Cómo utilizar PLC compactos para obtener grandes resultados en energía verde, automatización de edificios y sistemas industriales

Los diseñadores de redes industriales se están viendo presionados para integrar las tecnologías tradicionales de los controladores lógicos programables (PLC) y del Internet industrial de las cosas (IIoT) en espacios reducidos con el fin de ofrecer un alto rendimiento en proyectos de automatización y digitalización más pequeños.

El controlador debe ser compacto, pero capaz de unir la automatización tradicional con la IIoT y de integrar las redes de tecnología de la información (TI) y de tecnología operativa (TO). Necesita un potente procesador de doble núcleo, una ranura para tarjetas microSD y al menos 18 canales de E/S analógicos y digitales.

Para maximizar la flexibilidad, las E/S deben incluir un puerto serie RS-485 y un puerto USB-C para la conexión directa de la configuración. Algunas aplicaciones se benefician de un puerto de comunicación CANopen opcional. Para soportar la integración TO y TI, debe tener dos puertos Ethernet que puedan soportar dos direcciones IP únicas, una para dispositivos a nivel de campo y la segunda para SCADA o conectividad con la nube.

Para agilizar la implantación, debe incluirse la compatibilidad con el entorno de desarrollo integrado (IDE) CODESYS 3.5, que permite a los usuarios crear proyectos y sistemas de automatización con rapidez. La compatibilidad con contenedores Docker en la ejecución de aplicaciones de código abierto puede mejorar aún más la flexibilidad y acelerar la implementación.

Este artículo destaca las numerosas posibilidades de la serie Compact Controller 100 de WAGO. Demuestra cómo estos controladores facilitan el rápido desarrollo y la implementación de soluciones de automatización de gran capacidad para diversas aplicaciones, como la automatización de edificios, el almacenamiento de energía en baterías, las microrredes, las máquinas industriales, los sistemas de energía verde, etc.

Los PLC Compact Controller 100 (CC100) miden solo 55 mm (L) x 108 mm (A) x 90 mm (H) y caben en la palma de una mano. Sus diminutas dimensiones subestiman significativamente su poderoso potencial para digitalizar una amplia gama de funciones de automatización.

¿Necesita la aplicación hasta cuatro salidas digitales, ocho entradas digitales y hasta dos entradas y dos salidas analógicas, una interfaz RS-485 para protocolos como Modbus RTU y entradas de temperatura para sensores de resistencia de platino (Pt) o níquel (Ni)? El modelo 751-9301 las tiene. Si la aplicación también necesita una conexión CANopen, los diseñadores pueden utilizar el modelo 751-9401 (figura 1).

Figura 1: La CC100 modelo 751-9401 tiene la misma mezcla de E/S que el modelo 751-9301, además de una interfaz CANopen (esquina derecha). (Fuente de la imagen: WAGO)

¿Puede la aplicación beneficiarse de puertos Ethernet configurables duales que pueden utilizarse como conmutador o para dos direcciones IP separadas, admitiendo una conexión dedicada a dispositivos de campo y OT, así como una conexión separada a sistemas SCADA, TI o en la nube? Además, ¿hay compatibilidad con protocolos de Ethernet industrial como Modbus TCP/UDP, EtherNet/IP y EtherCAT, y compatibilidad con IIoT y conectividad en la nube mediante protocolos como MQTT?

¿Son esenciales para la seguridad de la red funciones de ciberseguridad como SSH, encriptación SSL/TLS, un cortafuegos y protección contra la difusión en red? Los dos modelos de la serie CC100 tienen todo eso y más.

Además de estas importantes características y capacidades, los PLC CC100 ofrecen un puerto de programación USB para simplificar y agilizar la configuración, así como una ranura para tarjetas Micro SD para actualizaciones de firmware y otras funciones. Como dispositivos de riel DIN (según DIN 43880), ambos modelos también pueden montarse rápidamente en pequeños cuadros de distribución.

