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Description 

Sistemas Integrados de Fabricación.
3º Curso Grado Ingeniería Electrónica Industrial


Tema 4. Procesos basados en sistemas industriales distribuidos


Problema 1
En una fábrica se desea instalar un sistema de automatización con 3 PLC en multimaestro, 15
sensores (6 inductivos, 2 capacitivos, 6 finales de carrera y un sensor de temperatura que
proporciona temperatura con un valor analógico entre 0 y 10V) y 4 actuadores (2 contactores y
2 electroválvulas). Existe un PLC con 3 sensores inductivos (conectados localmente al PLC) que
se encuentra a 900 m de los otros 2 PLCs. Estos dos PLCs están a su vez a una distancia menor
de 100 m entre ellos. El resto de sensórica se encuentra a menos de 30 m de estos dos 2 PLCs.
Propón un tipo de instalación y justifica tu respuesta.



Solución problema 1:

El problema planteado indica que se deben utilizar 3 PLCs y que el bus debe permitir funcionar
en modo multimaestro. En principio no han especificado requisitos de velocidad ni que requiera
zonas con seguridad intrínseca. La distancia máxima es de 900 m + 100 m = 1000 m.

El tipo de cableado podría ser RS-485, ya que permite que el bus sea multimaestro con 32 Emi-
sores/Receptores y una longitud máxima de 1200 m por segmento a una velocidad máxima de
10Mbit/s.

La topología del bus más conveniente sería tipo bus al tener dos PLCs separados 900 m.

A continuación pasamos a evaluar las posibilidades que tenemos:

- ASi: sistema de un único maestro y 31 esclavos. Como nuestro sistema debe ser multi-
maestro, ASi no permite cumplir con los requisitos del cliente y debemos descartarlo.

- MODBUS: En una red ModBus puede haber un maestro y 8 nodos con hasta 31 esclavos
por nodo. Es decir, MODBUS no nos permite utilizar el modo multimaestro y también se
debe descartar.

- CAN: Sistema multimaesto que permite la topología en bus. Sin embargo, la longitud del
bus no debe ser muy grande (< 30m), sino la velocidad de transmisión se reduce muy
rápidamente. Se descarta también.

- Profibus: Es un sistema multimaestro que permite la topología en bus. En cuanto a la
distancia, si utilizamos como medio físico el cable RS-485, la velocidad se ve afectada de
forma que para 100 m 12 Mbit/s, 400 m 1,5 Mbit/s y 1000 m 187 Kbit/s. Ade-
más del cableado con RS-485, podríamos plantearnos cubrir la distancia de 900 m entre
los PLCs más alejados utilizando fibra óptica, la cual nos permite cubrir distancias de
hasta 15 Km con gran velocidad. Profibus posee tres variantes:
1) FMS enfocada a comunicaciones entre PLCs, sistemas SCADAy HMI.

2) DP: comunicación entre PLCs y periferia descentralizada

3) PA: para automatización de procesos en entornos ATEX.

Al tener sensores/actuadores a 30 m de los PLCs, la mejor solución es utilizar periferia
descentralizada, con lo que la opción de Profibus DP sería la más apropiada.




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Sistemas Integrados de Fabricación.
3º Curso Grado Ingeniería Electrónica Industrial


- Profinet: En principio Profinet podría utilizarse para cualquier nivel y permite que el sis-
tema sea multimaestro, por lo que también se podría utilizar. En cuanto a velocidad y
distancia, el cable estándar permite conexiones hasta 100 m, para distancias mayores
deberíamos usar fibra óptica. Debemos valorar también el coste añadido que tiene esta
tecnología.

- Ethernet/IP: Ídem que para la solución Profinet.

Planteamos como solución utilizar Profibus DP, aunque como se ha comentado también
podría implementarse con Profinet o Ethernet/IP y fibra óptica para cubrir los 900 m en-
tre PLCs.



Solución propuesta con Profibus DP:




Problema 2
Se desea realizar una instalación basada en bus ASi y PLC de Siemens de la serie 1200 para el
control de periferia descentralizada con 32 entradas digitales y 32 salidas digitales en una planta
que tiene un tamaño de 350 m. La planta no tiene ninguna instalación previa de automatización.
El armario donde está ubicado el PLC está al principio de la planta y, a 80 m de este se encuentra
el primer proceso productivo que requiere de 8+8 I/O. A continuación, a 180 m del PLC se
encuentra el segundo proceso productivo que requiere de 12+12 I/O digitales y finalmente, a 280
m del PLC está el último proceso que requiere de 12+12 I/O digitales. Justifica si una instalación
basada en ASi está justificada. En caso afirmativo haz un esquema del tipo de instalación ASi que
emplearías. Si por el contrario crees que ASi no es una buena opción, propón una opción
alternativa y planifícala.



