INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería Universidad Nacional de Mar del Plata

Transcripción

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2 Qué es un Scada? Scada significa: Supervisory Control and Data Acquisition. Scada realiza Control Supervisado (también llamado telemetría o monitoreo) usando datos adquiridos. El operador (hombre) toma decisiones que hacen al control de un sistema a partir de los datos monitoreados. 2

3 Funciones de un Scada: Principal Funcionalidad SCADA: Monitorear y Controlar un Proceso Recabar, almacenar y mostrar información, en forma continua y confiable, correspondiente a la señalización de campo: estados de dispositivos, mediciones, alarmas. Ejecutar acciones de control iniciadas por el operador (abrir o cerrar válvulas, arrancar o parar bombas). Alertar al operador de cambios detectados en la planta, tanto aquellos que no se consideren normales (alarmas) como cambios que se produzcan en la operación diaria de la planta (eventos). Estos cambios son almacenados en el sistema para su posterior análisis. Realizar reportes, gráficos de tendencia, historial de variables, cálculos, predicciones, detección de fugas, basadas en la información obtenida por el sistema. 3

4 Para Monitorear y Controlar un Proceso hace falta establecer un sistema de comunicaciones industriales Se puede definir las comunicaciones industriales como el área de la tecnología que estudia la transmisión de información entre circuitos y sistemas electrónicos utilizados para llevar a cabo tareas de control y gestión del ciclo de vida de los productos industriales. Distintos niveles de exigencia: a nivel de planta. a nivel de oficina técnica. a nivel de gerencia. 4

5 Pirámide CIM (Computer Integrated Manufacturing) 5

6 Pirámide CIM (Computer Integrated Manufacturing) En los niveles inferiores de la pirámide CIM (Niveles 0, 1 y 2) las tares son críticas, por lo que las comunicaciones industriales deber ser deterministas, es decir, deben tener la capacidad de garantizar que un paquete de datos es enviado y recibido en un determinado período de tiempo compatible con las necesidad de la máquina o proceso que controlan. 6

7 Pirámide CIM (Computer Integrated Manufacturing) En los niveles superiores de la pirámide CIM (Niveles 3 y 4), las tares no son críticas por lo que las comunicaciones industriales pueden ser no deterministas, es decir se acepta cierto nivel de fallas en la comunicación o demoras en el intercambio de la información. 7

8 Pirámide CIM (Computer Integrated Manufacturing) En los niveles inferiores de la pirámide CIM (Niveles 0, 1 y 2) las redes industriales deben ser capaces de ser deterministas en las condiciones de funcionamiento que impone un ambiente industrial: (temperatura, vibración, interferencias, suciedad, etc.). En los niveles inferiores de la pirámide CIM (Niveles 0, 1 y 2) se intercambia poca información pero el tiempo de respuesta debe ser bajo (comunicación en tiempo real). 8

9 Pirámide CIM (Computer Integrated Manufacturing) 9

10 Clasificación de las redes Redes Industriales Redes de datos u "ofimaticas" (redes no deterministas) Redes de campo o "buses de campo" (redes deterministas) Redes de área ampliada (WAN) (Nivel 4 CIM) Redes área local (LAN) o (WLAN) (Nivel 3 CIM) Redes de Controladores (Nivel 0, 1 y 2 CIM) Redes de sensores/actuadores (Nivel 0 CIM) 10

11 Modelo OSI (Open System Interconection) Publicado por la ISO en Es un modelo que explica por todas las fases que para una dato para llegar desde un origen a un destino. Sirve por ejemplo para clasificar protocolos. 11

12 Redes de Sensores / Actuadores 12

13 Ejemplo red de Sensores/Actuadores: Red AS-i 13

14 Lineamientos: INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Ejemplo red de Controladores: Red Modbus El protocolo de comunicaciones industriales MODBUS fue desarrollado en 1979 por la empresa norteamericana MODICON y debido a que es público, relativamente sencillo de implementar y flexible se ha convertido en uno de los protocolos de comunicaciones más populares en sistemas de automatización y control. MODBUS funciona en modo maestro-esclavo ( cliente - servidor ), siendo el maestro ( cliente ) quien controla en todo momento las comunicaciones con los esclavos. Los esclavos ( servidores ) se limitan a retornar los datos solicitados o a ejecutar la acción indicada por el maestro (cliente). 14

15 Ejemplo red de Controladores: Red Modbus La capa física puede ser RS-485, RS 232 o Ethernet. 3 cables (+D, -D y GND) que trabajan en modo diferencia 15

16 Ejemplo red de Controladores: Red Modbus La capa física puede ser RS-485, RS 232 o Ethernet. 3 cables (+D, -D y GND) que trabajan en modo diferencia Puede funcionar en canales ruidosos 16

