redes industriales y software scada

Redes Industriales Redes Industriales

yy

Software SCADASoftware SCADASoftware SCADASoftware SCADA

Marketing – Industria

2013

JORGE PAGNI

Ingeniero de Aplicación de Producto

Agencia Córdoba

Aplicaciones

Redes Ethernet Industrial

Contenido

Características de una Red Industrial

Las Redes de Campo mas utilizadas

2Schneider Electric- BU Industry – 2013

Aplicaciones

Características de Vijeo Citect

Software SCADA

Preguntas, Respuestas y Demo Scada


En la actualidad todo sistema de control que supere una complejidad mínima

está constituido por varios elementos: uno o más controladores industriales o

dispositivos de entrada salida, una o más computadoras de supervisión y/o control,

una o más aplicaciones software.

Se trata de sistemas distribuidos, en lo que se refiere a la división de las funciones

específicas de control, como la ubicación de datos y el control de flujo de información.


específicas de control, como la ubicación de datos y el control de flujo de información.

Las comunicaciones son el elemento clave en dichos sistemas

Dado que su función es la de interconectar diferentes equipos, si se desea que no

necesariamente todos ellos correspondan a un mismo proveedor, es preciso que

estas comunicaciones respondan a un estándar ampliamente aceptado y reconocido

por los diferentes proveedores.

Arquitectura de Planta Industrial


Modelo OSI (Open System Interconnection)


International Standards Organization (ISO/IEC 7498-1)

Modelo OSI en Redes industrialesSegún la red, algunas capas se “cortocircuitan”

●Capa física: Necesaria

●Capa Enlace de Datos: Necesaria

●Capa de Red, solo si hay Sub-red

●Capa de Transporte, solo si hay capa de RED


●Capa de Transporte, solo si hay capa de RED

●Capa de Sesión, si hay gran cantidad de

información.

●Capa Presentación: Es reemplazada por la capa

de RED.

●Capa Aplicación: Siempre Necesaria

Características de RI

●Aspectos físicos

●Soporte, Velocidad de transmisión, Topología, Distancias, Seguridad Intrínseca

●Servicios Aplicativos

●Tipos y calidad de servicios de la red. Define el modelo de cooperación.


● Intercambio de Datos

●Cíclico o Dirigido a Eventos

●Acceso al Medio

●Determinísticos y de Acceso Aleatorio

Aspectos Físicos


Servicios Aplicativos

Modelos de Cooperación:●Maestro – Esclavo

Ventajas:


Ventajas:●Se transmite solamente la información necesaria●El tráfico en la red optimizado.●Es un modelo fácil de implementar

Desventajas● Los esclavos no pueden solicitar información● Los esclavos están no tienen relación entre si●No existe simultaneidad


Modelos de Cooperación:●Cliente – Servidor

Ventajas:


Ventajas:●Permite control de intercambio (ACK)●Dispone de gran cantidad de servicios.●Es un modelo General

Desventajas●El tiempo de respuesta no está definido●No existe simultaneidad


Modelos de Cooperación:●Productor - Consumidor

Ventajas:


Ventajas:●No requiere indicación de destino● Los valores viejos se eliminan al llegar los nuevos.●Permite la gestión de tiempos.

Desventajas●Dispone solamente del servicio de difusión.●El mensaje se emite aunque nadie lo necesite●No incluye mecanismo de control.

Intercambio de Datos

●Cíclico:● Los datos se transmiten en el bus según se haya configurado●Mecanismo de calendario (Scheduling) ●Se puede usar en el modelo Productor - consumidor


●Dirigido a Eventos:● La información se emite cuando se produce un cambio de estado●Se necesita un chequeo de los nodos de la red.

●Por requisitoria●Acíclico●Tipo Cliente - Servidor

Control de Acceso al Medio (MAC)

●Deterministicos●Paso de Posta (token Passing)●TDMA (Time Division Multiple Access)

●De acceso Aleatorio:


●De acceso Aleatorio:●CSMA (Carrier Sense Multimple Acces)

Aplicaciones


Contenido




Aplicaciones


Software SCADA


Clasificación de Buses de Campo

●Baja funcionalidadASI

Modbus

●Funcionalidad mediaCAN

CANopen


CANopenDeviceNET

ModBus PlusInterBus-S

●Altas prestacionesFieldbus Foundation

ProfibusEthernet

AS-i (Actuator Sensor Interface)

●Modelo: Maestro – Esclavo●Hasta 31 esclavos●Cada esclavo soporta 4 Entradas / 4 Salidas digitales y 4 bits de

configuración.●Tiempo total de muestreo: < 5mS●Long máxima de la red: 300m (utilizando 2 repetidores)


●Long máxima de la red: 300m (utilizando 2 repetidores)●Fácil de expandir●La lectura de entradas analógicas requiere de 6 ciclos e Scan●Están definidos los elementos (fuente de alimentación, scanners,

nodos, cables, etc.)

