To Comunicaciones Industriales

Alejandro Escobar Fuertes Trabajo Obligatorio COMUNICACIONES INDUSTRIALES Febrero 2013

FUNDACION SAN VALERO SEAS, Centro de Formación Abierta ZARAGOZA

PROPUESTA DE TRABAJO OBLIGATORIO

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Propuesta de trabajo El alumno realizará un proyecto de diseño de una red industrial, tanto a nivel de control como a nivel de célula. A nivel de célula, la red estará compuesta por tres autómatas y un ordenador de supervisión. En el nivel de control estarán interconectados el ordenador de supervisión y otro equipo que actuará como cliente. En ambos casos, deberán cumplirse obligatoriamente las especificaciones técnicas que se definan, justificando las soluciones aportadas. Deberán presentarse: • • • •

Lista de materiales necesarios. Memoria explicativa justificando las soluciones aportadas. Plano descriptivo de las instalaciones y de distribución de elementos. Presupuesto de materiales empleados.

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS Distribución de equipos por niveles: Nivel de Célula: • Autómatas S7-300 (CPU 314 IFM) • Ordenador de Supervisión (PC) Nivel de Control: • Ordenador de Supervisión (PC) • Ordenador Cliente (PC) Redes y Velocidades: Nivel de Célula: Profibus-DP a 1,5 Mbps Nivel de Supervisión: Ethernet a 10 Mbps

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Planta y Distribución:

Cableado Nivel de Supervisión: Nivel de Célula:

Par trenzado sin apantallar. Supeditado a la red a implantar (Profibus-DP).

Consideraciones para cableado Se establece una altura uniforme de 10 m. para todas las canalizaciones a emplear en los cableados de las redes. El trazado siempre se realizará trazando ángulos rectos, y se dejarán 50 cm. de cable sobrante en cada punto de conexión. Los equipos siempre se ubicarán a nivel de suelo para facilitar tareas de mantenimiento. Consideraciones particulares: Todos los dispositivos que deban incorporarse para mantener las especificaciones de funcionamiento, velocidad y longitud de las redes a implantar, deberán ir alojados en su correspondiente envolvente metálico, con grado de protección IP65. Los dispositivos a incorporar en los autómatas, se montarán en los armarios eléctricos ya existentes en la instalación. Los elementos a incorporar en los ordenadores para cumplir las especificaciones solicitadas, irán alojados en el propio envolvente del ordenador. No se admitirán soluciones externas.

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Si las dimensiones de estos dispositivos externos a autómatas y ordenadores, fuesen reducidas, se podría considerar la opción de alojarlos en envolventes de poliéster u otro material siempre que cumplan el grado de protección solicitado. En caso de emplear HUB o SWITCH en la red Ethernet, se estimarán las necesidades particulares de este proyecto y se considerará un 20% de reserva como mínimo para futuras ampliaciones. Las canalizaciones a emplear, no se consideran como parte de este proyecto, ya que las consideraremos ya instaladas. No se aceptará la reubicación de autómatas u ordenadores. No se solicita la configuración o programación de los equipos, únicamente el diseño de la infraestructura bajo las especificaciones aportadas.

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Objetivos del trabajo • • • • •

Familiarizarse con los diferentes dispositivos que conforman las redes industriales. Realizar labores de investigación y documentación de las diferentes posibilidades existentes a la hora de diseñar redes. Diferenciar con claridad los distintos niveles jerárquicos de las redes industriales. Observar el carácter abierto de las redes ante la posibilidad de enlazar diferentes niveles formados por redes distintas. Comprender los conceptos fundamentales que marcan las especificaciones técnicas de cualquier red, y en función de las mismas, las características de los dispositivos que conformarán estas instalaciones.

Bibliografía • • • • • •

Manual de asignatura. SEAS. Sitio oficial de Siemens: www.ad.siemens.de/simatic/ Simatic Net Comunicación Industrial. NCM S7 para Profibus Tomos 1 y 2. Edición 03. Siemens AG. Simatic Net Industrial Communication. Profibus Networks. Release 2. Siemens AG. Publicaciones Informáticas: (PC WORLD, PC ACTUAL, etc.) Buscadores de Internet: YAHOO, GOOGLE, etc.

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Criterios de evaluación La evaluación, es una componente fundamental de la formación. Este trabajo obligatorio formará parte de tú calificación final. En esta tabla, se resumen los aspectos a valorar y el porcentaje que representa cada unos de los mismos. % Total

Contenidos generales Estructuración, Exposición, Orden, limpieza y presentación Claridad en los conceptos Temas de especialidad Esquemas y gráficos Solución aportada

20 20 60 60

Otras aportaciones

20

Presupuesto

20

TOTAL

100

Fecha límite de recepción de trabajos Antes de la fecha fin correspondiente a tu matricula.

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% Ob.

