06.2014 VI RockwellAutomation

Redes de Automatización Presentación preparada por Rockwell Automation

1

Temario

2



Tendencias en redes



Modelo Productor / Consumidor



Ethernet



ControlNet



DeviceNet



Capacidades de Arquitecturas



Resumen

Tendencias del Control Distribuido Las comunicaciones asumen más importancia

Distribución de E/S para reducir costes cableado Distribución controladores para incrementar prestaciones Elemento Control

Dispositivos con lógica para mejorar rendimiento y reducir costes

• Distribución del Control • Migración control hacia otros dispositivos • Incremento importancia redes

Estoy abierto y OK

Estoy abierto

Elemento Dispositivo

Dispositivos con diagnósticos Distribución de dispositivos eliminación E/S y reducir costes de cableado

3

Cambio en el mundo de la informática 1970’s Ordenador Central

1980’s Ordenadores Descentralizados

1990’s Ordenadores Distribuidos PC’s, Workstations, & Servers

Minicomputadores

Mainframe (Gran Ordenador)

Workstations

RS-232 Terminal Usuario Ciego

• Tecnologías Propietarias • Solución Monosumistrador • Configuración Rigida 4

• Costes más bajos • Tecnologías Abiertas

• Redes Peer-to-peer • SO y HW Estándar • Fácil de integrar • Más robustez • Mejor rendimiento

Desplazamiento al Control Distribuido Control Centralizado

Descentralización E/S y Procesado

1980’s

1990’s

Control Distribuido

2000 O.I. PanelView

FC

Flex I/O

Controlador

Flex I/O PB Panel

E/S

PLC Compacto

Drive

• Lógica en el controlador

• Scan- Adquisición E/S

• Scan - Adquisición E/S

• Com. Intensivas

• Adquisición E/S por evento (Cambio de estado o Peer-Peer)

• Com.. Intensivas

• Múltiples vías de datos

• Menos Com. Intensivas

• Vía única de datos

• Fallo se manteniene en el PLC

• Vías de datos concentrados

• Punto de fallo único

• E/S cercanas a los dispositivos

• Fallo aislado en el dispositivo

5

Drive c/PID

El modelo de comunicación de la siguiente generación:

Productor/Consumidor

6

Distribución del Control: Impacto









7

La distribución de la lógica divide un programa central en varios programas, lo que requiere conversaciones más frecuentes entre dispositivos “inteligentes” Los dispositivos más inteligentes tienen conversaciones más inteligentes, ejemplo, la información se incrementa y se convierte más compleja Más y mayores conversaciones = mayor utilización de ancho de banda  impacto en el throughput Analogía: más coches y muchos de ellos en las autopistas

Rendimiento del Sistema: Factores del Throughput

8



Velocidad de la red



Eficiencia del Protocolo



Modelo de Comunicación

Factores del Throughput: Ranking



Velocidad de la red 





Eficiencia del Protocolo  





Real 3

2

2

3

1

ratio tamaño datos/tamaño paquete eg. Tamaño vehículo/distancia entre vehículos

Modelo de Comunicación 

9

velocidad en el cable eg. limite de velocidad

Percibido 1

medida del ancho de banda eg. Uso efectivo de los diferentes medios de transporte (avión, tren, autobús, barco)

Modelos de Comunicación orig dest 

Origen/Destino 



(punto a punto)

datos

crc

Productor/Consumidor (la información se identifica) 

  10

crc

acciones de sincronización entre nodos es muy díficil debido a que la información llega en tiempos diferentes a cada nodo se desperdicia ancho banda ya que la información se debe enviar múltiples veces cuando únicamente varia el destino identific.



datos

múltiples nodos pueden consumir la misma información al mismo tiempo desde un único productor los nodos pueden sincronizarse uso más eficiente del ancho de banda

Producto/Consumidor vs. Origen/Destino (ejemplo 1) Tarea: Comunicar la hora actual en una habitación con 20 personas 



Modelo Origen/Destino: Una persona (origen) dice a cada persona (destino) de la habitación, en un tiempo determinado, la hora actual

Ineficiente por: 