Solución problema 2:

En este problema se nos especifica que se desea una instalación con el bus ASi, sino podríamos
plantearnos otras opciones como Profibus DP.

El bus ASi permite conectar un maestro ASi y 62 nodos esclavos de 4I/4S (248E /248S) por cada
segmento para las versiones v2.1 y v3. En la especificación sólo tenemos un PLC maestro y 32E




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Sistemas Integrados de Fabricación.
3º Curso Grado Ingeniería Electrónica Industrial

y 32S, por lo que ASi se puede utilizar. En el caso de que tuviéramos E/S analógicas, también se
podría utilizar con las versiones ASi a partir de la v2.1

En cuanto a las topologías que permite ASi, la más común es en árbol, pero también permite la
configuración de tipo bus, ya que podemos considerarlo como un caso particular de la ramificación
en árbol.

En cuanto a la longitud de la instalación, ASi permite segmentos con una longitud máxima de 100
m. Sin embargo, con el uso de extensores, repetidores y terminaciones de línea, podemos
extender la longitud de la red ASi hasta 600 m como máximo.

- Extensor: permite alargar el cableado en tramos del bus en donde no se vayan a conectar
esclavos de E/S, por lo que no requiere fuente de alimentación en este tramo.

- Repetidor: permite alargar la extensión del bus 100 m por cada repetidor y sólo pueden
conectarse dos repetidores en serie como máximo. Necesitaremos añadir una fuente de
alimentación por cada tramo de 100 m.

- Terminadores de línea: permite doblar la longitud del cable de 100 a 200 m y debe conectarse
lo más alejado de la fuente de alimentación.



Solución A. Propuesta con ASi usando repetidores cada 100 m:




Solución B. Propuesta con ASi usando un repetidor en el primer tramo para alcanzar los 180 m
del segundo proceso y un terminador de línea para alcanzar los 280 m del tercer proceso
productivo:




A modo de resumen, los dispositivos necesarios para realizar la instalación serían:

- Un PLC que sea maestro AS-i con una fuente de alimentación AS-i.

- 8 módulos AS-i de entrada/salida de 4I/4S.

- 3 fuentes de alimentación (solución A) o 2 fuentes de alimentación (solución B).




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Sistemas Integrados de Fabricación.
3º Curso Grado Ingeniería Electrónica Industrial

- 2 repetidores AS-i (solución A) o 1 repetidor AS-i (solución B)

- 1 terminador de línea en el caso de la solución B.

- Cable AS-i para cubrir los 280 m.



Problema 3
Para la automatización de una planta industrial para fabricación de moldes de plástico se dispone
de los siguientes elementos:

Un armario principal.

Un PLC Siemens con 8E/8S digitales, con tarjeta Profibus DP, una tarjeta de ASi (con
su correspondiente fuente ASi).

Dos relés: A través de salidas locales del PLC activan la iluminación y la climatización
en las horas seleccionadas y almacenadas en el PLC y según la temperatura de la nave.
Existe una entrada analógica para temperatura.

Dos módulos ASi de 2 entradas y 2 salidas para conectar mediante ASi: un pulsador
de marcha, 2 finales de carrera y una célula fotoeléctricas. Estos módulos tienen
protección IP65. Estos módulos ASi se encuentran a 150 y 200 metros del armario
principal.

Una cabecera de E/S remotas Profibus DP de Beckhoff para conectar pulsadores de
marcha y otros sensores y actuadores digitales. Esta cabecera se encuentra a 100 m
del armario principal y también tiene protección IP65.

Sabiendo que el PLC debe encargarse de la gestión de la nave, indica cómo realizarías la
instalación de los elementos en planta. Haz un esquema y dibuja la estructura de redes de
comunicación que tendría el sistema. Si crees que necesitas algún elemento más, siéntete libre y
cómpralo justificando tu decisión.



Solución problema 3:

En este problema se especifican los tipos de buses industriales a utilizar, así como todos los
componentes. La solución a las especificaciones podría ser la siguiente:




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Sistemas Integrados de Fabricación.
3º Curso Grado Ingeniería Electrónica Industrial




Problema 5
Se desea realizar una instalación basada en bus y PLC de Siemens de la serie 1200 para
implementar un nuevo proceso de control mediante periferia descentralizada con 12+20 I/O
digitales en una zona de la planta con riesgo de exp...

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