Un variador se integra al PLC por un bus de campo o una red Ethernet industrial: Modbus RTU o TCP, PROFIBUS o PROFINET, EtherNet/IP y otros, según la marca y el módulo opcional. Lo que se intercambia es poco: una palabra de control y una referencia hacia el variador, y una palabra de estado y la velocidad real de regreso, más parámetros y diagnósticos. La elección del protocolo depende del PLC existente, la arquitectura de red y la ciberseguridad, y los perfiles estándar (como PROFIdrive) reducen la programación.
Qué se comunica
Cuando un variador forma parte de un sistema automatizado, el PLC o el SCADA necesita hacer tres cosas con él: mandarlo, leerlo y configurarlo. Son tres tipos de datos:
| Tipo de dato | Dirección | Frecuencia | Ejemplos |
|---|---|---|---|
| Datos de proceso (cíclicos) | PLC al variador y de vuelta | Cada pocos milisegundos | Palabra de control, referencia de velocidad; palabra de estado, velocidad real, corriente |
| Parámetros (acíclicos) | Ambos sentidos, por solicitud | Ocasional | Leer o escribir una rampa, una protección |
| Diagnóstico y eventos | Variador al PLC | Por evento | Código de falla, alarmas, contadores |
Lo esencial del control cabe en unas pocas palabras de 16 bits. Un esquema mínimo es una palabra de control y una referencia hacia el variador, y una palabra de estado y la velocidad real de regreso. El resto es información adicional.
Los protocolos más usados
Modbus RTU y Modbus TCP
Modbus es un protocolo maestro-esclavo simple y abierto. En RTU viaja por un bus serie (RS-485 en la práctica); en TCP, sobre Ethernet. Casi todos los variadores lo soportan, a veces incorporado de fábrica. Su limitación es que no define un perfil de variador: cada fabricante asigna sus propios registros para las órdenes, la referencia y el estado, y el programador debe tomar el mapa del manual. El protocolo se explica en Modbus RTU y TCP. Es adecuado para integraciones sencillas, cuando hay varios fabricantes o cuando un SCADA lee datos.
PROFIBUS y PROFINET con PROFIdrive
PROFIBUS DP es un bus de campo serie, con presencia importante en instalaciones existentes. PROFINET es su sucesor sobre Ethernet. Ambos pueden usar el perfil PROFIdrive, que normaliza telegramas: en el telegrama estándar más simple, la palabra de control y la referencia de velocidad van hacia el variador, y la palabra de estado y la velocidad real regresan. Como el perfil es de la organización PI y no de un fabricante, variadores de distintas marcas que lo soportan se integran con una programación parecida, aunque cada uno añade extensiones propias. Es la elección natural con PLC Siemens, y muchos otros fabricantes de variadores lo ofrecen.
EtherNet/IP
EtherNet/IP usa el protocolo CIP sobre Ethernet y es el estándar de facto en entornos Rockwell. Define un perfil de objetos para accionamientos de CA, por lo que el PLC trata al variador como un dispositivo con una estructura conocida de entradas y salidas. El variador se agrega al proyecto del PLC con un archivo de descripción del dispositivo, y las entradas y salidas cíclicas llegan como etiquetas.
Otros
También son frecuentes CANopen, EtherCAT, POWERLINK, DeviceNet y BACnet (esta última en edificios y climatización). La disponibilidad depende de la marca. Los equipos de potencia media suelen ofrecer varios protocolos mediante módulos intercambiables, de forma que se puede cambiar de red sin cambiar de variador.
Comparación general
| Aspecto | Modbus RTU | Modbus TCP | PROFINET | EtherNet/IP |
|---|---|---|---|---|
| Medio | Serie RS-485 | Ethernet | Ethernet | Ethernet |
| Perfil de variador estándar | No | No | Sí (PROFIdrive) | Sí (perfil de accionamiento CIP) |
| Facilidad de integración | Media (mapa de registros) | Media | Alta con PLC compatible | Alta con PLC compatible |
| Velocidad de actualización | Baja a media | Media | Alta | Alta |
| Uso típico | Integración simple, SCADA | Integración a SCADA y PLC | Plantas con PLC Siemens | Plantas con PLC Rockwell |
| Seguridad propia | Ninguna | Ninguna | Limitada | Opciones adicionales según equipo |
Cómo se elige
- El PLC y la red existentes. Lo normal es seguir el protocolo del PLC.
