Embed Size (px)
Citation preview
1
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TUXTLA GUTIÉRREZ
REPORTE FINAL DE RESIDENCIA PROFESIONAL
“CONTROL DE OPERACIÓN DE PROCESO DE FABRICACIÓN DE
AGREGADOS PARA LA CONSTRUCCIÓN”
EMPRESA: TRITURADOS Y CONCRETOS DE SURESTE S.A DE C.V.
NOMBRE:
ALTAMIRANO VÁZQUEZ LEONARDO ARMIDEZ
No. CONTROL: 10270191
PERIODO: ENERO – JUNIO 2014
CARRERA:
INGENIERÍA MECÁNICA
ASESOR INTERNO:
RODOLFO ISABEL COELLO ALBORES
ASESOR EXTERNO:
NOÉ FRAGOSO GARCÍA
2
INDICE GENERAL
CAPÍTULO I ....................................................................................................................................... 8
ESPECIFICACIONES GENERALES DEL PROYECTO ............................................................ 8
1.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 9
1.2 JUSTIFICACIÓN .................................................................................................................. 10
1.3 OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS................................................................. 12
1.3.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................................. 12
1.3.2 OBJETIVO ESPECIFICO ............................................................................................ 12
1.4 CARACTERIZACIÓN DEL ÁREA DONDE SE PARTICIPÓ ......................................... 13
1.4.1 ORGANIGRAMA DE LA EMPRESA ......................................................................... 15
1.4.2 MISIÓN ........................................................................................................................... 16
1.4.3 VISIÓN ........................................................................................................................... 16
1.4.4 POLÍTICA DE CALIDAD .............................................................................................. 16
1.4.5 VALORES ...................................................................................................................... 17
1.4.6 SITUACIÓN GEOGRÁFICA ....................................................................................... 17
1.4.7 DOMICILIO .................................................................................................................... 18
1.5 DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DONDE SE REALIZÓ EL PROYECTO .......................... 18
1.5.1 ANTECEDENTES DE LA PROBLEMÁTICA ........................................................... 19
1.5.2 PROBLEMAS A RESOLVER ..................................................................................... 20
1.6 ALCANCES Y LIMITACIONES .......................................................................................... 22
1.6.1 ALCANCES ................................................................................................................... 22
1.6.2 LIMITACIONES ............................................................................................................. 23
CAPÍTULO II ................................................................................................................................... 24
FUNDAMENTO TEÓRICO ........................................................................................................... 24
2.1 TEORÍA DE CONTROL ...................................................................................................... 25
2.2 SISTEMAS DE CONTROL ................................................................................................. 26
2.2.1 TIPOS DE SISTEMA DE CONTROL ........................................................................ 27
2.3 CONTROL ............................................................................................................................. 30
2.3.1 CONTROL MANUAL .................................................................................................... 31
2.3.2 CONTROL AUTOMÁTICO .......................................................................................... 32
2.4 INGENIERÍA DE CONTROL .............................................................................................. 33
2.4.1 LA INGENIERÍA EN LOS SISTEMAS DE CONTROL............................................ 34
2.4.2 PLC (CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE) .............................................. 35
3
2.4.3 SENSORES Y ACTUADORES .................................................................................. 46
CAPITULO III .................................................................................................................................. 62
PROCEDIMIENTO Y DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES REALIZADAS ............................ 62
3.1 RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN Y ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS DE CONTROL ..................... 63
3.1.1 RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN ....................................................................... 63
3.1.2 ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS DE CONTROL ...................................................... 75
3.2 INVESTIGACIÓN DE FUNCIONAMIENTO Y OPERACIÓN DE LOS ELEMENTOS
SELECCIONADOS DE CONTROL. ........................................................................................ 77
3.2.1 DESCRIPCIÓN DEL PLC ........................................................................................... 77
3.2.2 DESCRIPCIÓN DE LOS TEMPORIZADORES ...................................................... 79
3.3 ELABORACIÓN DE DIAGRAMAS ELÉCTRICOS DE LOS EQUIPOS DE
TRITURACIÓN. .......................................................................................................................... 80
3.4 SELECCIÓN DE ELEMENTOS POR ESPECIFICACIONES Y CALIDAD DE LOS
COMPONENTES ELÉCTRICOS SELECCIONADOS. ........................................................ 84
3.4.1TIPOS DE PLC SIMATIC S7 ....................................................................................... 84
3.4.2 CARACTERÍSTICAS DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN ELEGIDA .............. 90
3.4.3 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LA CPU .................................................. 93
3.4.4 MÓDULO DE ENTRADAS DIGITALES ELEGIDO ................................................. 96
3.4.5 MÓDULO DE SALIDAS DIGITALES ELEGIDO .................................................... 100
3.5 SIMULACIÓN Y VERIFICACIÓN DE LO PROPUESTO ............................................. 102
3.5.1 PROYECTO EN EL ADMINISTRADOR SIMATIC STEP 7 V5.5 ....................... 102
3.5.2 SIMULACIÓN .............................................................................................................. 108
CAPÍTULO IV ................................................................................................................................ 123
REVISIÓN Y CONCLUSIONES ................................................................................................. 123
4.1 REVISIONES ...................................................................................................................... 124
4.2 CONCLUSIÓN ................................................................................................................... 124
ANEXO ........................................................................................................................................... 126
DIAGRAMA TRIFILAR ............................................................................................................. 127
DIAGRAMA DE CONTROL_REMOTOS .............................................................................. 132
DIAGRAMAS DE MÓDULOS DE ENTRADAS ................................................................... 143
DIAGRAMA DE MÓDULOS DE SALIDAS ........................................................................... 148
Bibliografía ..................................................................................................................................... 153
4
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1 Triturados y Concretos de Sureste (Planta Berriozábal Agregados) . 13
Ilustración 2 Equipo de Trituración, PLANTA I y II, Respectivamente ................... 14
Ilustración 3 Situación geográfica de la planta de Berriozábal Chiapas Agregados