Estructura de la RED


Modbus (MODicon BUS)●Modelo: Maestro – Esclavo●Protocolo: ASCII, fácil de implementar en cualquier capa física y

comunicación serie


Modbus (MODicon BUS)

●Capa física: RS485/422/232, FO, etc.

●Soporta hasta 254 esclavos.


CAN (Controller Area Network)

●Capa física: RS485

●Protocolo de Red: Serie Asincrónico para envío de mensajes breves

●Modelo: Productor – Consumidor


●Abarca la capa física y enlace de Datos

●Velocidad: hasta 1Mbps

●Protocolo: orientado a los mensajes

●Arbitraje por prioridad de mensajes (CSMA/AMP), con resolución de

colisiones

CANopen / DeviceNET

●Basado en protocolo CAN●Modelo: Productor – Consumidor / Cliente - servidor) ●Mensajes de Datos:

●PDO, Productor – consumidor, para la rápida transmisión de datos.●SDO, Cliente – Servido, para configuración y datos. ●Cíclica (deviceNET)


●Mensajes Predefinidos●Sincronización●Notificación de falla de dispositivos.

●Mensajes de Manejo de Red, con detección de error de trama con alto grado de fiabilidad.●Historial de error.●Hasta 64 nodos por segmento (2 segmentos CANopen, 128 nodos).

ModBus Plus●Capa Física: RS485●Modelo: Maestro – Esclavo.●Método de acceso al medio: Token Passing.●Velocidad: máxima 1Mbps.●Mensajes de diagnóstico de RED.●Herramientas de diagnóstico de RED.●Medio físico: puede ser Par trenzado (2Km) o Fibra óptica (10Km)


●Medio físico: puede ser Par trenzado (2Km) o Fibra óptica (10Km)

INTERBUS-S

● Capa física: RS485●Utiliza una topología: de Anillo,

Estrella , Árbol.

● Comunicación determinísticaorientada a eventos (alta eficiencia


de la red)

●Distancia entre nodos de 400mts para 500Kbps/2Mbps, longitud total de Red 12Km

●Hasta 512 Nodos.

Foundation Fieldbus

●Descentraliza el control, permitiendo que se realice en cada nodo.●Dos tipos de Redes:

●H1: reemplaza las entradas analógicas, hasta 1900 metros, 31Kbps●HSE: Para supervisión y otros niveles, basado en Ethernet (100mbps)

●Provee bloques de función


●Provee bloques de función●DI●DO●AI●AO●PID

ProfiBus (PROcess FIeldBUS)

●Decentralized Peripherical (DP)●Se puede utilizar para envío de mensajes críticos, a alta velocidad para el

desarrollo de tareas de comunicación complejas●Maestro – Esclavo / Maestro – Maestro (Paso de Posta (token Ring))●Se puede utilizar Herramientas de Configuración sin perturbar la red

(DPM2)


(DPM2)

●Process Automation (PA)●Basado en Profibus DP●Pensado para aplicaciones donde se requiere seguridad Intrinseca

Tabla Comparativa


Aplicaciones


Contenido




Aplicaciones


Software SCADA


Ethernet Industrial

La red Ethernet se originó por Digital Equipment Corporation, Intel y Xerox en 1976

se basa en el estándar IEEE 802.3.

También existen diferentes variaciones de Ethernet según la velocidad de transmisión:

10Base-T (10 Mbit/s.), Fast Ethernet (100 Mbit/s.) y Gigabit Ethernet (1000 Mbit/s.).

Características principales:

Distancia: de 100m hasta 50 Km (usando fibra óptica).


Distancia: de 100m hasta 50 Km (usando fibra óptica).

Número máximo de nodos: 1024, extensible con routers

Velocidad de transmisión: 10 Mbit/s. a 1000 Mbit/s.

Tamaño del mensaje: 46 a 1500 bytes.

Formato del mensaje: punto a punto.

Ventajas:

Es el estándar de red más reconocido internacionalmente. Puede tratar con grandes

cantidades de información a una velocidad muy rápida, sirviendo en instalaciones muy

amplias.

Ethernet

EstándarAbiertoFlexible

Requisitos de una red industrial


FlexibleEficiente

TransparenteSustentable

RobustoSeguro

Libertad de elección

Topología Si las preocupaciones principales son ...

BusLa simplicidad y la continuidad.Reutilizar la red existente.

