IMPLEMENTACIÓN DE UNA MAQUETA PROTOTIPO...

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD ZACATENCO

“IMPLEMENTACIÓN DE UNA MAQUETA PROTOTIPO UTILIZANDO UN PLC

MICROLOGIX® 1400, LABVIEW® Y TECNOLOGÍAS INALÁMBRICAS”

TESIS

PARA OBTENER EL TITULO DE

INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN.

PRESENTAN

HERVER SEGURA VICTOR HUGO.

JIMENEZ MENDEZ JAIME.

TRINIDAD CORTEZ CARLOS ANTONIO.

ASESOR TÉCNICO: ING. ZOSIMO ISMAEL BAUTISTA BAUTISTA.

ASESOR METODOLÓGICO: M. EN C. PEDRO FRANCISCO HUERTA GONZALEZ.

MÉXICO D.F. NOVIEMBRE 2012.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUP ERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL "ADOLFO LÓPEZ MATE OS"

TEMA DE TESIS

QUE PARA OBTEN E R EL TITlll O DE INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACION POR LA OPCIÓN DE TITULA C IÓN TESIS COLECTIVA y EXAMEN ORAL INDIVIDUAL DEB ERA( N) DESA RROLLAR

C. VICTOR HUGO HERVER SEGURA C. JAIME JIMENEZ MENDEZ C. CARLOS ANTONIO TRINIDAD CORTEZ

" IMPLEMENTACIÓN DE UNA MAQUETA PROTOTIPO UTILIZANDO UN PLC MICROLOGIX® 1400, LADVIEW® y TECNOLOGiAS INALÁMBRICAS"

DlSEÑAR UNA MAQUETA PROTOTIPO PARA SU IMPLEMENTACiÓN CON FINES DE ENSEÑANZA SOBRE EL USO DE UN PLC MICROLOGIX® 1400, y POR MEDIO DEL SOFTWARE LABVIEW® SIMULAR LAS VARIABLES A

MONlTOREAR

);> MARCO TEO'UCO. )o MAQUETA PROTOTIPO. » PROGRAMACiÓN y SIMULACiÓN. » RESULTADOS. APLICAC IONES Y CONCLUSIONES

• MÉXICO D. F., A 09 DE AGOSTO DE 2013.

ASESORES

M. EN C. PEDRO FRANCISCO HUERTA GONZÁLEZ

JEFA DEL DEPARTAMENTO DL~~:IT~~:~~~!~~~!INGENIERiA EN CONTROL Y

Agradecimientos. Durante todo este tiempo he tenido la enorme suerte y satisfacción de conocer y de trabajar con personas que me han ayudado. En estas dedicatorias quiero darles las gracias por formar parte de mi vida y por todo lo que me han brindado. Agradezco principalmente a mis padres a quienes con sus esfuerzos y educación me han ayudado a cumplir todas mis metas. A mi Mamá por haberme apoyado en todo momento, por sus consejos, desvelos, valores, por la motivación constante que me ha permitido alcanzar mis metas, pero más que nada, por su amor y por su gran confianza en mí. A mi Papá por hacerme un hombre de bien y darme la gran herencia que es el estudio, por apoyarme en todo momento y por sus consejos. A mi hermano que me ha dado palabras de ánimo y gran estímulo motivándome en el largo camino de la carrera. A mis amigos por toda su compañía, amistad y apoyo total en todo momento, ya que sin este, no hubiese sido posible lograrlo, este triunfo lo comparto con ustedes. A mis profesores, por sus enseñanzas y consejos para poder desarrollarme profesionalmente. Al Instituto Politécnico Nacional y a la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, por permitirme estudiar en sus instalaciones y forjarme en ellas como profesional, orgullosamente puedo decir que soy Politécnico. Todas aquellas personas que directa e indirectamente participaron conmigo a lo largo de mis estudios. Gracias

Víctor Hugo Herver Segura.

Agradecimientos.

Me gustaría expresar mi más profundo y sincero agradecimiento a todas aquellas personas que con su ayuda han colaborado y apoyado en la realización de este trabajo. Inicio agradeciendo al Ing. Juan Wing Varela por haber aceptado participar en este estudio, además, de la confianza, orientación y el tiempo que dedico para que este trabajo culminara exitosamente. Le agradezco también el haberme facilitado siempre los medios suficientes para llevar a cabo todas las actividades propuestas durante el desarrollo de esta tesis. Un agradecimiento muy especial a mis padres por haberme dado la oportunidad de llegar hasta donde estoy, por darme una carrera para mi futuro y sobre todo por creer en mí. Agradezco a mis profesores por todas las enseñanzas y lecciones que me brindaron durante el transcurso de mi carrera y por impulsarme en mi desarrollo profesional. A todos mis amigos por su compañía y los buenos momentos que pasamos juntos, en especial a los que participaron en la preparación de este trabajo.

Jiménez Méndez Jaime

Agradecimientos. Al término de un trabajo tan complicado y lleno de noches de desvelo es inevitable el egocentrismo y la satisfacción del gran aporte a este trabajo, pero en un momento de razonamiento se viene inmediatamente a la menta la magnitud de la ayuda que te ofrecen otras personas o instituciones que te hacen fácil el desarrollo del mismo. Por este motivo me es un verdadero placer hacer un reconocimiento a todos aquellos que con un granito de arena hicieron esto posible. Debo agradecer sobre todas las personas a mi madre Adela Cortez que sin ella este trabajo no hubiera sido un éxito personal, en esas noches de desvelo me ofreció todo su apoyo y confianza, y que aun siendo mi madre me dio una enseñanza más, una guía sin fin y en base a eso, este proyecto llego a un final feliz, agregando que con sus esfuerzos y con lo mucho que me ha entregado eh logrado llegar hasta estas instancias. Debo hacer mención a mi hermana Adriana Trinidad que es parte fundamental en mi familia y en mi vida y que gran parte sé que ella será mejor por mucho y que realizara un trabajo mejor que este. Quiero hacer mención al In. Zósimo Bautista y al M. en C. Pedro Huerta, ambos cómplices de este arduo trabajo que con su capacidad para guiarme y brindarme más ideas de cómo llevar por mejor camino este trabajo han sido un aporte invaluable, no solamente por el desarrollo de esta tesis, sino también en mi formación como Ingeniero. Reconocer al Instituto Politécnico Nacional y la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, que me han logrado formar un orgullo y un respeto hacia mi profesión y poder decir que “Soy Politécnico por convicción y no por circunstancia”. De igual manera quiero expresar mi más sincero agradecimiento al Ing. Juan Wing un partícipe en toda esta historia que sin su paciencia y su apoyo no hubiera sido posible desarrollar este tema, y poder obtener excelentes resultados en el mismo. No cabe duda que su participación ha enriquecido el trabajo realizado y además, ha significado el surgimiento de una sólida amistad.

Trinidad Cortez Carlos Antonio

I m p l e m e n t a c i ó n d e u n a M a q u e t a P r o t o t i p o u t i l i z a n d o u n P L C M i c r o l o g i x ® 1 4 0 0 y L a b v i e w ® p a r a f i n e s d i d á c t i c o s . | 2

I n g e n i e r í a e n C o n t r o l y A u t o m a t i z a c i ó n I . P . N

Advertencia

“Este documento contiene información desarrollada por la Escuela Superior de Ingeniería

Mecánica y Eléctrica del Instituto Politécnico Nacional, a partir de datos y documentos con

derecho de propiedad y por tanto su uso queda restringido a las aplicaciones que explícitamente

se convengan”.

La difusión de esta tesis es únicamente para uso consultivo en actividades de investigación y

docencia. No se autoriza su reproducción con finalidades de lucro ni su difusión y puesta a

disposición desde un sitio lejano.

Esta reserva de derechos afecta tanto al resumen de presentación de la tesis como a sus

contenidos. En la utilización o cita de partes de la tesis es obligado indicar el nombre de los

autores.



Resumen

Este documento trata sobre la construcción de una maqueta prototipo utilizando un Controlador

Lógico Programable (PLC) Micrologix® 1400 y su implementación para fines de lograr una

explicación más a detalle del uso de las comunicaciones industriales, dicho prototipo va a

monitorear diversas variables, estas variables serán simuladas por el software Labview® de

National Instruments.

Una característica más de la maqueta prototipo es que no se reserva a esta única aplicación, ya

que con las diversas funciones del Micrologix® 1400, esta maqueta puede ser utilizada para

diversas prácticas de aprendizaje enfocadas a la materia de Comunicaciones Industriales.



Índice general

Introducción. ....................................................................................................................................................... 9

Objetivos. .......................................................................................................................................................... 10

Justificación. ...................................................................................................................................................... 11

Planteamiento del Problema. ........................................................................................................................... 12

Alcances del proyecto. ...................................................................................................................................... 13

Capítulo 1 Marco teórico. ................................................................................................................................. 14

1.1 PLC. ...................................................................................................................................................... 14

1.1.1 Campos de aplicación. ............................................................................................................... 15

1.1.2 Estructura externa. .................................................................................................................... 15

1.1.2.1 Estructura compacta. ................................................................................................ 16

1.1.2.2 Estructura semi modular. .......................................................................................... 16

1.1.2.3 Estructura modular. .................................................................................................. 17

1.2 Elementos del sistema de comunicación. ............................................................................................ 18

1.3 Tipos de redes. ..................................................................................................................................... 19

1.4 Topologías............................................................................................................................................ 21

1.5 Modo de transmisión. .......................................................................................................................... 23

1.6 Introducción al OPC. ............................................................................................................................ 24

1.6.1 ¿Que es OPC? ............................................................................................................................ 24

1.6.2 Servidores OPC .......................................................................................................................... 29

1.6.3 Clientes OPC. ............................................................................................................................. 32

1.7 Comunicación inalámbrica. ................................................................................................................. 36

1.7.1 Redes locales inalámbricas. ...................................................................................................... 37

1.7.2 Normalización. .......................................................................................................................... 37

1.7.3 Configuraciones. ....................................................................................................................... 38

1.7.4 WLAN 802.11g. ......................................................................................................................... 39

1.7.5 Ventajas y desventajas de las redes inalámbricas. ................................................................... 39

1.7.5.1 Ventajas. .................................................................................................................. 40

1.7.5.2 Desventajas. ............................................................................................................. 42

1.7.6 Aplicaciones Wireless Industrial .................................................................................................. 43

1.8 Protocolos industriales. ........................................................................................................................ 44

1.8.1 TCP/IP. ........................................................................................................................................ 45

1.9 Web server. .......................................................................................................................................... 47

1.10 LabView® de national instruments. ..................................................................................................... 48

1.11 Señales. ................................................................................................................................................ 51

Capítulo 2 Maqueta prototipo. ......................................................................................................................... 53

2.1 Especificaciones y arquitectura del sistema......................................................................................... 53

2.2 Diagrama de la red Ethernet. .............................................................................................................. 54

2.3 Características principales de los dispositivos utilizados. .................................................................... 56

2.3.1 PLC. ............................................................................................................................................ 56

2.3.2 Equipo de cómputo. ................................................................................................................... 60

2.3.3 Access point wireless. ................................................................................................................. 62

2.3.4 HMI. ........................................................................................................................................... 63

2.4 Estructura de la maqueta prototipo. ................................................................................................... 64

2.5 Construcción. ....................................................................................................................................... 67



2.5.1 Primera etapa. ........................................................................................................................... 67

2.5.2 Segunda etapa. .......................................................................................................................... 67

2.6 Cableado. ............................................................................................................................................. 69

2.6.1 Primera etapa. ........................................................................................................................... 69

2.6.2 Segunda etapa. .......................................................................................................................... 70

2.6.3 Tercera etapa. ............................................................................................................................ 72

2.7 Pruebas finales de construcción a la Maqueta Prototipo. ................................................................... 73

2.8 Pruebas. ............................................................................................................................................... 75

2.8.1 Primera etapa. ........................................................................................................................... 75

2.8.2 Segunda etapa. .......................................................................................................................... 77

2.9 Configuración comunicación del PLC. .................................................................................................. 77

2.9.1 IP Configuración ......................................................................................................................... 78

2.9.2 ¿Qué es el protocolo BOOTP? .................................................................................................... 79

2.9.3 ¿Qué es DHCP? ........................................................................................................................... 80

2.9.4 Web Server ................................................................................................................................. 82

2.10 Configuración OPC server. ................................................................................................................... 85

Capítulo 3 Programación y simulación. ............................................................................................................ 92

3.1 Programación HMI. .............................................................................................................................. 92

3.2 Programación PLC. ............................................................................................................................. 101

3.3 Configuración access point ................................................................................................................ 106

Capítulo 4. Resultados, Aplicaciones y Conclusiones ...................................................................................... 108

4.1 Simulación. ......................................................................................................................................... 108

4.2 Aplicaciones ....................................................................................................................................... 111

Practica 1. Comunicación alámbrica e inalámbrica. ....................................................................................... 111

Practica 2. Entradas y salidas digitales. .......................................................................................................... 113

Practica 3. Entradas analógicas. ..................................................................................................................... 115

Conclusiones. .................................................................................................................................................. 117

Referencias bibliográficas. .............................................................................................................................. 118



Índice de figuras.

Capítulo 1.

Fig. 1. 1 Programmable Logic Controller (PLC). ................................................................................................ 14

Fig. 1. 2 PLC Compacto. ..................................................................................................................................... 16

Fig. 1. 3 Estructura semimodular ...................................................................................................................... 17

Fig. 1. 4 PLC Modular. ....................................................................................................................................... 17

Fig. 1. 5 Red de Área Local (LAN) ...................................................................................................................... 19

Fig. 1. 6 Red de Área Metropolitana. ................................................................................................................ 20

Fig. 1. 7 Red de Área Amplia. ............................................................................................................................ 20

Fig. 1. 8 Topología tipo Bus. .............................................................................................................................. 21

Fig. 1. 9 Topología tipo Anillo. .......................................................................................................................... 22

Fig. 1. 10 Topología tipo Estrella. ...................................................................................................................... 22

Fig. 1. 11 Topología tipo Malla. ........................................................................................................................ 23

Fig. 1. 12 Modos de transmisión. ...................................................................................................................... 24

Fig. 1. 13 Los Servidores OPC se muestran como un nivel inter-medio entre la fuente de datos y el cliente de

datos, habilitando la intercomunicación sin que ningún lado conozca el protocolo nativo del otro. ............... 25

Fig. 1. 14 La arquitectura Cliente/Servidor OPC – Una mejor vista del funcionamiento OPC nos revela dos

componentes: el Cliente OPC y el Servidor OPC. La especificación OPC define el mensaje entre estos dos

componentes. ................................................................................................................................................... 26

Fig. 1. 15 Anatomía conceptual de un Servidor OPC - Conceptualmente, un servidor OPC se puede desglosar

en tres módulos: módulo de comunicaciones OPC, modulo de traducción /mapeado, y un módulo de

comunicaciones nativas. ................................................................................................................................... 31

Fig. 1. 16 Anatomía conceptual cliente OPC - Reflejando un Servidor OPC, un Cliente OPC también puede ser

considerado compuesto por tres módulos: Módulo de comunicaciones OPC, Módulo de comunicaciones con

la aplicación y un Módulo de traducción/mapeado. ........................................................................................ 33

Fig. 1. 17 Esquema del funcionamiento de una Red Inalámbrica. .................................................................... 36

Fig. 1. 18 Esquema de Red WLAN. .................................................................................................................... 37

Fig. 1. 19 Comparación TCP/IP y modelo OSI. ................................................................................................... 45

Fig. 1. 20 Comparación de las capas entre Modelo OSI y TCP/IP. ..................................................................... 46

Fig. 1. 21 National Instruments LabView®. ....................................................................................................... 48

Fig. 1. 22 Codificación de una señal. ................................................................................................................. 50

Fig. 1. 23 Señal Analógica y Señal Digital. ........................................................................................................ 52

CAPÍTULO 2.