.............................................................................................................................. 17
Ilustración 4 Planta Industrial Moderna y ensamble automotriz ............................ 25
Ilustración 5 Estructura general de un Sistema de Control ................................... 26
Ilustración 6 Diagrama de bloques de un Sistema de lazo abierto ........................ 27
Ilustración 7 Diagrama de bloques de un Sistema de lazo cerrado....................... 29
Ilustración 8 Definición de Control ......................................................................... 30
Ilustración 9 Sistema Térmico de Control Manual ................................................. 32
Ilustración 10 Sistema Térmico de Control Automático ......................................... 32
Ilustración 11 Componentes del Sistema de un PLC ............................................ 37
Ilustración 12 Compuertas Lógicas ....................................................................... 43
Ilustración 13 Tabla de Verdad .............................................................................. 43
Ilustración 14 Ejemplo De Diagrama De Contactos Y Su Simbología ................... 44
Ilustración 15 Ejemplo De Diagrama De Bloques .................................................. 45
Ilustración 16 Ejemplo de Lista de Instrucciones................................................... 45
Ilustración 17 Estructura Genérica de un transductor ........................................... 47
Ilustración 18 Relevador Térmico De Sobrecarga De Aleación Fusible ................ 60
Ilustración 19 Banda Transportadora .................................................................... 64
Ilustración 20 Trituradora De Mandíbula ............................................................... 64
Ilustración 21 Trituradora De Impacto ................................................................... 65
Ilustración 22 Criba Vibratoria ............................................................................... 65
Ilustración 23 Maquina Alimentadora .................................................................... 66
Ilustración 24 Diagrama De Flujo De La Planta De Trituración ............................. 67
Ilustración 25 Diagrama de fuerza para el arranque con auto transformador ....... 70
Ilustración 26 Circuito de control para el arranque con autotransformador ........... 71
Ilustración 27 Tablero De Control .......................................................................... 72
Ilustración 28 Modelo clásico de un sistema secuencial ....................................... 76
Ilustración 29 Ejemplo De Aplicación Industrial De PLC ....................................... 77
5
Ilustración 30 Representación de temporizadores: (a) símbolo general. (b) a la
activación. (c) a la desactivación. (d) a la activación- desactivación ..................... 79
Ilustración 31 Diagrama de paros de emergencias ............................................... 80
Ilustración 32 Diagrama de Arranque .................................................................... 81
Ilustración 33 Diagrama de control ........................................................................ 82
Ilustración 34 Diagrama de control de la trituradora de impacto ........................... 83
Ilustración 35 PLC Simatic s7-200 ........................................................................ 85
Ilustración 36 Simatic S7-300 ................................................................................ 86
Ilustración 37 Esquema eléctrico de la PS 307: 5A ............................................... 91
Ilustración 38 Esquema de principio de la fuente de alimentación PS 307; 5A ..... 91
Ilustración 39 CPU ................................................................................................ 93
Ilustración 40 Esquema de conexión y de principio del módulo SM 321
(DI64xDC24V) ....................................................................................................... 97
Ilustración 41 Esquema de conexión y de principio del módulo SM 321
(DI16xDC24V) ....................................................................................................... 99
Ilustración 42 Esquema de conexión y de principio del módulo SM 322
(DI32xDC24V/0.5A) ............................................................................................. 101
Ilustración 43 Representación gráfica del Administrador SIMITAC ..................... 102
Ilustración 44 Representación gráfica configuración hardware de nuestro PLC
principal ............................................................................................................... 103
Ilustración 45 Estructura de un bloque de organización ...................................... 105
Ilustración 46 Ejecución del Bloque de función en un bloque de Organización .. 106
Ilustración 47 Ejemplo de un bloque Función de nuestro proyecto realizado ...... 107
Ilustración 48 Bloques de Organización y Bloques de Función ........................... 108
Ilustración 49 Configuración de PLCSIM ............................................................. 109
Ilustración 50 Ventana de simulación del proyecto ............................................. 110
Ilustración 51 Sistema de arranque automático .................................................. 111
Ilustración 52 Descripción del encendido en modo automático ........................... 112
Ilustración 53 Contactor encendido ..................................................................... 112
Ilustración 54 Sistema de apagado automático ................................................... 113
Ilustración 55 Sistema de apagado concluido ..................................................... 114
6
Ilustración 56 Sistema de paros de emergencias en la secuencia de apagado en
modo automática ................................................................................................. 114
Ilustración 57 Diagramas nos energizados, motor apagado ............................... 115
Ilustración 58 Sistema de arranque despolve...................................................... 116
Ilustración 59 Contactores encendidos de los motores ....................................... 116
Ilustración 60 Secuencia de arranque en modo automático, motor girando a
izquierdas ............................................................................................................ 117
Ilustración 61 Motor girando a derechas ............................................................. 118
Ilustración 62 Sistema de apagado en modo automático .................................... 118
Ilustración 63 Secuencia de apagado automático ............................................... 119
Ilustración 64 Apagado del motor de la banda transportadora 1 ......................... 119
Ilustración 65 Sistema de apagado para el problema 1 ...................................... 121
Ilustración 66 Sistema de arranque para el problema 1 ...................................... 122
7
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Transductores De Diversas Magnitudes Físicas ......................................................... 50
Tabla 2 Potencia de motores ........................................................................................................ 68
Tabla 3 Número de entradas y salidas digitales, cantidad de temporizadores y marcas. .. 84
Tabla 4 Datos técnicos del PS 307; 5A ...................................................................................... 92
Tabla 5 Especificaciones del CPU 315 ....................................................................................... 96
Tabla 6 Especificaciones del módulo SM 321 (DI64xDC24V) ................................................ 98
Tabla 7 Especificaciones del módulo SM 321 (DI16xDC24V) .............................................. 100
Tabla 8 Especificaciones del módulo SM 322 (DI32xDC24 V/0.5A) .................................... 101
8
CAPÍTULO I
ESPECIFICACIONES
GENERALES DEL PROYECTO
9
1.1 INTRODUCCIÓN
El control automático de procesos es una de las disciplinas que se ha desarrollado
a una velocidad vertiginosa, dando las bases a lo que hoy algunos autores llaman
la segunda revolución industrial. El uso intensivo de las técnicas de control
automático de procesos tiene como origen la evolución y tecnificación de las
tecnologías de medición y control aplicadas al ambiente industrial.
