Nueva generación de controladores abiertos, flexibles y a prueba del futuro

Hoy en día, hay más dispositivos conectados en red que personas, y la tendencia se acentúa. La tradicional pirámide de automatización está siendo reemplazada por estructuras en red y tecnologías en la nube. Los requerimientos de seguridad, apertura e interoperabilidad de estos sistemas se están ampliando.

"Los ciclos de innovación se están acortando y se necesitan herramientas y procesos de desarrollo para cumplir con el tiempo cada vez más corto que se exige para llegar al mercado", explicó Roland Bent, CTO de Phoenix Contact en Alemania. Pero, ¿Qué significa esto para fabricantes y usuarios? ¿Qué oportunidades podrán surgir de tales desarrollos tecnológicos?

Además de los lenguajes clásicos de IEC 61131-3, o sea diagrama de bloques de función (FBD), diagrama tipo escalera (LD), diagrama funcional de secuencias (SFC) y texto estructurado (ST), los PLCs serán programados cada vez más en lenguajes de alto nivel, tales como C ++ y C #.

Las aplicaciones de tecnología de control utilizan programación basada en modelos, por ejemplo Matlab Simulink. Los ingenieros de automatización no sólo deben incorporar estos lenguajes, que a menudo son nuevos para ellos, sino que, debido al avance de Industrie 4.0 e IoT, también deben responder a requerimientos adicionales en cuanto a conectividad. Estos desarrollos incluyen el tema de la seguridad de los datos, que cada vez es más importante.

Dentro de este contexto, Phoenix Contact introdujo el término ‘PLCnext Technology’, que intenta responder a las cuestiones tecnológicas que plantean las aplicaciones actuales y futuras en cuanto al mayor nivel posible de apertura.

"Hasta hace poco, la programación del controlador, asumiendo que es determinística en principio, sólo era posible usando lenguajes definidos de programación de PLC", comentó Bent. "Es aquí donde PLCnext Technology simplifica la ingeniería, ya que representa una plataforma abierta en la que múltiples desarrolladores, de distintas generaciones y disciplinas de programación, pueden trabajar en paralelo en un programa de control".

 

La base de PLCnext Technology es una capa inteligente entre el programa de aplicación y el sistema operativo, que pueden usar todos los componentes del sistema para intercambiar datos sincrónicamente y en tiempo real, y que también ofrece un fácil acceso a los servicios del sistema, tales como zócalos Ethernet.

Gracias a sus interfaces abiertas, el usuario puede usar la capa intermedia para integrar e instalar sus propios programas (Apps) y para comunicarse con los demás componentes del sistema y el sistema operativo. Esto se consigue sin importar si los programas fueron creados de manera convencional en IEC 61131-3, en lenguajes de alto nivel, por ejemplo C# o C/C ++, o por medio de Matlab Simulink. El desarrollador define la herramienta de software más adecuada para la correspondiente aplicación o incluso puede combinar varias herramientas.

Mientras un programador en IEC 61131-3 puede usar el nuevo software PC Worx Engineer, o generar y cargar modelos directamente en Matlab Simulink, un programador en lenguajes de alto nivel puede elegir entre Visual Studio y Eclipse, lo que significa que cada usuario desarrolla con su herramienta preferida, eliminando costos de capacitación en otras herramientas de programación.

Un año después de la introducción de PLCnext Technology en el mercado, Phoenix Contact desarrolló el primer controlador industrial basado en esa tecnología: PLCnext Control (AXC F 2152). La familia de productos PLCnext Control comienza con una arquitectura de hardware de doble núcleo con una memoria de 512 MB y una velocidad de reloj de sistema de 800 MHz. 

En comparación con la tecnología de un PLC convencional, esto parece impresionante, pero no es la innovación principal. PLCnext Control incorpora una arquitectura Linux con un núcleo expandido que incluye capacidad en tiempo real, integrando así el mercado de controladores descentralizados y modulares de pequeña escala.