11

Transmisión de información excesiva: algunas

personas pueden elegir escuchar, mientras otras eligen ignorar, pero el esfuerzo se ha realizado Hora imprecisa: la hora va transcurriendo durante las múltiples transmisiones, comprometiendo la integridad de la información Fluctuaciones deterministas: la duración de la transmisión depende del número de personas en la habitación

Producto/Consumidor vs. Origen/Destino (ejemplo 1, continuación) Tarea: Comunicar la hora actual en una habitación con 20 personas 



Modelo Productor/Consumidor: Una persona (productor) dice a todas las personas (consumidores) de la habitación, de UNA SOLA VEZ, la hora actual

Muy eficiente por: 





12

Transmisión de información excesiva: No se

desperdician esfuerzos entregando la información a quien no lo desea Hora imprecisa: No son necesarios ajustes de la información ya que quienes necesitan la información la reciben al mismo tiempo Determinista: la duración de la transmisión es independiente del número de personas en la habitación

Productor/Consumidor (ejemplo 2)

ALLEN- BRADLEY

Controlador 1

Controlador 2

Panel Vi ew 550

HMI

7

8

9

4

5

6

1

2

3

.

0

< F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

F8

F9

F1 0

^ <

#1

#2

Sensor 

13

Drive3

referencia de posición desde el sensor en multicast a CTLR 1,2 y HMI

mensaje #2 



Drive2

mensaje #1 



Drive1

la consigna de velocidad se envía en multicast a los tres variadores y HMI

el multicast no es posible con origen/destino 

peer-to-peer requiere 7 mensajes frente a 2

-

v

Drive3

Los nodos se comunican entre ellos, de uno en uno Usado en configuración y resolución de problemas de dispositivos Usado para control cuando la información es única para cada dispositivo

Ejemplo humano: llamada telefónica

Relaciones de Conexión: Uno-a-Muchos (Multicast) CTLR2

CTLR1

ALLEN- BRADLEY

Panel Vi ew 550

7

8

9

4

5

6

1

2

3

.

0

-

< F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

F8

F9

F1 0

^ <

Sensor 





 16

Drive1

Drive2

HMI

v

HMI

Las redes Productor/Consumidor soportan los tres tipos de relación de conexión

18



Uno-a-Uno



Multicast: Uno-a-Muchos



Broadcast: Uno-a-Todos



Combinan y conviven en el mismo cable

Tipos de Mensaje: Explícito





Usado para carga/descarga de programas, modificación de configuración de dispositivos, tendencias, diagnósticos, etc. El campo de datos contiene:   

 

19

información del protocolo instrucciones para el servicio a realizar dirección interna a la cual se aplica el servicio

Muy flexible Menos eficiente (eg. Menor rendimiento), porque cada dispositivo debe interpretar y generar una respuesta



Conexiones no preestablecidas



Ejemplo humano: conversación oral

Tipos de Mensaje: Implícito



Usado para información de control crítica (E/S)



El campo de datos únicamente contiene datos



 

20

El significado de los datos esta predefinido entre los dispositivos que se intercambian información El dispositivo receptor solo reacciona, usa la información Altamente eficiente tanto para el ancho de banda como el procesamiento en el nodo



Menos flexible



Conexiones preestablecidas



Ejemplo humano: gritar Fuego! En un lugar público

Las redes Productor/Consumidor soportan AMBOS tipos de mensajes 

Mensaje Implícito 



Mensaje Explícito 

 

21

E/S Control Mensajes entre PLC, carga/descarga de programas, edición de parámetros, adquisición de datos

Combinan y conviven en el mismo cable La mensajería puede prioritarizarse de forma que los mensajes explícitos no impacten sobre el rendimiento de los mensajes implícitos (eg. Control)

Jerarquías: Maestro/Esclavo

ALLEN- BRADLEY

Panel Vi ew 550

7

8

9

4

5

6

1

2

.

0

< F1

F2

F3

F4

 





 22

F7

F8

F9

F1 0

-

^

F5 <

F6

3

v

Drive3

Los dispositivos esclavos únicamente intercambian información con sus maestros

Mayoritariamente utilizada la mensajería implícita (información de E/S) Implica Uno-a-Uno; multicast o broadcast limitado (en caso de ser posible)

Ejemplo humano: múltiples instructores a sus respectivos pelotones

HMI

Jerarquías: Entre iguales (Peer-to-Peer) CTLR2

CTLR1

ALLEN- BRADLEY

Panel Vi ew 550

7

8

9

4

5

6

1

2

3

.

