Accionamiento electrico, Study notes of Electronics

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Tarea Investigativa - Unidad I

DACIP, Universidad Nacional de Ingeniería

Accionamiento eléctrico

Ing. Luis Rodríguez

4T1-EL

22 de agosto del 2025

Introducción

En automatización y control industrial, la comunicación entre dispositivos, controladores y sistemas de supervisión es imperativa para garantizar la eficiencia, la seguridad y la continuidad de los procesos productivos. Para este fin, se desarrollaron diversos protocolos de comunicación que permiten la transferencia confiable de datos entre sensores, actuadores, controladores lógicos programables (PLC) y plataformas de supervisión. Entre los más utilizados destacan Profinet, Profibus, Ethernet industrial, Modbus TCP/IP.

La gestión y supervisión de dichos procesos industriales se realiza a través de sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) y DCS (Distributed Control System). Mientras que los sistemas SCADA se orientan principalmente a la supervisión remota de infraestructuras distribuidas, los DCS están diseñados para el control integral de plantas industriales con procesos continuos. Ambos desempeñan un papel estratégico en la optimización de recursos, el monitoreo en tiempo real y la toma de decisiones operativas.

El estudio de estos protocolos y sistemas de control resulta fundamental para comprender cómo la industria moderna integra tecnologías de comunicación y supervisión, con el fin de lograr procesos más seguros, interconectados y eficientes.

Modbus RTU (Unidad Terminal Remota o Remote Terminal Unit) y Modbus TCP (Protocolo de Control de Transmisión o Transfer Control Protocol) son los protocolos Modbus más utilizados actualmente.

Modbus RTU y Modbus TCP/IP son dos variantes del mismo protocolo de comunicación, diferenciadas principalmente por el medio físico y la estructura de transmisión. Modbus RTU funciona sobre interfaces seriales como RS-232 o RS-485, lo que lo hace ideal para conexiones locales, simples y robustas, aunque limitadas en velocidad (hasta 115 kbps) y en el número de dispositivos por bus. Utiliza un esquema maestro–esclavo y la detección de errores se realiza mediante CRC. Por su parte, Modbus TCP/IP se basa en redes Ethernet, encapsulando los mensajes Modbus en TCP/IP, lo que permite alcanzar velocidades mucho más altas ( Mbps o más), mayor escalabilidad en el número de nodos y facilidad de integración con sistemas modernos como SCADA, HMI y servidores industriales. En síntesis, ambos comparten la misma lógica de aplicación, pero difieren en la infraestructura: mientras RTU está orientado a sistemas pequeños y de proximidad, TCP/IP resulta más adecuado para redes grandes, rápidas y distribuidas.

2- Profibus y Profinet

El protocolo PROFIBUS conecta en red, como sistema de bus de campo, sistemas de automatización y dispositivos de campo compatibles con PROFIBUS. Como medio de comunicación para el nivel de campo, PROFIBUS es parte integrante de Totally Integrated Automation (TIA).

Las diferentes redes de comunicación se pueden combinar y utilizar independientemente las unas de las otras.

Por otra parte, PROFINET, es un protocolo basado en Ethernet industrial y es un estándar abierto utilizando el protocolo TCP/IP, permite una comunicación en tiempo real entre dispositivos controladores y elementos de campo como sensores y actuadores. PROFINET establece una automatización abierta debido a la facilidad de conexión con otros tipos de dispositivos tecnológicos, se puede decir que PROFINET es el progreso del bus de campo PROFIBUS DP e Industrial Ethernet es decir que las propiedades de estos 2 buses de campo han sido adheridas en PROFINET. Su estructura modular permite flexibilidad de ampliamente debido a la facilidad de conectar más nodos de red a través de un switch sin interferir en las conexiones existentes.

Los sistemas de las industrias realizan una comunicación entre los autómatas (PLCs) mediante PROFINET CBA (Component Based Automation), a través de la marca SIMATIC NET se realiza la instalación y comercialización de estos equipos de red, la gran ventaja es que se puede configurar un diseño lineal sin la necesidad de algún switch externo.

