1. Presentación general del Hardware Twido
La elección de un modelo u otro de autómata vendrá dada por la tipología y complejidad de la aplicación que se desea automatizar.
Esquema de campo de aplicación de los diferentes autómatas de SCHNEIDER ELECTRIC
Los Controladores programables Twido, han sido optimizados para las instalaciones sencillas y las máquinas pequeñas: aplicaciones estándar de 10 a 100 E/S (máx. 252 E/S). Donde el Twido ofrece una flexibilidad y sencillez a la hora de automatizar este tipo de aplicaciones.
El controlador Twido dispone de dos modelos: Compacto o Modular.
1.1 Controladores Compactos:
La gama de controladores programables compactos Twido ofrece una solución "todo en uno" con unas dimensiones reducidas, lo que permite reducir el tamaño de las consolas o de los cofres en las aplicaciones donde el espacio ocupado resulta primordial.
Los controladores de tipo compacto tiene integradas en el mismo cuerpo las entradas y salidas, este dependerá del modelo, pudiendo elegir: 10 E/S, 16 E/S, 24 E/S y 40 E/S.
Los controladores de 24 E/S y 40 E/S admiten módulos de ampliación que nos confieren una mayor flexibilidad a la hora de elegir el tipo de controlador.
Gama de controladores Twido compactos
En los controladores de 24 E/S es posible colocar hasta 4 módulos de ampliación y en los de 40 E/S hasta 7 módulos, dependiendo siempre de que no se supere los límites de consumo de potencia, este se puede controlar a través del software TwidoSuite. Dependiendo del tipo de módulo de ampliación se puede llegar hasta 152 E/S con el controlador de 24 E/S y hasta 264 E/S como máximo con el de 40 E/S.
Los controladores Twido compactos ya tienen integrada la fuente de alimentación y utilizan: Una alimentación de corriente alterna comprendida entre 100 y 240 Vca (que garantiza la alimentación 24 Vcc de los captadores), o una alimentación de corriente continua comprendida entre 19,2 y 30 Vcc (prever una alimentación auxiliar externa tipo Phaseo para la alimentación de los captadores).
Módulos de ampliación y accesorios para los controladores compactos
Además de los módulos de ampliación, los controladores compactos Twido, también disponen de módulos opcionales, como visualizador numérico, cartucho de ampliación de memoria, cartucho de reloj calendario y puerto de comunicación RS 485 o RS 232C suplementario, que permiten ajustarse a las necesidades de la aplicación.
Los controladores base compactos de las series TWDLCAA40DRF y TWDLCAE40DRF integran funciones avanzadas:
Puerto de red Ethernet 100Base-TX integrado: sólo para TWDLCAE40DRF
Reloj de tiempo real (RTC) integrado.
Un cuarto contador rápido (FC).
Soporte de batería externa.
1.1.1 Descripción de los componentes de un controlador compacto.
Los controladores Twido compactos están formados por los siguientes componentes, teniendo en cuenta que hay pequeñas diferencias entre modelos de controlador, pero que los componentes siempre serán los mismos:
1.2 Controladores Modulares:
La gama de controladores modulares ofrece 5 bases, que se diferencian entre sí por la capacidad de tratamiento y el número y tipo de entradas/ salidas integradas (20 o 40 E/S). Todas ellas pueden ampliarse con cualquier módulo de entradas/salidas, hasta 7 módulos (configuración máxima). Todas las bases modulares se alimentan a 24 Vcc.
Estas bases ofrecen una modularidad que se adapta a las necesidades de la aplicación a partir de una base que admite hasta 4 o 7 módulos de ampliación de entradas/salidas TON y/o analógicas (según el modelo), de esta manera se pueden configurar hasta un máximo de 244 E/S con los módulos de 20 E/S integradas y de 264 E/S en los de 40 E/S integradas.
Es posible añadir E/S adicionales al controlador mediante módulos de E/S de ampliación hay diferentes tipos: módulos de E/S digitales o tipo de relé y módulos de E/S analógicas.
Módulos de ampliación y accesorios para los controladores modulares
Existe una oferta de módulos opcionales que proporciona al usuario el mismo grado de flexibilidad que las plataformas de automatismos de mayor entidad. Las bases modulares TWD LMDA admiten simultáneamente los módulos opcionales cartucho de memoria, reloj calendario y los módulos visualizador numérico o interface serie, cada uno de los cuales admite a su vez un segundo puerto de comunicación RS 485 o RS 232C.
