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viernes, 13 de noviembre de 2015

Buses Estandarizados : Lonworks - SDS - CANOpen - MODBUS - Ethernet

Buses estandarizados

6.-Lonwork: La empresa Echelon, localizada en california, fue fundada en 1988. Comercializa el bus de campo LonWorks basado en el protocolo LonTalk y soportado sobre el NeuronChip. Alrededor de estas marcas ha construido toda una estructura de productos y servicios, hábilmente comercializados, dirigidos al mercado del control distribuido en domótica, edificios inteligentes, control industrial, etc. Asegura que varios miles de empresas trabajan con LonWorks, que cientos de empresas comercializan productos basados en su bus y que se han instalado millones de nodos.

El protocolo LonTalk cubre todas las capas OSI. El protocolo se soporta en hardware y firmware sobre el NeuronChip. Se trata de un microcontrolador que incluye el controlador de comunicaciones y toda una capa de firmware que, ademas de implementar el protocolo, ofrece una serie de servicios que permiten el desarrollo de aplicaciones en el lenguaje Neuron C, una variante del ANSI C. Motorola y Toshiba fabrican el NeuronChip, además Echelon ofrece la posibilidad de abrir la implementación de LonWorks a otros procesadores.

La red LonWorks ofrece una variada selección de medios fisicos y topologias de red: par trenzado en bus, anillo y topología libre, fibra óptica, radia, transmision sobre red eléctrica, etc. El soporte más usual es par trenzado a 38 o 78 Kbps. Se ofrece una amplia gama de servicios de red que permiten la construcción de extensas arquitecturas con multitud de nodos, dominios y grupos, típicas de grandes edificios inteligentes.
El método de comparación de medio es acceso CSMA predictivo e incluye servicios de prioridad de mensajes.
Echelon ofrece herramientas de desarrollo, formación, documentación y soporte técnico. Echelon basa su negocio en la comercialización de bus, medios, herramientas y soporte.

7.- SDS: (smart Distributed System) es, junto con DeviceNet y CANOpen uno de los buses de campo basados en CAN más extendidos. Fue desarrollado por el fabricante de sensores industriales Honeywell en 1989.
Se ha utilizado sobre todo en aplicaciones de sistemas de almacenamiento, empaquetado y clasificación automático. Se define una capa fisica que incluye alimentación de dispositivos en las conexiones. La capa de aplicación define autodiagnóstico de nodos, comunicación por eventos y prioridades de alta velocidad.

8.-CANOpen: Bus de campo basado en CAN. Fue el resultado de un proyecto de investigación financiado por la comunidad Europea y se está extendiendo de forma importante entre fabricantes de maquinaria e integrados de celula de proceso. Está soportado por la organización CiA (CAN in Automation), organización de fabricantes y usuario de CAN que también apoya DeviceNet, SDS, etc.

9.- Modbus: En su definición inicial Modbus era una especificación de tramas, mensajes y funciones utilizada para la comunicación con los PLC's Modicon. Modbus puede implementarse sobre cualquier linea de comunicación serie y permite la comunicación por medio de tramas binarios o ASCII con un proceso interrogación-Respuesta simple. Debido a que fue incluido en los PLC's de la prestigiosa firma Modicon en 1979, ha resultado un estándar de facto para el enlace serie entre dispositivos industriales.
Modbus plus defíne un completo bus de campo basado en técnica de paso de testigo. Se utiliza como soporte fisico el par-trenzado o fibra óptica
En la actualidad Modbus es soportado por el grupo de automatización Schneider (Telemechanique,Modicon...)

10.- Industrial Ethernet: La norma IEEE 802.3 basada en la red Ethernet de xerox se ha convertido en el método más extendido para la interconexión de computadores personales en redes de proceso de datos. En la actualidad se vive una auténtica revolución en cuanto a su desplazamiento hacia las redes industriales. Es indudable esa penetración. Diversos buses de campo establecidos como Profíbus, Modbus, Etc. Han adoptador Ethernet como la red apropiada para los niveles superiores. En todo caso se buscan soluciones a los principales inconvenientes de Ethernet como soporte para comunicaciones Industriales:
-El intrínseco indeterminismo de ethernet se aborda por medio de topologías basadas en conmutadores. En todo caso esas opciones no son gratuitas.
-Se han de aplicar normas especiales para conectores, blindajes, rangos de temperatura, etc. La tarjeta adaptadora Ethernet Empieza a encarecerse cuando se la dota de robustez para un entorno industria.

Parece dificil que Ethernet tenga futuro a nivel de sensor, aunque puede aplicarse en nodos que engloban conexiones múltiples de entrada-Salida.
Como conclusión Ethernet está ocupando un área importante entre las opciones para redes industriales, pero parece aventurado afírmar, como se ha llegado a hacer, que pueda llegar a penetrar en los niveles bajos de la piramide CIM.