17 Ejemplo red de Controladores: Red Modbus Las comunicaciones MODBUS se pueden realizar en modo ASCII o en modo RTU por RS485. En modo ASCII los bytes se envían codificados en ASCII, con su representación hexadecimal. En modo RTU se envían en binario. Cada dispositivo que utiliza MODBUS implica que tiene lugares de memoria (bits o registros) a los cuales se permite acceder desde un maestro. Generalmente se sigue la siguiente codificación pero puede haber otra que especifique el fabricante del equipo en cuestión. Direcciones MODBUS (codificación) Salida digital 1 bit por dirección para indicar el estado de una salida, mando o relé Entrada digital 1 bit por dirección para leer el estado de una entrada digital Lectura el protocolo MODBUS estándar no hace uso de este rango de direcciones Registro 16 bits por dirección con el estado de las medidas o entradas analógicas Registro 16 bits con los registros de salidas analógicas o de propósito general Lectura/escritura Lectura Lectura/escritura 17

18 Scada con LabVIEW Ejercicios de la Guía 11: Tienen por objetivos comunicar LabVIEW a un dispositivo industrial usando Modbus Componentes necesarios LabVIEW Zelio logic + Ethernet extension module Compatible Zelio Logic modular 24 VDC Connecteur RJ45 10/100 T + Modbus TCP/IP server Adresse IP : acquisition static or dynamic Configuration : Zelio Soft 2, FBD language SR3 B...BD SR3 NET01BD 18

19 Componentes necesarios LabVIEW Zelio logic + Ethernet extension module Compatible Zelio Logic modular 24 VDC + Connecteur RJ45 10/100 T Modbus TCP/IP server Adresse IP : acquisition static or dynamic Configuration : Zelio Soft 2, FBD language SR3 B...BD SR3 NET01BD 19

20 Modbus en LabVIEW Existen librerías de LabVIEW para trabajar con el protocolo Modbus que se pueden descargar gratuitamente. Contienen herramientas para escribir/leer coils o Holding Registers, tanto en medios físicos RS-485 como en Ethernet Estas herramientas permiten acceder a las direcciones Modbus de un dispositivo conectado a la PC. 20

21 Modbus sobre Ethernet en Zelio Ethernet extension configuration - Zelio Soft 2 1 Menu edition : Select Program configuration 2 Menu Program configuration : Click on tab Ethernet extension FBD Language 21

22 Modbus sobre Ethernet en Zelio Ethernet extension configuration - Zelio Soft 2 3 In the IP Address field : - Click on dynamic Address if the network have a bootp server - Otherwise click on Static Address and enter IP Address, Sub-network mask (here Class C network), and Gateway address 4 If the Ethernet extension must be constantly connected to a client, enter the client address in the reserved Address field 5 Modification of the Time-out : time after which the Ethernet extension must close an inactive connection The Ethernet extension manage until 4 connections in simultaneous. 22

23 Modbus sobre Ethernet en Zelio Intercambio de datos con el cliente (Master) Se puede acceder a 8 palabras vía lenguaje BDF 4 Input words : J1XT1 to J4XT1 4 Output words : O1XT1 to O4XT1 Modbus TCP/IP Exchanges Modbus function code Modbus register Input/Output Zelio Logic 4 Input words (16 bits) 03 (Reading n words) 06 (Writning 1 word 16 (Writing n words) Reg. 16 Reg. 17 Reg. 18 Reg. 19 J1XT1 J2XT1 J3XT1 J4XT1 4 Output words (16 bits) 03 (Reading n words) Reg. 20 Reg. 21 Reg. 22 Reg. 23 O1XT1 O2XT1 O3XT1 O4XT1 23

24 Modbus sobre Ethernet en Zelio Intercambio de datos con el cliente Se puede acceder al estado del relé y a su reloj calendario Modbus TCP/IP Exchanges Reading/Writing of the clock Reading Status of Zelio Modbus function code 03 (Reading of n words) 06 (Writing of 1 word) 16 (Writing of n words) 03 (Reading of n words) Modbus Registers Reg. 32 : Day of the week, Second Reg. 33 : Minutes, Hours Reg. 34 : Day of the month, Month Reg. 35 : Year, Century Reg. 48 : bit 0 = Run/Stop, bit 1 = Monitoring, bit 2 = Alarm, bit 3 = Error, bit 7 = Time out bit 8 à F = Alarme code 24

25 Modbus sobre Ethernet en Zelio 4 words J1XT1 to J4XT1 accessible in writing/reading by the client INPUT 4 words O1XT1to O4XT1 accessible in reading by the client OUTPUT 25

26 GUÍA DE EJERCICIOS N 11: Ejercicio 1: Utilizando las herramientas Modbus de LabView muestre en un panel frontal la fecha y la hora programada en un relé Zelio vía Ethernet Ejercicio 2: Programe un arranque estrella triangulo en Zelio y agregue controles para comandarlo y monitorearlo desde LabView vía Ethernet. Ejercicio 3: Programe un contador en Zelio y mediante LabView cambie el valor de preselección y supervise el conteo vía Ethernet. 26

27 Guía de Ejercicios N 11 27