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Ficha de Corrección del Trabajo (Espacio reservado para anotaciones del profesor) Profesor: Alumno (Código / Nombre): Fecha de Entrega: Observaciones sobre el trabajo:

Fecha y Firma:

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Fecha de Calificación:

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Formato de presentación 1. Se presentará en formato papel DIN-A4. Mínimo 15 páginas sin incluir anexos. 2. Se presentará en formato informático toda la información del trabajo. 3. Las normas de presentación serán las siguientes: • • • • •

Procesador: Microsoft WORD. Tamaño de letra: 12 ptos. Tipo de letra: serán aconsejables letras como “Arial” o “Times New Roman”. Espaciado entre líneas: 1,5 Márgenes: Lateral izquierdo: 3 cm. Lateral derecho: 2 cm. Margen superior: 3,5 cm. Margen inferior: 2,5 cm.

4. En caso de que el trabajo requiera archivos externos (dibujos Autocad, Catia, Excel, Power Point, programación, etc…) éstos deberán entregarse junto al trabajo. Es posible que algunos trabajos solo consten de estos ficheros, por lo cual no tendrá validez lo indicado en el punto 3. 5. Si el trabajo consta de varios archivos deberá enviarse en un solo fichero comprimido. 6. Si el tamaño del archivo a enviar excede de 5Mb, en lugar de enviarse por correo electrónico deberá entregarse en CD. 7. La fecha de entrega deberá ser anterior a la fecha fin de matricula.

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Desarrollo de trabajo Planta y Distribución: Según las indicaciones obtenidas, la disposición de los elementos sería la siguiente.

300m

S7-300 CPU 314 -IFM

200m

PC CLIENTE

PC DE SUPERVISION S7-300 CPU 314 -IFM

S7-300 CPU 314 -IFM

Se instalará un Switch 10/100Mbps para la red de Ethernet entre el PC y el PC de supervisión. Ambos ordenadores llevarán instaladas una tarjeta de red Ethernet y en el caso del PC de supervisión además llevará una tarjeta de comunicación para acceder a la red de PROFIBUS-DP. Como la red PROFIBUS-DP se ha definido que la velocidad debe ser 1,5 Mbps y la distancia será de 750m, por lo que tendremos la siguiente arquitectura de red.

La tarjeta de PROFIBUS-DP sería una tarjeta PCI con referencia, CP 5613 A2 (PCI, 32 bits), por lo que el sistema operativo ha de ser de 32 bits para la compatibilidad con dicha tarjeta. Como podemos ver en el layout de arriba instalaremos 4 OLM, para así crear una red en anillo. De cada OLM saldrá una ramificación en cobre hacia los autómatas y el PC de supervisión.

300m

switch

S7-300 CPU 314 -IFM

200m

PC CLIENTE

PC DE SUPERVISION

o l m

S7-300 CPU 314 -IFM

S7-300 CPU 314 -IFM

Cable Cat5e par trenzado Ethernet Cable cobre Profibus DP Fibra óptica Profibus DP entre OLMs La conexión del PC de supervisión a la red de PROFIBUS-DP tal y como se puede ver en el layout de arriba será de cobre desde la tarjeta de bus conectada en el ordenador hasta el OLM, y después nos encontramos la red de fibra óptica en anillo, donde cada S7 se conectará con un OLM también mediante cable de cobre.

La red en anillo nos da una posibilidad de si existe una rotura en un tramo de fibra ótpica, el sistema no dejará de comunicar con el nodo afectado, ya que al ser redundante seguirá comunicando con el ese nodo por el otro conductor de fibra óptica.

Detalle de los componentes seleccionados Tarjeta de red para los PC’s La tarjeta de red Ethernet escogeremos una común de mercado, en este caso hemos escogido una tarjeta del fabricante D-Link DFE-528TX, actualmente todas las tarjetas son 10/100Mbps Full duplex, por lo que tenemos la posibilidad de aumentar la velocidad entre cliente-servidor a 100Mbps en lugar de los 10Mbps que estaban detallados como requisitos en el ejercicio.

Precio 12,50€ x unidad

Descripción técnica PCI Bus 10/100Mbps Fast Ethernet adapter CONECTIVIDAD Tecnología de conectividad

Con cables

Interfaz de host

PCI

ANCHURA DE BANDA Tasa de transferencia (máx)

200 Mbit/s

Tasa de transferencia de datos(min/max)

10BASE-T, 100BASE-TX

Full dúplex DETALLES TÉCNICOS Cumplimiento de estándares del mercado

IEEE 802.3, IEEE 802.3u

PESO Y DIMENSIONES Ancho

120 mm

Profundidad

58 mm

Peso

25 g

ILUMINACIÓN/ALARMAS Indicadores LED

Link / Activity

APROBACIONES REGULADORAS Certificados

- FCC Class B - CE Class B - VCCI Class B

REQUISITOS DEL SISTEMA Mac, compatible CONDICIONES AMBIENTALES Alcance de temperatura operativa