Buses Estandarizados : Interbus - Devicenet - Fieldbus - FIP - WorldFIP

Buses Estandarizados

2.-Interbus: Protocolo propietario inicialmente de la empresa Phoenix Contact GmbH, aunque posteriormente ha sido abierta su especificación. Normalizado bajo DIN 19258, norma europeta EN 50 254. Fue introducido en el año 1984.
Utiliza una topología en anillo y comunicación mediante un registro de desplazamiento en cada nodo. Se pueden enlazar buses perifericos al principal.
Capa física basada en RS-485. Cada dispositivo actúa como repetidor. Así se puede alcanzar una distancia entre nodos de 400m para 500Kbps y una distancia total de 12KM. Es posible utilizar también enlaces de fibra óptica.
Capa de transporte basada en una trama única que circula por el anillo (trama de suma).

La información de direccionamiento no se incluye en los mensajes, los datos se hacen circular por la red. Alta efíciencia. Para aplicaciones de pocos nodos y un pequeño conjunto de entradas/salidas por nodo, pocos buses pueden ser tan rápidos y eficientes como INTERBUS.
Físicamente tiene la impresión de seguir una topología en estrella, pero realmente cada nodo tiene un punto de entrada y otro de salida hacia el siguiente nodo.
Es muy sensible a corte completo de comunicación al abrirse el anillo en cualquiera de los nodos. Por otra aprte, la estructura en anillo permite una fácil localización de fallos y diagnóstico.
Es muy apropiado para comunicación determinista a alta velocidad, es muy difícil una filosofía de comunicación orientada a eventos.

3.-DeviceNet: bus basado en CAN. Su capa física y capa de enlace se basan en ISO 11898, y en la especificación de bosh 2.0. DeviceNet defíne una de las mpas sotísficadas capas de aplicaciones industriales sobre bus CAN.
DeviceNet fue desarrollado por Allen-Bradley y a mediados de los noventa, posteriormente pasó a ser una especificación abierta soportada en la ODVA (Open DeviceNet Vendor Association). Cualquier fabricante puede asociarse a esta organización y obtener especificaciones, homologar productos, etc.
Es posible la conexión de hasta 64 nodos con velocidades de 125Kbps a 500Kbps en distancias de 100 a 500m.
Utiliza una defínición basada en orientación a objetos para modelar los servicios de comunicación y el comportamiento externo de nodos. Defíne mensajes y conexiones para funcionamiento Maestro-Esclavo, interrogación cíclica, "Strobing" o lanzamiento de interrogación general de dispositivos, mensajes espontáneos de cambios de estado, comunicación uno-uno, modelo productor-consumidor, carga y descarga de bloques de datos y ficheros, etc.

DeviceNet ha conseguido una significativa cuota de mercado. Existen más de 300 productos homologados y se indica que el número de nodos instalados superaba los 300.000 en 1998, está soportrado por numerosos fabricantes: Allen-bradley, ABB, Danfoss, Crouzet, Bosh, Control techniques, festo, Omron, etc.

4.-Foundation FIELDBUS: Un bus orientado sobre todo a la interconexión de dispositivos en industrias de proceso continuo. Su desarrollo ha sido apoyado por imporantes fabricantes de instrumentación (Fisher-Rosemount, Foxboro,...). En la actualidad existe una asociación de fabricantes que utulizan este bus, que gestiona el esfuerzo normalizador, la FieldBus Foundation. Normalizado como ISA SP50, IEC-ISO 51158 (ISA es la asociación internacional de fabricantes de dispositivos de instrumentación de proceso).
EN su nivel H1 (uno) de la capa fisica sigue la norma IEC 11158-2 para comunicación a 31,25Kbps, es por tanto, compatible con Profibus PA, su principal contendiente. Presta especial atención a las versiones que cumplen normas  de seguridad intrinseca para industrias de proceso en ambientes combustibles o explosivos. Se soporta sobre par trenzado y es posible la reutilización de los antiguos cableados de instrumentación analógica 4-20 mA. Se utiliza comunicación síncrona con codificación Manchester Bifase-L.

La capa de aplicación utiliza un protocolo sotísficado, orientado a objetos con múltiples formatos de mensaje. Distingue entre dispositivos con capacidad de arbitración (Lin master) y normales. En cada momento un solo Lin Master arbitra el bus, puede ser sustituido por otro en caso de fallo. utiliza diversos mensajes para gestionar comunicación por paso de testigo, comunicación cliente-servidor, modelo productor-consumidor etc. Existen servicios para configuración, gestión de diccionario de objetos en nodos, acceso a variables, eventos, carga descarga  de ficheros y aplicaciones, ejecución de aplicaciones ,etc. La codificación de mensajes se define segun ASN.1
El nivel H2 (Dos) está basado en Ethernet de alta velocidad (100Mbps) y orientado al nivel de control de la red industrial.

5.-FIP-WorldFIP: desarrollado en Francia a finales de los ochenta y normalizado por EN 50170, que también cubre Profibus. Sus capas física y de aplicación son análogas a las de Foundation Fieldbus H1 y Profíbus PA. La división Norteamérica  de WorldFIP se unió a mediados de los noventa a la fieldbus foundation en el esfuerzo por la normalización de un bus industrial común.
Utiliza un modelo Productor-Consumidor con gestion de variables ciclicas, eventos y mensajes genericos.