GuirnaldaEl costo y la simplicidad.Minimizar los costos de cableado.


EstrellaLa simplicidad y el rendimiento.Añadir capacidad de la red existente a un costo mínimo.

AnilloDe red de alto rendimiento con un mínimo de obstáculos.Niveles básicos de disponibilidad y redundancia.Diseño de redes Sencillo.

Anillo Doble

Alto rendimiento y alta disponibilidad.Lograr una óptima fiabilidad a un precio razonable.

Características Técnicas


Clases de direcciones IP v4

Las clases de direcciones más

utilizadas son A, B y C.

Acceso determinístico¿Qué es CSMA/CD?

●CSMA/CD - Acceso Múltiple por Detección de Portadora con Detección de Colisiones, (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

●Es un método de control de acceso al medio físico (red) no determinístico

●Un dispositivo que quiere transmitir un Colisión


●Un dispositivo que quiere transmitir un mensaje “escucha” la red para detectar si algún otro equipo está transmitiendo:

● Si la red está limpia, el dispositivo inicia la transmisión

● El dispositivo “escucha” su propio mensaje para saber si ocurrió una colisión

● Si no se detecta una colisión, se realiza el proceso; Si se detecta la colisión, entonces el dispositivo espera un tiempo aleatorio y reintenta

Colisión

1 2

Half-Dúplex vs. Full-Dúplex

●Half-Dúplex:● La información puede transmitirse en

ambos sentidos, pero no simultáneamente

● Una transmisión half-duplex usa el mismo canal (físico o lógico) para la comunicación

● Un walkie-talkie es un dispositivo half-

● Full-Dúplex:● La información puede transmitirse en

ambos sentidos, simultáneamente● Una transmisión full-dúplex utiliza

diferentes canales (físicos o lógicos) para la comunicación

● El teléfono es un ejemplo de dispositivo full-dúplex


● Un walkie-talkie es un dispositivo half-duplex ya que puede hablar solamente una persona a la vez

dispositivo full-dúplex

Origen Destino

Pregunta

Respuesta

Origen Destino

Pregunta

Respuesta

Acceso determinísticoSwitch Ethernet

●La tecnología de “Switch” supera las limitaciones originales de Ethernet:

●Crea dinámicamente redes entre sus puertos, de acuerdo con una tabla interna

●Se crean “dominios de colisiones”, aislados entre si


●Cada puerto opera a la máxima velocidad posible, aprovechando el ancho de

banda disponible

●Cada dispositivo opera en modo Half-Dúplex o Full-Dúplex, sin afectar a los

demás

● Logra un alto grado de determinismo en el enlace

Acceso determinísticoSwitch Ethernet

HMIMAC#1

Aplicaciones PCMAC#2


Con Switch

Con Hub / WiFi

CCMMAC#5

MáquinaMAC#3

ProcesoMAC#4

●Refresco rápido de las tablas de enrutameinto

●Recuperación rápida de fallas funcionales

●Watchdog y auto-recuperación para prevenir interrupciones aleatorias del servicio.

●Reconfiguración dinámica de las tablas de enrutamiento para asegurar la comunicación de dispositivos que puedan cambiar de ubicación física,

Switches Industriales AdministrablesAlgunas características


comunicación de dispositivos que puedan cambiar de ubicación física, reduciendo el tiempo sin comunicación.

●Reportes dinámicos

●Envío de mensajes (p.e. usando e-mail) al detectar condiciones de excepción, tales como desconexión de dispositivos o saturación de tráfico.

●Señales discretas de salida para señalizar condiciones de falla en campo.

●Redes virtuales (VLAN según IEEE 802.1Q) y filtrado de protocolos (IGMP)

Spanning TreeIEEE 802.1 D

Redundancia de Camino

Rapid Spanning Tree Otras Soluciones


● Pueden usarse switches de varias marcas distintas

● Se aplica si el tiempo de reconfiguración no es importante

● Hay caminos múltiples entre dispositivos

● Pueden usarse switches de varias marcas distintas

● Se aplica si el tiempo de reconfiguración es importante pero no crítico

● Hay caminos múltiples entre dispositivos

● Debe usarse un switch como administrador del anillo

● Se recomienda que todos los switches sean industriales y administrables para minimizar el tiempo de recuperación

● Se aplica si el tiempo de reconfiguración es crítico.

● Hay un camino activo y otro alternativo en el anillo.

> 30 seg. > 1 seg.

< 0,5 seg.