Fig. 2.1 Diagrama de Red. ................................................................................................................................. 55

Fig. 2.2 Allen Bradley MicroLogix® 1400 RA. ................................................................................................... 57

Fig. 2.3 Equipo de cómputo Gateway® NV52L04m. ......................................................................................... 60

Fig. 2. 4 Cobertura Wireless 802.11n. ............................................................................................................... 61

Fig. 2.5 Access Point wireless Infosmart®. ....................................................................................................... 62

Fig. 2.6 Diagrama eléctrico. .............................................................................................................................. 64



Fig. 2.7 Diagrama de Entradas. ........................................................................................................................ 65

Fig. 2.8 Clema Tope. .......................................................................................................................................... 67

Fig. 2. 9 Clemas Común Negativo. .................................................................................................................... 68

Fig. 2. 10 Clemas con Fusible. ........................................................................................................................... 68

Fig. 2. 11 Maqueta prototipo sin Fuente de alimentación y PLC. ..................................................................... 69

Fig. 2. 12 Punta Espada. .................................................................................................................................... 70

Fig. 2. 13 Punta Espada Ponchada. ................................................................................................................... 71

Fig. 2. 14 Cableado de Clemas. ......................................................................................................................... 71

Fig. 2. 15 Cable a través de la canaleta. .......................................................................................................... 72

Fig. 2. 16 Interruptor principal y ubicación física del PLC. ................................................................................. 72

Fig. 2. 17 Pruebas de continuidad en interruptor principal. .............................................................................. 73

Fig. 2. 18 Pruebas de continuidad en clemas. ................................................................................................... 74

Fig. 2. 19 Prueba de continuidad Módulos de entradas analógicas / Clemas. ................................................. 74

Fig. 2. 20 Maqueta prototipo PLC micrologix® 1400........................................................................................ 75

Fig. 2. 21Maqueta-prototipo ensamblada. ....................................................................................................... 76

Fig. 2.22 Pantalla PLC Micrologix® 1400. .......................................................................................................... 76

Fig. 2.23 Ubicación del conector RJ-45 en el PLC Micrologix® 1400. ................................................................ 77

Fig. 2.24 Comunicación Alámbrica mediante Interfaz Ethernet, en PLC Micrologix® 1400. ............................ 78

Fig. 2.25 Tipos de clase existentes para una red LAN. ...................................................................................... 78

Fig. 2.26 Configuración BOOTP/DHCP .............................................................................................................. 80

Fig. 2.27 Asignar IP con la MAC del PLC. ........................................................................................................... 81

Fig. 2.28 PLC Micrologix® 1400 con la IP configurada. ..................................................................................... 82

Fig. 2.29 Uso de un Navegador para el monitoreo del PLC. .............................................................................. 83

Fig. 2.30 Seguridad de ingreso en el monitoreo del PLC. .................................................................................. 83

Fig. 2.31 Pestañas disponibles en la modalidad Web Server. ........................................................................... 84

Fig. 2.32 Captura del estado de la conexión del PLC. ........................................................................................ 84

Fig. 2.33 Configuración de la Red del PLC. ........................................................................................................ 85

Fig. 2.34 Registros internos del PLC Micrologix® 1400. .................................................................................... 85

Fig. 2.35 Selección del driver. ............................................................................................................................ 86

Fig. 2.36 Configuración del driver. .................................................................................................................... 86

Fig. 2.37 Elementos de la red establecida. ........................................................................................................ 87

Fig. 2.38 Creación de un nuevo Tópico de comunicación. ................................................................................. 87

Fig. 2.39 Configuración del tópico..................................................................................................................... 88

Fig. 2.40 Pruebas de comunicación al OPC Server. ........................................................................................... 88

Fig. 2.41 Creación de un grupo de ítems a comunicar. ..................................................................................... 89

Fig. 2.42 Agregar ítems al grupo de comunicación. .......................................................................................... 89

Fig. 2.43 Configuración y direccionamiento del ítem. ....................................................................................... 90

Fig. 2.44 Pruebas de comunicación OPC Server. ............................................................................................... 90

Fig. 2.45 AccessPoint Infosmart® Super G Series. ............................................................................................ 91

Fig. 2. 46 Comunicación Alámbrica mediante Interfaz Ethernet, en PLC Micrologix® 1400. ........................... 91

CAPÍTULO 3.

Fig. 3. 1 Ubicación HMI. .................................................................................................................................... 92

Fig. 3. 2 Proceso para la comunicación. ............................................................................................................ 93

Fig. 3. 3 DataSocket herramiento de LabView. ................................................................................................. 94



Fig. 3. 4 Conectividad via OPC Server. ............................................................................................................... 95

Fig. 3. 5 Dirección de entradas anlogicas. ......................................................................................................... 96

Fig. 3. 6 Tipos de comando RSLogix-LabView. .................................................................................................. 97

Fig. 3. 7 Botonera virtual .................................................................................................................................. 98

Fig. 3. 8 Monitoreo I/O Analógicas. .................................................................................................................. 99

Fig. 3. 9 Conectividad en el diagrama a bloques LabView®. .......................................................................... 100

Fig. 3. 10 Instrucciones De movimiento y Escalamiento. ................................................................................ 102

Fig. 3. 11 Comandos Mayor que y Menor que. ............................................................................................... 103

Fig. 3. 12 Instrucciones de Comparacion......................................................................................................... 103

Fig. 3. 13 Escala con respecto a un rango de 0 a 10V. .................................................................................... 104

Fig. 3. 14 Instrucciones de comparacion. ........................................................................................................ 104

Fig. 3. 15 Instrucción para reestablecer lectura. ............................................................................................. 105

Fig. 3. 16 Configuración Red LAN. ................................................................................................................... 106

Fig. 3. 17 Configuración Red WAN. ................................................................................................................. 107

Fig. 3. 18 Cifrado de la Red WAN. ................................................................................................................... 107

Capítulo 4.

Fig. 4. 1 Conexión HMI con la programacion en escalera. .............................................................................. 108

Fig. 4. 2 Monitoreo señal analogica 4-20 mA. ................................................................................................ 109

Fig. 4. 3 Monitoreo señal analogica 0-10 V. ................................................................................................... 109

Fig. 4. 4 Logica e programación. ..................................................................................................................... 110

Fig. 4. 5 Monitoreo del sistema de seguridad de lectura. ............................................................................... 110

Fig. 4. 6 PLC con IP por default ........................................................................................................................ 111

Fig. 4. 7 Se establece en PC una direccion IP dentro dentro de la misma mascara de subred que el PLC ...... 111

Índice de Tablas.

Tabla 1 Especificaciones del Producto MicroLogix® 1400. ............................................................................... 58

Tabla 2 Puertos de Comunicación PLC Micrologix 1400 .................................................................................. 58

Tabla 3 Especificaciones del Producto Gateway NV52L04m............................................................................ 60

Tabla 4 Especificaciones de Access Point Infosmart® Super G. ........................................................................ 62

Tabla 5 Valores sugeridos para instrucción SCP. ........................................................................................... 102



Introducción.

Históricamente al manejar datos dentro de un proceso industrial diferentes sistemas tienen

distintos formatos y protocolos de comunicación, los fabricantes de software al crear Drivers

únicos para cada tipo de equipo, se añaden riesgos para el desarrollo de nuevo hardware, es por

esta razón que cinco empresas Intellution, Opto-22, Fisher-Rosemount, Rockwell Software e

Intuitiv Software, junto a Microsoft, decidieron trabajar juntos para eliminar estas barreras de

comunicación y definieron las interfaces basadas en OLE/COM (Object Linking and

Embedding/Common Object Model) que sentó las bases para OPC(OLE Process Control).

OPC es una interfaz de programación de aplicaciones estándar para el intercambio de datos que

puede simplificar el desarrollo de Drivers de I/O (Dispositivos de entrada y salida o Banco de

datos) y mejorar el rendimiento de los sistemas de interfaz. 1

Actualmente en el ámbito educativo y en los cursos de formación profesional específica en el

campo de la Automatización, difícilmente se encuentra material basado en la comunicación OPC,

con la que el estudiante de Ingeniería en Control y Automatización se pueda basar para aprender y

realizar prácticas de laboratorio, tal es el caso de la materia de Comunicaciones Industriales que se

imparte en la Carrera de Ingeniería en Control y Automatización de la Escuela superior de

Ingeniería Mecánica y Eléctrica, y por tal motivo se diseñó e implementó una maqueta prototipo

donde se realiza la simulación de una red industrial tipo estrella, en donde se monitorea el

proceso a partir de señales analógicas y digitales. Aplicando diferentes tecnologías de

comunicación industrial como son: Wireless y OPC Server, estas tecnologías poco a poco han

tomado importancia en el entorno industrial y ha llevado al sector de las comunicaciones tener

una mayor importancia, donde se puedan realizar procesos para monitorear, controlar o

automatizar procesos industriales, esto lleva indirectamente a tener un medio de comunicación de

importancia.

1 OPC: Un estándar en las redes industriales y buses de campo.



Objetivos.

Objetivo General

Diseñar una maqueta prototipo para su implementación con fines de enseñanza sobre el uso de

un PLC Micrologix® 1400, y por medio del software Labview® de National Instruments simular las

variables a monitorear.

Objetivos Específicos

Diseñar una maqueta-prototipo, con un PLC Micrologix® 1400 que sea capaz de recibir

múltiples entradas analógicas y digitales.

Establecer una red en topología de estrella, en la cual se implementen dispositivos

cableados e inalámbricos a través de la interfaz inalámbrica del Access Point, y el uso de

OPC Server para comunicar Labview y RSLogix.

Diseñar e Implementar la interfaz gráfica para la adquisición de datos del sistema a

monitorear.

Programar el algoritmo 2 utilizado para monitorear las señales analógicas y digitales.

2 “Procedimiento de cálculos que consiste en cumplir una serie o conjunto ordenado y finito de instrucciones

que conduce, una vez especificados los datos a la solución del problema.” Algoritmos y Programas. Vancells Float Joan. Ed UOC. Pag. 7.



Justificación.

La implementación de este prototipo surge de la necesidad del estudiante de la Carrera de

Ingeniería en Control y Automatización de comprender la importancia de la Adquisición de Datos

de diversas señales analógicas y digitales existentes en el entorno industrial, así como enfocar el

monitoreo de las mismas y como es su comportamiento simulado para poder conocer aspectos de

gran relevancia en el aspecto industrial.

La elección de la tecnología inalámbrica, se hiso debido al gran crecimiento que actualmente tiene

esta forma de comunicación, no solo a nivel doméstico, sino también en el ambiente industrial.



Planteamiento del Problema.

Debido al gran avance tecnológico que se está desarrollando en la industria, es de gran

importancia diseñar e implementar prototipos con fines de enseñanza escolarizada, con el fin de

familiarizar al estudiante y que esté al término de su carrera estén involucrados en dichos temas,

así mismo conozcan las herramientas que existen para la simulación e implementación de

sistemas de monitoreo en instituciones, y la industria, que tratan de aprovechar al máximo esta

tecnología. Esta nueva tendencia obliga a los encargados de operación y seguridad a integrar

todos los equipos tales como: ascensores, sistemas de bombas, calefacción, aires acondicionados,

sistemas de alarma, entre otros a ser monitoreados.

Es por ello que en este trabajo se propone el desarrollo de un sistema , el cual será capaz de

realizar tareas tales como:

Monitorear las variables analógicas y digitales del proceso.

Visualizar alarmas cuando el sistema presente los niveles deseados, según el algoritmo.

Visualizar alarmas cuando el sistema presente fallas.



Alcances del proyecto.

Para el sistema a desarrollar los alcances son:

Hardware:

Implementación de una maqueta-prototipo con el uso de un PLC MicroLogix® 1400 para

la simulación de un sistema.

Aplicación de una estación de ingeniería para el desarrollo y monitoreo del sistema.

Pruebas de comunicación y transmisión de datos correspondientes al monitoreo del

proceso inmerso en las variables.

Software:

Desarrollo de un algoritmo para demostrar al estudiante el funcionamiento de un sistema.

Desarrollo y aplicación de una HMI (Human Interface Machine), para el monitoreo de las

señales adquiridas en el software de National Instruments de Labview®.

Simulación mediante del software de National Instruments de Labview® de las múltiples

entradas analógicas y digitales.



Capítulo 1 Marco teórico.

1.1 PLC.

Un controlador lógico programable (Programmable Logic Controller PLC) Figura 1.1, es un

dispositivo operado digitalmente, que usa una memoria para el almacenamiento interno de

instrucciones con el fin de implementar funciones específicas, tales como lógica, secuenciación,

registro y control de tiempos, conteo y operaciones aritméticas, para controlar a través de

entradas/salidas digitales o analógicas, varios tipos de máquinas o procesos.3

Fig. 1. 1 Programmable Logic Controller (PLC).

3 Universidad de las Américas Puebla.

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lmt/maza_c_ac/capitulo4.pdf



1.1.1 Campos de aplicación.

El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. La

constante evolución del hardware y software amplía constantemente este campo para poder

satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales.

Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un

proceso de maniobra, control y señalización, por tanto, su aplicación abarca desde procesos de

fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones,

etc.

Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar los

programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, etc.,

hace que su eficacia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades

tales como:

Espacio reducido

Procesos de producción periódicamente cambiantes

Procesos secuenciales

Maquinaria de procesos variables

Instalaciones de procesos complejos y amplios

Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso

1.1.2 Estructura externa.

El término estructura externa o configuración externa de un controlador lógico programable se

refiere al aspecto físico exterior del mismo, bloques o elementos en que está dividido.

Actualmente son tres las estructuras más significativas que existen en el mercado:

Estructura compacta.

Estructura semimodular. ( Estructura Americana)

Estructura modular. (Estructura Europea)



1.1.2.1 Estructura compacta.

Este tipo de PLC se distingue por presentar en un solo bloque todos sus elementos, esto es, fuente

de alimentación, CPU, memorias, entradas/salidas, etc.

Son los controladores de gama baja los que suelen tener una estructura compacta. Su potencia de

proceso suele ser muy limitada dedicándose a controlar máquinas muy pequeñas o cuadros de

mando.

Fig. 1. 2 PLC Compacto.

1.1.2.2 Estructura semi modular.

Se caracteriza por separar las E/S del resto del PLC, de tal forma que en un bloque compacto están

reunidas las CPU, memoria de usuario o de programa y fuente de alimentación y separadamente

las unidades de E/S.

Son los controladores de gama media los que suelen tener una estructura semimodular

(Americana).