Buses Estandarizados : Profibus

Buses Estandarizados


1.- Profibus: Profibus se desarrolló bajo un proyecto financiado por el gobierno alemán. Está normalizado en Alemania por DIN E 19245 y en Europa por EN 50170. El desarrollo y posterior comercialización ha contado con el apoyo de importantes fabricantes como ABB, AEG, Siemens, Klóckner-Moeller,...
Está controlado por la PNO (Profibus User organisation) y la PTO (Profibus Trade Organisation).

Existen 3 perfiles:
-Profibus DP (Decentralized Periphery). Orientado a sensores/actuadores enlazados a procesadores (PLCS) o terminales.
-Profibus PA (Process Automation). Para control de proceso y cumpliendo normas especiales de seguridad para la industria química (IEC 1 / 15 8-2, seguridad intrínseca).
-Profibus FMS (Fieldbus Message Specification). Para comunicación entre células de proceso o equipos de automatización. La evolución de Profibus hacia la utilización de protocolos TCP/IP para enlace al nivel de proceso hace que este perfil esté perdiendo importancia.

Utiliza diferentes capas físicas. La más importante, en PROFIBUS DP, está basada en EIA RS-485. Profibús PA utiliza la norma IEC 11158-2 (norma de comunicación síncrona entre sensores de campo que utiliza modulación sobre la propia línea de alimentación de los dispositivos y puede utilizar los antiguos cableados de instrumentación 4-20mA) y para el nivel de proceso se tiende a la utilización de Ethernet. También se contempla la utilización de enlaces de fíbra óptica. Existen puentes para enlace entre diferentes medios, además de gateways que permiten el enlace entre perfiles y con otros protocolos.

Se distingue entre dispositivos tipo maestro y dispositivos esclavo. El acceso al medio entre maestros se arbitra por paso de testigo, el acceso a los esclavos desde un maestro es un proceso de interrogación cíclico (polling). Se pueden configurar sistemas multimaestro o sistemas más simples maestro-esclavo.
En profibus DP se distingue entre: maestro clase 1 (estaciones de monitorización y diagnóstico), maestro clase 2 (elementos centralizadores de información como PLC's, PC's, etc.), esclavo (sensores, actuadores).
El transporte en Profibus-DP se realiza por medio de tramas según IEC 870-5-1. La comunicación se realiza por medio de datagramas en modo broadcast o multicast. Se utiliza comunicación serie asíncrona pro lo que es utilizable una UART genérica.

Profibus DP prescinde de los niveles ISO 3 a 6 y la capa de aplicación ofrece una amplia gama de servicios de diagnóstico, seguridad, protecciones, etc. Es una capa de aplicación relativamente compleja debido a la necesidad de mantener la integridad en el proceso de paso de testigo (un y sólo un testigo).
Profibus FMS es una compleja capa de aplicación que permite la gestión distribuida de procesos al nivel de relación entre células dan posibilidad de acceso a objetos, ejecución remota de procesos, etc. Los dispositivos se definen como dispositivos de campo virtuales, cada uno incluye un diccionario de objetos que enumera los objetos de comunicación. Los servicios disponibles son un subconjunto de los defínidos en MMS (ISO 9506).

Las plataformas hardware utilizadas para soportar Profíbus se basan en microprocesadores de 16 Bits más procesadores de comunicaciones especializados o circuitos ASIC como el LSPM2 de siemens. La PNO se encarga de comprobar y certificar el cumplimiento de las especificaciones PROFIBUS.

Entre sus perspectivas de futuro se encuentra la integración sobre la base de redes etheret al nivel de plata y la utilización de conceptos de tiempo real y filosofia productor-consumidor en la comunicación entre dispositivos de campo

La distancias potenciales de bus van de 100m a 24km (con repetidores y fíbra óptica). La velocidad de comunicación puede ir de 9600bps a 12Mbps. Utiliza mensajes de hasta 244 bytes de datos.

Profibus se ha difundido ampliamente en Europa y también tiene un mercado importante en America y Asia. El conjunto Profibus DP - Profibus PA cubre la automatización de plantas de proceso discontinuo y proceso continuo cubriendo normas de seguridad intrinseca.

sábado, 7 de noviembre de 2015

Buses de Campo aplicados al control de procesos industriales [1/2]

Este articulo analizara el estado de avance en la tecnología de la comunicación de los buses de campo aplicados al control de procesos industriales.
Un bus de campo es un sistema de transmisión de información (datos) que simplifica enormemente la instalación y operación de máquinas y equipamientos industriales utilizados en procesos de producción. El objetivo de un bus de campo es sustituir las conexiones punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de control a través del tradicional bucle de corriente de 4-20mA. Tipicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo como PLCs, transductores, actuadores y sensores. Cada dispositivo de campo incorpora cierta capacidad de proceso, que lo convierte en un dispositivo inteligente, manteniendo siempre un costo bajo. Cada uno de estos elementos será capaz de ejecutar funciones simples de diagnóstico, control o mantenimiento, así como de comunicarse bidireccionalmente a través del bus.
El objetivo es reemplazar los sistemas de control centralizados por redes de control distribuido mediante el cual permita mejorar la calidad del producto, reducir los costos y mejorar la eficiencia. Para ello se basa en que la información que envían y/o reciben los dispositivos de campo es digital, lo que resulta mucho más preciso que si se recurre a métodos analógicos. Además, cada dispositivo de campo es un dispositivo inteligente y puede llevar a cabo funciones propias de control, mantenimiento y diagnóstico. De esta forma, cada nodo de la red puede informar en caso de fallo del dispositivo asociado, y en general sobre cualquier anomalía asociada al dispositivo. Esta monitorización permite aumentar la eficiencia del sistema y reducir la cantidad de horas de mantenimiento necesarias.

