S iemens ha formado parte desde

Transcripción

1 Siemens Automation PROFINET Conference Profinet: fiabilidad y mejora del rendimiento en planta 78 S iemens ha formado parte desde el inicio del consorcio industrial para el desarrollo de Profinet, el estándar Industrial Ethernet para la automatización abierto y no propietario, y la gama de productos Siemens para Profinet incluye ya numerosos componentes de red activos y pasivos, controladores y unidades de periferia descentralizada, así como componentes para Industrial Wireless LAN e Industrial Security. Los pasados 14 y 15 de noviembre, Siemens reunió en Hannover (Alemania) a clientes y usuarios para presentar, en el marco de la Profinet Conference, las posibilidades y algunas aplicaciones prácticas del estándar. Profinet Conference incorporaba asimismo Profinet Live, un área de exposición en la que podía verse la tecnología en acción. Profinet cumple las condiciones necesarias para comunicaciones escalables a tiempo real, y posibilita una conexión de dispositivos de campo distribuidos a Industrial Ethernet extremadamente sencilla, afirmaba Manfred Fürsattel, Director de Marketing Profinet de Siemens AG en Alemania durante su ponencia en la Profinet Conference. Los usuarios se benefician de una mayor cantidad de estructuras que con los buses de campo convencionales, y pueden implementar aplicaciones complejas con las herramientas de configuración y diagnóstico que ya les son familiares. Profinet es ya una realidad y Siemens Automation, una de las empresas puntales en el desarrollo del estándar, reunió en la Profinet Conference a clientes y usuarios para mostrar las posibilidades que ofrece este estándar Ethernet abierto e independiente del vendedor. Profinet permite tener una única estructura de red en todos los niveles de la empresa desde las celdas robóticas a las líneas de transferencia a las aplicaciones empresariales. Foto: Siemens. Ethernet, una red para toda la empresa La utilidad de Ethernet para los fabricantes radica en que permite tener una única estructura de red en todos los niveles de la empresa desde las celdas robóticas a las líneas de transferencia a las aplicaciones empresariales. Originada en la década de los 70, al principio Ethernet se utilizó únicamente en el entorno de oficina, pero una década más tarde empezó a utilizarse en fábrica. Con todo, Ethernet en su forma estándar no es adecuada para muchas aplicaciones industriales porque no ofrece un control determinístico, y su hardware no es apto para condiciones severas. Para dar solución a este problema, los suministradores de automatización formaron un consorcio industrial para mejorar la tecnología y crearon lo que se conoce como Industrial Ethernet. A partir de ahí, un consorcio industrial que incluye a Profibus International (PI) empezó a desarrollar Profinet, un amplio estándar para Ethernet en la industria. El mercado de los dispositivos Ethernet está creciendo a ritmo acelerado. Según David W.Humphrey, analista senior de la consultora

2 APLICACIONES Automática e Instrumentación americana ARC Advisory Group, se espera para los dispositivos Ethernet crecimientos anuales superiores al 50% hasta 2009, en que la base instalada rondará los siete millones de dispositivos. Humphrey efectuó esta aseveración en el marco de la Profinet Conference durante su ponencia Industrial Ethernet, a technology on the move, donde disertó sobre los factores que motivan la amplia aceptación de esta tecnología y aspectos relativos a la fiabilidad de Ethernet en la industria. Foto: Arcelor. Profinet soporta tres modos de comunicación simultáneos Lo que caracteriza a Profinet es que soporta todo tipo de requerimientos de automatización con tres modos de comunicación TCP/IP estándar, Tiempo Real y Tiempo Real Isócrono, que pueden operar simultáneamente. Hay ocasiones en que un ligero retraso es irrelevante. En aplicaciones informáticas, por ejemplo, tiempos de respuesta de 200 o 300 milisegundos son perfectamente aceptables y las irregularidades o los cambios de respuesta entre ciclos adyacentes (jitter) no tienen mayor importancia. Pero en las aplicaciones industriales se necesitan tiempos de respuesta de 5-10 milisegundos para I/O distribuidas y control de máquinas, y los cambios entre ciclos deben ser mínimos. Es lo que se conoce como Tiempo Real, donde el determinismo es muy importante. Profinet utiliza TCP/IP estándar, pero únicamente en las funciones en las que es más adecuado como por ejemplo en las comunicaciones con sistemas informáticos o para transmisión de datos no crítica en el tiempo. Ethernet estándar con TCP/IP no puede ser determinística porque, cuando las redes presentan un tráfico de datos intenso, TCP/IP y UDP/IP se colapsan y presentan respuestas desiguales. Por este motivo, para Tiempo Real Profinet salta las capas TCP/IP o UDP/IP y acelera los tiempos de respuesta en un orden de magnitud, eliminando los efectos de carga de red y removiendo las respuestas desiguales en un enfoque que nunca compromete la compatibilidad con Ethernet. Profinet comunica simultáneamente datos de control y de nocontrol y funciona