Fig. 1. 3 Estructura semimodular

1.1.2.3 Estructura modular.

Su característica principal es la de que existe un módulo para cada uno de los diferentes

elementos que componen el PLC como puede ser una fuente de alimentación, CPU, E/S, etc. La

sujeción de los mismos se hace por carril DIN, placa perforada o sobre RACK, en donde va alojado

el BUS externo de unión de los distintos módulos que lo componen.

Son los controladores de gama alta los que suelen tener una estructura modular, que permiten

una gran flexibilidad en su constitución.

Fig. 1. 4 PLC Modular.



1.2 Elementos del sistema de comunicación.4

Un sistema de transmisión está conformado por cinco componentes:

1. Mensaje: es la información (datos) a comunicar. Puede estar conformado por texto,

números, gráficos, sonido o video o cualquier combinación de las anteriores.

2. Emisor: es el dispositivo que envía los datos del mensaje. Puede ser una computadora, una

estación de trabajo, un teléfono, una video cámara y muchos otros.

3. Receptor: es el dispositivo que recibe el mensaje. Puede ser una computadora, una

estación de trabajo, un teléfono, televisión y muchos otros.

4. Medio: el medio de transmisión es el camino físico por el cual viaja el mensaje del emisor

al receptor. Puede estar formado por un cable de par trenzado, un cable coaxial, un cable

de fibra óptica, un láser u ondas de radio (terrestres o micro ondas de satélite).

5. Protocolo: es un conjunto de reglas que gobierna la transmisión de datos. Representan un

acuerdo entre los dispositivos que se comunican. Sin un protocolo, dos dispositivos

pueden estar conectado pero no comunicarse al igual que una persona que hable francés

no puede ser comprendida por una persona que solo hable japonés.

4 Behrouz A. Forouzan, Transmisión de datos y redes de comunicaciones, 2da. Edición, Ed. McGraw Hill.



1.3 Tipos de redes.

LAN (Local Área Network)

Las redes de Área local se utilizan para interconectar computadoras que se encuentran dentro

del mismo edificio campo; es decir un área local de hasta tres o cuatro kilómetros que alberga

varios edificios.

Fig. 1. 5 Red de Área Local (LAN)



MAN

Una red de Area Metropolitana se forma por la interconexión de varias redes LAN que se

encuentran a mayores distancias, pero que no sobrepasan el ámbito urbano. Se utilizan para

conectar computadoras que se encuentran en diferentes campos o edificios que pueden

perteneces a la misma organización.

Fig. 1. 6 Red de Área Metropolitana.

Como se observa en la figura anterior, la implementación de redes MAN requiere de dispositivos

de interconexión como puentes, router o compuertas. La MAN es una red cuyo diámetro no va

más allá de los 50Km.

WAN (Wide Área Network)

Es la red que capaz de cubrir distancias entre 50 Km y 1000Km, siendo idónea de para la

interconexión de países o continentes. Muchas WAN son construidas por y para una

organización o empresa en particular y son de uso privado, mientras que otras son construidas

por ISP para proveer conexión a clientes.

Fig. 1. 7 Red de Área Amplia.



1.4 Topologías.

Las redes se pueden clasificar de varias formas.5

Clasificación en función del tipo de conexión al enlace

o Redes de difusión o multipunto. Cuando más de dos dispositivos comparten el

mismo enlace. Este tipo de redes, es posible enviar un mismo mensaje desde un

dispositivo al resto (broadcast) o conjunto de máquinas (multicast).

o Redes punto a punto. Cuando dos dispositivos tienen un enlace directo entre ellos.

La conexión de más dispositivos implica el uso de múltiples enlaces punto a punto

entre pares de dispositivos. En este caso un mensaje puede tener que visitar

multitud de máquinas hasta llegar a su destino.

Clasificación según topología física. Las redes se pueden clasificar también de acuerdo a su

topología física. La topología física define la representación geométrica de todos los

enlaces de una red y los dispositivos físicos que se entrelazan las topologías más usuales

son:

o Topología en bus es una configuración donde un único enlace conecta todos los

dispositivos de la red constituyendo una red en forma de tronco.

Fig. 1. 8 Topología tipo Bus.

5 Tecnologia y redes de transmision de datos Enrique Herrera Perez ed limusa Mexico 2003.



o Topología de anillo es una topología donde cada dispositivo tiene una línea de

conexión con todos los dispositivos de la red.

Fig. 1. 9 Topología tipo Anillo.

o Topología en estrella. Es aquella en la que cada dispositivo solo tiene un enlace

dedicado con un controlador central habitualmente llamado concentrador.

Fig. 1. 10 Topología tipo Estrella.

Topología en malla. Es una configuración en a que cada dispositivo tiene un enlace punto a punto

dedicado con cualquier otro dispositivo: el término dedicado indica que el enlace solo conduce el



flujo de datos entre los dispositivos que interconecta. En la topología en malla, los dispositivos que

forman la red pueden ser nodos de reenvio y enrutamiento (router) o equipos finales (estaciones

de trabajo).

Fig. 1. 11 Topología tipo Malla.

1.5 Modo de transmisión.

Transmisión Simplex. Permite que los mensajes se puedan mover por la línea en una única

dirección. Así pues, el destinatario no puede enviar ni el remitente recibir. Un ejemplo de

esta transmisión es la radio comercial.

Transmisión semi-duplex permite el movimiento de datos a través de la línea en ambas

direcciones, pero no simultáneamente. Este tipo de transmisión es el que se emplea

normalmente en los terminales de radiocomunicación en la cual el emisor espera la

respuesta a su mensaje antes de enviar otro.

Transmisión dúplex permite él envió y recepción de señales simultáneamente. Como

ejemplo tenemos la telefonía. 6

6 Redes de Transmisión de datos y proceso distribuido, Uyless D. Black, Reston Publishing



Fig. 1. 12 Modos de transmisión.

1.6 Introducción al OPC.

1.6.1 ¿Que es OPC?7

OPC (OLE for Process Control) (Object Linking Embedding) es el método de conectividad de datos

basado en los estándares más populares del mundo. Es utilizado para responder a uno de los

mayores retos de la industria de la automatización: como comunicar dispositivos, controladores

y/o aplicaciones sin caer en los problemas habituales de las conexiones basadas en protocolos

propietarios.

OPC no es un protocolo, sino es más bien un estándar para la conectividad de datos que se basa

en una seria de especificaciones OPC gestionadas por la OPC Foundation. Cualquier software que

7 Darek Kominek, P. Eng. Alberta. OPC: ¿De qué se trata, y cómo funciona? “Guía para entender la Tecnología OPC”.

Canada - 2009



sea compatible con estas especificaciones OPC proporciona a usuarios e integradores conectividad

abierta e independiente tanto del fabricante del dispositivo como del desarrollador de la

aplicación Cliente.

Fig. 1. 13 Los Servidores OPC se muestran como un nivel inter-medio entre la fuente de datos y el cliente de datos, habilitando la intercomunicación sin que ningún lado conozca el protocolo nativo del otro.

¿Por qué triunfa OPC donde los protocolos propietarios fallan?

La clave del éxito de OPC es en crear comunicaciones auténticamente independientes del

fabricante estriba en que OPC abstrae de los detalles de la implementación de Fuentes de Datos y

Clientes de datos, con lo que los datos se pueden intercambiar entre ellos sin que tengan que

saber nada de sus respectivos protocolos de comunicación nativos y de la organización interna de

sus datos. Esto, en clara oposición a la aproximación basada en crear aplicaciones basadas en

protocolos propietarios que por definición, son requeridos para comunicar, de forma nativa, la

fuente de datos con el cliente de datos.

Como trabaja la comunicación OPC (conceptualmente)

Se puede representar como una capa de “abstracción” intermedia que se sitúa entre la Fuente de

Datos y el Cliente de Datos, permitiéndoles intercambiar datos sin saber nada el uno del otro.



Como funciona OPC (funcionalmente)

La “abstracción de dispositivo” OPC se consigue utilizando dos componentes OPC especializados

llamados Cliente OPC y Servidor OPC. Es importante resaltar que el hecho de que la fuente de

datos y el cliente de datos puedan comunicar entre sí mediante OPC no significa que sus

respectivos protocolos nativos dejen de ser necesarios o hayan sido remplazados por OPC. Al

contrario, estos protocolos y/o interfaces nativos siguen existiendo, pero solo comunican con uno

de los dos componentes del software OPC. Y son los componentes OPC los que intercambian

información entre sí, cerrando así el círculo. La información puede viajar de la aplicación al

dispositivo sin que estos tengan que hablar directamente entre sí.

Fig. 1. 14 La arquitectura Cliente/Servidor OPC – Una mejor vista del funcionamiento OPC nos revela dos componentes: el Cliente OPC y el Servidor OPC. La especificación OPC define el mensaje entre estos dos

componentes.



Beneficios de utilizar conectividad OPC

A primera vista, crear un driver propietario para dos componentes OPC (Cliente OPC y Servidor

OPC) puede parecer que no sea una gran mejora, pero la experiencia ha demostrado que sí lo es. A

continuación se enumeran algunos de los beneficios clave de utilizar OPC:

1. Una aplicación Cliente OPC puede comunicar libremente con cualquier Servidor OPC

visible en la red sin la necesidad de utilizar ningún driver específico para la Fuente de

Datos.

2. Las aplicaciones Cliente OPC pueden comunicar con tantos Servidores OPC como

necesiten. No hay ninguna limitación inherente a OPC en el número de conexiones que se

pueden establecer.

3. Hoy en día OPC está tan extendido que hay un Servidor OPC disponible para

prácticamente todos los dispositivos nuevos o antiguos que existen en el mercado.

4. Las Fuentes de Datos (hardware o software) que utilizan OPC pueden ser intercambiadas o

actualizadas sin la necesidad de actualizar los drivers utilizados por cada aplicación que

comunique con ellas mediante OPC. Sólo hay que mantener actualizado el Servidor OPC

para esa Fuente de Datos.

5. Los usuarios pueden elegir libremente los dispositivos, controladores y aplicaciones que

mejor se ajusten a sus proyectos sin preocuparse del fabricante del que provienen o de si

comunicarán entre sí… la intercomunicación se da por sentado.

¿Qué tipos de datos soporta OPC?

Los tipos de datos más comunes transferidos entre dispositivos, controladores y aplicaciones en

automatización se pueden encuadrar en tres categorías:

Datos de tiempo real

Datos históricos

Alarmas y Eventos

A su vez, cada una de las categorías anteriores soporta una amplia gama de tipos de datos. Estos

tipos de datos pueden ser enteros, coma flotante, cadenas, fechas y distintos tipos de arrays, por

mencionar algunos. OPC asume el reto de trabajar con estas distintas categorías de datos



especificando de forma independiente cómo se va a transmitir cada uno de ellos a través de la

arquitectura Cliente OPC - Servidor OPC.

Las tres especificaciones OPC que se corresponden con las tres categorías de datos son:

1. OPC Data Access Specification (OPC DA) – utilizada para trasmitir datos de tiempo real.

2. OPC Historical Data Access Specification (OPC HDA) – utilizada para transmitir datos

históricos.

3. OPC Alarms & Events Specification (OPC A&E) – utilizada para transmitir información de

alarmas y eventos.

¿Todos los Servidores OPC incluyen todas las especificaciones OPC?

No. No es obligatorio que todos los Servidores OPC incluyan todas las especificaciones OPC.

Históricamente, la mayoría de los Servidores OPC sólo soportan datos de tiempo real (OPC DA). Es

aconsejable investigar que especificaciones OPC incluye un Servidor OPC antes de elegirlo para un

proyecto.

¿Es importante saber qué especificaciones OPC incluye un Cliente OPC o un Servidor OPC?

Sí, es crucial. Mientras que las tres especificaciones OPC (OPC DA, OPC HDA, OPC A&E) utilizan la

misma arquitectura OPC cliente/servidor subyacente para transmitir las distintos categorías de

datos, tanto Cliente OPC como Servidor OPC deben incluir la misma especificación OPC para

coordinar de forma correcta el flujo de datos entre ellos y para trabajar correctamente con la

Fuente de Datos y el Cliente de Datos respectivamente.



1.6.2 Servidores OPC

¿Qué es un Servidor OPC?

Un Servidor OPC es una aplicación de software. Un driver “estandarizado” desarrollado

específicamente para cumplir con una o más especificaciones OPC.

La palabra “Server” en “OPC Server” no hace referencia en absoluto al ordenador donde este

software se estará ejecutando. Hace referencia a la relación con el Cliente OPC.

¿Qué hacen los servidores OPC?

Los Servidores OPC son conectores que se pueden asimilar a traductores entre el mundo OPC y los

protocolos nativos de una Fuente de Datos. OPC es bidireccional, esto es, los Servidores OPC

pueden leer de y escribir en una Fuente de Datos. La relación Servidor OPC/Cliente OPC es de tipo

maestro/esclavo, lo que significa que un Servidor OPC sólo transferirá datos de/a una Fuente de

Datos si un Cliente OPC así se lo pide.

¿Con qué tipos de Fuentes de Datos puede comunicar un Servidor OPC?

Los Servidores OPC pueden comunicar prácticamente con cualquier Fuente de Datos cuyos datos

puedan ser leídos o escritos por medios electrónicos. Una breve lista de posibles Fuentes de Datos

incluye: dispositivos, PLCs, DCSs, RTUs, instrumentos de medición, bases de datos, historiadores,

software de cualquier tipo (i.e. Excel), páginas web e incluso archivos CSV (texto separado por

comas) de actualización automática. Para comunicar con cualquiera de estos dispositivos se

requiere únicamente el uso de un Servidor OPC que utilice el protocolo o interfaz nativo

apropiado. Una vez que se ha configurado dicho Servidor OPC, cualquier aplicación Cliente que

utilice OPC (y tenga los permisos adecuados) puede empezar a comunicar con la Fuente de Datos

sin que importe la forma en que esta comunica de forma nativa.



¿Cómo trabaja un Servidor OPC?

Aunque los usuarios no necesitan saber nada a cerca de los entresijos de los Servidores OPC para

poder utilizarlos, una mirada a lo que ocurre tras las bambalinas puede arrojar luz al porqué puede

variar mucho la calidad y el rendimiento de Servidores OPC de distintos suministradores.

Un vistazo conceptual de cómo funciona un Servidor OPC puede ser el siguiente:

Módulo de comunicaciones OPC: Esta es la parte del Servidor OPC responsable de

comunicar adecuadamente con un Cliente OPC. Los Servidores OPC bien diseñados deben

ser plenamente compatibles con las especificaciones OPC que implementen, para asegurar

que comunican correctamente con cualquier Cliente OPC.

Módulo de comunicaciones nativas: El Servidor OPC debe emplear el método de

comunicación más eficiente con la Fuente de Datos. En algunos casos, esto implica

comunicar con la Fuente mediante su protocolo propietario de datos, mientras que en

otros casos, esto significa comunicar a través de una Interfaz de Programación de la

Aplicación (API). Típicamente, cuanta más experiencia tenga el desarrollador del Servidor

OPC con el dispositivo, mejor utilizará las posibilidades de comunicación que ofrece el

dispositivo.