Ventajas de los buses de campo
La principal ventaja que ofrecen los buses de campo, y la que los hace más atractivos a los usuarios finales, es la reducción de costos. El ahorro proviene fundamentalmente de tres fuentes: ahorro en costo de instalación, ahorro en el costo de mantenimiento y ahorros derivados de la mejora del funcionamiento del sistema. Una de las principales características de los buses de campo es su significativa reducción en el cableado necesario para el control de una instalación. Cada componente sólo requiere un cable para la conexión de los diversos nodos. Se estima que puede ofrecer una reducción de 5 a 1 en los costos de cableado. En comparación con otros tipos de redes, dispone de herramientas de administración del bus que permiten la reducción del número de horas necesarias para la instalación y puesta en marcha.

El hecho de que los buses de campo sean más sencillos que otras redes de uso industrial como por ejemplo MAP, hace que las necesidades de mantenimiento de la red sean menores, de modo que la fiabilidad del sistema a largo plazo aumenta. Además, los buses de campo permiten a los operadores monitorizar todos los dispositivos que integran  el sistema e interpretar fácilmente las interacciones entre ellos. De esta forma, la detección de las fuentes de problemas en la planta y su corrección resulta mucho más sencilla, reduciendo los costos de mantenimiento y el tiempo de parada de la planta.

Los buses de campo ofrecen mayor flexibilidad al usuario en el diseño del sistema. Algunos algoritmos y procedimientos de control de que son sistemas de comunicación tradicionales debían incluirse en los propios algoritmos de control, radican ahora en los propios dispositivos de campo, simplificando el sistema de control y sus posibles ampliaciones.
También hay que tener en cuenta que las prestaciones del sistema mejoran con el uso de la tecnología de los buses de campo debido a la simplificación en la forma de obtener información de la planta desde los distintos sensores. Las mediciones de los distintos elementos de la red están disponibles para todos los demás dispositivos. La simplificación en la obtención de datos permitirá el diseño de sistemas de control más eficientes.
Con la tecnología de los buses de campo, se permite la comunicación bidireccional entre los dispositivos de campo y los sistemas de control, pero también entre los propios dispositivos de campo.
Otra ventaja de los buses de campo es que sólo incluyen 3 capas (Física, Enlace y Aplicación) y un conjunto de Servicios de administración. El usuario no tiene que preocuparse de las capas de enlace o de aplicación. Sólo necesita saber cual es funcionalidad. Al usuario sólo se le exige tener un conocimiento mínimo de los servicios de administración de la red, ya que parte de la información generada por dichos servicios puede ser necesaria para la reparación de averías en el sistema. De hecho, prácticamente, el usuario sólo debe preocuparse de la capa física y la capa de usuario.

Buses de campo existentes
Debido a la falta de estándares, diferentes compañías han desarrollado diferentes soluciones, cada una de ellas con diferentes prestaciones y campos de aplicación. En una primera clasificación tenemos los siguientes grupos:

Buses de alta velocidad y baja funcionalidad

Están diseñados para integrar dispositivos simples como finales de carrera, fotocélulas, relés y actuadores simples, funcionando en aplicaciones de tiempo real, y agrupados en una pequeña zona de la planta, tipicamente una máquina básicamente comprenden las capas físicas y patrones de bits de las tramas. Algunos ejemplos son:
  -CAN: Diseñado originalmente para su aplicación en vehículos.
  -SDS: Bus para la integración de sensores y actuadores, basado en CAN.
  -ASI: Bus serie diseñado por Siemens para la integración de sensores y actuadores.

Buses de alta velocidad y funcionalidad media.

Se basan en el diseño de una capa de enlace para el envío eficiente de bloques de datos de tamaño medio. Estos mensajes permiten que el dispositivo tenga mayor funcionalidad de modo que permite incluir aspectos como la configuración, calibración o programación del dispositivo. Son buses capaces de controlar dispositivos de campo complejos, de forma eficiente y a bajo costo. Normalmente incluyen las especificación completa de la capa de aplicación, lo que significa que se dispone de funciones utilizables desde programas basados en PCs para acceder, cambiar y controlar los diversos dispositivos que constituyen el sistema. Algunos incluyen funciones estándar para distintos tipos de dispositivos (Perfiles) que facilitan la inter-operabilidad de dispositivos de distintos fabricantes. Algunos ejemplos son:
  -DeviceNet: Desarrollado por Allen-Bradley, utiliza como base el bus CAN, e incorpora una capa de aplicación orientada a objetos.
  -LONWorks: Red desarrollada por Echelon.
  -BitBus: Red desarrollada por INTEL.
  -DIN MessBus: Estándar alemán de bus de instrumentación, basado en comunicación RS-232.
  -InterBus-S: Bus de campo alemán de uso común en aplicaciones medias.