0 - 55 °C

Temperatura

-25 - 55 °C

Switch industrial Ethernet 10/100 8 puertos no gestionable

Tal y como hemos indicado anteriormente, se instalará un Switch 10/100Mbps, como se va a utilizar solo a nivel de supervisión y no se van a introducir elementos de campo, como PLC’s, Variadores, etc, escogeremos un Switch industrial no gestionable, ya que no necesitamos ninguna funcionalidad avanzada y abarataremos costes. En este caso nos hemos decantado por uno del fabricante PLCMARKT

Sus especificaciones son

Precio 122,57 €

CABLE DE ETHERNET

Bobina Cable UTP Cat.5e 24AWG Flexible http://www.cablematic.es/Cable-y-conector-para-LAN/Bobina-Cable-UTP-Cat_dot_5e24AWG-Flexible-_open_parenthesis_305m_close_parenthesis_/?pag=60 Precio bobina 135.85€ CABLE DE FIBRA ÓPTICA Fibra óptica FC-FO

lblPIProduct Número de artículo 6XV1847-2A (número de mercado) lblDescription

SIMATIC NET FC FO STANDARD CABLE (62.5/200/230), STANDARD- CABLE SPLITTABLE, UL- CERTIFICATION,MAX. LENGTH 1000M MINIMAL ORDER: 20 M SOLD BY THE METER

Familia de producto

Cables de fibra óptica de vidrio FC

Ciclo de vida producto (PLM)

del

PM300:Producto activo

TERMINALES FIBRA ÓPTICA

Número de artículo (número de 6GK1900-1GB00-0AC0 mercado) lblDescription

FC FO BFOC PLUG ON-SITE MOUNTING ON FC FO CABLES (62.5/200/230) PACKAGE: 20 PCS. + CLEANING CLOTHS

Familia de producto

FC FO Termination Kit

Ciclo de vida del producto PM300:Producto activo (PLM)

CABLE STANDARD PROFIBUS-DP COBRE

Cable eléctrico Profibus-DP

Número de artículo 6XV1830-0EH10 (número de mercado) lblDescription

SIMATIC NET, PB FC STANDARD CABLE GP, 2-WIRE, SHIELDED, SPECIAL DESIGN FOR RAPID INSTALLATION, MAX. CONSIGNMENT: 1000 M, MIN. ORDERINGQUANTITY: 20 M SOLD BY THE METER

Familia de producto

Cables de bus PROFIBUS

Ciclo de vida producto (PLM)

del

PM300:Producto activo

CONECTORES PARA CABLE STANDARD DE PROFIBUS

Número de artículo 6AG1972-0BA12-2XA0 (número de mercado) lblDescription

SIPLUS DP PB CONNECTOR W R - 90 DEGREES CABLE OUTLET -25 ... +70 DEGREES C WITH CONFORMAL COATING BASED ON 6ES7972-0BA12-0XA0

Familia de producto

Conector de bus RS485

Ciclo de vida del producto PM300:Producto activo (PLM)

PROFIBUS OLM

Número de artículo 6GK1503-3CA00 (número de mercado) lblDescription

PB OLM/P12 V4.0 OPTICAL LINK MODULE W. 1 RS485 AND 2 PLASTIC-FOCINTERFACE (4 BFOC-SOCKETS), WITH SIGNAL. CONTACT AND MEASURING OUTPUT, 4 BFOC-CONNECTORS INCLUDED

Familia de producto

Optical Link Module OLM

Ciclo de vida producto (PLM)

del

PM300:Producto activo

FUENTE DE ALIMENTACIÓN

SITOP PSU100L 24 V/2,5 A Referencia: 6EP13321LB00 SITOP PSU100L 24 V/2,5 A FUENTE DE ALIM. ESTABILIZADA ENTRADA: AC 120/230 V SALIDA: DC 24 V/2,5 A AL: N ECCN: N Peso neto: 0.32 KG

CUADRO COMPACTO IP66 300x300x210mm

Altura Externa

300 mm

Anchura Externa

300 mm

Color

Gris

Dimensiones Externas

300 x 300 x 210mm

Material del Cuerpo

Acero

Placa de Montaje

Sí

Placa de Prensaestopas Sí Profundidad Externa

210mm

Tipo de Bloque de PuertaLeva Tipo de Puerta

Opaco

Índice de Protección IP

IP66

En 4 de estas cajas irá una fuente de alimentación y un módulo PROFIBUS OLM, y el switch irá instalado también en una de estas cajas, con otra fuente de alimentación. Precio 66,70€ x 5 unidades PRESUPUESTO Imposibilidad de encontrar los precios para los componentes de Siemens, por lo tanto no he podido realizar el presupuesto.