Módulo de traducción/mapeado: Aquí es donde sucede toda la “magia” de un Servidor

OPC. La función de este módulo es interpretar de forma adecuada las peticiones OPC

entrantes de un Cliente OPC, convirtiéndolas en peticiones nativas que se envían a la

Fuente de Datos y viceversa. Si esto se hace eficientemente, se puede mantener al mínimo

la carga sobre la Fuente de Datos mientras se maximiza la capacidad de transmisión de

datos.



Fig. 1. 15 Anatomía conceptual de un Servidor OPC - Conceptualmente, un servidor OPC se puede desglosar en tres módulos: módulo de comunicaciones OPC, modulo de traducción /mapeado, y un módulo de

comunicaciones nativas.

¿Puede comunicar un Cliente OPC de un determinado fabricante con Servidores OPC de otros

fabricantes?

Sí, siempre que tanto el Cliente OPC como el Servidor OPC cumplan con las mismas

especificaciones OPC, deben ser capaces de comunicar entre sí, independientemente de qué

suministrador vengan.



1.6.3 Clientes OPC.

¿Qué es un Cliente OPC?

Un Cliente OPC es una pieza de software creada para comunicar con Servidores OPC. Utiliza

mensajería definida por una especificación concreta de la OPC Foundation.

¿Qué hace un Cliente OPC?

Conceptualmente Un Cliente OPC representa un destino de datos. Inician y controlan la

comunicación con Servidores OPC basados en las peticiones recibidas desde la aplicación en la que

están embebidos. Los Clientes OPC traducen las peticiones de comunicación provenientes de una

aplicación dada en la petición OPC equivalente y la envían al Servidor OPC adecuado para que la

procese. A cambio, cuando los datos OPC vuelven del Servidor OPC, el Cliente OPC los traduce al

formato nativo de la aplicación para que ésta pueda trabajar de forma adecuada con los datos.

Técnicamente: Los Clientes OPC son módulos de software utilizados por una aplicación para

permitirla comunicarse con cualquier Servidor OPC compatible visible en la red. Típicamente, los

Clientes OPC están embebidos en aplicaciones como HMIs, SCADAs, graficadores, Historiadores o

generadores de informes, convirtiéndolos en aplicaciones compatibles OPC.

Es muy común referirse a la aplicación que contiene un Cliente OPC embebido como “Cliente OPC”

a pesar de que sólo la parte que implementa OPC es el verdadero Cliente OPC.



Fig. 1. 16 Anatomía conceptual cliente OPC - Reflejando un Servidor OPC, un Cliente OPC también puede ser considerado compuesto por tres módulos: Módulo de comunicaciones OPC, Módulo de comunicaciones con

la aplicación y un Módulo de traducción/mapeado.

¿Pueden comunicar un Cliente OPC con múltiples dispositivos (Servidores OPC) de forma

simultánea?

La respuesta tiene dos partes:

Primero, semánticamente: Es importante recordar que los Clientes OPC, por su diseño, sólo son

capaces de comunicar con Servidores OPC, no con los dispositivos finales. Esta aclaración es

necesaria porque los Clientes OPC deben ser independientes de protocolos, puesto que de otra

forma caerían en la trampa dispositivo-driver del pasado.

Sí, efectivamente los Clientes OPC pueden comunicar de forma simultánea con múltiples

Servidores OPC. Esto significa que un Cliente OPC puede leer y escribir datos desde y hacia

múltiples dispositivos (Fuentes de Datos) a través de sus respectivos Servidores OPC.

Primero, semánticamente: Es importante recordar que los Clientes OPC, por su diseño, sólo son

capaces de comunicar con Servidores OPC, no con los dispositivos finales. Esta aclaración es

necesaria porque los Clientes OPC deben ser independientes de protocolos, puesto que de otra

forma caerían en la trampa dispositivo-driver del pasado.



Sí, efectivamente los Clientes OPC pueden comunicar de forma simultánea con múltiples



1. Primero, semánticamente: Es importante recordar que los Clientes OPC, por su diseño,

sólo son capaces de comunicar con Servidores OPC, no con los dispositivos finales. Esta

aclaración es necesaria porque los Clientes OPC deben ser independientes de protocolos,

puesto que de otra forma caerían en la trampa dispositivo-driver del pasado.

2. Sí, efectivamente los Clientes OPC pueden comunicar de forma simultánea con múltiples



¿Cómo trabaja un Cliente OPC?

Como se hizo con los Servidores OPC, un Cliente OPC se puede dividir conceptualmente en tres

módulos:

Módulo de comunicaciones OPC: Aunque no tan involucrado como en el Servidor OPC (en

los Servidores OPC esta parte es más compleja) es crucial para que el Cliente OPC se

comporte como debe al conectarse a un Servidor OPC, intercambiar datos con él y

desconectarse sin desestabilizar al Servidor OPC.

Módulo de comunicaciones con la aplicación: El Cliente OPC típicamente está diseñado

para trabajar en una aplicación específica, por lo que, para permitir que la información

pase de la aplicación al Servidor OPC pasando por el Cliente OPC, realiza una serie de

llamadas al interfaz para la programación de la aplicación (API). También es posible que un

Cliente OPC genérico comunique con una aplicación mediante un protocolo en lugar de

con llamadas al API siempre que la aplicación soporte ese protocolo.

Módulo de traducción/mapeado: Una de las funciones clave del Cliente OPC es la de

traducir de forma bidireccional la información que su aplicación necesita leer de o escribir

al dispositivo o Fuente de Datos.



¿Con cuántos Servidores OPC puede conectar un Cliente OPC?

La respuesta directa es: con todos aquellos con los que necesite. En la infraestructura OPC no hay

un límite teórico de a cuántos Servidores OPC puede conectar un Cliente OPC.

¿Pueden los Clientes OPC comunicar directamente con otros Clientes OPC?

No. En OPC las comunicaciones Cliente-Cliente no están definidas. Sólo se soporta la arquitectura

Cliente/Servidor. Por ello, si una aplicación debe proveer datos OPC a otros clientes, necesita tener

su propio Servidor OPC.

Este Servidor OPC permitirá a otros Clientes OPC de otras aplicaciones utilizar esta aplicación

como Fuente de Datos.

¿Dónde está instalado el Cliente OPC?

Los Clientes OPC, típicamente, están embebidos en la aplicación que los utiliza, como por ejemplo

HMIs o Historiadores. Si por alguna razón la aplicación que tenemos que utilizar no dispone de un

Cliente OPC embebido, es posible que se pueda obtener uno externo del fabricante de la

aplicación o de un tercero.

Un Cliente OPC externo a la aplicación típicamente comunicara con ella a través de uno de sus

protocolos nativos. En este caso, el Cliente OPC podría incluso no residir en el mismo ordenador

que la aplicación.



1.7 Comunicación inalámbrica.8

La comunicación inalámbrica o sin cables es aquella en la que extremos de la comunicación

(emisor/receptor) no se encuentran unidos por un medio de propagación físico, sino que se utiliza

la modulación de ondas electromagnéticas a través del espacio. En este sentido, los dispositivos

físicos sólo están presentes en los emisores y receptores de la señal, entre los cuales encontramos:

antenas, computadoras portátiles, PDA, teléfonos móviles, etc.9

Fig. 1. 17 Esquema del funcionamiento de una Red Inalámbrica.

8 Ramírez Sánchez Jesús Las redes inalámbricas, más ventajas que desventajas.

9 Huidobro Moya José Manuel, Millán Tejedor Ramón Jesús Redes de Datos y convergencia IP. Ed

Alfaomega.



1.7.1 Redes locales inalámbricas.

Una WLAN (wireless LAN) es un sistema de comunicaciones de datos que transmite y recibe datos

utilizando ondas electromagnéticas en lugar del par trenzado, coaxial o fibra óptica utilizado en las

LAN convencionales, y que proporciona conectividad inalámbrica de igual a igual o P2P (peer to

peer), dentro de un edificio, de una pequeña área residencial, urbana o campus universitario.

Las WLAN tienen su campo de aplicación específico, igual que el bluetooth, y ambas tecnologías

pueden coexistir en el mismo entorno sin interferirse gracias a los métodos de salto de frecuencia

que emplean.

1.7.2 Normalización.

El estándar 802.11 se centra en los 2 niveles inferiores del modelo OSI, el físico y el enlace de

datos. Cualquier aplicación LAN, sistema operativo en red o protocolo, incluyendo TCP/IP funciona

sobre 802.11 tan fácilmente como Ethernet.10

Fig. 1. 18 Esquema de Red WLAN.

10

Lesta Amalia, Redes WLAN Fundamentos y Aplicaciones de Seguridad. Ediciones Tecnicas Maracombo.



La principal ventaja de este tipo de redes (WLAN), que no necesitan licencia para su instalación, es

la libertad de movimientos que permite a sus usuarios, ya que la posibilidad de conexión sin hilos

entre diferentes dispositivos elimina la necesidad de compartir un espacio físico común y

soluciona las necesidades de los usuarios que requieren tener disponible información en todos los

lugares por donde puedan estar trabajando. Además, a esto se añade la ventaja de que son mucho

más sencillas de instalar que las redes de cable y permite la fácil reubicación de las terminales en

caso necesario.

1.7.3 Configuraciones.

Las WLAN admiten 2 tipos de configuración:

Red ad-hoc o peer to peer.

Es aquella en las que todos los ordenadores provistos de tarjeta de red inalámbrica pueden

comunicarse entre si directamente. Las estaciones deben verse mutuamente. La desventaja es que

tienen el área de cobertura limitada.

Red de infraestructura.

Los ordenadores provistos de tarjeta de red inalámbrica se comunican con el punto de acceso o AP

(Access point) que se conecta entre si una red inalámbrica y una red cableada.

Un AP es un dispositivo que posibilita la conexión de una estación inalámbrica con una LAN. Con

un punto de acceso, cualquier estación de este tipo puede ser rápidamente integrada a una red

cableada ya existente. Los puntos de acceso AP actúan como un concentrador switch que reciben

y envían información vía radio a los dispositivos de clientes que pueden ser e cualquier tipo,

habitualmente, un PC o PDA con una tarjeta de red inalámbrica, con o sin antena, que se instala en

uno de los slots libres o bien se enlazan a los puertos USB de los equipos.

El número de usuarios de una WLAN es prácticamente ilimitado y puede ampliarse añadiendo más

puntos de acceso.



Para que un cliente y un AP puedan comunicarse requieren tener el mismo SSID (service set

identifier), que es el nombre de la red compartida por los ordenadores. El cliente localiza el AP con

la señal más intensa, se asocia con él y configura el canal correspondiente a ese punto de acceso.

Existen potentes técnicas de autentificación, como WEP (wired equivalent privacy) y WPA (wifi

protected Access), para que a un AP únicamente se conecte los ordenadores autorizados.

1.7.4 WLAN 802.11g.

El IEEE aprobó en el año 2003 el estándar 802.11g compatible con el 802.11b, capaz de alcanzar

una velocidad de hasta 54 Mbit/s, para competir con los otros estándares que prometen

velocidades mucho más elevadas pero que son incompatibles con los equipos 802.11b ya

instalados, aunque pueden coexistir en el mismo entorno debido a que las bandas de frecuencia

que se emplean son distintas.

1.7.5 Ventajas y desventajas de las redes inalámbricas.

Algunas ventajas que ofrece una red inalámbrica son las siguientes:

• Estar basada en estándares y contar con certificación Wi-Fi.

• Instalación simple.

• Robusta y confiable.

• Escalabilidad.

• Facilidad de uso.

• Servidor Web para una administración más fácil.

• Seguridad.

• Una aplicación que detecte localidades.

• Costo de propiedad reducido.

• Fácil configuración para el usuario.



1.7.5.1 Ventajas.

Basada en estándares y con certificación Wi-Fi. El Wi-Fi es un robusto estándar de redes,

comprobado a nivel de la industria de transmisión de datos, que asegura que los productos

inalámbricos ínter operarán con otros productos certificados de Wi-Fi de otros fabricantes de

redes. Con un sistema basado en Wi-Fi, los usuarios gozarán de compatibilidad con el mayor

número de productos inalámbricos y evitarán los altos costos y la selección limitada de las

soluciones patentados por un sólo fabricante. Además, la selección de una solución inalámbrica

basada en estándares, que sea totalmente ínter operable con redes Ethernet y Fast Ethernet, le

permitirá al usuario que su red inalámbrica trabaje sin interrupciones con su sistema existente de

LAN tradicional.

Instalación simple. La solución inalámbrica debe ser del tipo plug and play; tomando solamente

unos minutos para su instalación. Al conectarla, los usuarios empezarán a gozar de inmediato de

los servicios en red. Para obtener una instalación aún más fácil, su solución deberá soportar el

protocolo denominado Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), el cual asignará

automáticamente direcciones IP a los clientes inalámbricos. En lugar de instalar un servidor DHCP

en algún aparato independiente para obtener esta capacidad de ahorro de tiempo, los usuarios

deben seleccionar hubs inalámbricos que ofrezcan servidores DHCP incorporados.

Si un usuario está agregando un sistema inalámbrico a su red Ethernet, sería una buena opción

potenciar un punto de acceso a través de cables estándares de Ethernet; esto le permitirá hacer

que el punto de acceso funcione utilizando un voltaje bajo de corriente en el mismo cable que es

usado para transmitir datos: eliminando la necesidad de tener una toma de poder local y un cable

para cada dispositivo de puntos de acceso.

Una WLAN es rápida, fácil y elimina la necesidad de tirar cables a través de paredes y techos,

permitiendo a la red llegar a puntos de difícil acceso para una LAN cableada.



Robusta y confiable. Considera soluciones inalámbricas robustas que tienen alcances de por lo

menos 100 metros. Estos sistemas les ofrecerán a los empleados de una compañía una

considerable movilidad dentro sus instalaciones. Un usuario puede optar por un sistema superior

que automáticamente detecte el ambiente, para seleccionar la mejor señal de frecuencia de radio

disponible y obtener máximos niveles de comunicaciones entre el punto de acceso y las PC cards.

Para garantizar una conectividad

A las velocidades más rápidas posibles -incluyendo largo alcance o ambientes ruidosos- el usuario

debe asegurarse que su nuevo sistema pueda hacer cambios dinámicos de velocidades, basándose

en las diferentes intensidades de señal y distancias del punto de acceso. Además, el usuario debe

seleccionar PC cards inalámbricas para computadoras portátiles que ofrezcan antenas retractables

para prevenir rupturas durante la movilización de los aparatos.

Escalabilidad. Un buen hub inalámbrico deberá soportar aproximadamente 60 usuarios

simultáneos, permitiéndole expandir su red con efectividad de costos, con simplemente instalar

tarjetas inalámbricas en computadoras adicionales e impresoras listas para ser conectadas a la

red. Las impresoras u otros dispositivos periféricos que no puedan conectarse en red tradicional,

se conectan a su red inalámbrica con un adaptador USB inalámbrico o un Ethernet Client Bridge.

Facilidad de uso. Si un usuario planea conectar múltiples puntos de acceso inalámbricos a una red

existente de cables, debe considerar una solución que ofrezca conexiones automáticas a la red.