Buses de Altas prestaciones.

Son capaces de soportar comunicaciones a nivel de todos los niveles de producción CIM, Aunque se basan en buses de alta velocidad, algunos prestan problemas debido a la sobrecarga necesaria para alcanzar las características funcionales y de seguridad que se les exigen. La capa de aplicación tiene un gran número de servicios a la capa de usuario, habitualmente un subconjunto del estándar MMS (Manufacturing Message Specification). Entre sus características incluyen:
  -Redes multi-maestro con redundancia
  -Comunicación maestro.esclavo según el esquema pregunta-respuesta
  -Recuperación de datos desde el esclavo con un límite máximo de tiempo,
  -Capacidad de direccionamiento unicast, multicast y broadcast.
  -Petición de servicios a los esclavos basada en eventos.
  -Comunicación de variables y bloques de datos orientada a objetos.
  -Descarga y ejecución remota de programas.
  -Altos niveles de seguridad de la red, opcionalmente con procedimientos de autentificación.
  -Conjunto completo de funciones de administración de la red.

Algunos ejemplos son:
  -Profibus
  -WorldFIP
  -Fieldbus Foundation

Buses para áreas de seguridad intrínseca.

Incluyen modificaciones en la capa física para cumplir con los requisitos específicos de seguridad intrínseca en ambientes con atmósferas explosivas. La seguridad intrínseca es un tipo de protección por la que el componente en cuestión no tiene posibilidad de provocar una explosión en la atmósfera circundante. Un circuito eléctrico o una parte de un circuito tienen seguridad intrínseca, cuando alguna chispa o efecto térmico en este circuito producidos en las condiciones de prueba establecidas por un estándar (dentro del cual figuran las condiciones de operación normal y de fallo específicas) no puede ocasionar una ignición. Algunos ejemplos son HART, Profibus PA o WorldFIP. 


domingo, 1 de noviembre de 2015

Control Electrónico de motores (Conceptos)

1.- Introducción a los motores eléctricos

Se basan en la ley de faraday que indica que "en cualquier conductor que se mueve en el seno del campo magnético, se generará una diferencia de potencial entre sus extremos, proporcional a la velocidad de desplazamiento".


Si en lugar de un conductor rectilíneo se introduce una espira con los extremos conectados a una determinada resistencia y se le hace girar en el interior del campo, de forma que varíe el flujo magnético abrazado por la misa, se detectará la aparición de una corriente eléctrica que circula por la resistencia y que cesará en el momento en que se detenga el movimiento. El sentido de la corriente viene determinada por la "ley de Lenz".


Mediante un sistema descrito se genera una corriente eléctrica a partir de un movimiento mecánico, lo que corresponde al principio de funcionamiento de un generador.
Al ser dicho efecto reversible, el funcionamiento como motor se consigue invirtiendo los papeles.

Motores eléctricos
En los motores eléctricos las espiras rotativas del conductor son guiadas mediante la fuerza magnética ejercida por el campo magnético  la corriente eléctrica. Se transforma la energía eléctrica en energía mecánica.


Clasificación Motores:
Atendiendo a la naturaleza de la corriente eléctrica utilizada, los motores eléctricos rotativos pueden dividirse en:
-Motores de Corriente Continua
-Motores de Corriente Alterna
-Motores Universales

Los corrientes de C.A, a su vez, por la naturaleza de la corriente de excitación pueden clasificarse en:
-Motores Síncronos
-Motores Asíncronos o de inducción.

Los distintos modos de conectar los arrollamientos de excitación de los motores de corriente continua constituyen la base para poder modificar ampliamente las formas de funcionamiento de estos motores. Según sea la conexión elegida, los motores reciben nombres especiales.

A continuación se exponen los sistemas de excitación más utilizados en la práctica:
-Excitación por imanes permanentes
-Excitación independiente
-Excitación Serie
-Excitación Paralelo (Shunt)
-Excitación Compuesta (Compound)

Motor Corriente Continua
El motor de corriente continua está compuesta de 2 piezas fundamentales:
Rotor (Circuito de armadura o inducido):
Constituye la parte móvil del motor, proporciona el par para mover a la carga.

Esta formado por:
-Eje.
-Núcleo y devanado.
-Colector.
-Tapas.

Devanado: Consta de bobinas aisladas entre sí y entre el núcleo de la armadura. Estas bobinas están alojadas en las ranuras, y están conectadas eléctricamente con el colector, el cual debido a su movimiento rotatorio, proporciona un camino de conducción conmutado.
Colector: Denominado también conmutador, está constituido de láminas de material conductor (delgas), separadas entre sí y del centro del eje por un material aislante, para evitar cortocircuito con dichos elementos. El colector se encuentra sobre uno de los extremos del eje del rotor, de modo que gira con éste y está en contacto con las escobillas.
La función del colector es recoger la tensión producida por el devanado inducido, transmitiéndola al circuito por medio de las escobillas

Estator: Constituye la parte fija de la máquina. Su función es suministrar el flujo magnético que será usado por el bobinado del rotor para realizar su movimiento giratorio.
Esta formado por:
-Armazón
-Imán permanente
-Escobillas y porta escobillas

Motores CC imán permanente
                                        Imán Permanente                              Estator Bobinado