- Volumen de datos y velocidad. Para solo marcha, paro y referencia, cualquiera sirve; para control rápido de varios ejes, Ethernet industrial.
- Topología. Un bus serie en cadena versus una red Ethernet con switches y anillos.
- Disponibilidad de módulos y repuestos del variador y sus opcionales.
- Cableado. El apantallado y la puesta a tierra siguen las reglas de EMC (vea compatibilidad electromagnética); el cable de comunicación no comparte bandeja con el de potencia.
- Ciberseguridad. Segmentación de red y control de acceso; para el marco general vea IEC 62443 en subestaciones.
Qué configurar del lado del variador
- La fuente de mando y de referencia apuntan al bus (vea parámetros básicos).
- Parámetros de comunicación: dirección o nombre del dispositivo, velocidad y paridad en serie, IP y máscara en Ethernet, tipo de telegrama.
- Acción ante pérdida de comunicación: qué hace el variador si el PLC deja de hablarle (parar, mantener la velocidad, bajar a una velocidad segura) y tiempo de vigilancia. Es una decisión de proceso y de seguridad.
- Mapeo de los datos de proceso: qué variables se envían y reciben cíclicamente.
Ejemplo ilustrativo
Ejemplo ilustrativo, no de una planta real. Una línea de bombeo con cuatro variadores y un PLC con PROFINET.
- Los cuatro variadores tienen el módulo PROFINET y el perfil PROFIdrive; el PLC los incorpora con el archivo de descripción del dispositivo.
- Por variador se envían 2 palabras (control y referencia) y se reciben 2 (estado y velocidad real), más corriente como dato adicional.
- Si el PLC pierde comunicación, los variadores deben reducir a una velocidad mínima definida en vez de parar de golpe, para no provocar golpe de ariete.
- Los parámetros se leen y escriben por el canal acíclico, sin tocar el control.
Diagnóstico de problemas de comunicación
Cuando el PLC no ve al variador o lo ve de forma intermitente, el orden de revisión que menos tiempo consume es este:
- Capa física. Cable, conectores, terminación y polarización en RS-485; en Ethernet, enlace encendido, velocidad y dúplex, y calidad del cable. Un conector mal crimpado es más común que un fallo del módulo.
- Direccionamiento. Dirección esclava o IP únicas y en la subred correcta; en PROFINET, el nombre del dispositivo asignado y el archivo de descripción de la versión adecuada.
- Parámetros de comunicación. Velocidad, paridad y bits de parada coincidentes en serie; tipo de telegrama o tamaño de datos de proceso coincidentes entre el PLC y el variador.
- Fuente de mando. El variador acepta las órdenes del bus solo si la fuente está configurada así y el equipo está en modo remoto.
- Tiempos de vigilancia. Un tiempo de espera demasiado corto produce disparos por pérdida de comunicación en redes cargadas; uno demasiado largo retrasa la reacción ante una falla real.
- Carga de red. En Ethernet, tráfico de difusión excesivo, bucles sin protocolo de redundancia o switches no administrados pueden degradar la comunicación cíclica. La guía de rstp y redundancia ethernet trata el punto de la redundancia.
- Ruido electromagnético. Los errores de comunicación que coinciden con la marcha del variador apuntan a apantallado y puesta a tierra.
Los analizadores de protocolo y los contadores de errores del módulo de comunicación del variador ayudan a distinguir entre una falla de cable, de configuración o de ruido. Para registros y alarmas en el SCADA se define qué señales del variador se publican y con qué prioridad, de modo que el operador reciba lo que necesita y no una avalancha de datos.