Cuando un usuario se desplace fuera de los límites de un hub al campo de otro, una capacidad

automática de conexión a la red transferirá sus comunicaciones -sin interrupciones- al siguiente

aparato, aún al cruzar límites de routers, sin siquiera tener que reconfigurar la dirección IP

manualmente. Esto resulta ser especialmente útil para aquellas compañías con múltiples

instalaciones que están conectadas por medio de una red de área amplia (WAN). Como resultado,

los usuarios podrán movilizarse libremente -dentro de sus instalaciones y más allá- y permanecer

conectados a la red.

Servidor Web para una administración más fácil. Un usuario simplificará la administración de su

red inalámbrica si selecciona un punto de acceso con un servidor Web incorporado. Esto le

permitirá acceder y definir parámetros de configuración, monitorear el rendimiento y hacer

diagnósticos desde un navegador Web.



Seguridad. Si un usuario escoge una solución inalámbrica que ofrezca múltiples niveles de

seguridad, incluyendo encriptación y autenticación de usuarios. Una solución segura es utilizar una

encriptación de por lo menos 40 bits. Sin embargo, para su facilidad de uso y para una protección

más fuerte, se debe seleccionar una solución superior que automáticamente genere una clave

nueva de 128 bits para cada sesión de red inalámbrica, sin tener que ingresar la clave

manualmente. Además, el usuario debe considerar un sistema que ofrezca autenticación del

usuario, requiriendo que los trabajadores presenten una contraseña antes de acceder la red.

Una aplicación que detecte localidades. Una solución de redes inalámbricas deberá incluir una

aplicación para la detección de instalaciones. Esta aplicación podrá ayudar al usuario a determinar

la posición óptima de los hubs inalámbricos y el número de hubs que necesita para soportar a sus

usuarios. Además, ayudará a implementar una solución inalámbrica en forma efectiva y eficiente.

Costo de propiedad reducido. Mientras que la inversión inicial requerida para una red inalámbrica

puede ser más alta que el costo en hardware de una LAN, la inversión de toda la instalación y el

costo durante el ciclo de vida pueden ser significativamente inferiores, ya que en ambientes

dinámicos se requieren acciones y movimientos frecuentes, lo cual abarata los costos debido a

que no hay instalaciones físicas.

Facilidad de configuración para el usuario. La persona que se va a conectar a la red sólo tiene que

poner la llave de acceso en caso de que se tenga alguna seguridad configurada, si la red está

abierta no es necesario configurar nada, pues la tarjeta detecta la red automáticamente.

1.7.5.2 Desventajas.

Los inconvenientes o desventajas que tienen las redes de este tipo se derivan fundamentalmente

de encontrarnos en un periodo transitorio de introducción, donde faltan estándares que permitan

trasmisiones más rápidas, por otro lado hay dudas de que algunos sistemas pueden llegar a afectar

a la salud de los usuarios, también no está clara la obtención de licencias para las que utilizan el

espectro radioeléctrico y son muy pocas las que presentan compatibilidad con los estándares de

las redes fijas, sin embargo, se ha estado trabajando en ello, logrando hasta el momento un gran

avance que ha permitido la implementación cada vez más de este tipo de comunicación.



Algunas otras desventajas que se derivan por la implementación de redes inalámbricas son las que

se mencionan a continuación.

Interferencias. Se pueden ocasionar por teléfonos inalámbricos que operen a la misma frecuencia,

también puede ser por redes inalámbricas cercanas o incluso por otros equipos conectados

inalámbricamente a la misma red.

Velocidad. Las redes cableadas alcanzan la velocidad de 100 Mbps, mientras que las redes

inalámbricas alcanzan cuando mucho 54 Mbps.

Seguridad. En una red cableada es necesario tener acceso al medio que transmite la información

mientras que en la red inalámbrica el medio de transmisión es el aire.

1.7.6 Aplicaciones Wireless Industrial

La comunicación industrial es una de las claves para aumentar la eficiencia, reducir los costes

totales de propiedad y mejorar la productividad. El enorme potencial de esta tecnología,

particularmente en su variante inalámbrica, abre nuevas perspectivas, desde la modernización

parcial de una planta o máquina hasta la optimización de complejos procesos logísticos o de

producción.

Monitoreo de equipos y procesos.

Monitoreo ambiental, gestión de energía, cumplimiento regulatorio.

Gestión de activos, mantenimiento predictivo, diagnóstico avanzado.

Control de circuito cerrado (cuando se apropiado).

Transferencia de los datos vía inalámbrica entre las cintas transportadoras y el sistema de

control.

Vigilancia del transporte y la carga de los carros portachatarra sobre carriles, con cálculo

exacto del consumo/stock.

Conexión inalámbrica de dos grúas de transporte automatizadas.



1.8 Protocolos industriales.11

En las redes de computadoras, la comunicación se lleva a cabo entre distintas entidades de

distintos sistemas. Una entidad es cualquier cosa capaz de recibir o enviar información. Algunos

ejemplos incluyen programas de aplicación, paquetes de transferencia de archivos, navegadores,

sistema de gestión de base de datos y software de correo electrónico. Un sistema es un objeto

físico que contiene una o más entidades. Algunos ejemplos incluyen los computadores y

terminales.

Pero no basta con que dos entidades se envíen flujo de bits entre si para que se entiendan. Para

que exista comunicación las entidades deben estar de acuerdo en un protocolo.

Un protocolo es un conjunto de reglas que gobiernan la comunicación de datos, define que se

comunica, como se comunica y cuando se comunica. Los elementos clave de un protocolo son sus

sintaxis, su semántica y su temporización.

Sintaxis.- se refiere a la estructura del formato de los datos, es decir, el orden en el cual se

presenta. Por ejemplo un protocolo sencillo podría esperar que los primeros ocho bits de

datos fueran la dirección del emisor, los segundos ocho bits, la dirección del receptor y el

resto del flujo fuera el mensaje en sí.

Semántica.- se refiere al significado de cada sección de bits, ¿Cómo se interpreta un

determinado patrón y que acción se toma en base a dicha representación? Por ejemplo,

¿Una dirección identifica una ruta o destino final del mensaje?

Temporización.- define dos características cuando se deberían enviar los datos y con qué

rapidez deberían ser enviados por ejemplo, si un emisor produce datos a una velocidad de

100 Mbps, pero el receptor puede procesar datos a 1 Mbps, la transmisión se recargara al

receptor y se perderán gran cantidad de datos.

11 Behrouz A. Forouzan, Transmisión de datos y redes de comunicaciones, 2da. Edición, Ed. McGraw Hill



1.8.1 TCP/IP.

La familia de protocolos TCP/IP utilizada en internet, se desarrolló antes que el modelo OSI. Por

tanto los niveles del protocolo de control de transmisión/protocolo de red (TCP/IP) no coinciden

con los del modelo OSI. La familia de protocolos TCP/IP está compuesta por cinco niveles:

Físico

Enlace de datos

Red

Transporte

Aplicación

Los primeros cuatro niveles proporcionan estándares físicos, interfaces de red, conexión entre

redes y funciones de transporte que se corresponden con los cuatro primeros niveles del modelo

OSI. Sin embargo, los tres modelos superiores del modelo OSI están representados en TCP/IP

mediantes un único nivel denominado nivel de aplicación.

Fig. 1. 19 Comparación TCP/IP y modelo OSI.



TCP/IP es un protocolo jerárquico compuesto por módulos interactivos, cada uno de los cuales

proporciona una funcionalidad específica, pero que no son necesariamente interdependientes.

Mientras el Modelo OSI especifica que funciones pertenecen a cada uno de sus niveles, los niveles

de la familia TCP/IP, contienen protocolos relativamente independientes que se pueden mezclar y

hacer coincidir dependiendo de las necesidades del sistema. EL termino jerárquico significa que

cada protocolo de nivel superior esta soportado por uno o mas protocolos de nivel inferior.

TCP/IP define dos protocolos en el nivel de transporte:

Protocolo de control de transmisión (TCP)

Protocolo de datagramas de usuario (UDP)

En el nivel de red, el principal protocolo definido por TCP/IP es el protocolo de redes (IP), aunque

hay algunos otros protocolos que proporcionan movimientos de datos en este nivel.

Fig. 1. 20 Comparación de las capas entre Modelo OSI y TCP/IP.



1.9 Web server.12

La industria analiza constantemente el concepto de servidor web con la finalidad de hacer la

experiencia de navegar en Internet lo más entretenida y gratificante posible.

El servidor puede ser visto como el equipo que se utiliza por la empresa de alojamiento web para

almacenar la información de los sitios web de sus clientes.

Concepto

Un servidor web es un programa que sirve para atender y responder a las diferentes peticiones de

los navegadores, proporcionando los recursos que soliciten usando el protocolo HTTP o el

protocolo HTTPS (la versión cifrada y autenticada). Un servidor web básico cuenta con un esquema

de funcionamiento muy simple, basado en ejecutar infinitamente el siguiente bucle:

Espera peticiones en el puerto TCP indicado (el estándar por defecto para HTTP es el 80).

Recibe una petición.

Busca el recurso.

Envía el recurso utilizando la misma conexión por la que recibió petición.

Vuelve al segundo punto.

Un servidor web que siga el esquema anterior cumplirá todos los requisitos básicos de los

servidores HTTP, aunque sólo podrá servir ficheros estáticos.

A partir del anterior esquema se han diseñado y desarrollado todos los servidores de HTTP que

existen, variando sólo el tipo de peticiones (páginas estáticas, CGIs, Servlets, etc.) que pueden

atender, en función de que sean o no sean multi-proceso o multi-hilados, etc.

12

http://www.cibernetia.com/manuales/instalacion_servidor_web/1_conceptos_basicos.php



1.10 LabView® de national instruments.

LabView®13 es una herramienta diseñada especialmente para monitorear, controlar, automatizar

y realizar cálculos complejos de señales analógicas y digitales capturadas a través de adquisición

de datos, puestos serie y GPIBs (Buses de Intercambio de Propósito General).

Es un lenguaje de programación de propósito general, como es el Lenguaje C o Basic, pero con la

característica que es totalmente gráfico, facilitando de esta manera el entendimiento y manejo de

dicho lenguaje para el diseñador y programador de aplicaciones tipo SCADA.

Incluye librerías para la adquisición, análisis, presentación y almacenamiento de datos, GPIB y

puertos serie. Además de otras presentaciones, como la conectividad con otros programas, por

ejemplo de cálculo o de programación de PLC’s.

Está basado en la programación modular, lo que permite crear tareas muy complicadas a partir de

módulos o sub-módulos mucho más sencillos. Además estos módulos pueden ser usados en otras

tareas, con lo cual permite una programación más rápida y provechosa.

Fig. 1. 21 National Instruments LabView®.

13

Sitio Web de National Instruments LabView www.ni.com/labview



Adquisición de datos

Hay varios tipos de sistemas de adquisición de datos. Los Data Loggers son sistemas que operan de

forma independiente (stand-alone); la única función del ordenador es el volcado de los datos

adquiridos. Las tarjetas DAQ (Data Acquisition) no operan de forma independiente, sino que

necesitan un ordenador para gobernarlas. Las hay internas que usan como interfaces más

habituales PCI, PXI o PCI Express, externas como USB o RS-232 e incluso inalámbricas.

Las capacidades comunes que suelen tener las DAQ son:

Adquisición de señales analógicas.

Generación de señales analógicas.

Generación y adquisición de señales digitales.

Contadores y timers.

Conversión a digital

El paso clave en la adquisición de datos es la digitalización. Para ello, se emplea un circuito de

muestreo y retención (Sample and Hold) que captura una tensión de la entrada y la mantiene

estable el tiempo necesario para que el conversor analógico a digital pueda calcular el valor de su

salida. La tensión ha sido previamente escalada por un amplificador de ganancia programable para

ajustarse lo máximo posible al rango del conversor.

Muestrear una señal es obtener el valor de la misma en ciertos momentos; esos valores son

muestras de la señal o samples. Es una adquisición continua se puede considerar por simplicidad

que el tiempo entre una muestra y la siguiente será constante; es lo que se denomina frecuencia

de muestreo. En Fig. 1.22 (a) puede verse este proceso, los puntos sobre la curva representan los

samples, el valor en esos puntos será el que le llegue al conversor analógico a digital.

El otro paso es la codificación del valor muestreado a su representación digital. Para esto se divide

todo el rango de tensiones de entrada del conversor en varios niveles y a cada uno de ellos se

asocia un código binario. Si el conversor tiene muchos niveles para codificar la señal necesitará

mas bits para codificar cada nivel, pero tendrá una mayor fidelidad al reproducir la señal. Al haber

un número de niveles finito, se producirá un error que corresponde a la diferencia entre el valor



real de la señal analógica y el valor discreto que le es asignado. Este error se denomina error de

cuantificación y es uno de los muchos errores que puede haber en un sistema de adquisición. En la

Fig. 1.22 (b) se ha mostrado este proceso usando ocho niveles.

Fig. 1. 22 Codificación de una señal.

DataSocket

DataSocket es un método que hace que la comunicación entre aplicaciones a través de la red sea

más sencilla (de más alto nivel) que con las funciones TCP o UDP y más flexible que los paneles

remotos o la web.

DataSocket se compone de un API y un servidor. EL API proporciona las funciones para compartir

datos de forma binaria y el servidor maneja las conexiones con los clientes.

La comunicación funciona sobre varios protocolos.

DSTP (DataSocket Transfer Protocol). Es un protocolo que funciona sobre TCP/IP diseñado

específicamente para Data Socket. En él intervienen tres elementos: DataSocket Server (3015), un

publicador (Publisher) y un suscriptor (Subscriber). Los publicadores envían datos al servidor

usando el API y los suscriptores los leen. Tanto los publicadores como los suscriptores son clientes

del servidor. Las direcciones del protocolo DSTP son de la forma: dstp://nombreMaquina/datos



OPC (OLE for Process Control). Se usa de forma parecida a DSTP. En lugar de DataSocket Server usa

un servidor OPC (el mecanismo para administrar variables compartidas es un servidor OPC). OPC

es un estándar de comunicación entre controladores industriales. Las direcciones son

opc://nombreMaquina/nombreServidor/datos. Estas direcciones admiten parámetros para

configurar el funcionamiento de la comunicación OPC. Esta comunicación esta específicamente

diseñada para compartir datos en tiempo real.14

1.11 Señales.

Señales Analógicas y Digitales

Al igual que la información que representan, las señales pueden ser también analógicas y

digitales. Una señal analógica es una forma de onda continua que cambia suavemente en el

tiempo. A medida que la ondea se mueve de A a B, pasa a través de, e incluye un número infinito

de valores en su camino. Por el contrario, una señal digital es discreta. Solamente puede tener un

número de valores definidos, a menudo tan simples como ceros y unos. La transición entre los

valores de una señal digital es instantánea como una luz que se enciende y se apaga.

Habitualmente las señales se ilustran imprimiéndolas sobre un par de ejes perpendiculares. El eje

vertical representa el valor o la potencia de la señal. El eje horizontal representa el paso del

tiempo. La Figura 2.19 ilustra una señal analógica y una señal digital.

14 LabVIEW Entorno gráfico de programación Jose Rafael Lajara Vizcaino/José Pelegrí Sebastiá 2a

Edición



Fig. 1. 23 Señal Analógica y Señal Digital.



