Debido a las exigencias de la industria, las fábricas se ven obligadas a recurrir a sistemas mucho más robustos. El objetivo es aumentar la disponibilidad técnica de la máquina y asegurarse de que las líneas de producción siguen funcionando en los momentos más críticos.

Entre las soluciones que podemos encontrar para conseguir este objetivo podemos encontrar sistemas SAI, con baterías que nos proporcionen alimentación en caso de apagones, o sistemas para monitorizar el estado de los elementos de la máquina, tanto mecánicos como eléctricos (de los que hablaremos en las siguientes publicaciones).

A nivel de PLC podemos encontrar sistemas redundantes como los fabricados por Siemens en su gama S7-1500R/H.

¿Qué es un sistema redundante S7-1500R/H?

Es un sistema que cuenta con dos CPU repetidas, es decir, que procesan los mismos datos en paralelo y el mismo programa de usuario. Estas CPU se sincronizan mediante dos conexiones de redundancia. En caso de que falle una CPU la otra CPU asume el control del proceso.

El sistema redundante se basa en la redundancia de medios (MRP) en el anillo Profinet. La redundancia de medios garantiza la disponibilidad de la red y, por lo tanto, las dos CPU deben estar dentro de este anillo. Además, las CPU S7-1500R utilizan dicho anillo para su sincronización. En el caso de las S7-1500H utiliza conexiones de fibra óptica para este fin, sin embargo, el anillo sigue siendo necesario también para estas últimas.

Una consideración que debemos tener en cuenta es que todos los elementos del anillo deben ser compatibles con la redundancia de medios. Si algún dispositivo no lo fuese, deberá sacarse del anillo a través de un switch.

En la siguiente figura se muestra un típico ejemplo de este tipo de sistemas redundante:

Programación del sistema: Siemens S7-1500R/H redundante vs S7-1500

Es importante antes de instalar un sistema redundante S7-1500R/H conocer todas sus características y las diferencias con un sistema no redundante.

La programación de un sistema redundante S7-1500R/H es similar a la de un S7-1500. En funcionamiento redundante, el programa de usuario almacenado en ambas CPU es idéntico. Las dos CPU procesan el programa de usuario con sincronización de eventos. La sincronización se ejecuta de manera automática entre ambas CPU.

Sin embargo, debemos saber que hay algunos bloques específicos que permiten controlar la sincronización; y algunas funciones de S7-1500 no están soportadas en S7-1500R/H, por ejemplo, las comunicaciones PUT y GET. Conviene por tanto revisar el manual de Siemens para consultar todas las funciones no soportadas.

En la siguiente tabla se puede ver una comparativa entre CPU no redundante de siemens (S7-1500) y con redundancia (S7-1500R/H).

¿Cuál es la finalidad de estos sistemas?

La aplicación de los sistemas redundantes tiene una doble vertiente: aumentar la disponibilidad y/o aumentar la seguridad.

Finalidad de los sistemas de alta disponibilidad: reducir la probabilidad de paradas de la producción mediante el funcionamiento paralelo de dos sistemas. Cuando para uno arranca el otro.

Finalidad de los sistemas de seguridad: proteger la vida, el medio ambiente y el capital mediante la desconexión segura en una posición de reposo protegida cuando alguno de los sistemas falla.

Campo de aplicación

Los sistemas redundantes S7-1500R/H no solo tienen aplicaciones en la industria sino también en otros ámbitos:

• Túneles de carretera

Implementar estos sistemas en los túneles garantiza que el alumbrado y la ventilación del túnel estará siempre en funcionamiento para mantener las concentraciones de sustancias nocivas por debajo de valor limite.

Si fallaran los ventiladores de un túnel que tiene instalado un sistema redundante, el programa de usuario estaría ejecutándose en las 2 CPU las cuales pueden estar separadas hasta una distancia de 10 km, en caso de usar CPU S7-1500H conectadas por fibra óptica. Si falla una CPU o una conexión de redundancia debido a un evento local, los ventiladores seguirían funcionando, garantizando la seguridad de las personas que transitan por el túnel.

• Almacenes de estanterías elevadas.

Los grandes almacenes hoy en día necesitan soluciones de automatización adecuadas para controlar su transelevador. Un fallo de un controlador implicaría consecuencias muy graves. Se tendría que volver a posicionar los aparatos de las estanterías, así como registrar el contenido de los contenedores de transporte.

En este ámbito los sistemas redundantes tienen que garantizar la no perdida de datos y la garantía de que el almacén siga funcionando.

Con un sistema redundante S7-1500R/H con dos CPU en caso de que falle una CPU el sistema puede seguir funcionando, ya que la CPU de reserva se ocuparía de serguir controlando el proceso. De esta forma, mientras el sistema sigue funcionando se realiza el intercambio de la CPU defectuosa. Después de sustituir la CPU el sistema redundante sincroniza nuevamente los datos en la nueva CPU.

• Fábrica de bebidas gaseosas

La gran demanda de bebidas gaseosas y el lanzamiento de nuevos productos han obligados a las grandes empresas a aumentar su producción. Si bien es cierto que este aumento de la producción no está ligado muchas veces a la apertura de una nueva fabrica sino al aumento de la capacidad de producción de las fábricas existentes. Un aumento de la capacidad de producción implica realizar inversiones en el área donde se fabrican las bebidas y en el área donde se embotellan mediante la instalación de nuevas llenadoras.

Este aumento de capacidad se ve reflejado en los planing de producción.

Instalar un sistema redundante S7-1500R/H en la sala de fabricación de bebidas implicaría que cuando una CPU entre en fallo la CPU de reserva entrará en funcionamiento, permitiendo que el envío de producto desde la sala de fabricación de bebidas a las llenadoras no quede afectado. El servicio de mantenimiento podrá solucionar el fallo sin necesidad de que el proceso de producción esté detenido. Viéndose reflejado en el cumplimiento de los planing de producción para un sector cada vez mas exigente.

Conclusión

Instalar estos sistemas redundantes aumentan los costes de inversión, sin embargo, esta inversión queda compensada por la usencia de paradas en la producción.  Cuanto mayores sean las consecuencias de una parada, en costes y riesgos, antes de amortizará la inversión en un sistema redundante.

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Referencias: Manual Siemens: s71500rh_manual_es-ES_es-ES.pdf