Los motores con campos magnéticos originados por imanes permanentes, tienen las siguientes ventajas:
-No necesitan corriente magnetizante, reduciéndose así el gasto energético de la misma al no producirse, en el circuito de excitación, perdidas por efecto Joule
-Se consigue un primer abaratamiento en su construcción, al suprimirse los conductores que constituyen el devanado de excitación
-Poseen una excitación estable

Sin embargo, presentan grandes inconvenientes, que hacen limitado su uso exclusivamente en máquinas de muy baja potencia, los cuales pasamos a enumerar:
-Poseen un campo magnético fijo sin posibilidad de regulación
-El campo magnético es relativamente débil, presentando la máquina unas elevadas dimensiones con relación a la potencia desarrollada.
-La tecnología de elaboración e imantación de los imanes permanentes es compleja y por tanto, costosa.


Junto a la Ra aparece Rex o resistencia del devanado de excitación serie. La regulación de n puede hacerse solamente, bien regulando la tensión V aplicada al motor, actuando sobre el término (Ra + Rex) poniendo en serie con el motor un reostato, o bien actuando sobre el flujo, poniendo en paralelo con el devanado de excitación un reostato o haciendo varias tomas en dicho devanado. En este caso se obtiene una regulación a potencia constante.

-Par de arranque elevado
-Muy inestable, tendencia a embalarse
-Utilizado en tracción eléctrica.

Aplicación a tracción eléctrica DC SERIE
Las propiedades tan valiosas de este motor lo hacen apropiado para la tracción eléctrica: Trenes, tranvías, trolebuses y también en grúas donde son necesarios altos pares a bajas velocidades y viceversa.
La regulación de la velocidad de estos motores, a diferencia con el motor derivación, se realiza solamente por control de la tensión aplicada al motor. Este procedimiento puede realizarse de manera económica si se dispone por lo menos de dos motores (pueden ser también cuatro o seis), como sucede en los ferrocarriles eléctricos urbanos o interurbanos. Cada coche motor va equipado con dos motores serie, uno acoplado al boje (o bogie) delantero que impulsa las ruedas motrices delanteras y otro acoplado al boje trasero impulsando sus respectivas ruedas traseras.

Auto excitación C.C Shunt
El reostato de excitación, que algunas veces suele disponerse en el circuito inductor para regular entre ciertos límites la corriente de excitación, admitiremos que está cortocircuitado (resistencia nula), siendo por tanto el valor de la corriente de excitación y el flujo inductor debido a ella, máximo.

Es utilizado en máquinas y herramientas por su estabilidad
Red = Rs + Rex

Auto excitación C.C Compuesto
Motor con excitación copuesta 
A) Compuesta larga
B) Compuesta corta
Utilizado en maquinas de herramientas y tracción.

Comparación Serie- Compound - Derivación






sábado, 31 de octubre de 2015

Maquinas de Corriente Continua

Las Maquinas de Corriente Continua se clasifican en:

-Generadores (Dinamos).
-Motores Eléctricos.
Son Máquinas reversibles,
-El Motor convierte la energía eléctrica en mecánica.
-El generador Convierte la energía mecánica en eléctrica.


Generador (Dinámo): En el dinámo generador el movimiento giratorio es suministrado por una fuente exterior aplicada al eje con el fin de generar energía eléctrica
Motor: En el motor la fuente es energía eléctrica que se suministra en los bornes al devanado y al campo magnético de la maquina con el fin de generar energía mecánica.

Partes esenciales de una Máquina de Corriente Continua.

Aspecto Exterior de una maquina de corriente continua.


Partes de una Máquina de Corriente Continua: 
Circuito Inductor 
    Se encuentra en la fija de máquina y recibe el nombre de estator.
    Está constituido por:
        -Carcasa o Culata: -Es el soporte de todos los elementos de máquina y sirve de retorno de los flujos creados por los bobinados auxiliares o de excitación.
-Está Fabricada en acero fundido o laminado.
        -Núcleo Polar de un polo inductor:-Son masas magnéticas donde va alojado el bobinado de excitación.
-Son de chapa de acero dulce, se unen a las carcasa por pernos.
        -Pieza polar de un polo inductor:
-Se llama también expansión polar, es la parte más cercana al inducido.
-Mediante la expansión polar se reduce la reluctancia magnética y por consiguiente el flujo de dispersión y las perdidas magnéticas.
Mejora  del flujo inductor

        -Núcleo polar de un polo auxiliar o de conmutación:
-Es el núcleo magnético donde va situado el bobinado auxiliar.
-Está constituido por chapa de acero dulce.
-Se una a la carcasa mediante pernos desmontables.
        -Pieza polar de un polo auxiliar o de conmutación:
-Las mismas características  función que la pieza polar de un polo de excitación, pero de menor tamaño.
        -Entrehierro:
-Espacio que existe entre el circuito mangético del bobinado inductor y el circuito magnético del bobinado inducido.
        -Bobinados de excitación o bobinado inductor:
-Es el que produce en el estator el campo magnético cuyo flujo crea las corrientes inducidas en el inducido o rotor.

