Los nuevos PLC ayudan a acelerar la implantación de procesos de automatización complejos y críticos

Se han lanzado nuevos controladores lógicos programables (PLC) que combinan funciones avanzadas con la flexibilidad necesaria para desarrollar e implantar rápidamente infraestructuras críticas y procesos de automatización complejos.

Se trata de un avance importante para diversos usos, desde la energía renovable y los controles de microrredes hasta las transformaciones del Internet de las cosas industrial 4.0 (incluso en pequeñas fábricas), el petróleo y el gas, el diseño de maquinaria y la automatización de equipos de proceso que se encuentran en aplicaciones de embotellado, envasado, textiles y similares.

Para ofrecer las mejores soluciones se necesita la tecnología más avanzada. Estos PLC incorporan un procesador de doble núcleo y 64 bits para hacer frente a los requisitos de automatización más exigentes. El sistema operativo Linux es una ventaja y el código es portátil e interoperable con los sistemas que cumplen la norma IEC 61131-3. La configuración simplificada se realiza mediante un sistema de gestión basado en web.

También se requerirá una selección de interfaces de comunicación, compatibilidad con múltiples protocolos de bus de campo, conectividad IIoT, conectividad en la nube, software de gestión de la energía y herramientas de seguridad integrales que proporcionen la flexibilidad necesaria para abordar una serie de escenarios críticos de desarrollo e integración.

Presentación de PFC300

Wago ha lanzado el PLC PFC300 para ayudar a acelerar la implantación de procesos de automatización complejos y críticos. Esta introducción comienza profundizando en las características y ventajas del PFC300 y termina con ejemplos de cómo encaja en instalaciones de fábricas inteligentes y microrredes.

El diseño modular de la PFC300 se puede adaptar rápidamente para respaldar las necesidades cambiantes y los requisitos futuros en fábricas complejas y críticas de la Industria 4.0, microrredes y automatización de edificios. Se pueden seleccionar varios módulos de entrada/salida (E/S) analógicos, digitales y especiales para demandas de automatización específicas. El sistema también puede ampliarse o reducirse en complejidad añadiendo o eliminando módulos de E/S.

Estos PLC son resistentes al medio ambiente, por lo que pueden instalarse en entornos exigentes. Están homologados para funcionar entre -25 °C y +60 °C a una humedad relativa (HR, sin condensación) de hasta 95% y tienen un grado de contaminación 2 según la norma IEC 61131-2.

Tienen una resistencia a las vibraciones de hasta 4 g según la norma IEC 60068-2-6 y una resistencia a los golpes de 15 g según la norma IEC 60068-2-27. Las prestaciones de compatibilidad electromagnética (CEM) incluyen inmunidad según EN 61000-6-2 y emisiones según EN 61000-6-3. Pueden soportar la exposición a contaminantes según las normas IEC 60068-2-42 y 60068-2-43.

Figura 1: El PFC300 es modular, escalable y resistente al medio ambiente (Fuente de la imagen: Wago)

Buses de campo y conectividad periférica

La amplia gama de buses de campo, protocolos EtherNet y protocolos de telecontrol compatibles con el PFC300 simplifican las tareas a la hora de crear redes de control para procesos de automatización críticos y complejos.

Los buses de campo integrados incluyen Modbus TCP maestro/secundario, Modbus (UDP), Modbus (RTU), adaptador EtherNet/IP (secundario), escáner EtherNet/IP, maestro EtherCAT, controlador PROFINET (limitado), servidor/cliente OPC UA y OPC UA Pub/Sub (puede instalarse).

También existe la opción de licenciar protocolos de telecontrol como DNP3, utilizado para sistemas SCADA en infraestructuras críticas, IEC 60870 e IEC 61850, ambos utilizados para la automatización de subestaciones eléctricas, o BACnet, muy extendido en la automatización de edificios.

El conector RS 485 D-sub de 9 patillas del panel frontal se utiliza para CANopen, Modbus RTU y otros protocolos de comunicación serie. El puerto de servicio USB-C® proporciona acceso directo para programación, configuración y actualizaciones de firmware. Los dos puertos Gigabit Ethernet RJ-45 y un conmutador integrado admiten cableado de topología de línea.

Además de las interfaces de comunicación y el acceso al conector USB-C, el panel frontal de la PFC300 incluye un puerto de acceso para una tarjeta de datos segura (SD), luces de estado y conectores de alimentación (Figura 2).

