación de módulos bajo tensión, control de movimiento de alta velocidad de hasta 256 ejes, aprovechando las capacidades de EtherNet/IP con CIP Motion, y también para proporcionar exigentes soluciones de seguridad SIL2/PLd y SIL3/PLe.

Los controladores de la familia CompactLogix disponen de las características y la versatilidad que necesitan la mayoría de las aplicaciones, sea para el control de máquinas complejas, proceso por lotes y aplicaciones de automatización incluyendo control de movimiento de alta velocidad hasta 32 ejes y soluciones de seguridad SIL2/PLd. Se trata de equipos que se presentan en un chasis modular y compacto. Todos ellos usan el entorno de diseño común Studio 5000.

Para soluciones que solamente requieren atender necesidades básicas de control, la familia MicroLogix ofrece controladores lógicos programables que incorporan EtherNet/IP, edición en línea y un panel LCD. Utilizan herramientas de desarrollo y configuración simples y proporcionan soluciones económicas para sistemas automáticos simples e independientes como pueden ser sistemas transportadores, de seguridad o iluminación de edificios y locales.

Entornos de desarrollo y explotación

Entornos de programación. La plataforma Studio 5000 ofrece un entorno integrado para el diseño, programación, simulación, puesta a punto y mantenimiento de aplicaciones. Esta integración y las funcionalidades que ofrece permiten optimizar los diseños y reducir los costes de desarrollo.

La plataforma integrada incluye un conjunto de herramientas que permiten:

  • Configurar, programar y mantener cualquier modelo de controlador de las familias Logix 5000.
  • Diseñar pantallas para los terminales gráficos PanelView 5000. La integración del desarrollo del software de control con el desarrollo de las interfaces de operador ayuda a crear sistemas de control intuitivos y eficaces.
  • Crear bibliotecas con programas de control desarrollados y verificados previamente para su reutilización.
  • Simular un sistema de control en un entorno seguro y virtual para reducir riesgos, tiempos y costos de desarrollo.

Simulación del control. La herramienta de simulación Logix Emulate integrada en Studio 5000®, permite validar, probar y optimizar el código de una aplicación sin necesidad de trabajar con el controlador físico. El emulador permite simular el comportamiento de un sistema formado por el controlador y ciertos módulos I/O.

Soporte al mantenimiento de aplicaciones. Diagnóstico de fallos. Además de las funcionalidades que ofrece el entorno Studio 5000, Rockwell Automation dispone de la plataforma software FactoryTalk Analytics para desarrollar soluciones de autodetección y autodiagnóstico. Se trata de una aplicación que permite realizar análisis de los diferentes elementos conectados a una red EtherNet/IP, y a la propia red de comunicaciones de control, aplicando algoritmos de inteligencia artificial.

Al poner en marcha el sistema, la aplicación detecta automáticamente los dispositivos de automatización conectados a la red sin afectar el rendimiento de la propia automatización. Utiliza el bot avanzado de chat que proporciona TeamOne, instalando la App de TeamOne en los smartphones del personal técnico de planta y, mediante ella, la aplicación hace sugerencias de actuación orientadas a ayudar a los equipos de mantenimiento e ingeniería a prevenir los tiempos de inactividad no planificada y a detectar los mal funcionamientos, así como para repararlos más rápidamente. Según sean aceptadas o no estas recomendaciones, la aplicación lleva a cabo un proceso de autoaprendizaje.

Supervisión y control. La supervisión y control de máquina o de proceso se efectúa a través de dispositivos con software HMI. El diseño y configuración de terminales gráficos PanelView se realiza a través del entorno de diseño Studio 5000. Para la supervisión de sistemas distribuidos con múltiples servidores Rockwell Automation dispone de la familia de productos software FactoryTalk View.

FactoryTalk Site Edition (SE) proporciona un entorno de diseño robusto y completo para desarrollar soluciones HMI tanto para sistemas aislados como para sistemas distribuidos en aplicaciones de automatización discretos, Batch, o continuo.

FactoryTalk View permite visualizar y gestionar alarmas, actuar y proporcionar información relativa a eventos en el proceso o en la máquina, mostrar gráficos de evolución temporal en intervalos definidos, registrar datos para disponer de históricos de evolución. Además, mediante FactoryTalk ViewPoint las soluciones HMI desarrolladas pueden estar disponibles en un navegador web, lo que permite utilizar dispositivos móviles para disponer de las funcionalidades de supervisión y control, consiguiendo una visibilidad del sistema en todo momento y en cualquier lugar con completa seguridad de acceso y operación.

Figura 3. Solución HMI basada en FactoryTalk View conectada mediante TeamOne a un smartphone proporcionando un entorno de supervisión y control móvil.

Las soluciones FactoryTalk View disponen de un sistema de comunicaciones entre servidores y clientes altamente fiable. Estas comunicaciones están optimizadas para trabajar con los controladores de la familia Logix pero también dispone de opciones para establecer fácilmente la conectividad con controladores no Logix o de terceros.

Gestión de datos históricos. Para manejar grandes volúmenes de datos históricos, Rockwell Automation dispone de FactoryTalk Historian, una plataforma que proporciona un conjunto integrado de herramientas que permite obtener información de proceso y producción en tiempo real. Se configura fácilmente para integrarse con los controladores Logix y también con controladores de otros proveedores. Dispone de diversas interfaces de usuario preconfiguradas que facilitan su utilización.

Integración de datos y comunicaciones

Integración de datos y presentación de informes. Para facilitar la identificación de las diversas causas que, en un planta de producción, pueden ocasionar ineficiencias, Rockwell Automation dispone del software FactoryTalk Metrics. Mediante este software podemos generar informes estándar (por ejemplo, indicando el valor de indicadores clave como el OEE) que permitan identificar aquellos puntos que tienen una mayor incidencia en las ineficiencias del funcionamiento de la planta y, así, priorizar las acciones de mejora.

Interoperabilidad. La integración de dispositivos y aplicaciones softwares es la clave para optimizar la eficiencia de la planta. Para Rockwell Automation esta integración es la base de la estrategia que denomina Connected Enterprise y que supone, principalmente: la integración de información procedente de operaciones y de los sistemas de información, y la capacidad de recopilar y coordinar datos para compartirlos entre todos los actores de la empresa para que los utilicen con el objeto de mejorar la toma de decisiones. Por otra parte, los datos recopilados garantizan la disponibilidad de registros que requieren las nuevas normas de regulación.

Figura 4. Diagrama de la empresa conectada, integrando sensores, procesos, tecnología, persones y conocimiento.

La base sobre la que Rockwell Automation desarrolla esta filosofía está constituida por tres pilares: el uso de redes EtherNet/IP, la distribución de la información a todos los responsables y presentada de acuerdo con sus necesidades para la toma de decisiones, y la seguridad en el tratamiento y acceso de la información.

La distribución de información se consigue mediante FactoryTalk Gateway, un servidor OPC que cumple con el estándar OPC Data Access (OPC-DA) 2.05a y que permite conectar los clientes OPC a las aplicaciones que incorporan RSLinx Enterprise y a los servidores de FactoryTalk View Site Edition (SE).

Integración con entornos nube. Mediante FactoryTalk Cloud Gateway podemos enviar los datos de máquina o de procesos a un entorno de nube basado en Microsoft Azure y tenerlos a nuestra disposición desde un entorno local. Por otra parte, también podemos analizar estos datos mediante la aplicación FactoryTalks Analytics instalada en el cloud, e incluso accesible como aplicación SaaS (software as a service).

Este análisis está estructurado en base a la propuesta metodológica que puedes encontrar aquí

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