Su estudio y aplicación ha contribuido al reconocimiento universal de sus ventajas
y beneficios asociados al ámbito industrial, que es donde tiene una de sus mayores
aplicaciones debido a la necesidad de controlar un gran número de variables,
sumando esto a la creciente complejidad de los sistemas.
El uso de los sistemas de control de procesos, es una aplicación adecuada para el
proceso de las actividades reales que se ajusten a las actividades planificadas, de
modo que se reduzca las probabilidades de fallos y que se obtengan los resultados
buscados.
La eliminación de errores y un aumento en la seguridad de los procesos es otra
contribución del uso y aplicación de esta técnica de control. (Abarca)
El presente trabajo se deriva del uso de los sistemas de control de procesos.
Sistemas de control que beneficiaran el proceso de producción así como mejorar el
funcionamiento de cada equipo de trituración que exista en la planta de Agregados.
Se implementaron dos opciones para estos sistemas de control de procesos.
1. Sistema de control de procesos automático manual usando un Controlador
Lógico Programable (PLC)
2. Sistema de control de procesos automático manual sin PLC
La empresa Triturados y Concretos de Sureste S.A de C.V, produce y suministra
agregados de gran calidad para la industria de la construcción. Estos productos de
10
Agregados son fabricados a través de la obtención de productos a base de
trituración, en la obtención de productos de mina y en la obtención de productos de
rio (dragado).
Este corporativo cuenta con dos plantas de Agregados, una planta de asfalto y la
planta bloquera.
Específicamente la unidad de trabajo en que se realizara el proyecto de “Control de
operación de proceso de fabricación de agregados para la construcción” fue en las
plantas de Agregados.
Los beneficios que se obtendrá con la implementación del uso de los sistemas de
control de procesos de trituración serán en la disminución de posibles fallos y
accidentes en el funcionamiento de los equipos de trituración así como mejorar la
producción de agregados.
1.2 JUSTIFICACIÓN
La empresa Triturados y Concretos de Sureste S.A de C.V., cuenta con dos plantas
de trituración de agregados. Actualmente cuentan con un sistema de control
Encendido- Apagado individual para cada equipo de trituración. Para esta acción de
control el elemento de actuación sólo tiene dos posiciones fijas que en la mayoría
de los casos son apagados y encendido por botones.
Por lo consiguiente del sistema de control actual, existen problemas que surgen en
el funcionamiento de los equipos de trituración y en el proceso de producción, con
ello teniendo pérdidas de tiempo en la búsqueda y solución de problemas.
Por ello se realizó el proyecto “Control de operación de proceso de fabricación de
agregados para la construcción”. Teniendo así una oportunidad de mejorar el
11
sistema de control de procesos en los equipos de trituración, ya sea cualquiera de
las dos opciones implementadas de control de procesos ya mencionadas.
Las dos opciones implementadas de los sistemas de control de procesos tendrán
las mejores disposiciones en la solución de problemas más frecuentes que exista
en el proceso de producción de Agregados, es decir llevar una secuencia optima de
apagado de equipos de trituración cuando surja un problema o un fallo en el proceso
de producción, así como también la secuencia de arranque para los motores
apagados. De igual manera tendrá las opciones de una secuencia de apagado y
encendido de todos los motores que existan en la planta.
La contribución de los sistemas de control es disminuir las probabilidades de fallos
y enriquecer un mejor funcionamiento de los equipos de trituración.
La beneficencia para cada sistema de control implementado es que tendrá las
opciones de mando AUTOMÁTICO Y MANUAL para llevar cualquier secuencia, ya
se de paro o de arranque de motores. Por ejemplo, para el sistema de control de
proceso sin el uso de un PLC, el operador detecta un problema en el proceso de
producción que surja en la planta, tendrá la libertad de es coger un modo de mando
ya sea AUTOMÁTICO O MANUAL para una posible secuencia de apagado de
equipos de trituración así como también la secuencia de encendido una vez ya
solucionado el problema.
Con el mismo ejemplo anterior del problema en el proceso de producción pero con
el sistema de control de proceso con el uso de un PLC, el surgimiento de un
problema será detectado por un sensor con características que involucran cualquier
tipo de anomalía en un equipo de trituración, que a su vez este avisara al PLC
diciendo que se ha detectado un problema y alertará al operador con un indicador
luminoso que se encontrará en el tablero de control en su respectivo botón. El PLC
dará las opciones de cómo quieres que se ejecute la secuencia de apagado para
12
los demás equipos ya sea AUTOMÁTICO O MANUAL con su respectiva secuencia
de arranque una vez solucionado el problema detectado.
Una vez que el operador haya escogido un modo de mando sea AUTOMATICO O
MANUAL éste no perjudicara las secuencias que han accionado para un problema.
1.3 OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS
1.3.1 OBJETIVO GENERAL
Mejorar el control de operación de los equipos de trituración de arranque,
paro y monitoreo de la operación del equipo de trituración y clasificación de
procesos de agregados para la construcción.
1.3.2 OBJETIVO ESPECIFICO
Recaudar información sobre el funcionamiento de planta de trituración
Obtener los problemas o posibles fallos que aparezcan en el funcionamiento
de la planta de trituración.
Secuencias de apagados y arranques de motores cuando exista un problema
en la planta de Agregados.
Realizar una búsqueda de materiales eléctricos apropiados para el manejo
del control de acuerdo a los problemas de exista en la planta.