Figura 2: El panel frontal del PFC300 incluye interfaces de comunicación, indicadores de estado, conexiones de alimentación y otros puntos de acceso. (Fuente de la imagen: Wago)

Llegar a la nube

La conectividad en la nube es necesaria a la hora de diseñar e implantar infraestructuras críticas complejas y procesos de automatización. La PFC300 aprovecha el protocolo de transporte de telemetría de colas de mensajes (MQTT) para establecer conexiones seguras y eficientes con la nube.

También, permite utilizar varios servicios en la nube, como Microsoft Azure, Amazon Web Services (AWS), IBM Cloud, SAP Cloud y Wago Cloud. La nube de Wago proporciona una solución sencilla e intuitiva para gestionar los datos de las máquinas y visualizar tendencias y gráficos sin necesidad de un amplio soporte de programación.

La transmisión de datos se cifra mediante seguridad de la capa de transporte (TLS), y los datos de conexión a la nube pueden configurarse mediante el sistema de gestión basado en web (WBM) de Wago. WBM permite a los usuarios supervisar, configurar y controlar la PFC300 y los módulos de E/S remotos a través de una interfaz de navegador web, lo que ofrece un acceso y una gestión sencillos sin necesidad de instalar software local. WBM permite seleccionar qué datos deben transferirse a la nube y cuáles deben procesarse localmente.

¡Para facilitar aún más la conectividad en la nube, las librerías de Wago pueden utilizarse para CODESYS 2.3 basado en IEC 61131-3 y e! COCKPIT, el entorno de desarrollo integrado de Wago que soporta todas las tareas de automatización, desde la configuración y programación del hardware hasta la simulación, visualización y puesta en marcha, y está optimizado para su uso con PLC de Wago como el PFC300.

La normalización acelera el desarrollo

Wago ofrece varias vías para desarrollar software para el PFC300. Incluyen lenguajes de programación de alto nivel como C y C++ para la integración de sistemas y la plataforma CODESYS V3.5, que admite los lenguajes de programación de control estándar IEC 61131-3, como el texto estructurado (ST), el diagrama de bloques de funciones (FBD), el diagrama de escalera (LD), la lista de instrucciones (IL), el diagrama de funciones secuenciales (SFC) y el diagrama de funciones (CFC).

El sistema operativo (OS) de Wago en los controladores de la familia PFC, incluido el nuevo PFC300, está basado en Linux en tiempo real, lo que permite soluciones de automatización flexibles y potentes. Además de ser compatible con C y C++, los programas pueden crearse en cualquier lenguaje compatible con Linux y ejecutarse directamente en el controlador.

El mismo software CODESYS que admite todos los lenguajes de programación estándar IEC 61131-3 también permite crear visualizaciones web, lo que permite a los operadores de máquinas y al personal de mantenimiento acceder a la máquina a través de un navegador web en una tableta o un PC.

Almacenamiento ampliable

La PFC300 también incluye una ranura para tarjetas de memoria con un mecanismo de empuje y una tapa precintable. Puede manejar formatos SD, SDHC y SDXC (todas las propiedades garantizadas sólo son válidas con una tarjeta de memoria Wago). Las tarjetas son versátiles y tienen varios usos como:

• Almacenamiento general de datos
• Actualizaciones de firmware mediante una tarjeta SD de arranque que inicia automáticamente la actualización al arrancar el PFC300
• Almacenar imágenes de gran tamaño para su uso en aplicaciones de visualización web
• Copia de seguridad de la imagen del PLC para su almacenamiento o para transferir archivos de dispositivos y parámetros de un controlador a otro con el fin de acelerar las implantaciones.
• Acceso remoto a la tarjeta de memoria mediante FTP

Herramientas de seguridad por niveles

La implementación de infraestructuras críticas complejas y procesos de automatización requiere los más altos niveles de seguridad. El controlador PFC300 proporciona las múltiples capas de herramientas de seguridad necesarias.

Admite redes privadas virtuales (VPN) para una comunicación segura mediante el cifrado de seguridad de la capa de transporte (TLS) para proteger los datos. El cortafuegos integrado protege contra el acceso no autorizado.

El WBM se implementa mediante HTML5, protegido por TLS 1.3, y el PFC300 admite protocolos seguros como SNMP v3, SFTP, FTPS, HTTPS y SSH, lo que garantiza un intercambio de datos seguro. El puerto USB-C garantiza un acceso seguro para las actualizaciones, y los protocolos de bus de campo garantizan una comunicación segura con los dispositivos conectados.