perfectamente con switches comerciales. La fabricación depende cada vez más del control de movimiento y en este dominio de Tiempo Real Isócrono (IRT), Profinet comparte la amplitud de banda de Ethernet en conformidad con el Estándar Ethernet. Para parte de cada ciclo Ethernet, las señales de control de movimiento pasan entre controladores y accionamientos en una serie de precisos time-slots. Durante el resto del ciclo pueden intercambiarse señales de control Tiempo Real o datos TCP/IP. Profinet aprovecha pues todas las ventajas de Ethernet estándar al tiempo que consigue unas prestaciones del orden de diez veces superiores a otras soluciones que se basan en TCP/IP e IEEE1588. Control wireless con Profinet e Industrial Wireless LAN Consciente de los recelos que Profinet Wireless provoca en los usuarios, Siemens incorporó diversas experiencias de aplicación en la Profinet Conference. Una de ellas es la presentada por la francesa 4it, un integrador de sistemas dedicado a soluciones de automatización para grandes clientes en industrias como acero, automoción, fabricación de grúas o refrigeración entre otras. 4it integró en Arcelor, líder mundial en la fabricación de acero, un sistema wireless para control de transporte basado en Profinet e IWLAN. Arcelor quería un sistema de transporte seguro y fiable, apuntó en su presentación Eric Marzof, director del proyecto. Pero también quería una solución económica, que implicara menos mantenimiento, con una instalación y ejecución fáciles y con interfase de red con el nivel MES. En esta aplicación, las bobinas de acero a transportar pueden pesar hasta 32 toneladas; 2 pórticos gestionan un almacén de unas 900 bobinas, que se tienen que mover a una velocidad media de 150 m/min y con una precisión de 15 mm en la posición. Cada 2 minutos se mueve una bobina. El cableado paralelo para I/O era una fuente potencial de errores y aumentaba los costes de instalación; los cables tenían que ser de diseño especial, eran pesados y se requería el uso de raíles para la transmisión de corriente y de datos, con lo que la comunicación no era fiable. El acceso remoto y el diagnóstico también eran complejos. En cambio, 4it implantó una solución abierta con Profinet que permite una gran simplicidad y el acceso remoto por Internet. El integrador se 79

3 80 Profinet: presente y futuro Adaptación del dispositivo y perfiles de aplicación Perfil Plan Estatus Dispositivos PA 2006 No hacen falta cambios Agua/Tratamiento de agua 2006 Parte de los dispositivos PA Dispositivos de dosificación 2007 pesada Bombas inteligentes 2007 En proceso RIO para control de procesos 2007 Dispositivos de laboratorio 2008 Requerimientos DCS 2008 En proceso PROFIsafe 2006 Hecho PROFIdrive 2006 Hecho Fluid Power/Hidráulica 2007 Sistemas de identificación 2007 En proceso Bajo voltaje Switch Gear 2006 Borrador en revisión Perfil controlador para 2006 Call for experts Profinet IO Encoder 2007 En proceso IO-Link 2007 En proceso L os usuarios de Profibus pueden utilizar Profinet sin problemas porque en términos generales, tienen el mismo aspecto. Pantallas similares implican una fácil configuración. Esta similitud se extiende a perfiles de aplicación como Profi- Safe y ProfiDrive, que pueden intercambiarse entre Profibus y Profinet. La idea es asemejar con Profinet el máximo número de perfiles Profibus, de forma que la migración a Profinet sea lo más sencilla posible. Pero Profinet puede integrarse con todas las soluciones de bus de campo mediante la utilización de lo que se ha venido a denominar un Proxy un módulo de interfase que estandariza la forma en que Profinet mapea un determinado protocolo. Las especificaciones Proxy para Profibus e Interbus están definidas desde hace tiempo, y existen ya varios productos. Están asimismo disponibles Proxys para DeviceNet, Modbus y AS- Interface, y próximamente se especificarán Proxys para Hart y para Foundation Fieldbus. Con los Proxys, Profinet permite que las redes de bus de campo existentes se integren totalmente en la arquitectura Ethernet de toda la planta. Profisafe, la solución abierta de seguridad en red, está disponible para Profibus y para Profinet para aplicaciones de automatización de fábrica, control de movimiento y automatización de proceso. Profinet se utiliza ya en muchas aplicaciones de proceso en las industrias de pulpa y papel, farmacéutica, alimentación y bebidas o agua y tratamiento de aguas entre otras. Al integrarse sin dificultad con las redes de bus de campo, Profinet puede utilizarse fácilmente en automatización de proceso. Las especificaciones Profinet no están controladas por ninguna empresa en concreto; Profinet es un sistema abierto y no-propietario y cualquier empresa puede utilizarlo libremente, incluso si no pertenece a Profinet International. En la actualidad, PI (Profibus + Profinet International) es una organización independiente soportada por unos 1400 miembros, con 32 centros de competencia y 7 laboratorios de test en todo el mundo. 50 Grupos de Trabajo colaboran en el desarrollo de Profinet, con lo que PI garantiza la conformidad e interoperabilidad en todo el mundo.