Diseñar un diagrama del sistema de control General de la planta de
Agregados.
Construir diagramas eléctricos de paros de emergencias así como diagramas
arranque AUTOMÁTICO_MANUAL
Diseñar un software de control general; paros de emergencias por fallas en
los equipos de trituración, arranque y apagado general de la planta de
Agregados.
Simulación de las secuencias de paros y arranques.
13
Comparar las ventajas y desventajas de cada una de las opciones de los
sistemas de control de procesos.
1.4 CARACTERIZACIÓN DEL ÁREA DONDE SE PARTICIPÓ
La empresa Triturados y Concretos de Sureste S.A de C.V, tiene sus orígenes en el
Estado de Chiapas a principios de los años 70´s. El proyecto original fue el de
comercializar materiales para la construcción en el Estado de Chiapas. Gracias a
los logros reflejados y al empuje y entusiasmo de los fundadores dieron pie al
crecimiento sostenido y constante en varios Estados del Sureste Mexicano.
En 1998, ya con una amplia experiencia en la venta de materiales para la
construcción, se decide iniciar en Tabasco con la producción y comercialización del
Concreto Premezclado y más tarde en 2001, se incursiona con la producción y
comercialización, inicialmente en el estado de Chiapas.
Ilustración 1 Triturados y Concretos de Sureste (Planta Berriozábal Agregados)
Gorsa Agregados es la División del grupo que se dedica a la producción y
comercialización de agregados, block y asfalto.
Inicia operaciones en el año 2001 en Tuxtla Gutiérrez, Chiapas. En el año 2005, se
constituyó la empresa Triturados y Concretos del Sureste, S.A. de C.V.
14
(TRICOSUR) con la finalidad de apertura la planta de Playa del Carmen. En el año
2008, tras la conformación del Grupo Gorsa, TRICOSUR se transforma en la
División de Agregados, Block y Asfalto.
Actualmente Grupo Gorsa, representa la primera opción de negocio en cuanto a
Cobertura y Oferta de Servicios para la Construcción. Debido, principalmente, a su
ubicación estratégica en 9 estados del sureste mexicano, así como a la experiencia
y calidad de cada uno de los productos que producimos y comercializamos. Lo que
sigue a la fusión es sin duda, un crecimiento sólido, sano y sostenido en el Grupo y
la expansión del mismo a nuevos mercados que demandan productos y servicios
de calidad.
Ilustración 2 Equipo de Trituración, PLANTA I y II, Respectivamente
15
1.4.1 ORGANIGRAMA DE LA EMPRESA
SU
PE
RIN
TEN
DE
NTE
ING
. NO
E F
RA
GO
SO
AD
MIN
ISTR
AD
OR
OLG
A G
OM
EZ
ALM
AC
EN
ISTA
FELI
SIA
NO
SA
NTI
Z
CO
MP
RA
DO
RG
onza
lo R
oble
s
SU
PE
RV
ISO
R
MA
NTE
NIM
IEN
TOE
NR
IQU
E V
ELA
ZQU
EZ
ME
CA
NIC
O D
IES
EL
1 M
AN
UE
L A
RR
OY
O
ME
CA
NIC
O D
E
CO
MB
US
TIO
N
2 A
rman
do S
olis
, Hum
berto
Vel
azqu
ez,
AY
UD
AN
TE
VA
CA
NTE
ME
CA
NIC
O S
OLD
AD
OR
3
( 7:0
0 A
17:
00)
MA
RIO
A.A
RG
UE
LLO
,JA
VIE
R
MA
RTI
NE
Z,LA
ZAR
O G
ON
ZALE
Z, R
usbe
l
Laza
ro G
.
SU
PE
RV
ISO
R D
E
OP
ER
AC
IÓN
LUIS
A. A
RR
EO
LA
OP
. EX
CA
VA
DO
RA
1 M
AN
UE
L LE
ON
OP
. CA
RG
AD
OR
1 JO
SE
A H
ER
NA
ND
EZ
OP
. CA
MIO
N V
OLT
EO
3
JUA
N J
. CA
MA
CH
O,
FER
NA
ND
O S
ER
RA
NO
,
A,M
AR
IO H
ER
NA
ND
EZ,
OP
. CC
MP
1 E
ZEQ
UIE
L R
UIZ
P2
GA
BR
IEL
PE
RE
YR
A
AY
UD
AN
TES
4
, ELI
AS
LO
PE
Z, L
OP
EZ
OV
AN
DO
LU
IS A
LBE
RTO
, IZA
IN
CA
STE
LLA
NO
S, Z
AM
OR
AN
O
MA
LDO
NA
DO
FR
CO
JA
VIE
R
SU
PE
RV
ISO
R D
E
OP
ER
AC
IÓN
SE
RG
IO R
UIZ
OP
. EX
CA
VA
DO
RA
RO
ME
O L
OP
EZ
OP
. CA
RG
AD
OR
RU
BE
N M
ON
TUFA
R
OP
. CA
MIO
N V
OLT
EO
3 P
ED
RO
ALB
OR
ES
, J
AN
TON
IO R
AM
OS
,VIC
TOR
O.
ES
PIN
OZA
,
OP
. CC
MP
1 J
OS
E M
TR
UJI
LLO
,
P2
J.E
MA
NU
EL
DIA
Z
AY
UD
AN
TES
4 ,M
IGU
EL
VA
ZQU
EZ,
EZE
QU
IEL
RO
ME
RO
, M
AN
UE
L
GO
NZA
LEZ,
Fco
. Jav
ier
Zam
oran
o
SU
PE
RV
ISO
R D
E
CA
SE
TA
GE
RA
RD
O C
OR
ZO
SU
PE
RV
ISO
R C
AN
TER
A
SA
UL
GO
NZA
LEZ
OP
. TR
AC
TOR
CIR
ILO
HE
RN
AN
DE
Z
OP
. PE
RFO
RA
DO
RA
2 S
ER
GIO
A. H
ER
NA
ND
EZ,
FRE
ED
Y H
ER
NA
ND
EZ
OP
. CA
RG
AD
OR
2
AN
GE
L C
RU
Z, A
BIG
AIL
A.
