INTRODUCCION En la empresa coexisten una serie de equipos y dispositivos dedicados al control de una máquina o una parte cerrada de un proceso. Entre estos dispositivos están los autómatas programables, ordenadores de diseño y gestión, sensores, actuadores, etc. El desarrollo de las redes industriales ha establecido una forma de unir todos estos dispositivos, aumentando el rendimiento y proporcionando nuevas posibilidades. Las ventajas que se aportan con una red industrial son, entre otras, las siguientes: Visualización y supervisión de todo el proceso productivo. Toma de datos del proceso más rápida o instantánea. Mejora del rendimiento general de todo el proceso. Posibilidad de intercambio de datos entre sectores del proceso y entre departamentos. Programación a distancia, sin necesidad de estar a pie de fábrica. Las ventajas son evidentes, pero a cambio de un cierto costo que debe ser estudiado para determinar si la inversión es rentable o innecesaria. Niveles en una red industrial En una red industrial coexistirán equipos y dispositivos de todo tipo, los cuales suelen agruparse jerárquicamente para establecer conexiones lo más adecuadas a cada área. De esta forma se definen cuatro niveles dentro de una red industrial: Nivel de gestión: es el nivel más elevado y se encarga de integrar los niveles siguientes en una estructura de fábrica, e incluso de múltiples factorías. Las máquinas aquí conectadas suelen ser estaciones de trabajo que hacen de puente entre el proceso productivo y el área de gestión, en el cual se supervisan las ventas, stocks, etc. Se emplea una red de tipo LAN (Local Area Network) o WAN (Wide Area Network). Nivel de control: se encarga de enlazar y dirigir las distintas zonas de trabajo. A este nivel se sitúan los autómatas de gama alta y los ordenadores dedicados a diseño, control de calidad, programación, etc. Se suele emplear una red de tipo LAN. Nivel de campo y proceso: se encarga de la integración de pequeños automatismos (autómatas compactos, multiplexores de E/S, controladores PID, etc.) dentro de sub-redes o "islas". En el nivel más alto de estas redes se suelen encontrar uno o varios autómatas modulares, actuando como maestros de la red o maestros flotantes. En este nivel se emplean los buses de campo. Nivel de E/S: es el nivel más próximo al proceso. Aquí están los sensores y actuadores, encargados de manejar el proceso productivo y tomar las medidas necesarias para la correcta automatización y supervisión.
Esta estructura citada no es universal, habrá casos en los que conste de un número mayor o menor de niveles, dependiendo del tamaño del proceso y la propia industria. Redes LAN industriales Son las redes más elevadas jerárquicamente. Los estándares más conocidos y extendidos son dos: MAP (Manufacturing Automation Protocol): nació como un producto especialmente diseñado para el entorno industrial, lo que hace que sea de mayor éxito en LAN industriales. Fué impulsado por General Motors y normalizado por el IEEE. No actúa a nivel de bus de campo, pero establece pasarelas hacia estos buses mediante terminales. También permite integración en redes WAN. ETHERNET: diseñada por Xerox Corporation y registrada posteriormente junto con Digital e Intel. Es compatible con el modelo OSI en los niveles 1, 2 y 3 (el último a través de puentes). Permite topología en Bus o arbol con comunicación semidúplex. Las velocidades van desde los 10 Mbits/s a los 100 Mbits/s de Fast-Ethernet. Es uno de los estándar de red que más rápidamente evolucionan, debido a su uso masivo en redes ofimáticas. Bus de campo :El bus de campo constituye el nivel más simple y próximo al proceso dentro de la estructura de comunicaciones industriales. Está basada en procesadores simples y utiliza un protocolo mínimo para gestionar el enlace entre ellos. Los buses de campo más recientes permiten la comunicación con buses jerárquicamente superiores y más potentes. En un bus de campo se engloban las siguientes partes: Estándares de comunicación: cubren los niveles físico, de enlace y de comunicación establecidos en el