En toda interfaz PROFINET debe constar:

Una dirección MAC, son las siglas de Media Access Control y que significa control de acceso al medio, cada dispositivo PROFINET contiene una tarjeta Ethernet que viene con un número MAC distinto de fábrica.

Una dirección IP, Todos los equipos PROFINET se basan en el estándar Industrial Ethernet, y por eso necesitan de una dirección IP para su funcionamiento en Ethernet.

Un nombre, Todo dispositivo PROFINET en su configuración debe llevar un nombre de estación.

3- Ethernet industrial

El Ethernet Industrial constituye una evolución del estándar de comunicaciones Ethernet (IEEE 802.3), ampliamente utilizado en entornos informáticos, hacia aplicaciones en el ámbito de la automatización y control industrial. Esta adaptación se hizo necesaria debido a que las redes industriales presentan exigencias más estrictas que las redes de oficina, tales como la necesidad de transmitir datos en tiempo real, soportar condiciones ambientales adversas y garantizar altos niveles de confiabilidad y disponibilidad.

A diferencia del Ethernet convencional, que está diseñado para el intercambio de información en redes corporativas, el Ethernet Industrial incorpora características específicas como robustez física de los dispositivos, resistencia a interferencias electromagnéticas, capacidad de operar en rangos amplios de temperatura, y compatibilidad con topologías flexibles (estrella, anillo redundante o malla) que permiten mantener la continuidad operativa incluso frente a fallos de red. Estas propiedades lo convierten en la opción preferida para aplicaciones en fábricas automatizadas, plantas de energía, sistemas de transporte y procesos de manufactura continua.

Sobre la infraestructura de Ethernet Industrial se implementan diversos protocolos de aplicación, entre los que destacan Modbus TCP/IP, Profinet y EtherNet/IP, los cuales permiten la comunicación entre sensores, actuadores, controladores lógicos programables (PLC), sistemas SCADA y plataformas de control distribuido (DCS). Dichos protocolos garantizan el intercambio de datos con la velocidad y determinismo requeridos por los sistemas de automatización modernos.

II- Sistemas SCADA y DCS

1- SCADA

Los sistemas de control de supervisión y adquisición de datos, o SCADA, se utilizan para supervisar y controlar procesos y activos remotos. Los sistemas SCADA, que suelen emplearse en industrias como la del petróleo y el gas, el tratamiento de agua y la distribución de energía, permiten a los operadores supervisar y gestionar varios sitios desde una ubicación central. Los sistemas SCADA se caracterizan por su capacidad de recopilar datos de varias ubicaciones y transmitirlos a una estación central para su análisis y control. Esta funcionalidad es especialmente útil para supervisar y controlar procesos en ubicaciones remotas o de difícil acceso.

2- DCS

Los sistemas de control distribuido, o DCS, están diseñados para gestionar y controlar múltiples procesos en un área o instalación grande. A diferencia de los PLC, que se utilizan normalmente para controlar máquinas o procesos individuales, los DCS se utilizan para gestionar sistemas complejos que implican múltiples procesos interconectados. Los DCS suelen utilizar una estructura jerárquica con una estación maestra central que se comunica con varios dispositivos de

campo a través de una red. Esta arquitectura permite la supervisión y el control en tiempo real de todo el sistema.

Ejemplo sistema SCADA en vida real

Del siguiente artículo: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S

El SCADA fue utilizado como herramienta central para la gestión del embalse y la represa de Yuvacik en Turquía.

El sistema SCADA permitió monitorear en tiempo real las condiciones hidrológicas y meteorológicas de la cuenca (lluvia, caudales de ríos, nivel del embalse, flujo en desagües y condiciones atmosféricas), además de controlar automáticamente compuertas, estaciones de bombeo y descargas del embalse. Para ello se instalaron sensores de nivel, estaciones meteorológicas, medidores de caudal y transmisores ultrasónicos, cuyos datos eran enviados mediante radiofrecuencia y GPRS a estaciones centrales de control. Toda esta información era procesada en servidores y mostrada en interfaces HMI para los operadores, quienes podían tomar decisiones rápidas frente a riesgos de inundaciones o sequías.