Los sistemas operativos Linux ofrecen ventajas, tales como integridad de sistema, estabilidad y comunicación segura, además de apertura y flexibilidad óptimas. Linux también se destaca por una mejor portabilidad para varias plataformas de hardware y acepta escalado o una futura arquitectura de procesador.

Nueva generación de controladores abiertos, flexibles y a prueba del futuro

El ESM (Execution Synchronisation Manager) para manejo de tareas en PLCnext Technology permite combinar programas provenientes de una amplia gama de entornos de desarrollo entre sí o dentro de tareas, aunque se comporten como un código IEC 61131 homogéneo. Esto hace que, automáticamente, los lenguajes de alto nivel también sean determinísticos.

El manejo de tareas soporta una mezcla de lenguajes IEC 61131, de alto nivel y basados en modelos. 

El segundo aspecto tecnológico es la consistencia de los datos relacionados con la imagen del proceso. En PLCnext, esto es manejado por Global Data Space (GDS). Al usar mecanismos sofisticados con estructuras de puertos internos y buffer de datos, el GDS asegura que los elementos individuales de un programa reciban una imagen de datos precisa y consistente, lo cual es crucial a la hora de ejecutar el respectivo programa.

Se dispone de un servidor OPC UA, como así también de administradores de sistema, usuario y fieldbus, recolectores de diagnóstico, controladores de trazas, HMI PC Worx Engineer y acceso automático a PROFICLOUD. Además, cabe señalar que PLCnext Technology trabaja con servicios probados de PROFICLOUD y soporta integración de soluciones de nube propietarias, lo que representa un avance hacia diagnósticos preventivos e IoT. 

También soporta sistemas convencionales de fieldbus, tales como PRO­FI­­BUS, CAN, Mod­bus/RTU e INTERBUS, así como estándares Ether­net en tiempo real, tales como PROFINET y Mod­bus/TCP. En este sentido, PLCnext Technology está diseñada para una posterior integración de protocolos adicionales, de modo que los usuarios puedan responder de manera flexible a futuros desarrollos.

La digitalización en automatización no es un tema nuevo. La tecnología de control y comunicación industrial ha sido digital durante los últimos 30 años. La nueva dinámica asociada con este término tiene que ver con las amplias redes inteligentes que conectan todas las cosas, o sea productos, máquinas, procesos y personas, combinadas con una potencia informática casi ilimitada. PLCnext Technology ofrece la base para implementar soluciones de automatización capaces de cumplir con todos los desafíos del mundo digitalizado.

 

Cloud IoT Gateway para conectar dispositivos con PROFICLOUD

PROFICLOUD de Phoenix Contact es un sistema IoT abierto que permite solucionar todas las aplicaciones, incluyendo adquisición de datos en base a la nube, análisis o un concepto de automatización completo.

Usando Cloud IoT Gateway, presentado recientemente en la Feria de Hannover, queda establecida la conexión a Proficloud sin necesidad de interferir con la tecnología de automatización. La interacción adaptada en el hardware de gateway y la plataforma de nube facilitan la recolección de datos de sensores y procesos y su transferencia encriptada a aplicaciones de nube para su posterior procesamiento.

Nueva generación de controladores abiertos, flexibles y a prueba del futuro
PLCnext y PROFICLOUD: Computación en nube para automatización.

 

Incluso los sistemas existentes pueden enviar sus datos de estado a PROFICLOUD por medio de IoT Gateway a fin de implementar aplicaciones como Big Data, reconocimiento de patrones y monitoreo de condiciones, lo cual aumenta la eficiencia de la producción a largo plazo.

La configuración de parámetros en Cloud IoT Gateway se puede realizar fácilmente usando gestión basada en la web y no requiere un software de ingeniería adicional.

Siemens está expandiendo su serie de controladores de automatización SIMATIC para aplicaciones basadas en PC. La nueva CPU 1515SP PC 2 para SIMATIC ET 200SP Open Controller combina las funciones de un controlador de software basado en PC con visualización, aplicaciones de Windows y E/Ss centrales en un solo dispositivo compacto. 