Programación y potencia

Para completar una instalación básica, estos PLC requieren programación y alimentación. Una vez más, la serie CC100 ofrece grandes prestaciones y posibilidades. Puede programarse con CODESYS 3.5 en uno o varios de los lenguajes de la norma IEC 61131-3, como el diagrama de escalera (LD), el diagrama de bloques de funciones (FBD), el diagrama de funciones secuenciales (SFC), el texto estructurado (ST) y la lista de instrucciones (IL), o con opciones como Node-RED, C++ y Python.

La serie CC100 es compatible con contenedores Docker, lo que permite ejecutar aplicaciones adicionales y ampliar su funcionalidad. El servidor web integrado permite crear visualizaciones en HTML5, lo que facilita el manejo y el mantenimiento.

Estos PLC pueden habilitarse con protocolos basados en servicios públicos, incluido el DNP3, utilizado en servicios públicos de electricidad y agua para supervisar y controlar equipos remotos en sistemas SCADA. Las normas IEC61850 e IEC60870 se utilizan habitualmente en subestaciones eléctricas, automatización de microrredes y sistemas de almacenamiento y energías renovables. Además, admiten comunicaciones BACnet para aplicaciones de automatización de edificios.

La fuente de alimentación 787-2850 de WAGO suministra 1.25 A a 24 V_CC y es la fuente de alimentación ideal para los autómatas de la serie CC100, ya que además está diseñada para encajar en instalaciones compactas (figura 2). Presenta una tensión de salida aislada eléctricamente que cumple los requisitos de tensión extrabaja de seguridad (SELV) y tensión extrabaja de protección (PELV) según EN 61010-2-201/UL 61010-2-201, y un impresionante MTBF de más de 2.5 millones de horas a +40 °C (según EN/IEC 61709).

Figura 2: Esta fuente de alimentación 787-2850 se adapta bien a las necesidades de los autómatas CC100. (Fuente de la imagen: WAGO)

Amplias posibilidades

Las E/S integradas de la serie CC100 proporcionan una base sólida, no una limitación, para implementar soluciones de automatización. La capacidad de E/S puede ampliarse utilizando combinaciones de módulos de E/S de la serie 750 (hay más de 500 disponibles) y acopladores de E/S.

Por ejemplo, el módulo de E/S 750-1506 puede utilizarse para agregar ocho entradas y ocho salidas digitales a los autómatas CC100 básicos. Se pueden añadir varios acopladores 750 para proporcionar la conectividad de bus de campo necesaria. El acoplador se conecta al CC100 mediante un cable Ethernet y sirve de puente, enlazando el CC100 con varios buses de campo.

Por ejemplo, el 750-348 es un acoplador de bus de campo CANopen que se utiliza para ampliar la capacidad de E/S del CC100 mediante la interconexión del sistema modular de E/S de la serie 750 de WAGO con una red CANopen (figura 3). El acoplador 750-362 admite la conexión con una red Modbus. Hay otros acopladores disponibles para EtherNet/IP o EtherCAT como maestro.

Figura 3: El 750-348 es un acoplador de bus de campo CANopen. (Fuente de la imagen: WAGO)

Una vez conectado el acoplador, es muy sencillo utilizar el software CODESYS 3.5 para programar el PLC. A continuación, el controlador se comunicará con los módulos de E/S a través del acoplador para gestionar todos los puntos de E/S. Los distintos acopladores detectan automáticamente todas las E/S conectadas.

Por ejemplo, el 750-362 es un acoplador de bus de campo Modbus TCP/UDP de cuarta generación. Traduce las señales de los módulos de E/S conectados (digitales, analógicas, etc.) para que puedan comunicarse a través de una red Modbus TCP/UDP. Dispone de dos puertos Ethernet 10/100 Mbit/s para soportar una topología en cadena, junto con un interruptor DIP integrado para configurar la dirección IP y un servidor web integrado para la configuración y la gestión.