4 APLICACIONES Automática e Instrumentación comunica con su cliente mediante un protocolo privado en el nivel 4 de Ethernet. El material Siemens implementado es una CPU S DP/PN, dispositivos Profinet I/O (ET200S) y módulos Scalance W788 y W746. Otra solución wireless presentada, también en la industria del acero, fue la de la multinacional alemana Schmolz + Bickenbach KG, dedicada a la producción, proceso y distribución de acero para aplicaciones en aeronáutica, plataformas petrolíferas y automoción, entre otras. Schmolz + Bickenbach KG ha modernizado uno de sus almacenes verticales para barras y vigas de acero con innovadora tecnología IWLAN basada en Profinet I/O. Se integraron las secciones Profibus existentes, y se implantó un moderno concepto de seguridad. Se obtuvo una comunicación fiable y de alto nivel entre el Simatic S7 estacionario y los pórticos mediante I/O ET200S distribuidos con encoders I/O y SSI. La transmisión wireless les ha permitido olvidarse de las roturas de cables y del mantenimiento, y ha permitido asegurar la seguridad operacional. La utilización de encoders SSI ha derivado en un incremento de la disponibilidad de planta cabe mencionar que los SSI no requieren de ningún cableado adicional porque están integrados en los ET200S distribuidos. La red de fábrica de Schmolz + Bickenbach permite el acceso remoto a todos los componentes. A decir de Manfred Sanders, project manager de ingeniería eléctrica en Schmolz + Bickenbach KG, la aplicación ha funcionado sin fallo alguno desde la puesta en marcha, y ha contribuido de forma decisiva al incremento global de la productividad en planta. Es una aplicación para el futuro, comentó Sanders, en referencia a su fácil expansión. Hubo más presentaciones relativas a wireless Profinet, como la relativa a la modernización de la planta de fabricación de ladrillos de Wienerberger AG, el mayor fabricante de ladrillos del mundo. La importante mejora del funcionamiento de planta ya desde el principio y la gran fiabilidad de la solución fueron asimismo los aspectos que más se destacaron de esta aplicación. Conectividad máquina-máquina A la hora de implementar estructuras de automatización distribuidas, Profinet proporciona comunicación en todo el sistema basada en Industrial Ethernet, así como soporte de ingeniería en toda la planta para conectividad máquina-máquina. La flexibilidad de Profinet permite configurar y reconfigurar el flujo de producción, con lo que la modificación o sustitución de máquinas no afecta a la comunicación e integración del resto del sistema. Profinet presenta de forma intrínseca diagnóstico de sistemas en toda la planta, y permite que el usuario final estandarice las interfases de datos de máquina. Un ejemplo de conectividad máquina-máquina con Profinet lo presentó Rexam, uno de los mayores fabricantes de latas para bebidas a nivel mundial con más de millones de latas fabricadas en Europa, EEUU y Sudamérica cada año. En su planta de Turquía, que produce más de 36 millones de latas al año, Rexam implantó un sistema basado en Profinet que permite a las 24 máquinas existentes comunicarse entre sí con una estructura de comunicación rápida y flexible con topología de red de anillo. El sistema presenta estructura modular, fácil diseño e ingeniería, facilidad de modificación, programación y diagnóstico remotos, y accesibilidad remota mediante WAN. La tarea que se presentaba no era fácil; Rexam nunca había utilizado Profinet y tenía las lógicas reticencias. La implementación, que a decir de la empresa cumple sobradamente con todos los requerimientos, consiste en las 24 máquinas que se comunican entre sí vía una red Profinet en anillo, con la comunicación máquinamáquina basada en Profinet CBA y Simatic imap; cada máquina presenta una estructura modular con una CPU 317 2PN/DP y una MP370, y cada panel PLC presenta un módulo de salida RJ45 para conexión de la unidad de programación. Para la conexión WAN se utiliza un módulo de seguridad. En total, la planta de Rexam en Turquía utiliza 24 CPU317-2PN/DP, 24 MP370, 12 Scalance X208, un Scalance X204IRT, un Scalance S613 y 48 módulos de salida RJ45. El proyecto presenta una estructura modular con Profinet CBA. La creación de componentes CBA con Simatic Step 7 es sumamente sencilla, y Simatic imap permite una fácil interconexión gráfica de componentes CBA. Es posible la conexión flexible Schmolz+Bickenbach KG ha modernizado uno de sus almacenes verticales con tecnología IWLAN basada en Profinet I/O. Se integraron las secciones Profibus existentes. Foto: Schmolz+Bickenbach KG. 81

