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IMPLEMENTACIÓN DE TECNOLOGÍA ZIGBEE EN UNA RED MODBUS PARA A

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by

Mika Tarhan

on 9 October 2014

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Transcript of IMPLEMENTACIÓN DE TECNOLOGÍA ZIGBEE EN UNA RED MODBUS PARA A

ALCANCES
Este proyecto plantea el desarrollo de una pasarela basada en microcontrolador que traduzca la información entre los dos protocolos de comunicación presentes, esta se conectará a un módulo principal Xbee, el cual será aquel que transmitirá y recibirá la información proveniente de los módulos secundarios que estarán conectados a un sensor analógico y a un sensor digital, todo esto para así poder comunicar el PLC de manera inalámbrica a los sensores para ejecutar la acción que se desee.
ANTECEDENTES
Torrealba, José; Fernández Jesús; (2011).
JUSTIFICACIÓN
Con el control o supervisión inalámbrico se facilitará la movilidad del proceso, se permitirá realizar las funciones de control de manera más rápida y mas económica que en el caso de largos cableados sin afectar la programación del PLC para adaptarlos a la red.
OBJETIVOS
Implementar una plataforma inalámbrica basada en Zigbee para la adquisición de datos de un proceso automatizado usando protocolo Modbus.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Limitación en aplicaciones prácticas debido a la cantidad de espacio dentro del laboratorio.

Costos en los cableados para procesos que requieran largas distancias entre el PLC y el sensor/actuador.

Aplicaciones en las que se requiere control o supervisión remota.
IMPLEMENTACIÓN DE TECNOLOGÍA ZIGBEE EN UNA RED MODBUS PARA APLICACIONES INALÁMBRICAS EN AUTOMATIZACIÓN
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICERRECTORADO BARQUISIMETO
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
Desarrollado por:
MARÍA DEL CARMEN TARHAN LATIERRO

Tutor
:
ING. FRANCISCO DE LA CRUZ
Co-Tutor:
ING. MAGDA DÍAZ GRANADOS
Febrero, 2014.
OBJETIVO GENERAL
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Desarrollar una pasarela (basada en microcontrolador) que permita la conversión de protocolo Modbus-RTU a protocolo Zigbee.
Desarrollar un acondicionador de la señal de salida de un sensor analógico para su conexión a un módulo Zigbee.
Desarrollar el acondicionador de la señal de salida de un sensor discreto para su conexión a un módulo Zigbee.
Elaborar un programa para el PLC Twido que permita realizar la transmisión/recepción de información a través de la red Modbus cableada del Laboratorio de Automatización Industrial LABAI.
Construir una red inalámbrica Zigbee con un sensor analógico, un sensor discreto y un nodo concentrador.
Verificar la correcta adquisición de datos mediante el PLC Twido a través de la red Modbus usando la pasarela desarrollada.
ADQUISICIÓN DE DATOS A TRAVÉS DE LA RED MODBUS DEL LABORATORIO DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL EMPLEANDO UN MODULO REMOTO BASADO EN MICROCONTROLADOR.
Altamiranda, Nestor; (2012).
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE SUPERVISIÓN INALÁMBRICA PARA MOTORES AC.

El término PLC se define en la IEC 1131-1, como:

Un sistema electrónico de funcionamiento digital, diseñado para ser utilizado en un entorno industrial, que utiliza una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones orientadas al usuario, para la realización de funciones específicas tales como enlaces lógicos, secuenciación, temporización, recuento y cálculo, para controlar, a través de entradas y salidas digitales o analógicas, diversos tipos de máquinas o procesos.
Controlador Lógico Programable (PLC)
Modbus RTU
(Unidad Terminal Remota)
El protocolo describe el proceso para acceder a información de un dispositivo, cómo debe responder éste, y como se notifican las situaciones de error.

Define una red digital de comunicaciones con un solo maestro y uno o más dispositivos esclavos.