RO
BLE
DO
OP
CA
MIO
N 7
M3
Rog
er B
ueno
Ayd,
Per
foris
ta1.
- Jos
é Al
fredo
Jim
enez
2.-C
arlo
s Iva
n Go
nzal
ez
CH
OFE
RJe
sus
Cas
tella
nos
OP
. EX
CA
VA
DO
RA
AR
TEM
IO J
IME
NE
Z
16
1.4.2 MISIÓN
Producir y comercializar productos y servicios de calidad de manera rentable y
eficiente para la industria de la construcción; ofreciendo soluciones integrales para
el cliente buscando posicionarnos como empresa confiable y con un recurso
humano de clase mundial.
1.4.3 VISIÓN
Ser un Grupo con solidez financiera dentro de la industria de la construcción,
fabricando y comercializando soluciones integrales con responsabilidad social,
sustentabilidad y tecnología de vanguardia.
1.4.4 POLÍTICA DE CALIDAD
La calidad de los agregados no se juzga solo por el color o por una simple inspección
visual, se juzga por sus propiedades físicas y químicas.
Nuestros agregados son verificados bajo las siguientes pruebas y estándares:
1. COMPOSICIÓN GRANULOMÉTRICA (Granulometría)
2. GRAVEDAD ESPECIFICA (Densidad Especifica Aparente)
3. ABSORCIÓN
4. PARTÍCULAS MENORES DE 0.075 MM (Pérdida por lavado)
5. IMPUREZA ORGÁNICAS (Materia orgánica)
6. SANIDAD (Intemperismo Acelerado)
7. MASA UNITARIA (Peso volumétrico)
8. RESISTENCIA A LA ABRASIÓN (Desgaste los Ángeles)
17
1.4.5 VALORES
Responsabilidad
Liderazgo
Integridad
Institucionalidad
Colaboración
Humildad
Proactividad
1.4.6 SITUACIÓN GEOGRÁFICA
La Planta Berriozábal Agregados se encuentra estratégicamente en el estado de
Chiapas.
Ilustración 3 Situación geográfica de la planta de Berriozábal Chiapas Agregados
18
1.4.7 DOMICILIO
Barrio San Juan km. 17.5
Carretera Tuxtla – Ocozocoautla
Berriozábal, Chiapas
Código postal: 29130
http://www.grupogorsa.com.mx/
1.5 DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DONDE SE REALIZÓ EL
PROYECTO
El proyecto “Control de operación de proceso de fabricación de agregados para la
construcción” se desarrolló en la división de Agregados.
En la planta de Agregados se encuentra formado por cuatro personas quienes están
llevando el control de operación de la planta así como su funcionalidad.
Las funciones de cada personal son las siguientes:
Superintendente: Proponer los objetivos que requiera de la planta, como por
ejemplo, cuantas toneladas de producto se requiere al día de agregados de
diferentes medidas y tipos. También con la función de resolver problemas de
funcionamiento de los equipos de trituración.
Supervisor de la planta: Se encarga de observar que el operador cumpla con
su trabajo. En un caso especial de algún problema, el supervisor de la planta
tiene que resolver ese problema. También se encarga del buen
funcionamiento de los equipos que se encuentran en la planta y el manejo de
los sistemas de control.
19
Operador: La función del operador es la supervisión de la planta que todo
esté funcionando bien, esta actividad lo logra de manera visual, es decir esta
en constate observación del proceso de producción.
Auxiliar de ayuda: Ayuda con los problemas fáciles y sencillos que existan en
los equipos de transporte.
Se encuentra instalado un edificio para el control de la planta, que es mandada por
el supervisor y el operador.
El sistema de control que presenta actualmente la planta de Agregados es la acción
de control Encendido- Apagado, es también muy conocida por su nombre en inglés
On- Off. Para esta acción de control el elemento de actuación sólo tiene dos
posiciones fijas que en la mayoría son apagados y encendido.
Tomando como referencia ese sistema de control, se enfocó el proyecto de “Control
de operación de proceso de fabricación de agregados para la construcción”.
Considerando dos opciones de sistema de control de proceso con el uso de un PLC
y sin un PLC. De esta manera las dos opciones tendrán las ventajas de obtener un
mejor aprovechamiento en los equipos de trituración así como el buen
funcionamiento en el proceso de producción y logrando los objetivos deseados para
la producción.
1.5.1 ANTECEDENTES DE LA PROBLEMÁTICA
En el proceso de producción de la planta de Agregados, se han detectados varios
tipos de problemas, por ejemplo, atascamiento y sobre peso en las bandas
transportadoras, desgastes en las bandas motrices, pérdida de fase de los motores,
mantenimiento preventivo en cada uno de los motores.
Los problemas mencionados, afectan en el proceso de producción de la planta,
teniendo como consecuencia pérdida de tiempo en la localización del problema y
20
en función de ello no obteniendo las metas requeridas para la producción de
agregados.
Las secuencias de apagado de equipos de trituración cuando aparezca un
problema, se basa de manera manual presionando botones de apagados de los
equipos de trituración, equipos que integran el proceso de producción con el motor
que tenga el problema. Estas secuencias de control, son mandadas por el operador
desde el edificio de control, teniendo un tablero de control con todos los botones de
encendido y apagado para cada motor. Para que las secuencias se realicen
adecuadamente, el operador aporta la experiencia de los años trabajando en la
planta.
1.5.2 PROBLEMAS A RESOLVER
Sistema de control con PLC
Para el sistema de control de arranque de la planta en general. Se tendrá dos
opciones para el inicio de la secuencia.