modelo OSI (Open Systems Interconnection). Conexiones físicas: en general, las especificaciones de un determinado bus admiten más de un tipo de conexión física. Las más comunes son semidúplex (comunicación en banda base tipo RS- 485), RS-422 y conexiones en bucle de corriente. Protocolo de acceso al medio (MAC) y de enlace (LLC): consiste en la definición de una serie de funciones y servicios de la red mediante códigos de operación estándar. Nivel de aplicación: es el dirigido al usuario, apoyándose en las funciones estándar antes mencionadas para crear programas de gestión y presentación. La aplicación suele ser propia de cada fabricate, permitiendo a lo sumo la programación en un lenguaje estándar. Muchos han sido los intentos de normalización de los buses de campo, hasta que éste fué normalizado según norma IEC (comité TC65C-WG6), el cual define una serie de reglas genéricas: Nivel físico: Bus serie controlado por un maestro, comunicación semidúplex trabajando en banda base. Velocidades: 1 Mbit/s para distancias cortas, o valores inferiores, entre 250 Kbits/s a 64 Kbits/s para distancias largas. Longitudes: 40 m para la máxima velocidad y 350 m a velocidades más bajas. Número de periféricos: 30 nodos como máximo, con posibles ramificaciones hasta un máximo de 60 elementos. Tipo de cable: pares de cables trenzados y apantallados. Conectores: bornes tipo industrial o conectores tipo D9 o D25. Conexión/desconexión "on line": la conexión y/o desconexión de algún nodo no debe interferir el tráfico de datos. Topología: bus físico con posibles derivaciones hacia los nodos o periféricos. Longitud de ramificaciones: máxima longitud de las derivaciones de 10 m. Aislamientos: 500 V CA permanentes entre elementos de campo y bus. Tensión de prueba 1500 V CA/1 minuto. Seguridad intrínseca: opción a conectar elementos de campo con tensiones reducidas para atmósferas explosivas. Alimentación: opción de alimentar los elementos de campo a través del bus. Longitud de mensajes: mínimo 16 bytes por mensaje. Transmisión de mensajes: posibilidad de diálogo entre cualquier par de nodos sin repetidor. Esto no excluye, sin embargo, la posibilidad de que la comunicación se haga a través de un maestro ni
tampoco excluye el empleo de repetidores "transparentes" para incrementar las distancias de transmisión. Maestro flotante: posibilidad de maestro flotante entre diversos nodos. Implementación de protocolo: los circuitos integrados que implementen el protocolo deben estar disponibles comercialmente y ser de dominio público (no protegidos por patentes de exclusividad). Las especificaciones del IEC son bastante detallistas a nivel físico, pero dejan muy abiertos los niveles de enlace y aplicación. Por tanto hay varios posibles candidatos a bus de campo estándar, con la consiguiente falta de compatibilidad entre productos a este nivel. Por tanto, hay que asegurarse que todos los componentes de la red sigue un mismo bus de campo, para que la comunicación no presente problemas o haya que realizar pasarelas entre buses. Buses de campo más importantes Hay diversos buses según fabricantes y agrupaciones de fabricantes, siendo los más extendidos los siguientes: Modbus Modicon: marca registrada de GOULD INC. Define un protocolo de comunicación de topología maestro-esclavo. Su principal inconveniente es que no está reconocido por ninguna normal internacional. BITBUS: marca registrada por Intel. De bajo coste y altas prestaciones. Intel cedió a dominio público el estándar, por lo que se considera un estándar abierto. Está reconocido por la normativa IEE 1118. Se trata de un bus síncrono, cuyo protocolo se gestiona completamente mediante el microcontrolador 8044. Profibus: impulsado por los principales fabricantes alemanes. El protocolo es un subjuego de MINIMAP. Está impulsado por ser un estándar abierto y bajo norma DIN 19.245. S-BUS: no es un bus de campo propiamente dicho, sino un sistema multiplexor/demultiplexor que permite la conexión de E/S remotas a través de dos pares trenzados. FIP (Factory Instrumentation Bus): impulsado por fabricantes y organismos oficiales franceses. MIL-STD-1553B: adoptado por algunos fabricantes en USA. Diseño Red Industria Licorera de Caldas