        El Motor convierte la energía eléctrica en mecánica.
-Está conectado en serie con el bobinado de inducción.
-Está destinado a mejorar la conmutación
-Realizan una función muy importante en el funcionamiento de la máquina.


Excitación de las máquinas de Corriente continua:
Existen maquinas con excitación independiente y autoexcitadas como lo son:
-Excitación Serie
-Excitación Shunt
-Excitación Compound

Excitación Independiente
- El bobinado de excitación de la máquina es alimentado por una fuente de Corriente Continua Exterior.
-La corriente de excitación puede ser regulada por un reostato o por la propia fuente.
-Su utilización es limitada por necesitar de una fuente exterior para su excitación 

Maquinas Autoexcitadas
-La fuente de alimentación del bobinado de excitación llega a través del inducido de la propia máquina.
-En los generadores el flujo inicial de excitación se produce por histéresis.
-En los motores, el bobinado de excitación se alimenta a través de la red de corriente continua.

.- Excitación Serie
-La bobinas inductoras son recorridas por la misma corriente generada por el inducido y absorbida por la carga.
-Son de pocas espiras  sección grande para tener la menor caída de tensión posible.


.- Excitación Shunt (Paralelo)
El circuito inductor está conectado en derivación con el circuito inducido y con la carga.
-Las bobinas están constituidas por un número elevado de espiras y poca sección.


.-Excitación Compound (Compuesta)
-Constituida por dos circuitos, uno serie y otro en derivación.
-Esta maquina reúne las características de la conexión serie y de la conexión Shunt, por lo que mejora bastante las deficiencias de las anteriores.




Placa de bornas de un Maquina de Corriente Continua.
Letras                 Circuito al que corresponde
A-B / A1-A2      -Bobinado Inducido
C-D / E1-E2       -Bobinado Inductor Shunt
E-F / D1-D2       -Bobinado Inductor Serie
G-H / B1-B2      -Bobinado inductor de conmutación
J-K / F1-F2        -Bobinado Inductor independiente
Circuito Inducido
   Sus partes son : el Inducido, Colector y Escobillas.

Inducido Partes:



Diferentes elementos de una máquina de C.C

También denominado, rotor, es la parte de la máquina que gira y donde va alojado el bobinado.
-Está formado por chapas magnéticas aisladas entre sí por un barniz.
-Existen 3 Tipos de inducidos:
   -De Anillo.
   -De Disco.
   -De Tambor.
-El bobinado de tambor es el más utilizado por representar más ventajas que el resto:
-Gran aprovechamiento del cobre
-Menor resistencia ohmica
-Menores pérdidas por calor y mayor rendimiento


Colector
-Es un cilindro adherido al eje del inducido donde va conectado el bobinado del inducido por medio de unas pletinas de cobre aisladas entre ellas por una capa de mica.
-En las delgas se conectan los principios y finales de cada espira del bobinado inducido.

Escobillas
-Las escobillas son piezas fijas compuestas por mezcla de diferentes tipos de carbón
-Alojadas en un porta escobillas
-Las escobillas pueden ser de diferentes formas y tamaños en función del tipo de porta escobilla y potencia de la máquina.

Bobinados del rotor
-Bobina.- Es un número determinado de espiras conectadas entre si
-La bobina consta de una parte activa que se encuentra en el interior de la ranura (sección inducida) y otra parte en el exterior de la ranura que une los lados activos y se denomina cabeza de bobina.
-Las bobinas se pueden construir de hilos o de pletinas.

Principales normas en cada tipo de bobinado:
-Para máquinas que es necesario suministrar fuertes intensidades, se construyen bobinados imbricados simples o dobles.
Para máquinas sometidas a elevadas tensiones se construyen bobinados ondulados.
-Para máquinas de mediana potencia se emplean los dos tipos de bobinados.

Números de polos. 
Lineas neutras y escobillas
-El número de polos vendrá determinado por los cálculos constructivos de la máquina (N-S).
-El número de líneas neutras será igual al de polos. Cada línea neutra se encuentra entre dos polos de distinto signo.
-El número de escobillas será igual al número de polos.

domingo, 25 de octubre de 2015

Protocolo Modbus

Modbus fue introducido en 1979 por la compañía Modicon, que era líder en el mercado incipiente de controladores lógicos programables (PLC).



 Su objetivo era ser el protocolo interno de comunicación punto-a-punto, el intermedio entre los PLCs de Modicon y los paneles de programación que se usaban para programar controladores.

 Este protocolo sigue prosperando porque es de fácil comprensión, y por ello ha sido utilizado por muchos ingenieros para ejercitarse en protocolos. Además, es un sistema abierto y se puede utilizar sin pagar royalties. No se limita a la automatización industrial; de hecho se puede encontrar en numerosos sectores de automatización, incluyendo la de edificios.

MODBUS funciona siempre en modo maestro-esclavo (cliente - servidor), siendo el maestro (cliente) quien controla en todo momento las comunicaciones con los esclavos que pueden ser hasta 247 (Dirección 1 a 247) . Los esclavos (servidores) se limitan a retornar los datos solicitados o a ejecutar la acción indicada por el maestro. La comunicación del maestro hacia los esclavos puede ser de dos tipos.