1.2.1 Descripción de los componentes de un controlador modular.
Los controladores Twido modulares están formados por los siguientes componentes, teniendo en cuenta que hay pequeñas diferencias entre modelos de controlador, pero que los componentes siempre serán los mismos:
Partes de un controlador modular
1.3 Módulos de ampliación:
Los módulos de ampliación nos confieren a nuestro controlador Twido la mayor adaptabilidad posible a las diferentes aplicaciones dentro de su campo de acción, pudiéndose ajustar el dispositivo lo máximo posible a cada una de las aplicaciones concretas con el ahorro de coste que ello comporta.
1.3.1 Módulos de E/S digitales:
Existen una amplia gama de módulos distintos de entradas/salidas TON Twido que permiten completar las entradas/salidas integradas tanto en las bases compactas ampliables como en las bases modulares, pudiendo cada usuario adaptar el controlador a las necesidades de su aplicación, optimizando así los costes.
La descripción de los 15 tipos de tarjetas, se divide en módulos de entradas, módulos de salida y módulos híbridos de entradas y salidas, también diferenciándose por el tipo de conexión:
Módulos de entradas TON con alimentación a 24 Vcc.
o 8 Entradas de bornero extraíble.
o 16 Entradas de bornero extraíble.
o 8 Entradas de conector TELEFAST.
o 16 Entradas de conector TELEFAST.
Módulo de entradas TON con alimentación a 120 Vac.
o 8 Entradas de bornero extraíble.
Módulos mixtos de entradas y salidas con alimentación a 24 Vcc.
o 16 Entradas/8 Salidas Relé 2 A, de conexión por resorte.
o 4 Entradas/4 Salidas Relé 2 A, de bornero extraíble.
Módulos de salidas con bornero extraíble:
o 8 Salidas Relé 2 A.
o 16 Salidas Relé 2 A.
o 8 Salidas Transistor 0,3 A PNP con alimentación a 24Vcc.
o 8 Salidas Transistor 0,3 A NPN con alimentación a 24 Vcc.
Módulos de salidas con conector TELEFAST:
o 16 Salidas Transistor 0,1 A PNP con alimentación a 24Vcc. o 16 Salidas Transistor 0,1 A NPN con alimentación a 24 Vcc. o 32 Salidas Transistor 0,1 A PNP con alimentación a 24Vcc. o 32 Salidas Transistor 0,1 A NPN con alimentación a 24 Vcc.
Los elementos electrónicos internos y las vías de entradas/salidas de todos los módulos de entradas/salidas TON están aislados mediante fotoacoplador.
1.3.2 Módulos de E/S analógicas:
Los módulos de ampliación de entradas analógicas Twido permiten obtener diferentes valores analógicos presentes en las aplicaciones industriales. Los de salidas analógicas se utilizan para dirigir los preaccionadores en unidades físicas, como variadores de velocidad, válvulas y aplicaciones que requieran control de procesos.
Las entradas y salidas analógicas vendrán definidas en función del valor analógico, puede ser la corriente o la tensión, incluso valores de resistencia para los casos de temperatura.
Los módulos de entradas/salidas analógicas, tendrán la conexión del tipo bornero extraíble.
Los módulos de entradas/salidas analógicas se elegirán teniendo en cuenta los siguientes parámetros:
Por el número de entradas/salidas: 2, 4 y 8
Por el tipo de señal analógica:
o Señal de Tensión de 0…10 V
o Señal de corriente de 0…20 mA
o Señal de corriente de 4…20 mA
o Señal de entrada termopar del tipo K, J y T.
o Señal de entrada PTC del tipo Pt 100/1000, Ni100/1000 rango de temperatura entre 50…150 °C.
Existe un tipo de módulo mixto que presentan entradas y salidas analógicas en el mismo cuerpo.
Los módulos analógicos Twido ofrecen una resolución de 10 bits, 11 bits + signo y 12 bits, con conexión mediante bornero con tornillo desenchufable.
Es necesario instalar una alimentación externa de 24 Vcc para cada módulo analógico.
Los elementos electrónicos internos y las vías de entradas/salidas de todos los módulos de entradas/salidas analógicas están aislados mediante fotoacoplador.
1.3.3 Tipos de conexionado:
Se observa que hay diferentes tipos de conexionado en los diferentes módulos de ampliación para facilitar el cableado de los diferentes elementos de la aplicación a automatizar (sensores, actuadores) al controlador Twido. Estos 3 tipos de conexionado son:
Borneros con tornillos extraíbles.