Diagrama de Bloques Bloque A (Ventas) Criterios: Distancia entre ambas edificaciones. Fácil actualización de tecnología. Gran capacidad de flujo de datos. Búsqueda de soporte. Integración de datos entre sectores. Adaptación a tecnología ya existente. En este edificio, se tiene una red de datos ya implementada, necesitaríamos solo incluir en este sector la base de datos que nos ayudará en el modulo de CRM (Customer Relationship Management Solution), para poder tener control total sobre la empresa. Esta base de datos se estará alimentando de las ventas, bodegas, fábrica, etc., los ejecutivos de la empresa sabrán a cada minuto con que tanta mercancía cuentan o podrán tener día a día. Obteniendo así la posibilidad de acceder a toda la información de la empresa con hacer solo un clic. El modulo que implementaremos será el de MySQL dado que este es gratis y fácil de adquirir y configurar, con esto estamos tratando de que la empresa no entre en costos elevados para poder tener este servicio. Lo único importante es tener la base de datos totalmente actualizada, esta será el corazón en las transacciones y en la toma de decisiones en la empresa. Diseño Conexión: Trunking doble hacia un switch con dos cpu en paralelo. Las dos cpu s son para evitar caídas en el sistema; ya que si una no funciona la otra podrá soportar el servicio mientras la que no funciona es arreglada o sale de mantenimiento. Algunas posibilidades para el CRM son: - www.adaptcrm.com (Módulos de CRM) - www.oracle.com (Módulos de CRM) - solutions.epicor.com (Módulos de CRM)
- www.compulan.com (Módulos de CRM) - www.questra.com (Módulos de CRM) - www.bettermanagement.com (información.) - www.scmsql.com (Módulos de CRM) - Microsoft (esta alternativa es de un costo muy alto y la infraestructura necesaria seria un poco mayor a lo previsto en este diseño). Arquitectura de una CRM Conexión entre el Bloque A (Ventas) y el Bloque B (Instrumentación): Después de investigar algunos trabajos realizados en las instalaciones de dicha empresa, encontramos que ya hay una conexión física entre estos dos bloques, de todas formas diseñamos una solución. Haciendo uso del Router en le bloque de ventas, se compraría un modulo o una tarjeta de fibra, para conectar por medio de fibra monomodo dicho dispositivo con el Freelance del bloque de instrumentación. (Anexo PDF Conectores ).
Bloque B (Instrumentación) Criterios: Manejo de un gran flujo de datos. Centro de control de procesos. Toma de decisiones ante diferentes eventualidades. Comunicación con diferentes bloques. En este bloque ya se cuenta con Freelance 2000 (Anexo web Freelance ), se invertiría en un modulo de fibra para la conexión con la red. El Freelance 2000 comprende fieldcontrollers, los cuales se encargan de los dispositivos de censado y control. El AC800F es Fieldcontroller.(Anexo pdf AC800F ) La figura se muestra el AC800F con sus diferentes módulos. Para la visualización y manipulación de los dispositivos de control de forma remota, se usan los Digitools, son una herramienta manejada por el sistema de Freelacnce, son computadores industriales, los cuales hacen uso de mímicos.
La conexión entre Bloque A, Bloque B y la información que viene del Bloque C ( Fabrica ), se muestra en la siguiente figura.(anexo PDF Conectores ). Bloque C ( Fabrica ) Criterios: Manejo de factores ambientales. Instrumentación acorde a las condiciones dadas en los diferentes sectores. Implementación de cableado industrial. Características especiales en los conectores y demás elementos adicionales para la adaptación a los equipos de tipo industrial. Manejo interferencia a causa de motores y demás. El acople de tecnologías. Uso de canaletas especiales para el tendido de cable necesario. Uso de tecnología ajustable a modificaciones futuras. En este bloque contamos con un cuarto de Ingenieros donde se encontrara el rack para las conexiones de todos los dispositivos de control y censado que emplearemos.