La primera opción (MANUAL), el operador pondrá el selector en modo manual, el
PLC respetará la decisión de mando seleccionado, por lo tanto el operador dará
inicio a la secuencia de arranque, esto se llevará acabo con los botones, es decir,
presionando botones consecutivamente. La segunda opción (AUTOMÁTICO), el
selector estará en modo Automático, el PLC hará la acción de llevar acabo la
secuencia de arranque automáticamente sin presionar ningún botón.
Para la solución de problemas que surjan en la planta, el sistema de control con
PLC facilitará la detección de algún problema de un equipo mediante un sensor.
Señalando que el equipo presenta un problema mediante un aviso luminoso en el
tablero.
21
Para cada uno de los equipos que se encuentran en la planta, se tendrá un sensor
con características que pueda detectar anomalías en el equipo, sea de los diferentes
tipos de problemas más frecuentes mencionado anteriormente.
Cuando exista un problema, el sensor mandará un aviso al PLC, éste tomara la
decisión para la secuencia de apagado y encendido de motores. Esto se realizará
cuando el selector de mando este en modo Automático. Cuando este en modo
manual, la tarea que hará el PLC es recibir la señal del sensor, señalando en que
motor existe el problema y el operador manualmente accionará la secuencia de
apagado de motores con sus respectivos botones.
En el modo de mando Automático, internamente en el PLC se tendrán programadas
las diferentes secuencias de apagado y encendido de los equipos. Sea para los
problemas, arranque y apagado general. En caso de que la planta se extienda más
con el uso de más equipos de trituración, el PLC se podrá programar para tomar en
cuenta a los demás equipos de trituración, sin perjudicar a las secuencias
existentes.
Sistema de control sin PLC
Para el sistema de control de arranque general de la planta, igual se tendrá dos
opciones para llevar acabo la secuencia. Opción Automático o Manual.
Primer opción (MANUAL), el operador pondrá el selector en el modo manual, y
podrá realizar con libertad el arranque del equipo seleccionado, esta acción se
llevará a cabo presionando los botones de arranque. Para la segunda opción
(AUTOMÁTICO), el selector debe de estar posicionado en el modo automático,
posteriormente se accionará la secuencia de arranque sin tener que presionar
ningún botón.
22
Para la solución de los problemas en el sistema de control sin PLC dependerá de la
vigilancia del operador en el proceso de producción. Motivo que no tendrá una
acción automática en apagar los motores. Es decir, cuando surja un problema en
algún motor, aparecerá en el tablero la señal de aviso, pero el operador dará la
orden de iniciar la secuencia de apagado presionando un botón para ese problema.
La señal luminosa que se ejecutará será solamente por el sensor con las
características necesarias para indicar una anomalía, instalados en los motores.
En este sistema de control no existirán las secuencias internas, ya que solo se
llevarán a cabo por temporizadores. Colocando secuencias fijas para cada
problema y para la secuencia de arranque y apagado general de la planta.
1.6 ALCANCES Y LIMITACIONES
1.6.1 ALCANCES
Sistema de control con PLC
Registro de datos. Esta función permite almacenar los registros que
contengan datos del proceso bajo el control del programa. Se obtendrá un
análisis detallado de las horas trabajadas de los equipos de trituración del
funcionamiento de los equipos de trituración, para evitar problemas de
mantenimientos. De la misma forma se llevará un registro de los problemas
para cada motor.
Soluciones rápidas a los problemas que se presenten en la planta.
Alternativas de control, modo Automático o Manual.
Secuencias de arranque y paro automáticos en la planta de Agregados.
Poca experiencia para el manejo de control de las secuencias.
Rediseño de secuencias automáticas
Diseñar otras secuencias automáticas
Inmediata detección de los problemas
Visualización de los procesos de secuencias.
23
Toma de decisiones automáticas para iniciar las secuencias necesarias.
Fácil manejo del sistema de control
Sistema de control sin PLC
Inmediata detección de problemas
Alternativas de control, modo Automático o Manual
Secuencias fijas de arranque y paro para cada problema
1.6.2 LIMITACIONES
Sistema de control con PLC, Sistema de control sin PLC
Disponibilidad del cliente para la obtención de requisitos
Falta de equipo de programación
Retraso para iniciar el proyecto
24
CAPÍTULO II
FUNDAMENTO TEÓRICO
25
2.1 TEORÍA DE CONTROL
Lo que conocemos hoy como Teoría de Control es el resultado del trabajo en
conjunto de algunas nociones que nos resultan familiares, términos como
optimización y cibernética nos plantean teorías matemáticas como tecnologías
necesarias para abordar problemas complejos que requieran una estrategia de
control en algún sistema. (Osores, 2009)
La importancia de los sistemas de control en nuestra vida diaria es tan crítica que
sin ellos la vida sería complicada. Se trata de una disciplina con interesantes
aplicaciones en nuestra vida cotidiana y en al ámbito laboral, basta simplemente
observar como cierra abre y cierra una puerta de garaje eléctrico, los lectores de
discos, un sistema de control automático doméstico seria el control de flujo
automático de agua en la cisterna. A medida que los sistemas tienen más ingeniería
son más sorprendente. En los coches tenemos controles en la velocidad de crucero,
es decir, se mantiene una velocidad fija en el auto de manera automática sin
importar la pendiente de la carretera, existe un sistema de control en los frenos
conocidos como ABS (Antilock Brake System). Y si nos vamos a procesos más
grandes como en las industrias, los procesos de ensamblaje de vehículos,
perforaciones mineras, redes de generación y suministro eléctrico, medicina,
Mecatrónica con enormes trascendencia y entre muchas más aplicaciones que
podemos encontrar en nuestros alrededores. (MC Vásquez, 2007)
Ilustración 4 Planta Industrial Moderna y ensamble automotriz
26
2.2 SISTEMAS DE CONTROL
Un sistema de control está definido como un conjunto de componentes que pueden
regular su propia conducta o la de otro sistema con el fin de lograr un funcionamiento
predeterminado, de modo que se reduzcan las probabilidades de fallos y se
obtengan los resultados buscados.