Capítulo 2 Maqueta prototipo.

2.1 Especificaciones y arquitectura del sistema.

En la actualidad resulta importante el uso de redes en los equipos de Automatización industrial

por los beneficios que aportan a un sistema de monitoreo, sin embargo, la comunicación entre un

equipo de cómputo y el PLC se realiza empleando una conexión directa que ha ido evolucionando

desde la interfaz RS-232 con protocolo serial, hasta redes basadas en TCP/IP con paradigma cliente

servidor.

Los niveles de comunicación que se da entre distintos elementos, puede ser cambiante, en ciertos

momentos, una entidad puede comportarse como cliente y en otro servidor, debido básicamente

a los esquemas de comunicación establecidos:

Entre la aplicación y PLC.

Entre PLC´s.

Entre aplicación SCADA y otras aplicaciones generales.



2.2 Diagrama de la red Ethernet.

Como se muestra en la Figura 2.1, el diagrama de la red aplicada de tipo estrella utiliza un Access

Point Infosmart en lugar de un Switch no administrable, con la finalidad de tener una mejor

distribución en la red o un control mas apropiado, cabe mencionar que el modelo seleccionado

carece de algunas características importantes en un switch de alto rendimiento, pero con las

características disponibles se definió que el AP se adecua al proyecto, además de incorporar la

opción de comunicación inalámbrica, el cual estará conectado al PLC MicroLogix 1400 de Allen

Bradley con un enlace mediante un cable el PLC cuenta con características especificas en el

entorno de la comunicación, ya que tiene la función del Web Server, este permite visualizar los

registros del controlador y finalmente una estación de trabajo, que al ser una PC de ultima

generación implementa tecnologías recientes y el uso de una red Broadcom con el estándar

802.11n le brinda la capacidad de un enlace con propiedades importantes en la tecnología

Wireless, y finalmente la PC cuenta con las capacidades necesarias para agregar una maquina

virtual y poder utilizar software con la cual se desarrollara el algoritmo y el HMI.

En el caso de la maqueta prototipo se puede utilizar una segunda PC haciendo mención que esta

PC debe contar con características similares o delimitar si solo será para el monitoreo y su uso

como interfaz del HMI o su uso de estación de trabajo y realizar operaciones de programación.



Fig. 2.1 Diagrama de Red.



2.3 Características principales de los dispositivos utilizados.

2.3.1 PLC.

En el sector industrial siempre ha sido un reto poder incorporar o llevar de la mano un buen

sistema de comunicación con un sistema de control y cada vez las redes existentes necesitan

equipos con características y funciones que incorporen las tecnologías mas recientes el uso del

PLC MicroLogix® 1400 de Allen Bradley, en general proporciona las características fundamentales

de MIcroLogix 1100 EtherNet/IP pero agregando el uso de la edición en línea y la capacidad del

monitoreo y control vía Web Server.

Sus características principales son:

• El puerto Ethernet proporciona capacidad de servidor web y de correo electrónico, así

como soporte del protocolo DNP3

• La LCD incorporada con luz de retroiluminación permite ver el estado del controlador y

de las E/S

• La LCD incorporada proporciona una interface simple para mensajes, monitoreo de

bits/números enteros y manejo

• Amplía las capacidades de la aplicación con el soporte para un máximo de siete

módulos de expansión de E/S MicroLogix 1762 con 256 E/S discretas

• Dos puertos serie con soporte de los protocolos DF1, DH-485, Modbus RTU, DNP3 y

ASCII

Allen Bradley MicroLogix® 140015 (Fig. 2.2) de Rockwell Automation forma parte de la familia de

gama baja de los controladores lógicos programables Micrologix®.

15

Sitio Web de AllenBradley Micrologix 1400 : http://ab.rockwellautomation.com/Programmable-Controllers/MicroLogix-1400



Fig. 2.2 Allen Bradley MicroLogix® 1400 RA.

Además se tiene la ventaja de que mediante la pantalla LCD se puede establecer la configuración

de red Ethernet, muestra valores punto flotante de usuario, muestra logos OEM al arranque y

lectura o escritura.

De igual forma que resto de la familia de los MicroLogix®, el MicroLogix® 1400 se programa con

el software RSLogix 500 (versión 8.1 o superior). En la Tabla 1 se muestran las especificaciones del

PLC MicroLogix® 1400.



Tabla 1 Especificaciones del Producto MicroLogix® 1400.

Comunicación

El PLC MicroLogix 1400 incluye un puerto aislado RS-232C/RS-485, un puerto Ethernet RJ45, y un

puerto no aislado RS-232C. Los puertos pueden ser utilizados para diferentes tipos de

comunicación.

Tabla 2 Puertos de Comunicación PLC Micrologix 140016

Comunicación Descripción

Communication channel 0 Isolated RS-232C and RS-485 electrical compatibility (on separate pins)

• Use the RS-485 cable (1763-NC01) to interface directly to RS-485 networks. • DF1 full-duplex, DF1 half-duplex master and slave, DF1 radio modem. • DH-485; If you use RS-232C port and existing cables, an Advanced Interface Converter (1761-NET-AIC) and external power is required for networking. DH-485 is also supported directly using the RS-485 cable (1763-NC01) on this port. • Modbus RTU master and RTU slave; If you use RS-232C port and existing cables, an Advanced Interface Converter (1761-NET-AIC) and external power is required for networking. Modbus RTU networking is also supported directly using the RS-485 cable (1763-NC01) on this port. • DNP3 slave. • ASCII.

Communication channel 1 RJ45 port supports EtherNet/IP for peer-to-

• 10/100 Mbps port with support for BOOTP, DHCP, and SNMP capability directly from the controller. • Automatically assign IP address through DHCP or BOOTP, or

16

http://ab.rockwellautomation.com/es/Programmable-Controllers/MicroLogix-1400

http://ab.rockwellautomation.com/es/Programmable-Controllers/MicroLogix-1400



peer messaging configure using RSLogix 500 programming software. • Monitor your IP address through the LCD Display (or use the write-on nameplate). • Supports CIP as well as DNP3 over IP and Modbus TCP/IP. • Allows controllers to exchange data with other controllers through messaging; does not support scanning of I/O on Ethernet adapters.

Communication channel 2 Non-isolated RS-232C port

• DF1 full-duplex, DF1 half-duplex master and slave, DF1 radio modem. • DH-485; an Advanced Interface Converter (1761-NET-AIC) and external power is required for networking. • Modbus RTU master and RTU slave; an Advanced Interface Converter (1761-NET-AIC) and external power is required for networking. • DNP3 slave. • ASCII.



2.3.2 Equipo de cómputo.

En la Figura 2.3 se observa la Gateway® NV52L04m, un equipo de cómputo de última generación,

la cual integra una tarjeta gráfica capaz de soportar el procesamiento en cuanto al uso del

software de programación y el uso del mismo equipo para realizar el diseño del HMI.

Fig. 2.3 Equipo de cómputo Gateway®17 NV52L04m.

Cuenta con un puerto Ethernet (RJ-45) para poder realizar la comunicación y configuración de los

equipos PLC y Access Point utilizados en la maqueta prototipo.

Tabla 3 Especificaciones del Producto Gateway NV52L04m.

Gat

ew

ay

NV52L04m AMD Dual-Core Processor A6-440M

4Gb DDR3 Memory AMD Radeon HD 7520G with 512 Graphics System Memory

802.11 b/g/n 750 GB HDD 15.6” 16:9 HD LED LCD

La estación de trabajo, en la cual se desarrollo el algoritmo de programación, el HMI cuenta con

una tarjeta de red inalámbrica Broadcom y presenta una tecnología incorporada recientemente

para redes de uso domestico, la cual se denomina 802.11n. La misma intenta evolucionar la forma

de comunicación wireless y sus desventajas en cuanto a transferencia se refieren, el uso de este

nuevo estándar en las comunicaciones permite incorporar tecnología MIMO (Multiple Input –

17

Sitio Web Gateway México : http://mx.gateway.com/gw/es/MX/content/nv-series/nv-series



Multiple Output) y ser posible el intercambio de información de distintos dispositivos con una

base central, la cual presenta ventajas de la tecnología wireless como lo son:

Las principales características promocionales del 802.11n son:

• MIMO (Multi-In, Multi-Out) generando canales de trafico simultáneos entre las

diferentes antenas de los productos 802.11n.

• Canales de 20 y 40 Hz (Lo que permite incrementar enormemente la velocidad).

• El uso de las bandas de 2,4 y 5 Ghz simultáneamente.

• Mayor cobertura que el uso del estándar 82.11b como se ve en la Figura siguiente.

Fig. 2. 4 Cobertura Wireless 802.11n.



2.3.3 Access point wireless.

El uso de la tecnología Wireless, cada vez toma más importancia en el entorno industrial, ya que

nos permite sustituir el cable necesario para realizar la comunicación con los dispositivos

existentes en la red, además de ser más flexible y brindar mayor movilidad, debido a que no se

necesita un lugar específico para nuestras estaciones de trabajo o dispositivos con esta tecnología.

Se busca implementar esta arquitectura en este proyecto, ya que este tipo de redes por sus

características permite colocarlas en edificios o en lugares donde no es posible por condiciones de

seguridad, hacer trabajo civil en la estructura, y aun con esta tecnología se conserva grandes tasas

de transferencia, así como velocidades nominales para dicha transferencia.

En la Tabla 4 se muestran las especificaciones del Access Point Infosmart® Super G.

Tabla 4 Especificaciones de Access Point Infosmart® Super G.

Marca Especificaciones

Infosmart® Super G Series

Wireless LAN 4Port Broadband

Router.

Compatible con los estándares IEEE 802.11g y 802.11b.

Alto sistema de encriptación WEP y 802.11X.

Velocidades de transferencia de hasta 54Mbps para el

estándar 802.11g y 11 Mbps para el 802.11b.

Configuración fácil basada en herramientas Web.

Fig. 2.5 Access Point wireless Infosmart®.



2.3.4 HMI.

EL HMI a utilizar se realizó en el equipo de cómputo antes mencionado, y se eligió el uso del

mismo equipo para su visualización, así mismo se propone el uso de dispositivos que cuenten con

un navegador de Internet en su más reciente versión, de preferencia con puerto Ethernet o una

tarjeta inalámbrica (Wireless), para poder realizar la conexión con un Access Point y así recibir y

transmitir la información proporcionada por el operario del HMI o los datos obtenidos por el PLC.

Funciones de un Software HMI

Monitoreo. Es la habilidad de obtener y mostrar datos de la planta en tiempo real. Estos

datos se pueden mostrar como números, texto o gráficos que permitan una lectura más

fácil de interpretar.

Supervisión. Esta función permite junto con el monitoreo la posibilidad de ajustar las

condiciones de trabajo del proceso directamente desde la computadora.

Alarmas. Es la capacidad de reconocer eventos excepcionales dentro del proceso y

reportar estos eventos. Las alarmas son reportadas basadas en límites de control

preestablecidos.

Control. Es la capacidad de aplicar algoritmos que ajustan los valores del proceso y así

mantener estos valores dentro de ciertos límites. El control va mas haya del control de

supervisión removiendo la necesidad de la interacción humana. Sin embargo la aplicación

de esta función desde un software corriendo en una PC puede quedar limitada por la

confiabilidad que quiera obtenerse del sistema.

Históricos. Es la capacidad de muestrear y almacenar en archivos, datos del proceso a una

determinada frecuencia. Este almacenamiento de datos es una poderosa herramienta

para la optimización y corrección de procesos



2.4 Estructura de la maqueta prototipo.

En la Figura 2.6, se observa, el Diagrama eléctrico desde la acometida hasta el circuito de 127 V,

además de la fuente de alimentación del PLC.

Fig. 2.6 Diagrama eléctrico.

En la Figura 2.7 Se muestran los diagramas de entradas analógicas y del PLC. Las entradas digitales

corresponden directamente a las que se ubican en el PLC; mientras que las entradas analógicas se

encuentran en un módulo de expansión.



Fig. 2.7 Diagrama de Entradas.



En la fabricación de la maqueta prototipo se debe contemplar los dispositivos a utilizar, conocer

sus características principales, así como las condiciones de operación de los mismos. Se debe

determinar la ubicación física propicia para colocar tanto los equipos principales como los

elementos complementarios dentro de la maqueta.

Así mismo para el diseño y construcción de la maqueta se debe tomar las siguientes

consideraciones:

Etapa de potencia: es la encargada de la ubicación de las líneas vivas de electricidad por la

cual los equipos primarios serán energizados y puestos en operación.

Etapa de control: se ubicaran el cableado encargado de llevar la información para las

decisiones de control tomadas por el operario o por el PLC.

Distribución de equipos: se debe considerar que durante la construcción de la maqueta

prototipo, es apreciado como un esquema eléctrico el cual se puede leer de izquierda a

derecha y de arriba abajo, con esto se logra determinar que las canaletas, clemas y riel

din, donde se dispone ubicar las tiradas de cable y conexiones del mismo.



2.5 Construcción.

2.5.1 Primera etapa.

Ubicación de los elementos primarios y complementarios del sistema dentro de la maqueta

prototipo, para un mejor reconocimiento de la distribución y dimensionamiento de los mismos.

Tomando en cuenta el seguimiento del cableado a ocupar, tanto en etapa de potencia como etapa

de control.

Verificar el Diagrama eléctrico y la distribución de entradas y salidas digitales y analógicas, de la

maqueta prototipo para poder realizar una distribución adecuada, y tener presente el uso de

protección eléctrica adecuada. Véase las Figuras 2.1 y Figura 2.2.

2.5.2 Segunda etapa.

Una vez ubicados los dispositivos principales y los elementos complementarios se procede a la

perforación de la platina o el marco, donde se ubica el riel DIN este alojara al PLC y los módulos de

E/S analógicas, se debe colocar una clema tope Figura 2.8, para asegurar que estos dispositivos no

se muevan del lugar indicado.

Fig. 2.8 Clema Tope.



En el siguiente segmento de la maqueta prototipo se colocaran las clemas para la instrumentación

necesaria para el proceso como se muestra en la Figura 2.9 y poder tener el cableado necesario

que llegue hasta el PLC y de igual manera se dirija desde las salidas del mismo PLC, esto con la

debida atención para poder delimitar de una mejor manera el cableado de las señales obtenidas, y

además tener en cuenta tanto la etapa de potencia como la etapa de control y que estas no

tengan algún punto donde se pueda presentar una interferencia. Todo el cableado necesario se

llevara por canaletas plásticas, esto con la finalidad de proteger al mismo y tener una mejor

distribución.

Fig. 2. 9 Clemas Común Negativo. El sistema cuenta con protección para evitar fallos mayores, la etapa de protección está dada por

Clemas portafusiles Figura 2.10, las cuales permiten el paso de la tensión hacia la alimentación del

PLC.

Fig. 2. 10 Clemas con Fusible.



2.6 Cableado.


Una vez ubicadas las clemas y con una selección optima de dichos elementos se procede a realizar

las tiradas dentro de las canaletas estas serán trayectorias desde las clemas-nodos, mismas que

tendrán las tiradas de la instrumentación en campo y se llevaran hacia el PLC, tomando las

medidas necesarias y tomando un spear18, por cualquier posible modificación en la maqueta

prototipo.

