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CIP El Protocolo Hace la Diferencia, Tecnologa y Estudio de Caso

Juan M. Mosso Rockwell Automation Chile S.A. Sandip Chaudari Center of Expertise, Rockell Automation India

El Propsito General de las Redes Industriales es:Configurar la informacin de dispositivos como DCS PLC HMI VDFs o Configurar DCS, PLC, HMI, Sensores para personalizarlos. Modificar programas, recetas, conjunto parmetros de un dispositivo e incluso reconfigurar un nuevo dispositivo durante la puesta en marcha o en f funcionamiento Concentrar informacin para visualizar o analizar. Puede consistir en

tendencias, realizar clculos matemticos, almacenar informacin en bases de datos u otras actividades de manipulacin de informacin Controlar en tiempo real con la capacidad de leer entradas de sensores y otros dispositivos, ejecutar cdigo de programa y distribuir las ordenes de salida a los dispositivos actuadores Por qu hay tantas redes? - Se han diseado diferentes redes para satisfacer diferentes necesidades. Una red cuyo propsito es transmitir e-mails en un edificio de oficinas tiene requisitos diferentes a una red cuyo objetivo es obtener estados de clulas fotoelctricas de una mquina. Por qu no puede una red hacerlo todo? - Los requerimientos de transmisin de datos en las redes varan en cuanto a las necesidades de cantidades, tipo y rendimiento requeridos. El coste es tambin un factor. Es imposible optimizar las redes p p p para cantidad de datos, rendimiento y coste , todo a la vez.

Qu es CIP? Common Industrial Protocol Es el protocolo de comunicacin usado por las redes DeviceNet, ControlNet y EtherNet/IP Es abierto y estndar EtherNet/IPEs un protocolo de red abierta establecido y mantenido por ODVA y ControlNet International Utiliza componentes electrnicos comerciales estndares para fabricar productos Utiliza Hubs y Switches estndares y otros productos de infraestructura Se adhiere a las organizaciones estndares internacionales IEEE 802 3 802.3 IEC 61158 IEC 61784-1 ISO 15745 ISA 100 11a? 100.11a? ISO/IEC 8802-3

CIP = Protocolo Comn IndustrialProtocolo de Control para E/S en tiempo real Protocolo de Configuracin y programacin Protocolo de Concentracin de Informacin por mensajera

Common Industrial Protocol

Librera de Objetos Perfiles de Dispositivos Servicios de Control Routing

TCP/UDT/IP CSMA/NBA CTDMA CSMA/CD

Capa Transporte Capa Enlace Capa Fsica

DeviceNet ControlNet EtherNet/IP ControlBusMensaje

Bridges & Routers

CIP = Protocolo Comn Industrial

Un nico Protocolo para todas las redes

Diferenciadores de las Redes CIPDiferenciadorControl, Configuracin y Concentracin, , g , sobre un mismo cable Enrutamiento y bridging sin fisuras Abierto, estndar y establecido

ValorElimina la necesidad de mltiples redes p especficas a la aplicacin No requiere de programacin o hardware adicional Mltiples proveedores, cuya competencia hace surgir valiosa funcionalidad Cada red usa el protocolo CIP, por lo que no se requiere de capacitacin adicional para instalar y mantener diferentes redes Opciones flexibles de manera que el trazado de la red sea muy eficiente, con capacidad de expansin Desempeo optimo ajustando parmetros sintonizables de la red

Protocolo comn

Variedad de topologas y capacidades Redes sintonizables

Ethernet Industrial

Tradicional

Red Plana Ethernet

Todos los grandes fabricantes de equipos de automatizacin estn incorporando protocolos basados en Ethernet como alternativa o sustituto a sus propias redes tradicionales

Campo

Control Au utomatizaci n Gestin

Interbus s Loop Interbus s

ASI

Profib DP bus

Seriplex

Profibus FMS CAN

El Futuro El Presente

CCLink k

ControlNet DeviceNet SDS

ETHERNET

WorldFIP / FIP L LonWorks HARTIEC/SP50 H2

IEC/SP50 H1 Profibus PA

Cuantas redes diferentes necesita entre el nivel de Campo y el nivel de Gestin?

EtherNet/IP Stack de ComunicacionesEspecificaciones disponibles en www.odva.orgAplicacin p Presentacin Sesin Transporte Red Enlace Fsica UDP IP-Multicast IP TC PRequest for Comments www.IETF.org

CIPProtocolo de Control e Informacin

Estandar EN 50170 Estandar IEC 61158

UDP/TCP/IP

Ethernet MAC Ethernet Eth t Fsica

IEEE 802.3Mensajera Explcita9

Control I/O en Tiempo Real

ODVA y ControlNet International Ms de 10 Aos de Compromiso con Estndares Abiertos1990 1994 1995 1997 2000 2002 2003 2004 2007 2008

CIP Motion CIP Sync (IEEE-1588) (IEEE 1588) CIP Safety EtherNet/IP Adaptation of CIP ControlNet International Founded ODVA Founded ControlNet Adaptation of CIP DeviceNet Ad D i N Adaptation of CIP i f Advent of Networked Manufacturing Systems

Asociaciones Internacionales compuestas por ms de 300 compaas lderes en automatizacin industrial. industrial

Estudio de Caso Landmark Longwall Shearer*15[m] de Largo, 90 Toneladas Transportador Provee la pista para el shearer. Puede conducir 5M ton por ao.