Hoy en día los procesos de control son síntomas del proceso industrial que estamos
viviendo. Estos sistemas se usan típicamente en sustituir un trabajador pasivo que
controla un determinado sistema (ya sea eléctrico, mecánico, etc.) con una
posibilidad nula o casi nula de error y un grado de eficiencia mucho más grande que
el de un trabajador.
Los sistemas de control deben conseguir los siguientes objetivos:
Ser estables y robustos frente a perturbaciones y errores en los modelos.
Ser eficiente según un criterio preestablecido evitando comportamientos
bruscos e irreales.
Ilustración 5 Estructura general de un Sistema de Control
Comandos de referencia, fijación o de régimen: Es el valor deseado de la salida
del sistema.
Variable de entrada.
27
Perturbaciones: Estas variables pueden tener un impacto significativo en el
rendimiento del sistema pues hacen que la variable controlada se desvié del
régimen establecido.
Salidas: Es una variable del sistema cuya magnitud o condición se mantiene o
controla dentro de algún valor deseado.
Dispositivo que compara la referencia con la variable controlada y
determina la acción correctiva. (Osores, 2009)
2.2.1 TIPOS DE SISTEMA DE CONTROL
Varios son los criterios que pueden seguirse para clasificar los sistemas de control:
en función de que el estado de la salida intervenga o no en la acción de control (lazo
abierto o lazo cerrado); según las tecnologías puestas en juego (mecánicos,
neumáticos, hidráulicos, eléctricos y electrónicos); a tendiendo a las técnicas de
procesamiento de la señal (analógicos y digitales); según la forma de establecer la
relación entre los elementos del sistema (cableados y programados), etc. Sin
embargo considerando dos topologías de control generales: Sistema de lazo abierto
y Sistema de lazo cerrado. (Osores, 2009)
2.2.1.1 SISTEMA DE LAZO ABIERTO
Es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y da como
resultado una señal de salida independiente a la señal de entrada, pero basada en
la primera. Esto significa que no hay retroalimentación hacia el controlador para que
este pueda ajustar la acción de control. Es decir, la señal de salida no se convierte
en señal de entrada para el controlador.
Ilustración 6 Diagrama de bloques de un Sistema de lazo abierto
28
Estos sistemas se caracterizan por:
Ser sencillos y de fácil concepto.
Nada asegura su estabilidad ante una perturbación.
La salida no se compara con la entrada.
Ser afectado por las perturbaciones. Éstas pueden ser tangibles o
intangibles.
La precisión depende de la previa calibración del sistema.
Las desventajas que tienen dicho sistemas son:
Las perturbaciones y las modificaciones en la calibración introducen errores,
y la salida puede diferir de la deseada.
Para mantener la calidad necesaria a la salida, puede ser necesario efectuar
periódicamente una recalibración.
Ejemplos:
Lavadora:
Funciona sobre una base de tiempos.
Variable de salida “limpieza de la ropa” no afecta al
funcionamiento de la lavadora.
Semáforo de la ciudad:
Funciona sobre una base de tiempo.
Variable de salida “estado del tráfico” no afecta el
funcionamiento del sistema.
(Anónimo, 2012) (Osores, 2009)
29
2.2.1.2 SISTEMA DE LAZO CERRADO
Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de
salida. Los sistemas de circuitos cerrados usan la retroalimentación desde un
resultado final para ajustar la acción de control en consecuencia. El control en lazo
cerrado es imprescindible cuando se da alguna de las siguientes circunstancias:
Cuando un proceso no es posible de regular por el hombre.
Una producción a gran escala que exige grandes instalaciones y el hombre no es
capaz de manejar.
Vigilar un proceso es especialmente difícil en algunos casos y requiere una atención
que el hombre puede perder fácilmente por cansancio o por distracción, con los
consiguientes riesgos que ello pueda ocasionar al trabajador y al proceso.
Ilustración 7 Diagrama de bloques de un Sistema de lazo cerrado
Se caracterizan por:
Ser complejos, pero amplios en cantidad de parámetros.
La salida se compara con la entrada y le afecta para el control del sistema.
Su propiedad de retroalimentación.
Ser más estables a perturbaciones y variaciones internas.
30
Ejemplo:
Control automático del nivel del agua
Variable controlada: nivel del agua en el tanque
Valor de referencia: ajuste inicial del flotador y posición
de la palanca
Elemento de Comparación: la palanca
Señal de error: diferencia entre el valor real y la
posición inicial de la palanca
Controlador: palanca con pivote y la tapadera con la
que abre y cierra el paso del agua
Planta: nivel del agua en el tanque
Dispositivo de medición: flotador y palanca
(MC Vásquez, 2007) (Osores, 2009)
2.3 CONTROL
Se puede definir Control como:
“La manipulación indirecta de las magnitudes de un sistema llamado planta a través
de otro sistema llamado sistema de control”
Ilustración 8 Definición de Control
31
En la ilustración anterior se muestra un mejor entendimiento sobre la definición de
control respecto a una planta. En pocas palabras que el funcionamiento de una
planta depende de un sistema de control, sistema encargado de actuar cuando el
operador mande o asigne una señal de control, la señas puede ser presionando un
botón y esta señal actúa sobre la planta (aquello que deseamos controlar) y como
respuesta tendremos una variable de proceso (un encendido de motor, cerrar una
válvula, abrir una compuerta, etc.)
Conceptos básicos:
Planta: Proceso que se desea controlar (manipular sus magnitudes). Es
decir, variar su comportamiento, ajustándolo a unos requisitos. Por ejemplo,
control de un proceso industrial.
Sistema de control: Sistema (eléctrico, mecánico, neumático) encargado de
actuar sobre el sistema.
Operador: encargado de fijar las consignas (supervisión).