0

-

< F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

F8

F9

F1 0

^ <

Sensor 

24

Drive1

Drive2

HMI

v

Cyclic Rate Drive3 25ms



Dispositivos producen información a frecuencia determinada por el usuario



La producción cíclica es eficiente porque:   

27

Cyclic Rate Drive1 100ms

HMI

v

Drive3

Punto-a-Punto Broadcast

30

F7

HMI

^

F5 <

F6

-

v

Opciones Redundancia cable Seguridad Intrínsica

Servicios Mensajeria Resistencias Terminadoras 75 a ambos lados de la línea principal

55

Productor/Consumidor •E/S Alta velocidad •Programación •Configuración •Diagnósticos

Cableado. Derivaciones •Bajante de 1 metro

Ventajas para el usuario ControlNet



Red de alta velocidad (5 Mbits/seg) para control y E/S 





Capacidades de Red Avanzadas   



Determinismo - conocer cuando la información se transmite Repetitiva- los tiempos de transmisión son constantes, incluso si un dispositivo entra y sale de la red Modelo Productor/Consumidor: Multimaster, multicast entradas, y entre iguales

Opciones de instalación flexibles  



56

Rendimiento E/S mejorado Comunicaciones entre iguales mejorada

Colocación de dispositivos en cualquier lugar del cable Redudancia de cable (opcional) Soporte de hasta 99 nodos en la misma red

Ventajas para el usuario ControlNet



Arquitectura de control flexibles 





Configuración simple   



Intervalos de actualización E/S seleccionables por usuario Actualizaciones ctes. Con inserción/extracción de nodos Información sobre el ancho de banda utilizado

Red Abierta  

57

Una única red para E/S y programación Acceso a red en todos los nodos, incluso adaptadores

Especificación controlada por organización independiente Tecnología disponible a todos los fabricantes de Automatización

Dispositivos Típicos en ControlNet



Procesadores (p.e. PLC, SLC, control basado en PC, etc.)



Chasis de E/S y otros dispositivos de E/S



Interface Hombre-Máquina



Interfaces de Operador



Control ejes



Robots



Software

ControlNet

ALLEN- BRADLEY

8

9

4

5

6

1

2

3

.

0

< -



Variadores de velocidad



Dispositivos de control de proceso



Bridges/Gateways etc. 58

Panel Vi ew 550

7

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

F8

F9

F1 0

-

v

Conexiones Dispositivos Tomas en T Cero bajante

Resistencias Terminadoras 121 a ambos lados de la línea principal

Servicios Mensajeria Productor/Consumidor •E/S Alta velocidad •Programación •Configuración •Diagnósticos

77

Cableado Derivaciones •Simple •En margarita •Mixto

Ventajas con el uso de DeviceNet

• Reducir costes de instalación • costes de hardware y mano de obra

• Reducir tiempo de puesta en marcha • minimiza errores de cableado • facilidad para planear subsistemas • recursos disponibles en otros trabajos

• Reducir tiempos de paro • diagnósticos dan avisos predictivos de fallos • diagnósticos ayudan en la resolución de problemas

• Tecnología Productor/Consumidor • Información de E/S de Control y mensajería 78

Ventajas con el uso de DeviceNet

• Tecnología Abierta • Especificación controlada por la ODVA • 15 fabricantes de chips CAN

• Alimentación y Señal en el mismo cable • Extracción, inserción y sustitución de dispositivos de la red en tensión • Configuración de dispositivos desde la red (puesta en marcha o en operación)

79

Dispositivos Típicos en DeviceNet



Sensores, actuadores



Interfaces de Operador simples



Interface de Operador



Variadores de Velocidad

ALLEN- BRADLEY

Panel Vi ew 550

7

8

9

4

5

6

1

2

.

0

< F1

F2

F3

F4



Botoneras



Robots



Software



Válvulas Neumáticas



Bridges/Gateways etc.

80

DeviceNet

F7

F8

F9

F1 0

-

^

F5 <

F6

3