Errores frecuentes
- Usar la fuente de mando del bus sin pasar a remoto el variador, o con el teclado en local.
- No definir la acción ante pérdida de comunicación, con el resultado de que el motor sigue girando sin control o se detiene en un mal momento.
- Direcciones IP duplicadas o nombres de dispositivo mal escritos en PROFINET.
- Terminación y polarización incorrectas en RS-485.
- Cable de comunicación junto al cable de potencia del motor.
- Copiar un mapa de registros Modbus de otro modelo.
- Dejar los servicios web y las contraseñas de fábrica en el módulo Ethernet.
- Escribir parámetros por el bus de forma cíclica, que desgasta la memoria no volátil del variador.
Datos que conviene publicar al SCADA
Más allá de marcha y referencia, un variador entrega información valiosa para operación y mantenimiento: corriente, tensión del bus, temperatura del disipador, horas de funcionamiento, energía consumida, código de la última falla y número de arranques. Publicarlos al SCADA permite ver tendencias (una corriente que sube con el tiempo suele indicar desgaste mecánico o ensuciamiento) y programar el mantenimiento según el estado real. Se recomienda definir una lista corta de variables con nombre claro, unidades y escalas documentadas, para que el SCADA y el PLC interpreten lo mismo. Las alarmas se priorizan: una falla que detiene el proceso no se muestra igual que una advertencia de temperatura.
Lista de verificación
- Protocolo y módulo disponibles en el variador y en el PLC.
- Perfil o mapa de datos (telegrama, registros) tomado del manual.
- Dirección, IP o nombre de dispositivo únicos.
- Palabras de control y estado probadas en vacío antes de acoplar la carga.
- Acción ante pérdida de comunicación definida y probada.
- Cableado de comunicación apantallado y separado de la potencia.
- Segmentación de red y credenciales cambiadas.
- Parámetros y configuración de red respaldados.
Cómo le ayudamos
La comunicación de los variadores con el PLC y el SCADA es parte del diseño del sistema de control. En Diseño de ingeniería y estudios definimos la arquitectura, los datos y la seguridad de la red, y en la puesta en servicio verificamos señal por señal. Escríbanos por contacto.
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Referencias
- PI (PROFIBUS & PROFINET International), perfil PROFIdrive (consultar la especificación oficial).
- ODVA, EtherNet/IP y perfil de accionamientos de CA.
- Modbus Organization, especificaciones de Modbus.
- Manuales de comunicación de los fabricantes de variadores.
Preguntas frecuentes
¿Qué protocolo conviene para comunicar un variador con el PLC?
El que corresponda al PLC y a la red de la planta. Con PLC Siemens es natural PROFINET con el perfil PROFIdrive; con Rockwell, EtherNet/IP; con equipos de varios fabricantes o con un SCADA, Modbus es muy común. Lo que más pesa es la uniformidad de la red y la disponibilidad de mantenimiento, no una ventaja técnica del protocolo.
¿Todos los variadores traen comunicación incorporada?
Depende de la marca y el modelo. Muchos traen Modbus RTU por puerto serie incorporado y ofrecen módulos opcionales para PROFIBUS, PROFINET, EtherNet/IP u otros. La hoja de datos de la referencia indica qué viene de fábrica y qué se agrega.
¿Qué es la palabra de control y la de estado?
Son dos registros de 16 bits. La palabra de control reúne bits de orden hacia el variador, como marcha, paro, sentido o reset de falla. La palabra de estado devuelve bits como listo, en marcha, en falla o referencia alcanzada. Su significado exacto lo define el perfil del variador o el estándar que use, como PROFIdrive.
¿Es seguro conectar el variador a la red de la planta?
Es una conexión más de la red industrial y debe tratarse como tal: segmentación, contraseñas distintas de las de fábrica, desactivación de servicios no usados y control de acceso. Ni Modbus ni la mayoría de los perfiles de campo traen autenticación; la protección está en la arquitectura de red.