Protocolo MODBUS

MARCO TEÓRICO
Son Transmisores/Receptores por radiofrecuencia por lo que envían o reciben datos en cualquier dirección hacia o desde otro módulo respectivamente.
Módulos Xbee

Protocolo de comunicaciones inalámbrico basado en el estándar de comunicaciones para redes inalámbricas IEEE 802.15.4. Permite que dispositivos electrónicos de bajo consumo puedan realizar sus comunicaciones inalámbricas. Útil para redes de sensores en entornos industriales, médicos y, sobre todo, domóticos.
Protocolo ZIGBEE

MARCO METODOLÓGICO
Análisis
y
Discusión de Resultados
SECCIÓN DE TX/RX
Interfaz de comunicaciones RS-485, la cual está conformada por un MAX485.
MICROCONTROLADOR
Procesamiento de la información se trabajó con el microcontrolador
18F45k22
de la Microchip.
Lenguaje de alto nivel CCS
RED ZIGBEE
Conformada por un Nodo Coordinador, y dos Nodos Terminales.
ACONDICIONADOR DE SEÑAL
ACONDICIONADOR VOLTAJE
ACONDICIONADOR DE SEÑAL
ACONDICIONADOR DE CORRIENTE
DISEÑO DEL PROYECTO
Permitirá la comunicación entre el estándar de comunicaciones Modbus RTU y la tecnología TTL del microcontrolador.
Sensor de proximidad Capacitivo:

Salida de voltaje normalizada de 0-24 VDC
Sensor Analógico de Temperatura:
Salida de corriente normalizada de 4mA a 20mA
PRUEBAS Y RESULTADOS
1. Configuración y prueba de los módulos Xbee
2. Configuración y pruebas Modbus RTU
3. Etapa final de implementación
CONCLUSIONES

Se logró la implementación de tecnología Zigbee en una red Modbus para la comunicación inalámbrica entre un PLC y dos sensores remotos tanto analógico como digital, para la transmisión y recepción de variables mediante el control Maestro/Esclavo entre los dispositivos mencionados.
RECOMENDACIONES
GRACIAS
 Se verificó el funcionamiento del módulo principal conformado por el microcontrolador y el módulo coordinador Xbee, donde este capaz de trabajar como un direccionador de esclavos del PLC, capturando, analizando y almacenando las variables del proceso para luego realizar el procesamiento de la trama de respuesta y finalmente ser enviada al PLC, ampliando el campo monitorización y supervisión de las aplicaciones en el área de automatización.
 Se logró la adecuación de los niveles de voltaje y corriente de los sensores mediante el diseño y construcción de los circuitos acondicionadores, para así poder ser conectados a los módulos Xbee y transmitir los datos arrojados por ambos sensores al módulo principal.
 Se logró una comunicación inalámbrica entre el PLC y los sensores remotos, mediante la utilización de los módulos Xbee y la creación de la Red Zigbee permitiendo así ampliar el campo de monitoreo y supervisión de variables remotas dentro del Laboratorio de Automatización Industrial.
 Se realizó la transmisión/recepción de información entre el PLC y el microcontrolador a través de la red Modbus cableada del Laboratorio de Automatización Industrial LABAI mediante la programación del PLC Twido.
Para obtener acceso a una mayor cantidad de variables remotas en aplicaciones donde se requiera un mayor control del proceso se puede lograr con la expansión de módulos terminales y nuevos módulos Xbee.
La implementación de una interfaz de usuario dinámica para futuras aplicaciones, donde se pueda visualizar el estado de los sensores, el monitoreo de las peticiones, es decir, un control de tráfico de la red entre el microcontrolador y el PLC, así como también un control del módulo para su inicialización, actualización de variables, entre otros.
Al implementar microcontroladores en los módulos terminales, sería posible expandir el control del proceso, permitiendo además de la monitorización de variables un control de las mismas a través de actuadores.
Cada módulo terminal envía constantemente la información extraída de cada sensor, y mediante el modulo Microcontrolador-Xbee Coordinador se actualiza la información y es almacenada en las tramas de datos cada 30 segundos; para futuras aplicaciones se podría trabajar en cada modulo terminal con microcontroladores que almacenarán la información de cada sensor para así poder monitorear cada cambio en las variables del proceso.
Configuración Xbee mediante software XCTU y Recepción de tramas
Recepción y almacenamiento de tramas de los Xbee mediante Microcontrolador
Programa en LADDER para PLC Twido. Envío de solicitudes.
Recepción de Trama y Armado de trama de respuesta.
Recepción de tramas válidas enviadas desde el microcontrolador al PLC.
4. Construcción de los Módulos
Circuitos Impresos y Proyecciones en 3D para cada Módulo.
Módulos finales.
TWDL
CAE40DRF
Códificación de 8 bits
Flujo continúo de datos
RS485
Modbus Serial y Modbus TCP
- Bajo costo.
- Ultra-bajo consumo de potencia.
- Uso de bandas de radio libres y sin necesidad de licencias.
- Instalación barata y simple.
- Redes flexibles y extensibles.
a. Modo API
b. Modo Transparente
c. Modo de comando
Módulo MAX485 Comunicación Half-Duplex
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