Fig. 2. 11 Maqueta prototipo sin Fuente de alimentación y PLC.

18

Spear.- excedente que se presenta para alguna modificación o reubicación de ciertos elementos.




La secuencia del cableado será una vez ubicadas las trayectorias y las medidas correspondientes

del cableado, se procede a pelar un extremo del cable a utilizar y se le agregara una punta espada

mostrado en la Figura 2.11, este elemento facilita la instalación tanto en las clemas como en el PLC

y se garantiza que el tornillo que sujetara el cableado no se presentara un falso contacto o una

desconexión por algún motivo, ya que este conector como tal es ponchado mostrado en la Figura

2.12 y se instalara en las clemas y conexiones del PLC, véase la Figura 2.13.

Fig. 2. 12 Punta Espada.



Fig. 2. 13 Punta Espada Ponchada.

En las Figuras 2.14 y 2.15 se puede observar todo el cableado distribuido en las canaletas plásticas

y el grupo de cables sujetos por cinchos para una mejor presentación.

Fig. 2. 14 Cableado de Clemas.



Fig. 2. 15 Cable a través de la canaleta.

2.6.3 Tercera etapa.

Una vez concluida la etapa anterior, se realizó la etapa de potencia para poder energizar nuestro

dispositivos primarios, estas trayectorias necesitan tener una ubicación diferente con las de

control, y en caso de no ser posible tener el menor contacto con dichas líneas, además afirmar que

la alimentación de la fuente y del PLC sea segura, la distribución se muestra en la Figura 2.16.

Anexando que todos los dispositivos ubicados en la maqueta prototipo se deben aterrizar para

garantizar la protección del usuario y de los equipos.

Fig. 2. 16 Interruptor principal y ubicación física del PLC.



2.7 Pruebas finales de construcción a la Maqueta Prototipo.

Una vez finalizado el cableado tanto de la etapa de control como de la etapa de potencia se

procedió a realizar las pruebas finales, esto con la finalidad de garantizar que cualquier

movimiento no presentara la desconexión del cableado realizado, además garantizar que al

energizar la maqueta no se presentara ningún corto eléctrico y mucho menos alguna lesión a los

usuarios de la misma.

Posteriormente con la ayuda de un multímetro digital se realizaron pruebas de continuidad, véase

las Figuras 2.17, 2.18 y 2.19, así como pruebas de voltajes máximos y mínimos. Esto con el

propósito de que los dispositivos primarios trabajen en óptimas condiciones y no sean expuestos a

una sobrecarga.

Fig. 2. 17 Pruebas de continuidad en interruptor principal.



Fig. 2. 18 Pruebas de continuidad en clemas.

Fig. 2. 19 Prueba de continuidad Módulos de entradas analógicas / Clemas.



2.8 Pruebas.


Una vez finalizada la maqueta prototipo se verifica el cableado, distribución y que las conexiones

realizadas se encuentren en las condiciones óptimas para su operación, en la Figura 2.20 se puede

observar la inspección de todas las conexiones y tomando la precaución de no conectar el PLC, en

caso de algún efecto eléctrico no deseado.

Fig. 2. 20 Maqueta prototipo PLC micrologix® 1400.



Fig. 2. 21Maqueta-prototipo ensamblada.

Se verifico la conectividad entre el PLC y PC, así como que la transferencia de datos no se viera

interrumpida o con un flujo intermitente, esto con la finalidad de garantizar un monitoreo

eficiente para mejorar las respuestas de control que el usuario o responsable solicite. En la Figura

2.22 se observa cómo e PLC es forzado para realizar alguna acción solicitada

Fig. 2.22 Pantalla PLC Micrologix® 1400.




La última etapa realizada y ya con la maqueta montada en la ubicación asignada para este

proyecto, así como el desarrollo del HMI terminado, es proceder a establecer la comunicación

desde el PLC.

2.9 Configuración comunicación del PLC.

La configuración del PLC es primordial, debido a que es la pieza fundamental para poder ingresar

el mismo a la red, y poder realizar la configuración del OPC Server, la lógica de programación y

realizar pruebas de comunicación y pruebas del sistema en general.

En la Figura 2.23 se muestra la ubicación del conector RJ-45 con el cual se establecerá la

comunicación hacia el PLC, y con el cual se configuraran parámetros de comunicación, igualmente

lograr la lógica de programación deseada.

Fig. 2.23 Ubicación del conector RJ-45 en el PLC Micrologix® 1400.



Una vez ubicado el conector, y con la ayuda de un cable UTP cat. 5e, se procede a conectar el PLC

y la estación de trabajo Figura 2.24, anticipadamente se configuro la red de la PC a utilizar,

asignando la IP y mascara de subred adecuada.

Fig. 2.24 Comunicación Alámbrica mediante Interfaz Ethernet, en PLC Micrologix® 1400.

2.9.1 IP Configuración

La dirección IP identifica cada nodo en la red IP o sistema de conectado redes. Cada nodo TCP / IP

en una red debe tener una dirección IP única. La Dirección IP de 32 bits de largo como y tiene una

parte de identificación de la red y la parte de host ID como se puede observar en la Figura 2.25.

Fig. 2.25 Tipos de clase existentes para una red LAN.



Cada nodo en la misma red física deben tener una dirección IP de la misma clase y debe tener el

mismo ID de red. Cada nodo en la misma red deben tener una dirección diferente local

(identificador de host), lo cual le da una dirección IP única. Las direcciones IP se escriben como

cuatro enteros decimales (0... 255) separados por puntos donde cada número entero da el valor

de un byte de la dirección IP.

Las direcciones IP públicas son para ordenadores y dispositivos conectados a Internet. Los

dispositivos en redes industriales no están conectados a la Internet, pero comunicarse entre sí por

una red Ethernet / IP. Estos dispositivos utilizan direcciones IP privadas que no se enrutan a través

de Internet.

Las direcciones IP privadas típicamente comienzan con 10, 172, o 192 como la primera parte de la

dirección. Las direcciones IP privadas están típicamente conectadas a la Internet a través de un

Network Address Translation (NAT).

Si el PLC no cuenta con una IP o la configuración de la red es distinta a la necesaria, se deberá

utilizar BOOTP/DHCP software, el cual permite asignar una IP y una Máscara de Subred véase la

Figura 2.26 y 2.27 respectivamente, estos parámetros nos permiten comunicarnos y poder realizar

la lógica de programación.

2.9.2 ¿Qué es el protocolo BOOTP?

Para que un host (dispositivo que tiene instalado el software TCP/IP) intercambie datos con otros

hosts, cada host debe tener su propia dirección IP. El protocolo BOOTP es una manera simple de

asignar direcciones IP a los hosts. El protocolo BOOTP se escribió para proporcionar configuración

IP y servicio de arranque a computadoras sin disco duro, de allí el nombre de BOOTP

(bootstrapping protocol, protocolo de arranque). El host solicitante envía un pedido BOOTP, el

cual es respondido por un servidor BOOTP que tiene la configuración apropiada para la estación

solicitante.



2.9.3 ¿Qué es DHCP?

El protocolo BOOTP brinda direcciones IP fijas: un dispositivo determinado recibe siempre la

misma dirección IP. Esto sirve para muchas redes pequeñas, como las utilizadas a menudo para

control industrial, pero es desaconsejable para sistemas mayores, como la internet. El DHCP

(Dynamic Host Configuration Protocol, protocolo de configuración dinámica de host) es un

desarrollo de BOOTP que otorga mucha más flexibilidad. Su formato es básicamente el mismo. El

protocolo BOOTP tiene un campo específico para el suministrador que a menudo no se usa. La

especificación DHCP define una cierta secuencia de bytes en el inicio de este campo como una

“magic cookie”. Si el software DHCP encuentra la “magic cookie”, interpreta el resto de este

campo como opciones DHCP. Si la “magic cookie” está ausente, o el paquete es recibido por un

software que sólo es compatible con BOOTP, el campo es ignorado y el resto del paquete es

tratado como BOOTP.

El servidor Rockwell Automation BOOTP/DHCP acepta DHCP con ciertas limitaciones. Es

compatible con algunas opciones DHCP. Sólo asigna direcciones IP fijas

Fig. 2.26 Configuración BOOTP/DHCP



Fig. 2.27 Asignar IP con la MAC del PLC.

Si la configuración de la IP fue la adecuada, desde la pantalla LCD del PLC se puede observar en

“Advanced Set”, “ENET Config” la IP previamente asignada desde la estación de trabajo, en la

Figura 2.29 se puede observar una captura externa del PLC con la IP asignada.



Fig. 2.28 PLC Micrologix® 1400 con la IP configurada.

2.9.4 Web Server

Una característica primordial del PLC Micrologix® 1400, es poder visualizar vía Web y con la

disponibilidad de un Navegador de Internet, esto facilita el ingresar a las características de

comunicación, del mismo modo las tablas de registros y la capacidad de crear usuarios para

controlar el ingreso o visualización de datos del PLC.

El poder ingresar con el navegador de internet, es de gran ventaja ya que la mayoría de estaciones

de trabajo o PC cuentan con tal software y facilita el monitoreo del PLC como se puede observar

en la Figura 2.29.



Fig. 2.29 Uso de un Navegador para el monitoreo del PLC.

Esta capacidad de monitorear y en algunas circunstancias controlar de forma remota el PLC, debe

contar con protección debido a su facilidad de acceso, es por ello como se muestra en la Figura

2.30, para el ingreso a esta página es necesario contar con el Nombre de Usuario y Contraseña.

Fig. 2.30 Seguridad de ingreso en el monitoreo del PLC.



Una vez que se ingresa se puede accesar a las diferentes pestañas ubicadas en la parte superior

izquierda de la pantalla como se ve en la Figura 2.31.

Fig. 2.31 Pestañas disponibles en la modalidad Web Server.

Las opciones existentes, brindan la capacidad de monitorear el estado de la conexión, de igual

forma la configuración de red existente en el PLC como se observa en las Figuras 2.32 y 2.33

respectivamente.

Fig. 2.32 Captura del estado de la conexión del PLC.



Fig. 2.33 Configuración de la Red del PLC.

Otras de las opciones existentes en esta modalidad de monitoreo, se basa en el poder observar los

registros internos del PLC, ya sean entradas o salidas, véase la Figura 2.34, y de igual manera la

opción de cambiar su estado vía Web Server.

Fig. 2.34 Registros internos del PLC Micrologix® 1400.

2.10 Configuración OPC server.

Para la configuración del OPC se crea un Servidor OPC, esto con la finalidad de poder conectar

RSLogix® con LabView®.

La configuración de drivers es la parte medular de este sistema ya que es la dicta la forma de

comunicarnos con el PLC, en el caso particular será por Ethernet IP.



Fig. 2.35 Selección del driver.

Una vez seleccionado el driver, seleccionamos la IP antes establecida en una de las estaciones de

trabajo (IP-Estación1 192.168.1.3), aplicamos los cambios y aceptamos.

Fig. 2.36 Configuración del driver.

Posteriormente configurado el driver necesario para la comunicación RSLinx hará el escaneo de los

dispositivos existentes en la red establecida, y por lo tanto detectara al PLC (IP-PLC 192.168.1.10).



Fig. 2.37 Elementos de la red establecida.

Con el PLC en comunicación con la Estación de trabajo, haremos clic derecho sobre el icono de

nuestro PLC y haremos clic en “Configure New DDE/OPC Topic”.

Fig. 2.38 Creación de un nuevo Tópico de comunicación.

Esta instrucción nos desplegara una ventana similar a la Figura 2.39 donde haremos clic en “New”

y asignaremos un nombre al nuevo tópico de comunicación, posteriormente preguntara si

deseamos cargar dicho tópico al PLC, aceptamos la solicitud y luego clic en el botón “Done”.



Fig. 2.39 Configuración del tópico.

Una vez finalizado este punto de la configuración abriremos una utilidad llamada “OPC Test

Client”, en “Inicio/Todos los Programas/Rockwell Software/RSLinx/Tool” y en esta ventana se

creara un nuevo archivo, seleccionaremos el “RSLinx OPC Server” y se hará clic en “OK”.

Fig. 2.40 Pruebas de comunicación al OPC Server.

Una vez creado el archivo se seleccionara el icono “Add Group” y consecutivamente desplegara

una ventana con los datos presentados, dejaremos todos los parámetros existentes y agregaremos

cualquier nombre a nuestro grupo (Caso particular Group Name: Test) de prueba.



Fig. 2.41 Creación de un grupo de ítems a comunicar.

Después de haber asignado el nombre del grupo, necesitamos generar nuestro direccionamiento

para poder observar el comportamiento de los registros del PLC, y que el OPC nos permita una

comunicación adecuada.

Agregaremos un ítem al grupo actual, este ítem será direccionado a un registro del PLC, esto

permitirá monitorear la comunicación del mismo.

Fig. 2.42 Agregar ítems al grupo de comunicación.

En la siguiente ventana los parámetros a modificar son “Access Path”, este sería el nombre del

Tópico de comunicación que se creo anteriormente y el “Item Name” (Nombre del Item), este

último se debe referir a los registros del PLC y por lo tanto se debe direccionar de igual manera.



Fig. 2.43 Configuración y direccionamiento del ítem.

Finalmente se dará clic en “OK” y se visualizara el estado del ítem existente en el Grupo y su

estado de comunicación.

Fig. 2.44 Pruebas de comunicación OPC Server.



En la Figura 2.45 se puede observar la conectividad desde la estación de trabajo hacia el Access

Point vía Wireless y posteriormente este dispositivo dirige la solicitud o él envió de datos al PLC vía

alámbrica.

Fig. 2.45 AccessPoint Infosmart® Super G Series.

Fig. 2. 46 Comunicación Alámbrica mediante Interfaz Ethernet, en PLC Micrologix® 1400.



Capítulo 3 Programación y simulación.

3.1 Programación HMI.

En un inicio se contemplan los items a utilizar en el HMI, esto con la finalidad de tener los

indicadores necesarios dependiendo del proceso a monitorear, en este caso particular se

designaron indicadores básicos como lo son leds, gráficas y un slide o una pequeña barra que

muestre la lectura de las señales que se obtengan en el PLC. Véase la Figura 3.1 donde se muestra

la ubicación de los ítems del HMI.

Fig. 3. 1 Ubicación HMI.



A continuación se establece la comunicación con el PLC, esto se realizó a través de un enlace OPC

que proporciona el software de Rockwell Software según la Figura 3.2, más concretamente en

RSLinx Clasic, esta versión otorga un OPC server, el cual se utilizara para realizar la comunicación

desde LabView® hacia RSLogix® donde se encontrara nuestro programa de escalera, este hará la

lectura de las señales analógicas o digitales.

Fig. 3. 2 Proceso para la comunicación.



En la pestaña “Data Binding” se debe seleccionar la opción de DataSocket esta opción permite

determinar si el ítem ya sea un led, grafica o el slide será de escritura o de lectura de la señal. Se

utilizó el DSTP Server como se ve en la Figura 3.3 para direccionar los ítems.

Fig. 3. 3 DataSocket herramiento de LabView.