Acoplamiento Redundante


Con el acoplamiento redundante es posible unir entre si dos o más anillos, creando un segundo nivel de seguridad

Ethernet IndustrialLa solución

Servicios de RedTodos los servicios de IT & automatización necesarios, con el uso de una única red, gracias a Ethernet


Puertos y Sockets● Los protocolos TCP y UDP multiplexan las

conexiones múltiples a un solo host usando una dirección IP y diferentes números de puertos.

● Puertos : Cada computadora es dividida en 65.535 puertos:

● Los paquetes que ingresan conocen la dirección (IP) y el puerto para los cuales están destinados.

● El puerto de destino forma parte del

Puertos

80

Dispositivo de RedIP = www.xxx.yyy.zzz


● El puerto de destino forma parte del campo de los protocolos TCP y UDP.

● Los puertos están numerados y son como una casilla de correo::

● Un correo para una persona específica sólo es llevado a una sola casilla.

● SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) va al puerto 50.

● HTTP va al puerto 80.

● Modbus TCP tiene reservado el puerto 502.

● Sockets : es la combinación de una dirección IP y un número de puerto; www.xxx.yyy.zzz:nn

80

HTTPHTTP

502

SMTPSMTP

50

Modbus/TCPModbus/TCP

Switch ConneXiumC

ontr

olIn

form

ació

n

Los switches administrados para aplicaciones de alta disponible con redundancia self-healing ring.

TCSESM08

TCSESM16/24

Bajo costo, aplicaciones distribuidas

Aplicaciones altamente

concentradas

TCSESM10

Switches de alta velocidad

Control típico de aplicación

Carcasa robustaTiempo rápido de

recuperación

TCSESM0X3F2XX1

TCSESM04


Dis

posi

tivos

Con

trol

499NXX

Aplicaciones que requieren conectar buses a larga distancias.

TCSESU051F0

Bajo costo inicial Switch no administrado

TCSESU0x4 IP67 - Estanqueidad Switches no gerenciables con relay de alarma, dual P/S

TCSESM04

TCSESB

Servidores Web Integrados

una gama incomparable de Servidores WEB escalables

Funciones HMIData acquisition & processing

Real time database

Funciones HMIData acquisition & processing

Real time database

Funciones Avanzadas HMIRegistro de Datos Local

Recetas

Funciones Avanzadas HMIRegistro de Datos Local

Recetas

EmailPush Data

Variable display in HTML page

EmailPush Data

Variable display in HTML page

Conectividad con

Registro de Datos Remoto

Conectividad con Base de Datos

Registro de Datos Remoto

“Mobile HMI““Mobile HMI“

Módulos WEBFactoryCast

HMI

Módulos WEBFactoryCast

HMI

Web GatewayFactoryCast

HMI Gateway


Aplicación de Diagnóstico& monitoreo gráfico de datosAplicación de Diagnóstico& monitoreo gráfico de datos

Páginas Web Definidas por el Usuario

Páginas Web Definidas por el Usuario

“Mobile HMI““Mobile HMI“

Módulos WEBFactoryCastMódulos WEBFactoryCast

PLC, I/O, Drives,Elect Distrib

PLC, I/O, Drives,Elect Distrib Incorporados en el PLCIncorporados en el PLC Gateway AutónomoGateway Autónomo

Acceso a Datos Vía WEB

Acceso a Datos Vía WEB

Diagnóstico del Dispositivo

Diagnóstico del Dispositivo

Configuración de DispositivoConfiguración de Dispositivo


Gateway


Gateway

Aplicaciones


Contenido




Aplicaciones


Software SCADA


Software SCADA

SCADA es un acrónimo de Supervisory Control And Data Acquisition (control y

adquisición de datos de supervisión).

Los sistemas SCADA utilizan computadoras y las redes de comunicación para automatizar el

monitoreo y control de procesos industriales.

Los primeros SCADA eran simplemente sistemas de telemetría que proporcionaban

reportes periódicos de las condiciones de campo vigilando las señales que representaban

medidas y/o condiciones de estado en ubicaciones de campo remotas.


medidas y/o condiciones de estado en ubicaciones de campo remotas.

Estos sistemas son partes integrales de la mayoría de los ambientes industriales complejos

o geográficamente muy dispersos, ya que pueden recoger la información de una gran

cantidad de fuentes muy rápidamente, y la presentan a un operador en una forma

amigable.

Los sistemas SCADA mejoran la eficacia del proceso de monitoreo y control

proporcionando la información oportuna, para poder tomar decisiones operacionales

apropiadas.