Mdulo de Soporte de Techo Un longwall tpico tiene unos g p 200 mdulos. Cada modulo soporta 1000 toneladas. toneladas

* = Reproducido con Autorizacin de ODVA

Escala de la Minera Longwall N Nmeros i di ti indicativos d l I i i ti L de la Iniciativa Longwall ll Costo de Capital del Equipamiento de US$ 200M. > 1000 t toneladas d maquinaria. l d de i i Produciendo 4M [ton] de carbn por ao. 30 minas longwall en A i l ll Australia. li 80% de la produccin subterrnea de carbn. Proyecto de 3 aos auspiciado por la Industria Australiana del Carbn. P Presupuesto de US$ 5M t d 5M. Motivado por temas mayores de produccin y seguridad. Obj ti Objetivos d automatizacin ambiciosos para remover de t ti i bi i personal de zonas subterrneas altamente peligrosas. www longwallautomation org www.longwallautomation.org

Requerimientos del Proyecto Qu se automatiza? Simple: Produccin Seguridad

Por qu es tan difcil? Medicin precisa del camino 3D del shearer. A bi t altamente agresivo. Ambiente lt t i Trabajo subterrneo experimental. R l Reglamento regulador para minas d carbn. t l d i de b Colaboracin entre fabricantes de equipamiento.

Por qu es tan Difcil?Nueva Tecnologa habilitadora de sensores para la automatizacin de longwall longwall. Muchos intentos previos de automatizacin de longwall fallaron en lograr informacin adecuada en 3D del shearer. GPS no est disponible subterrneamente. La Navegacin Inercial ha provisto la llave perdida.

Criterios de Diseo del Sistema de Control y Redes Interconexin y control de alto nivel de equipamiento existente automatizado multi-proveedor tipo caja negra negra. Integracin de nuevas tecnologas ej.: Navegacin Inercial. Inercial Aproximacin de Sistema Abierto no se quiere ms cajas negras propietarias. cajas negras Expansible para mejoras futuras. La Estrategia de Roof Supports Control:Proportional control signal to move AFC to desired position t d i d iti at n+1th increment of advance Position error in moving to n+1th increment of advance. + + +

Desired face alignmentDesired movement of AFC to move a distance d from the nth to the n+1th increment of advance

-

AFC movement via roof support advance mechanism

Face conveyor alignmentActual position of AFC at n+1th increment of advance

Estimate of position error in moving to n+1th increment of advance

Shearer PositionMeasured position of the AFC after the n+1th incremental advance

Por qu EtherNet/IP?... Las Razones del cliente EtherNet/IP fue seleccionado porque: CIP es un estndar abierto y maduro El estndar Ethernet es abierto y familiar. El hardware Ethernet Es de Alto Desempeo Disponible de Inmediato

Utiliza la infraestructura de red existente en la mina

Eleccin de EtherNet/IP para Landmark EtherNet/IP fue seleccionado porque: Se beneficia de los rpidos avances en el desarrollo de Ethernet H d Hardware d b j costo de bajo t Tecnologas derivadas, tales como comunicacin inalmbrica Amplia disponibilidad de habilidades relacionadas p p

Mejora continua en el desempeo de Ethernet motivada por el mercado de oficina/empresa

EtherNet/IP fue seleccionado a pesar de: Limitaciones y aspectos no deseados del uso de Ethernet para control industrial Falta de determinismo para el control en tiempo real. Segmentacin de la red para asegurar la confiabilidad de la red. Requiere de configuracin de la red y administracin permanente.

Desafos de la Implementacin Cada fabricante de equipo mayor debe proveer una interfaz EtherNet/IP a sus sistemas. Desarrollo de estndares Landmark, incluyendo modelos de dispositivos EIP di iti EIP. D Desarrollo d conjuntos d pruebas d software para que l ll de j de b de f los OEMs verifiquen su equipamiento. Proveer canales Ethernet a los componentes del sistema en un ambiente agresivo agresivo.

Resumen El estndar Landmark para equipamiento minero longwall, ahora pblico, especifica EtherNet/IP como el estndar de interconexin para t d l componentes. i t i todos los t L i d t i d l carbn A t li La industria del b Australiana ahora especifica h ifi conforme a Landmark en los requerimientos de las nuevas solicitudes de oferta por equipamiento. equipamiento Los fabricantes estn actualizando sus interfaces EIP al equipamiento existente.

GRACIAS !