Industria 4.0 y fábricas inteligentes

Los PLC PFC300 ofrecen conectividad integral de bus de campo, capacidades de datos en tiempo real e integración IIoT y en la nube, lo que permite una fabricación flexible, procesos optimizados y mantenimiento predictivo. Estas son las señas de identidad de las fábricas inteligentes de la Industria 4.0. Es posible eliminar islas de automatización y optimizar el consumo de energía en procesos industriales complejos y críticos.

Los PLC PFC300 pueden combinarse con el software Wago Energy Data Management (EDM) para la optimización de recursos y la monitorización energética, desde dispositivos individuales en la planta de producción hasta la compilación de datos de toda la instalación en el perímetro y su envío a la nube para un análisis más profundo (Figura 3).

• EDM proporciona supervisión en tiempo real e información sobre el consumo de energía para contribuir a la maximización de la eficiencia y al mantenimiento proactivo.
• Su amplia integración y sus flexibles opciones de comunicación permiten una perfecta integración de datos entre dispositivos y en toda la red de la fábrica.
• Las herramientas de visualización facilitan el acceso a los datos y agilizan el análisis.

Figura 3: El PFC300 tiene toda la capacidad necesaria para la automatización de la Industria 4.0, desde el campo hasta la nube. (Fuente de la imagen: Wago)

EDM es una aplicación basada en web que permite a los usuarios supervisar, analizar y notificar los detalles del consumo de energía sin necesidad de programación. Puede interactuar automáticamente con contadores de energía y sensores para recoger, compilar y almacenar datos para futuros análisis.

Los datos pueden presentarse en forma de gráficos de líneas, como series temporales o diagramas de barras, y exportarse como archivos de valores separados por comas (CSV) compatibles con una amplia gama de paquetes de software de análisis. El software EDM y los componentes de hardware relacionados, como medidores y sensores, son modulares y escalables y pueden adaptarse rápidamente a los cambios de equipamiento e infraestructura de una instalación industrial.

El software EDM permite a los ingenieros de las instalaciones identificar las oportunidades más fructíferas para mejorar el consumo de energía e implantar programas de ahorro energético. El sistema también puede fijar límites de consumo de energía y enviar alertas si se superan. Los datos del software EDM son un elemento importante en la gestión global de la energía en instalaciones complejas de la Industria 4.0 e infraestructuras críticas como las microrredes.

Microrredes y gestión de la energía

Las microrredes y los sistemas integrales de gestión de la energía son cada vez más importantes para apoyar la sostenibilidad. Los PLC PFC300 ofrecen potentes herramientas muy adecuadas para infraestructuras críticas de energía verde, como la automatización de edificios, las subestaciones de microrredes, la gestión de datos energéticos, la gestión de cargas para la recarga de vehículos eléctricos y otras aplicaciones de energía verde (Figura 4).

• Estos PLC pueden controlar los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) de los edificios y supervisar la generación, el almacenamiento y el uso de la energía local.
• Pueden registrar y analizar patrones de consumo de energía para optimizar los recursos energéticos disponibles en toda la microrred, desde la subestación que conecta la microrred a la red pública y en ubicaciones de carga específicas como cargadores de vehículos eléctricos o edificios.

Figura 4: Las microrredes respaldadas por el PFC300 pueden mejorar la sostenibilidad y la seguridad energética. (Fuente de la imagen: Wago)

La gestión dinámica de la carga puede implementarse con el software Application Load Management (ALM) de Wago para integrar la carga de vehículos eléctricos, fuentes de energía renovables como la fotovoltaica, sistemas de almacenamiento de energía y alimentación de red. Por ejemplo, el ALM puede utilizarse para regular la potencia total de carga en un punto de conexión a la red, como la subestación de un cliente, mitigando los picos y valles de carga y evitando sobrecargas de la red.

El software puede distribuir dinámicamente las cargas de carga de los vehículos eléctricos en función del número de vehículos, las prioridades de carga, la hora del día, la capacidad disponible de la red y otros factores. Puede configurarse para priorizar el uso de la generación local de energía y los recursos de almacenamiento durante los picos de las tarifas de los servicios públicos, reduciendo los cargos por alta demanda.

El PFC300 puede registrar y analizar los datos de consumo de energía, y su sistema de gestión basado en web y compatible con los protocolos de comunicación IIoT permiten visualizar los datos y supervisar el consumo de energía de forma local y remota.

Conclusión

El PFC300, resistente al medio ambiente, dispone de todas las funciones necesarias para desarrollar e implantar rápidamente complejos procesos de automatización e infraestructuras críticas. Su diseño modular y ampliable ofrece flexibilidad para adaptarse a diversos escenarios de aplicación. Las completas y seguras opciones de comunicación permiten la conectividad desde la planta hasta la nube.

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