-Peer to peer: en que se establece comunicación maestro - esclavo, el maestro solicita información y el esclavo responde. Se envía el comando a un dispositivo comprendido entre las direcciones 1 a 247. 
-Broadcast: en que se establece comunicación maestro - todos los esclavos, el maestro envía un comando a todos los esclavos de la red sin esperar respuesta, se envía a la dirección 0.


Se pueden establecer comunicaciones en redes estándar Modbus utilizando cualquiera de estos dos modos de transmisión: ASCII o RTU.
Los usuarios seleccionan el modo deseado, y los parámetros de comunicación del puerto serie (velocidad de transmisión en baudios, modo de paridad, etc.), durante la configuración de cada controlador.
El modo y los parámetros del puerto serie tienen que ser los mismos para todos dispositivos en una red Modbus.

La selección de modo ASCII o RTU es solamente para redes estándar Modbus.
Define los contenidos de los campos del mensaje serie transmitido por la red. Determina como estará empaquetada la información en los campos de código y mensaje.
En otras redes como MAP y Modbus Plus, los mensajes de Modbus están embebidos dentro de la trama y no están relacionados con la transmisión serie.

Modbus ASCII

Sistema de Codificación:
Hexadecimal, caracteres ASCII 0-9, A-F, 7 bits
Un carácter hexadecimal en cada carácter ASCII del mensaje.
Bits por Byte:
1 bit de comienzo
7 bits de datos, el bit menos significativo se envía primero
1 bit de paridad par/impar; o ninguno si no hay paridad
1 bit de fin si se usa control de paridad; ó 2 bits de fin si no
se usa control de paridad
Campo de Control de Error:
Control de Redundancia Longitudinal(LRC)

** La ventaja principal de este modo es que permite intervalos de tiempo de hasta un segundo entre caracteres sin causar error.


Modbus RTU

Sistema de Codificación:
8 bits binarios, binario 0 a 255
2 caracteres hexadecimales en cada campo de 8 bits del
mensaje.
Bits por Byte:
1 bit de inicio
8 bits de datos, el bit menos significativo se envía primero
1 bit de paridad par/impar; ó ninguno si no se usa paridad
1 bit de fin si se usa paridad; ó 2 bits de fin si no hay paridad
Campo de Control de Error:
Control de Redundancia Cíclica ( CRC )

** La ventaja principal de este modo es que su mayor densidad de caracteres permite una
mejor productividad de información que el modo ASCII para la misma velocidad. 
Cada mensaje se transmite conjuntamente sin interrupción.

ASCII V/S RTU


Transmisión de Caracteres Serie
Trama Modbus


¿Como se usa el código de operación?

El campo Código de Operación del formato de mensaje contiene dos caracteres (ASCII) u ocho bits (RTU). Los códigos válidos están en el rango de 1-255 decimal.
Cuando se envía un mensaje desde un maestro a un dispositivo esclavo el campo de Código de Operación dice al esclavo qué la clase de acción debe realizar.
Cuando el esclavo responde al maestro, utiliza el campo de código de operación para indicar que es una respuesta normal (libre de error) o que ha ocurrido algún tipo de error (respuesta de excepción).

Contenido del Campo de datos
El campo de información se construye utilizando conjuntos de dos dígitos hexadecimales, en el rango 00-FF hexadecimal. Estos pueden estar formados por un par de caracteres ASCII, o por un
carácter de RTU, de acuerdo con el modo de transmisión de la red.
El campo de información de mensajes enviados desde un maestro a sus dispositivos esclavos contienen información adicional que el esclavo necesita para ejecutar la acción definida en el Código de Función.
Estos pueden incluir detalles como direcciones de registros o discretas, la cantidad de registros a manejar, y el contador de bytes reales de información en el campo.

Por ejemplo, en la solicitud de un maestro a un esclavo para leer un grupo de registro internos (código de operación 03), el Campo de Datos especifica el registro inicial y cuantos registros se quieren leer.

Código de error en operación
Un mensaje de maestro a esclavo para leer un grupo de registros internos tendría el siguiente código de operación:
0000 0011 (Hexadecimal 03)
Si el dispositivo esclavo recibe la acción solicitada sin error, devuelve el mismo código
en su respuesta.
Si ocurre una excepción, devuelve :

10000011 (Hexadecimal 83)

Contenido del campo de datos: 
Direccionamiento de datos:
Contenidos del campo de comprobación de error.
En las redes estándar Modbus se utilizan dos clases de método de comprobación de error. Los contenidos de campo de comprobación de error dependen del método que se haya utilizado.

ASCII
Cuando se utiliza formato ASCII, el campo de comprobación de error contiene dos caracteres
ASCII. Los caracteres de control de error son el resultado de un cálculo de Redundancia Longitudinal (LRC) basado en el contenido del mensaje, excluyendo el carácter de inicio (: ) y los caracteres finales CR LF. (Retorno de carro + salto de linea)
Los caracteres de LRC se añaden al mensaje como último campo seguidos de los caracteres CRLF.

RTU
Cuando se utiliza formato RTU, el campo de comprobación de error contiene un valor de 16 bits formado por dos bytes de 8 bits. El valor de control de error es el resultado de un cálculo de Control de Redundancia Cíclica basado en el contenido del mensaje.