Aplicaciones


Contenido




Aplicaciones


Software SCADA


Vijeo CitectArquitectura y Escalabilidad

Clientes WebControl y Sólo Visualización

Clientes Control y Sólo Visualización

Table PCs

Ordenador OEM(con XP Embedded)

OrdenadorLocal


Servidores Redundantesde E/S, Alarmas, y Tendencias

Web ServerSistema

Puesto Único

Sistema Redundante

Vijeo Pocket

Confiabilidad y Alta Disponibilidad


• Sin puntos de falla• 8 caminos para supervisión y control• Solución sin necesidad de opcionales

Johnson Controls

Kaye Instruments

Keyence

Leeds & Northrup

LG Industrial Solutions

Magna-Controls

Schneider Automation (Modicon)

Schneider Automation (Square D)

Schneider Automation (Telemecanique)

Siemens

Sixnet

Softing AG

Opto 22

Philmac

Phoenix Contact

PLC Direct (Koyo)

Reliance Electric

Rosemount

Conectividad

● Más de 170 drivers incluídos sin cargo para conexión con la mayoría de las plataformas de hardware de automatización y control

● Un único proveedor que brinda desarrollo contínuo y soporte

● Conectividad y apertura

Transmitton

Triconex Corporation

Unidata

Universal Instruments Corporation

UTICOR Technology

Vikingegaarden

ABB Instrumentation

ACI

Action Controls

Advantech

Alfa Laval Automation

Allen Bradley

BHP

Bosch

Bristol Babcock

Campbell Scientific Inc

Cegelec

Clipsal

Data Electronics

Delta Tau

Detroit Diesel Corporation

Deutsche Bergbau Technik GmbH

Eberle

Echelon

Fischer & Porter

Fisher and Paykel

Fisher Controls

Fluke

Foxboro

Fuji Electric

Harris Controls

Hewlett Packard

Hitachi

Honeywell

HWT

Hyundai heavy industries

Moeller

Moore Industries

Moore Products

Motorola

MOX Products

MTL Industries


Magna-Controls

Matsushita

Mauell

Measurex

Microwave Networks

Minidata

Softing AG

Sprecher & Schuh

Steeplechase

TANO Automation

Telefrang

Toshiba

Rosemount

RTP

SAAB

SAIA

Samsung

Schlage Electronics

● Conectividad y apertura● Cliente y servidor OPC● Cliente y servidor DDE● Cliente y servidor ODBC● OLE-DB● API para conectividad● ActiveX

Vikingegaarden

VIPA

Weidmuller

Westinghouse

Woojin

Yokogawa

Zworld

Allen Bradley

Ampcontrol

April

B & R

Baker Hughes

Barber Coleman

Beckhoff

Clipsal

Colby Demag

Contemporary Control Systems

Contec Systems

Control Microsystems Inc

Control Techniques

Danfoss

Echelon

Elpro Technologies

Elsag Bailey

Emerson

Engage Networks

Enron

Eurotherm International

Fuji Electric

Ganter

GE

GE Fanuc

GEC

GEC Alsthom

Giddings Lewis

Hyundai heavy industries

ICON Control Systems

Idec Izumi

Innotech

Intech

Intelligent Instrumentation

Intuitive Technologies

MTL Industries

National Instruments

Nematron

NJ International

Omnitronics

Omron

Visibilidad

• Información en todo lugar• Análisis de Alarmas y Tendencias


Prestaciones y Funcionalidades

●Entorno de desarrollo : incluído SIN CARGO con todas las licencias, aún en modo demo.●Speedlink : generación y actualización automática de tags en Vijeo

Citect (E/S, alarmas e históricos) desde Unity Pro, incluyendo DDT.●Control ActiveX Webgate : visualización remota de aplicaciones de


Vijeo Designer, integrando los paneles de diálogo XBTGT/GK/GW e iPC (con Vijeo Designer runtime).●Amplias Librerías de Símbolos : incluyen objetos gráficos y con

animaciones pre-definidas, ampliables y reutilizables.●OPC Factory Server (OFS): incluído sin cargo con todas las licencias.●Seguridad : sistema de seguridad integrado con la de Windows (Active

Directory o grupo de trabajo).

Preguntas


1. Debemos armar una red ethernet para unir dos automatismos ubicados a 1km de

distancia entre ellos con switches manager y FO multimodo.

Configuración posible:TCSESM043F2CU0 ó TCSESM083F2CU0

Ejercicio Selección Ethernet y Scada


2. También se necesita un SCADA de control de 112 puntos de datos, con una estación

de supervisión y un cliente de visualización.

Configuración posible:VJC101111USB Servidor, 150 puntos E/S y VJC103011 Cliente sólo visualización, 150 puntos E /S

Para Saber Mas


... Y el Centro de Formación Técnica de

Schneider Electric Argentina

... Y nuestro sitio Web: www.schneider-electric.com.ar

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