Conectores de tipo resorte que permiten realizar un cableado sencillo, rápido y seguro.
El sistema de precableado Advantys Telefast ABE 7 permite conectar los módulos con conectores de tipo HE 10: a los cables preequipados con hilos libres en uno de los extremos o al sistema de cableado Advantys Telefast ABE 7 para controlador Twido (conjunto de cables de conexión y bases ABE 7).
Sistema de conexionado TELEFAST
1.3.4 Accesorios:
Existen varias opciones que pueden agregarse a los controladores base, para incrementar las prestaciones en su justa medida, en función de la aplicación.
Cartuchos de ampliación de memoria de 32 Kb o 64 Kb, para backup del proyecto o almacenamientos de datos de la aplicación.
Cartucho de reloj de tiempo real (RTC), para la utilización dentro del software de programación TwidoSuite de los 16 bloques de función horaria extendida.
Adaptadores de comunicaciones es una opción disponible para todas las CPUs (excepto la de 10 E/S) ofrece la posibilidad de comunicación RS-232 o RS-485, varios tipos de conexionado (conector Mini DIN o bornero para RS-485), pudiéndose configurar como: Modbus Maestro/Esclavo, ASCII y Remote Link.
Display HMI (diferente en función si el Twido es compacto o modular), permite el ajuste de la máquina sin necesidad de utilizar el software de programación y funciones de diagnóstico durante el funcionamiento tales como: acceso a variables internas (temporizadores, contadores, hora, etc), puesta en RUN, STOP, inicialización de memoria y el bloqueo por programa.
1.4 Descripción general de las comunicaciones:
Los controladores Twido disponen de un puerto serie, o de un segundo puerto opcional, que se utiliza para servicios en tiempo real o de administración de sistemas. Los servicios en tiempo real proporcionan funciones de distribución de datos para intercambiar datos con dispositivos de E/S, así como funciones de administración para comunicarse con dispositivos externos. Los servicios de administración de sistemas controlan y configuran el controlador por medio de TwidoSoft. Cada puerto serie se utiliza para cualquiera de estos servicios, pero sólo el puerto serie 1 es válido para comunicarse con TwidoSoft.
Para poder utilizar estos servicios, existen tres protocolos implícitos disponibles en cada controlador:
Remote Link (Conexión remota): permite realizar una comunicación entre autómatas Twido vía RS-485, utilizado para ver E/S a distancia (sin programa en las CPUs deportadas) o para red de Twidos con programa, con una longitud máxima de 200 m y hasta 8 equipos en una red (maestro + 7 esclavos).
Esquema ejemplo de Conexión Remota
ASCII: permite comunicar el autómata, vía RS-485 y RS-232, con un gran número de dispositivos: impresoras (para la impresión periódica de raports de producción), lectores de códigos de barras y módems.
Modbus: comunicación Modbus Maestro/Esclavo por ambos puertos (RS485 o 232), permite conectar Twido a un gran número de equipos industriales, basado en mensajería aperiódica entre equipos.
Nota: El controlador compacto TWDLCAE40DRF proporciona un puerto de comunicación RJ45 Ethernet integrado. Las comunicaciones Ethernet implementan el protocolo TCP/IP Modbus.
Además, se pueden implementar más comunicaciones agregando módulos de comunicación, existen varios tipos en función del protocolo que se desee:
Modulo de comunicación Maestro ASI.
Modulo de comunicación Maestro CANOpen.
Modulo de comunicación Maestro/Esclavo Modbus.
1.4.1 Bus de comunicación Modbus:
El enlace serie Modbus permite responder a las arquitecturas maestro/esclavo (no obstante, es necesario comprobar que los servicios Modbus útiles para la aplicación se implanten en los equipos implicados).
El bus está constituido por una estación maestro y por estaciones esclavo. Sólo la estación maestro puede iniciar el intercambio (la comunicación directa entre estaciones esclavo no es posible). Existen dos mecanismos de intercambio:
Pregunta/respuesta, las peticiones del maestro se dirigen a un esclavo determinado. El esclavo interrogado espera de vuelta la respuesta.
Difusión, el maestro difunde un mensaje a todas las estaciones esclavo del bus. Éstas últimas ejecutan la orden sin emitir respuesta.
Esquema ejemplo de comunicación MODBUS
Modo maestro de Modbus: el modo maestro de Modbus permite que el controlador pueda iniciar una transmisión de solicitudes Modbus, esperando una respuesta desde un esclavo Modbus.