Gestión de red sencilla y potente

El CC100 es compatible con el software de gestión basado en web (WBM) de WAGO que proporciona una interfaz de usuario para la configuración, el funcionamiento y el mantenimiento a través de un navegador web utilizando el servidor web integrado del CC100 y una conexión Ethernet.

Los usuarios pueden desarrollar y ejecutar visualizaciones HTML5 y gestionar el acceso seguro con funciones como un cortafuegos integrado, cifrado de seguridad de la capa de transporte (TLS) y funciones de red privada virtual (VPN), para protegerse de los ciberataques.

Las visualizaciones en HTML5 se alojan en el CC100 y pueden verse a distancia en la mayoría de los navegadores web. La información básica, como el estado del controlador y los estados del sistema, la red y las E/S, puede visualizarse localmente en el controlador mediante las matrices de LED integradas.

WBM también puede apoyar la gestión de datos de red facilitando la transferencia de datos a soluciones en la nube o utilizando protocolos como MQTT para distribuir datos a otros sistemas. La configuración para la conexión a la nube en sí (como la URL del proveedor de la nube, los certificados de seguridad y los detalles de autenticación) puede establecerse a través de la interfaz WBM del controlador.

Conectividad en la nube

Gracias a la conectividad en la nube, el CC100 puede servir de pasarela para aplicaciones IIoT. El parámetro de comunicación se configura en el WBM y los datos que deben intercambiarse entre la nube y el controlador se configuran utilizando la biblioteca WAGOAppCloud para CODESYS, que puede ocuparse de tareas como los detalles de configuración.

El CC100 puede acceder a Internet a través de la interfaz Ethernet integrada y enviar los datos a la nube. Los usuarios pueden especificar el servicio en la nube a utilizar, con Microsoft Azure, Amazon Web Services e IBM Cloud como opciones disponibles (Figura 4).

Figura 4: Los PLC CC100 pueden llegar a la nube utilizando el protocolo MQTT y una conexión Ethernet. (Fuente de la imagen: WAGO)

Existen bloques de funciones y bibliotecas que abstraen los complejos procesos de comunicación (como el establecimiento de una conexión segura, el formateo de los datos en formato de notación de objetos JavaScript (JSON) y la gestión de la transferencia de datos) en un código sencillo y reutilizable que puede invocarse desde un programa IEC estándar.

La aplicación IEC también permite a los usuarios seleccionar qué variables de control, como las lecturas de los sensores o el estado de la máquina, deben enviarse a la nube. Los usuarios pueden controlar el flujo de datos y decidir cuándo y cómo se envían, por ejemplo, transmisiones basadas en eventos frente a transmisiones periódicas. La aplicación también puede implementar el procesamiento previo de datos en el CC100, reduciendo así el ancho de banda necesario para la conectividad a la nube.

Conclusión

El diminuto tamaño de los controladores CC100 de WAGO desmiente su capacidad para ofrecer grandes prestaciones en proyectos de automatización y digitalización de menor envergadura para diversas aplicaciones, como la automatización de edificios, la energía verde, las microrredes, los servicios públicos de electricidad y agua y los sistemas industriales. Su capacidad de ampliación también les permite crecer y adaptarse a medida que cambian los requisitos. Sus capacidades de gestión de redes y conectividad en la nube proporcionan un fuerte apoyo para la integración de los sistemas de TI y TO.

Lectura recomendada:

1. Uso de sistemas de almacenamiento de energía para optimizar la fiabilidad y sostenibilidad de los centros de datos
2. Optimización de la gestión de cables para garantizar la seguridad y eficiencia de los sistemas fotovoltaicos a escala comercial
3. Cómo las microrredes y los DER pueden maximizar la sostenibilidad y la capacidad de recuperación de las instalaciones industriales y comerciales
4. Los nuevos PLC ayudan a acelerar la implantación de procesos de automatización complejos y críticos
5. Cómo conectar rápidamente nodos IoT a las nubes Amazon AWS y Microsoft Azure