Por primera vez, las funciones de seguridad están integradas directamente, por lo que el CPU 1507S F es considerado el único controlador del mundo con control failsafe basado en PC que se opera independientemente del sistema operativo, lo que garantiza una alta disponibilidad del sistema y facilita el arranque rápido del controlador. También es posible ahora instalar las actualizaciones de Windows y reiniciar el sistema durante la ejecución del controlador, lo que evita, además, la necesidad de un controlador de hardware, ahorrando espacio y dinero, y reduciendo costos de ingeniería. 

La combinación de un control basado en PC y programas con lenguajes de alto nivel hacen que el controlador de software SIMATIC S7-1500 sea adecuado para la fabricación de máquinas con fines específicos.

Las buenas prácticas dictan que los sistemas de control deben diseñarse para mantener las funciones de control de proceso separadas y operacionalmente independientes de las funciones de seguridad. Esto, por lo general, se logra con un controlador para proceso y un sistema separado para seguridad.

La solución de Schneider Electric ofrece más de lo requerido por los estándares de la industria:

  • Capacidad de procesamiento dual para controlar las funciones de seguridad y de proceso en forma independiente.
  • Unifica independientemente la seguridad de planta y el control de proceso para proteger la totalidad del entorno operativo.
  • Minimiza el impacto de una falla del proceso en la seguridad de la planta, su personal y sus bienes.
  • No hay compromisos para lograr un proceso de ejecución segura.
  • El mejor desempeño en redes y ciberseguridad con Modicon M580.
  • No es necesario diseñar, instalar y mantener sistemas de seguridad separados.
  • Utiliza las mismas herramientas, métodos de cableado y estructuras de E/S que el controlador Modicon M580 estándar.

Modicon M580 Safety

Es el controlador de automatización programable M580 (PAC) de Schneider Electric con módulos integrados y funciones de seguridad. El PAC incluye una sola CPU con un coprocesador de seguridad obligatorio para la ejecución dual.

Está basado en la plataforma X80 y en el entorno de programación Unity Pro:

  • CPU y coprocesador de seguridad M580 (SIL3).
  • Fuentes de alimentación de seguridad redundantes.
  • E/Ss locales y remotas de seguridad; los módulos de seguridad X80 son compatibles sólo con el M580 Safety.
  • Comu nicaciones de seguridad.
  • Bibliotecas de software implementadas para procesos y seguridad de máquinas.

Arquitectura

El sistema de seguridad basado en el PAC M580 Safety posee certificación TÜV Rheinland para su uso en aplicaciones hasta SIL3 (nivel de integridad de seguridad 3), garantizando un funcionamiento seguro y optimizando costos.

El PAC Modicon M580 permite mezclar arquitecturas para:

  • Administrar aplicaciones de seguridad y estándar.
  • Separar los procesos de control y seguridad.
  • Integrar proceso y funciones de seguridad de la máquina.

Nivel de seguridad

El PAC Modicon M580 Safety mejora la confiabilidad del sistema gracias a una exclusiva combinación entre características integradas de ciberseguridad y seguridad:

  • Celdas seguras de aislamiento de memoria.
  • Corrección del código de error en línea.
  • Watchdog de seguridad.
  • Vigilancia del reloj.
  • Aplicación de seguridad ejecutada en un núcleo dedicado.
  • Aislamiento de memoria que controla el acceso a la memoria segura y no segura.
  • Memoria para seguridad diferente de la CPU estándar.

Una falla en la aplicación estándar, cualquiera que sea, no afecta la aplicación de seguridad. La mencionada característica SIL3 se logra mediante una doble ejecución de la aplicación de seguridad, utilizando tanto el Procesador BMEP584040S como el coprocesador BMEP58CPROS3. Todos los módulos de seguridad poseen color rojo (procesador, coprocesador, E/S X80) y un recubrimiento especial en sus placas impresas para uso predeterminado en ambientes severos.

Como características principales de la CPU se pueden mencionar:

  • 4.096 E/Ss discretas.
  • 1.024 E/Ss analógicas.
  • Hasta 4 módulos de comunicación Ethernet.
  • Puerto RIO y DIO.
  • 16 Mb de memoria integrada.
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