Para el suministro de agua hacia las calderas se hará uso de una electrovalvula (Anexos PDF y WEB Electrovalvula ). Ahora, en el sector de alta temperatura, es decir, donde están las calderas, vamos a hacer uso de sensores de temperatura (Anexo PDF sensortemp ) y transmisores (Anexo PDF Txtemp ), para el envío de la información obtenida por los sensores; los datos serán llevados a través de cable coaxial hacia un multiplexor, de este va al transceiver, el cual estará encargado de llevarlos o entregarlos por fibra al AC800F, donde serán monitoreados por los digivis (supervisión solamente). Multiplexor (Anexo WEB mux ) Transceiver (Anexo PDF Transceiver ) En el sector de los tanques de alcohol rectificado y toffi, se contará con sensores de presión (Anexo PDF sensorpresion ) e igual que las calderas con transmisores (Anexo PDF Txpre ) y todo lo demás para llevar los datos al AC800F, donde se encontraran dos módulos de fibra.
Para el área de embotellado, y control de calidad hemos pensado en la implementación de algunos dispositivos innovadores, los cuales supervisaran cada una de las etapas por las que se pasa para llegar al producto terminado, así mismo suministraran datos específicos para detectar errores, faltantes, o irregularidades en el producto. Se usarían bandas transportadoras de la compañía Siegling (Anexo PDF Banda );una para el llevado de las botellas a través del proceso, y una para transportar las cajas a su destino final.
Es de suponer la supervisión del producto, por medio de un control de calidad manual, por lo cual pensamos que una mejor solución seria la implementación de sensores de la empresa Banner (Anexo WEB y PDF Sensores_Aplicaciones ) para dicha tarea. Encontramos algunos sensores para aplicaciones especificas, algunos son: Cada sensor se conecta con su respectivo modulo y de ahí por medio de un switch industrial se conecta a la red. Sensores de llenado Sensores de Conteo Control Enroscado Control Tipo Producto según la caja
Control Almacenamiento Bloque D ( Bodegas ) Este sector estará un poco autónomo en su labor, este modulo tendrá un Computador Industrial el cual se estará comunicando cada hora, telefónicamente, para mantener la base de datos actualizada, Cirronet (Anexo PDF Cirronet )es la empresa la cual fabrica SEM Bridge el cual utilizaremos como se ve en la figura para que tengan comunicación constante en la bodega y por este medio se mantendrá actualizando los datos de la base local, para que esta actualice el CRM cada hora con el inventario final de las cajas y botellas, esta documentación se utilizara para poder controlar la materia prima con el producto intermedio y al llegar al producto final. Información Adicional: Para Canaletas y enchufes Industriales se utilizara la empresa LogiByte (Anexo WEB Accesorios ). Para los computadores Industriales se usaran productos ARCOM (Anexo WEB compindustrial ) Para los monitores se utilizara equipos ELO ( Anexo PDF Monitores )
Bibliografía Brusius, P et al. (1994) "Reliable High Temperature SOI Process", Transactions Second International High Temperature Electronics Conference, Vol 1,11:15-19 Swenson, G et al (1994) "Highwell Temperature Pressure Transducer Capability", Transactions Second International High Temperature Electronics Conference, Vol 1, 111:3-9 WeB s http://www.awc-corp.com/products/siemens_moore/st_transmitters.html http://pia.khe.siemens.com/index.asp?nr=4236 http://www.ssec.honeywell.com/pressure/datasheets.html http://www.grupoabb.com http://www.siemens.com http://www.bannerengineering.com http://www.jsindustrial.com.pe http://www.honeywell.com Andres Felipe Rubiano Pinzón Gina Lorena Giraldo Álzate.