Una vez determinado si el proceso será de lectura o escritura, se debe asignar una dirección del

HMI a nuestro PLC, en este proceso se observa el OPC Server de RSLinx® y en este árbol se debe

ubicar el tópico creado junto con el programa de escalera, posteriormente se selecciona la

carpeta Online.

Fig. 3. 4 Conectividad via OPC Server.



Como caso particular para el uso de entradas analógicas, el Micrologix® 1400 contara con un

módulo de entradas analógicas, por lo tanto el direccionamiento se realizara hacia las entradas de

este módulo, y como tal tanto en LabView® y RSLogix® son reconocidas como I1:1.# donde # es la

entrada a utilizar. Se debe utilizar el mismo criterio de direccionamiento que se utiliza en RSLogix

500®.

Fig. 3. 5 Dirección de entradas anlogicas.



Sin embargo este tipo de comunicación permite direccionar todo tipo de comandos desde

LabView® hacia el PLC, y estos comandos son exactamente los mismos con los que cuenta el PLC y

de igual forma se pueden utilizar para crear otros comandos dentro de LabView® como otro tipo

de programación.

Fig. 3. 6 Tipos de comando RSLogix-LabView.



Finalmente se eligió el siguiente diseño para la HMI en la cual contara con una botonera virtual, y

un sistema de monitoreo para variables analógicas, el cual permite conocer el comportamiento de

las mismas; así también tener históricos de los valores; además de crearse un registro en formato

.txt.

Fig. 3. 7 Botonera virtual



Fig. 3. 8 Monitoreo I/O Analógicas.



Fig. 3. 9 Conectividad en el diagrama a bloques LabView®.



3.2 Programación PLC.

El programa se realizó con un lenguaje de escalera en RSLogix 500 un software dedicado para la

programación de PLC’s, el uso de este software tiene capacidad de utilizar todos los recursos del

PLC Micrologix 1400.

En los siguientes párrafos se describe a detalle cada comando utilizado en el programa, así como

su interconexión entre líneas del mismo. El cual tiene como propósito hacer la lectura de señales

analógicas y posteriormente realizar en cuanto a un escalamiento una comparación de ciertos

límites propuestos por el usuario.

Un comando de gran importancia es el escalamiento con parámetros, en la tabla cuatro se

observan los valores sugeridos en el manual del programa RSLogix 500 para dicha instrucción, con

la finalidad de tener una precisión en las variables simuladas y lograr un comportamiento mas afín

al esperado en un entorno industrial y con todas sus interferencias que presente el proceso,

donde las variables analógicas se encuentren. Tomando en cuenta la resolución de la variable

utilizada o a utilizar, esto se debe a que el algoritmo almacenara la entrada y posteriormente la

convertirá a un valor digital con ciertos bits de resolución es por ello que se necesita determinar

una escala con la cual el algoritmo realizara toda la lógica de programación y con que precisión

debe trabajar o cumplir ciertas instrucciones.



Tabla 5 Valores sugeridos para instrucción SCP.

En la Línea 0000 se utiliza un comando MOV, el cual como su nombre lo indica mueve el valor que

se encuentra en la fuente (source) hacia un bit o un comando en específico, en el caso particular

se decide mover toda la entrada I1:1.0 hacia un flotante, ya que una entrada analógica ocupa todo

el espacio correspondiente y en ciertos casos por motivos de precisión se requiere de mas bits.

Fig. 3. 10 Instrucciones De movimiento y Escalamiento.

Así mismo se pueden observar dos bits internos, estos son la protección de lectura del sistema,

posteriormente se hace mención de estos bits.



En las Líneas 0001 y 0002 se utilizan comandos de Mayor qué y Menor que, estos se encargan de

comparar el resultado del escalamiento con los limites deseados o propuestos para el proceso que

se esté realizando, estos límites pueden modificarse, así también las escalas donde se pueden

manejar para tener un rango más amplio o más preciso según sea el caso.

Fig. 3. 11 Comandos Mayor que y Menor que.

En las Líneas 0003 y 0004 se encuentra la protección de escritura de las variables, esta protección

puede modificarse para garantizar la lectura, así como no dañar el equipo receptor de esta señal.

El uso de comparadores garantiza que la señal se mantenga en los parámetros deseados para su

funcionamiento.

Fig. 3. 12 Instrucciones de Comparacion.



En la Línea 0005 se presentan las mismas características de la Línea 0001, sin embargo esta escala

es en base a un voltaje donde el rango va de 0 a 10 Volts, ya que algunos procesos cuentan con

instrumentación que su señal es enviada de esta manera.

Fig. 3. 13 Escala con respecto a un rango de 0 a 10V.

En las Líneas 0006 y 0007 es el mismo sistema de seguridad de lectura donde el instrumento debe

estar en el rango deseado, en caso de no presentarse esta condición, los comandos de mover

llevan los valores deseados a la entrada del sistema el cual arroja una alarma, y por ende detiene

la lectura de las señales, debido a que los bits internos están ligados a las Líneas 0001 y 0005.

Fig. 3. 14 Instrucciones de comparacion.



En la Línea 0008 se tiene un botón de entrada el cual se encarga de resetear la lectura de las

señales analógicas, esto permite monitorear si el proceso presenta alguna falla ya sea vía

hardware o software y poder corregirla antes de seguir obteniendo lecturas erróneas.

Fig. 3. 15 Instrucción para reestablecer lectura.



3.3 Configuración access point

La conexión cableada (LAN) se ejecutó sin password para no causar conflictos con la conexión del

PLC.

Se observan dos IP’s configuradas en el Access Point en la Figura 3.16, ya que previamente para la

configuración del equipo se realiza con una comunicación vía Ethernet, y posteriormente se

procede a la conectividad inalámbrica con esto se comprueba el uso de esta tecnología.

Fig. 3. 16 Configuración Red LAN.



En la Figura 3.17 se observa la configuración establecida en la conexión Wireless para realizar la

conectividad inalámbrica con las estaciones de trabajo.

Fig. 3. 17 Configuración Red WAN.

La conexión Wireless si se realizó con protección (figura 3.18), ya que en base a esta conexión se

puede realizar cambios directos sobre la programación y se puede afectar la simulación en la

maqueta prototipo.

Fig. 3. 18 Cifrado de la Red WAN.



Capítulo 4. Resultados, Aplicaciones y Conclusiones

Una vez concluidas las etapas de construcción, configuración y programación de la maqueta, en

los siguientes pasos se procede al uso de todas estas herramientas, para lograr incorporar el

conocimiento adquirido y poder realizar la simulación y la integración de la maqueta prototipo en

un proceso en condiciones de simulación.

4.1 Simulación.

En el proceso de la conexión del HMI y con el programa de escalera en RSLogix 500 (Figura 4.1),

primero se realizaron las mismas pruebas de conectividad realizadas anteriormente.

Fig. 4. 1 Conexión HMI con la programacion en escalera.

Con el HMI y el programa una vez concluidos se procede a modificar los valores de los

potenciómetros virtuales los cual realiza la función de una entrada analógica (Figura 4.2 y Figura

4.3).



Fig. 4. 2 Monitoreo señal analogica 4-20 mA.

Como se muestra en la Figura 4.3 el HMI desarrollada permite hacer visuzalizacion de ambas

señales analogicas ya sea corriente o voltaje, haciendo uso de un selector para poder interactuar

con dicha visualización.

Fig. 4. 3 Monitoreo señal analogica 0-10 V.



Estas señales se transmite vía Wireless desde la estación de trabajo hacia el Access Point el cual

transfiere el dato al PLC, para que realice los cambios dentro de la lógica de programación (Figura

4.4) y arroje los resultados del monitoreo de las señales simuladas.

Fig. 4. 4 Logica e programación.

Fig. 4. 5 Monitoreo del sistema de seguridad de lectura.



4.2 Aplicaciones Practica 1. Comunicación alámbrica e inalámbrica.

Objetivo.

Establecer la comunicación entre PLC y PC de manera alámbrica (por medio de comunicación

Ethernet) e inalámbrica (por medio de tecnología Wireless), para el intercambio de información,

así como comprobar esta comunicación.

Material y Equipo.

PLC Micrologix.

Access Point inalámbrico Infosmart Serie G.

PC con puerto de comunicación Ethernet y Tarjeta de red Inalámbrica.

Cable UTP Categoría 5e.

Desarrollo.

1. Comunicación alámbrica.

I. Enlazar la PC y el PLC por medio del cable UTP, configurar la red Ethernet con clase C

a. IP por default

Fig. 4. 6 PLC con IP por default

Fig. 4. 7 Se establece en PC una direccion IP dentro dentro de la misma mascara de subred que el PLC



En RSlinx

Configurar IP con driver Ethernet IP.

En RS Logix 500.

On-line

Puerto Ethernet

Cambiar Atributos PLC

b. Sin IP pero con MAC

- Rockwell Software:

o BootP/DHCP server

Configurar la red, se tiene q establecer la máscara de subred

(255.255.255.0)

Se detecta la MAC y finalmente se asigna la IP

II. Verificar que la comunicación entre las computadoras se está realizando, por lo tanto se

deben ejecutar los siguientes comandos de redes en MS-Dos.

-ip config.

-ip config/all

-ping “IP destino”

2. Comunicación inalámbrica.

I. Configurar AP.

II. Conectar PLC y AP por medio de cable UTP

III. Seguir los mismos procedimientos que en el caso de comunicación alámbrica.

Nota: Configurar el adaptador de la tarjeta inalámbrica Wireless con una IP fija y la máscara de

subred adecuada, debido a que el DHCP te proporcionara una IP no válida para la red.



Practica 2. Entradas y salidas digitales.

Objetivo:

Realizar la simulación en la Maqueta-prototipo y estación remota de los siguientes diagramas,

considerando las protecciones necesarias para el correcto funcionamiento del sistema.

Material y equipo:

PLC Mircrologix.

Estación remota (PC con tarjeta de red inalámbrica).

Access Point Inalámbrico Infosmart Serie G.

Cable UTP Categoría 5e.

Procedimiento.

1. Configurar la red Inalámbrica considerando una topología en estrella.

2. Establecer la IP y mascara de subred. De cada nodo.

3. Realizar los siguientes programas:

Problema 1.

Realizar el programa el cual responda a las siguientes condiciones:

1. Al presionar botón pulsador 1 (NA) la salida 1 se activa y se mantiene activa solo hasta que

el botón pulsador 2 (NC) se presione.

2. Al activarse sobrecarga la salida se desactiva.



Problema 2.

Realizar un programa el cual responda a las siguientes condiciones.

1. Si botón pulsador 1 (NA) o botón pulsador 2 (NA) se presiona la salida 1 se activa y se

mantiene activa solo hasta que el botón pulsador 2 (NC) se presione.

2. Al activarse la sobrecarga la salida se desactiva.

Problema 3.


1. Al presionar el botón pulsador 1 (NA) se activa salida 1.

2. Si salida 1 esta activada y se presiona botón pulsador 2 (NA) se presiona salida 2 se activa.

3. Si salida 2 esta activada y se presiona botón pulsador 3(NC) el sistema se detiene.

4. Si se activa la sobrecarga el sistema se desactiva.

Problema 4.


1. Al presionar botón pulsador 1 (NA) salida 1 se activa.

2. Si se activa salida 1, 5 segundos después se activa la salida 2 y se desactiva la salida 1.

3. Al desactivarse salida 1, 5 segundos después se desactiva 2.

4. Si se activa la sobrecarga el sistema se desactiva.



Practica 3. Entradas analógicas.

Objetivo:

Realizar la simulación con ayuda de PLC Micrologix 1400 y Labview donde se utilicen distintas

entradas analógicas.

Material y equipo.

PLC Micrologix 1400.

PC con tarjeta de red inalámbrica y Labview instalado.

Access Point Infosmart Serie G.

Procedimiento.

1. Configurar la red Inalámbrica considerando una topología en estrella.

2. Establecer la IP y mascara de subred. De cada nodo.

3. Realizar las siguientes simulaciones:

Problema 1.

Se cuenta con un refrigerador donde se almacena insulina en el cual se debe mantener siempre en

un rango de temperaturas de 2°C a 8°C-, dicho refrigerador cuenta con un sensor de temperatura

el cual envía la temperatura actual a la interfaz del usuario. El sistema mandara al usuario los

siguientes mensajes:

Estado correcto: El sistema se encuentra dentro de los rangos de operación.

Alerta 1: El sistema se encuentra en 3°C.

Alerta 2: El sistema se encuentra en 7°C.

Alarma 1: El Sistema se encuentra debajo de la temperatura de operación.

Alarma 2: el sistema se encuentra sobre la temperatura de operación.



Problema 2.

En un hotel se tiene con una alberca, en la cual ellos les prometen a sus usuarios que el agua de

esta siempre se encontrara templada. Al mismo tiempo se debe estar siempre monitoreando el

nivel del agua. El hotel le contrata para resolver estos problemas; para ello usted conoce que:

A. Temperatura debe encontrarse en un rango de 37 a 39 grados.

B. El nivel del agua debe estar en 1.5 m. desde el piso hasta la superficie.

El Hotel le solicita que en su interfaz de usuario se le notifique de lo siguiente:

a) Temperatura actual.

b) Nivel del agua.

c) Alarma por bajo nivel de temperatura.

d) Alarma alto nivel de temperatura.

e) Alarma bajo nivel de agua.

f) Alarma alto nivel de agua.

Para resolver el problema:

Al activarse alarma de baja temperatura se activara la bomba suministradora de agua

caliente.

Al activarse alarma de alta temperatura se activara la bomba de agua fría.

Si la alarma de bajo nivel de agua se activa ambas bombas se activan para mantener la

temperatura actual del agua.

Si Alarma de alto nivel de agua se activa se activara la salida de la válvula de desfogue.

Nota: recuerde que al activar la bomba por alto o bajo nivel de temperatura también se deberá

activar la válvula de desfogue para mantener el nivel actual de agua.



Conclusiones.

En el presente trabajo se logró cumplir con el objetivo propuesto, implementar una maqueta que

cumpliera con los requisitos necesarios para realizar la adquisición de datos de variables

analógicas, así como el desarrollo del HMI, la representación de una variable analógica en

condiciones de simulación y la importancia del uso de las redes de comunicación que utilizan las

tecnologías existentes actuales como el Wireless y OPC Server.

La implementación y el desarrollo tanto en la maqueta prototipo como en el HMI, lograron

demostrar que el uso de software especializado y con características importantes a nivel

ingeniería, permite un entendimiento más detallado de temas de gran importancia tanto en la

escuela como en la industria. Las capacidades del estudiante después de analizar este trabajo se

desarrollaran para obtener nuevas habilidades y conocimientos.

De acuerdo a las pruebas realizadas fue posible establecer que el uso de maquetas y su interacción

con ellas en los laboratorios es de gran importancia para el estudiante de la carrera de Ingeniería

en Control y Automatización, ya que le permite obtener el conocimiento práctico referente a

temas de importancia en el entorno industrial y que al término de sus estudios logre dominar

dichos conocimientos y así le permitan tener bases sólidas para un mejor desempeño laboral.



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12. Las redes inalámbricas, más ventajas que desventajas. Jesús Ramírez Sánchez y José Vicente Díaz

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http://www.uv.mx/iiesca/revista/documents/redes2008-2.pdf

13. Manual Web Server



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