Modo esclavo Modbus: el modo esclavo Modbus permite que el controlador pueda responder a las solicitudes de Modbus desde un maestro Modbus. Se trata del modo de comunicación predeterminado si no existe ninguna comunicación configurada.
La comunicación Modbus Maestro/Esclavo se puede realizar por ambos puertos (RS485 o 232).
Este protocolo permite conectar Twido a un gran número de equipos industriales, como variadores de velocidad, arrancadores de motor, sensores…etc.
1.4.2 Bus de comunicación ASI-interface:
El bus AS-I (la abreviatura del término inglés Actuator-Sensor- Interface) es un bus de campo (nivel 0) que se emplea para realizar interconexiones de sensores/ accionadores. Permite ejecutar información de tipo «binario» o analógico entre un equipo «maestro» de bus y equipos «esclavo». El bus AS-Interface está formado por tres elementos básicos principales:
Una fuente de alimentación específica que suministra una tensión de 30 VDC.
Un maestro de bus
Uno o varios equipos esclavos (sensores, accionadores y otros).
Esquema ejemplo de comunicación ASI
El módulo maestro TWD NOI 10M3 gestiona con el perfil AS-I M3:
Equipos esclavo "Todo o Nada" (62 equipos máx. organizados en 2 bancos A y B de 31direcciones cada uno).
Equipos analógicos (7 equipos máx. en banco A). El perfil AS- Interface M3 admite el perfil analógico 7.3 (7 esclavos), pero no así el perfil analógico S-7.4.
El número máximo de módulos de ampliación TWD NOI 10M3 por controlador Twido es de 2.
La alimentación AS-Interface resulta indispensable para alimentar los distintos equipos conectados a AS-Interface, que debe situarse preferentemente cerca de las estaciones que consuman más energía.
1.4.2 Bus de comunicación CANopen:
Desarrollado originalmente para sistemas de vehículos automotores, el bus de comunicación CAN se utiliza en la actualidad en muchos campos, como por ejemplo: transporte, dispositivos de piezas móviles, dispositivos médicos, control automático industrial. La implementación bus CAN ofrece unas ventajas a la aplicación como: sistema de asig- nación del bus, detección de errores y fiabilidad en el intercambio de datos.
Las comunicaciones en el bus se realizan peer to peer; en cualquier momento, cada dispositivo puede enviar una solicitud en el bus y la respuesta de los dispositivos pertinentes. La prioridad de las solicitu- des que circulan por el bus la determina un identificador en el nivel de mensaje individual.
El módulo maestro TWD NCO1M para bus CANopen permite al con- trolador programable Twido, asegurar la función maestro CANopen.
Ejemplo de arquitectura CANopen
El bus consta de una estación maestro, el controlador Twido y varias estaciones esclavo. El maestro se encarga de la configuración, los in- tercambios y el diagnóstico hacia los esclavos. El bus CANopen es un bus de tipo comunicación y permite gestionar diversos esclavos como:
Esclavos "Todo o Nada", Esclavos analógicos, Variadores de velocidad, Arranques motor, Servomotores.
El maestro CANopen Twido controla hasta 16 esclavos, cada uno con un objeto de datos de proceso PDO (Process Data Object) en la en- trada y un objeto de datos de proceso PDO en la salida. Si un esclavo dispone de más de un objeto de datos de proceso PDO, se reduce entonces el máximo de esclavos.
1.4.3 Bus de comunicación Ethernet:
TwidoPort ConneXium aporta conectividad Ethernet a la línea de productos Twido. Es la pasarela entre un único dispositivo Twido Modbus/RTU (RS-485) y la capa física de las redes Modbus/TCP en el modo esclavo. Este módulo de pasarela sólo admite el modo esclavo.
Ejemplo de arquitectura Ethernet
Las principales características del módulo TwidoPort son las siguientes:
Clase A10 (Sin servidor web, ni I/O scanning).
Mensajería Modbus (lectura/escritura de palabras de datos).
Función BOOTP.
Admite la configuración manual utilizando Telnet.
Interface físico 10BASE-T/100BASE-TX, con conector normalizado de tipo RJ45.
Caudal binario 10/100 Mbits/s, con reconocimiento automático de par trenzado
La gama de los controladores programables Twido ofrece una base compacta con puerto Ethernet integrado. TWD LCAE 40DRF y TWD LCDE 40DRF.
El módulo TwidoPort 499 TWD 01100 es un interface Ethernet fácil de utilizar y destinado al controlador programable Twido versión =3.0, compacto o modular.
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