5 82 Datos para la asignación de tornillos Volkswagen Nuthfahrzeuge ha incorporado Profinet en el control del almacén vertical de vehículos, en el almacén de chasis y en la asignación de tornillos para los distintos vehículos, entre otras áreas. Foto: Volkswagen Nuthfahrzeuge. entre máquinas, y Simatic imap permite modificaciones amigables. Control de movimiento con Profinet Las aplicaciones de control de movimiento son las que ponen las mayores demandas en los sistemas de comunicación. Con el IRT (Tiempo Real Isócrono), Profinet ofrece una solución con reserva de ancho de banda, modo isócrono, optimización del tiempo de tráfico de mensajes basado en la topología de red, y el uso del perfil Profidrive como drive interfase. Una aplicación práctica de control de movimiento presentada en la Profinet Conference estuvo a cargo de Karl Altthaler, director de automatización de Ilustración/Dicoweb de Man Roland (Alemania), el segundo fabricante mundial de maquinaria de impresión y un líder global en impresoras offset rotativas. Man Roland incorpora Profinet con IRT en su nueva generación de máquinas, lo que le permite el intercambio de datos determinístico e isócrono entre las unidades y accionamientos individuales de las máquinas, y ello redunda en menores tiempos de impresión y una precisión, flexibilidad y productividad mayores. Puede controlarse un límite realista de 150 ejes. Utilizamos Ethernet porque nos proporciona una estructura de red uniforme con un mínimo número de interfases, ingeniería a lo largo de la planta y continuidad al nivel de campo, explicó Altthaler. En el área de producción, esta tecnología posibilita el acceso remoto, la utilización de Internet y la actualización del software. El nuevo sistema presenta altas prestaciones y facilidad de uso. Profinet y Profisafe Seguridad ante fallos, también wireless Profinet utiliza el perfil Profisafe V2.0, certificado por la German Technical Inspectorate (TÜV). Profisafe permite que la comunicación de seguridad y la estándar discurran por el mismo cable, y posibilita la comunicación wireless fail-safe (con seguridad ante fallos) sobre IWLAN. El Dr. Steve Dickerson, fundador de la ingeniería americana CAMmotion (Atlanta, Georgia) dedicada al diseño, construcción e integración de robots, presentó lo que en sus propias palabras es la primera solución de seguridad en automatización basada en wireless Profinet a nivel mundial. Se trata de una innovadora solución de manipulación implantada en un robot pórtico de alta velocidad guiado por visión y con control wireless, que se caracteriza por su elevada flexibilidad y disponibilidad y por la modularidad del sistema. En esta solución una única red soporta todas las aplicaciones: visión, seguridad, control I/O y control del motor. Tener la comunicación de seguridad y wireless en una única red simplifica el diseño y la instalación, con una reducción de costes de cableado que llegaba al 30% -no había conexión por cable con el puente del robot. Siemens-Profinet en VW Profinet Conference no fue sólo teoría; incluyó también una visita a instalaciones con aplicaciones de productos Siemens en Profinet. Se trata de la planta de Volkswagen Nuthfahrzeuge, (la rama de vehículos industriales de Volkswagen-VWN) en Hannover-Stöcken. VWN ha incorporado soluciones Siemens bajo Profinet en áreas como la fabricación de radiadores, en el control del almacén vertical de vehículos, en el almacén de chasis o en la asignación de tornillos para los distintos vehículos. Unas sesiones, en suma, que cubrieron todos los flancos en lo que a prestaciones y aplicaciones de Profinet se refiere y de las que, a lo que parecía, hasta el más escéptico salió convencido. Concepció Roca