El control es un área de la ingeniería y forma parte de la Ingeniería de Control. Se
centra en el control de los sistemas dinámicos mediante el principio de la
realimentación, para conseguir que las salidas de los mismos se acerquen lo más
posible a un comportamiento predefinido. Esta rama de la ingeniería tiene como
herramientas los métodos de la teoría de sistemas matemática. (Wikipedia, 2011)
2.3.1 CONTROL MANUAL
Cuando en un sistema de control tanto la retroalimentación de la salida como la
acción de control son llevadas a cabo por el hombre, se dice que el control es
manual. Un ejemplo de esto constituye el control de sistema térmico como en la
siguiente ilustración.
32
Ilustración 9 Sistema Térmico de Control Manual
(MC Vásquez, 2007)
2.3.2 CONTROL AUTOMÁTICO
Se pueden obtener resultados satisfactorios y más económicos en los procesos si
se utilizan una combinación adecuada de controles de lazo abierto y cerrado.
Si al sistema térmico de la figura anterior le agregamos un detector transmisor de
temperatura y un controlador artificial en sustitución del operador, el sistema de
control se vuelve automático.
Ilustración 10 Sistema Térmico de Control Automático
33
La salida (Temperatura de agua caliente), detectada por el dispositivo de medición
de temperatura, es comparada con la deseada (fijada en el controlador), para
generar una señal de error. Esta señal de error da origen a otra corrección, la cual
se amplifica y se envía a la válvula de control para modificar su apertura que a su
vez, modifica el flujo de vapor para meter dentro del rango permitiendo a la
temperatura del agua.
Los sistemas de control automático y manual que se mencionaron anteriormente,
operan en forma similar. Es decir, los ojos del operador constituyen el análogo del
dispositivo de medición de error; su mente la del controlador automático y sus
manos el análogo del elemento actuante.
Las principales ventajas del control automático sobre el control manual son las
siguientes:
Eficiencia: mantiene una vigilancia continua y con una eficiencia constante
sobre el proceso controlado. Ningún ser humano es capaz de ejercer una
vigilancia similar sobre el proceso.
Economía: requiere un costo menor de operación que el control manual. (MC
Vásquez, 2007)
2.4 INGENIERÍA DE CONTROL
La Ingeniería de Control es la rama de la ingeniería que se basa en el uso de
elementos sistemáticos como controladores PLC (Controlador Lógico Programable)
y PAC (Controlador de Automatización Programable), control numérico o
servomecanismos relacionados con aplicaciones de la tecnología de la información,
como son tecnologías de ayuda por computador CAD (Diseño Asistido por
Computadora), CAM (Fabricación Asistida por Computadora) o CAX (Tecnologías
34
Asistidas por Computadoras) para el control industrial de maquinaria y procesos,
reduciendo la necesidad de intervención humana.
La Ingeniería de Control moderna se relaciona de cerca con la Ingeniería eléctrica
y la electrónica, pues los circuitos electrónicos pueden ser modelizados fácilmente
usando técnicas de la teoría de control.
Los dispositivos para el control de procesos eran diseñados para la Ingeniería
Mecánica, los que incluían dispositivos tales como levas junto con dispositivos
neumáticos e hidráulicos. Algunos de estos dispositivos mecánicos siguen siendo
usados en la actualidad en combinación con modernos dispositivos electrónicos.
La Ingeniería de Control se ha diversificado a tal punto que hoy se aplica incluso en
campos como la biología, las finanzas e incluso el comportamiento humano.
(Wikipedia, INGENIERÍA DE CONTROL, 2013)
2.4.1 LA INGENIERÍA EN LOS SISTEMAS DE CONTROL
Los problemas considerados en la ingeniería de los sistemas de control,
básicamente se tratan de dos pasos fundamentales como son:
El análisis
El diseño
En el análisis se investiga las características de un sistema existente. Mientras que
en el diseño se escogen los componentes para crear un sistema de control que
posteriormente ejecute una tarea particular. Existen dos métodos de diseño:
Diseño por análisis
Diseño por síntesis
35
El diseño por análisis modifica las características de un sistema existente o de un
modelo estándar del sistema y el diseño por síntesis en el cual se define la forma
del sistema a partir de sus especificaciones.
La representación de los problemas en los sistemas de control se lleva a cabo
mediante tres representaciones básicas o modelos:
Ecuaciones diferenciales, integrales, derivadas y otras relaciones
matemáticas.
Diagrama de bloques.
Graficas en flujo de análisis.
Los diagramas en bloques y las gráficas de flujo son representaciones graficas que
pretenden el acortamiento del proceso correctivo del sistema, sin importar si está
caracterizado de manera esquemática o mediante ecuaciones matemáticas. Las
ecuaciones diferenciales y otras relaciones matemáticas, se emplean cuando se
requieren relaciones detalladas del sistema. (Wikipedia, INGENIERÍA DE
CONTROL, 2013)
2.4.2 PLC (CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE)
La tecnología es cada vez más sencilla de utilizar, ya que mediante la invención de
la computadora, varias áreas están siendo diseñadas para ser programadas como
una computadora, siendo más sencillo, aumentando el control hacia el dispositivo,
y sobre todo, más práctico.
Los PLC tienen una serie de funciones de otros dispositivos y elementos de
diferentes áreas, están son las funciones de relevación, temporización, contadores,
funciones lógicas y demás. (Lira, 2010)
36
El término “Control Lógico programable” (PLC) se define en IEC 1131, parte 1
(Norma en el Área de Ingeniería de Sistemas y Automática, parte 1: Vista General)
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
calculo, para controlar, a través de entradas y salidas digitales o analógicas,
diversos tipos de máquinas o procesos. Tanto el PLC como sus periféricos
asociados están diseñados de forma que puedan integrarse fácilmente en un
sistema de control industrial y ser fácilmente utilizados en todas las aplicaciones
para las que están previstos.
La tarea original de un PLC es la interconexión de señales de entrada, de acuerdo
con un determinado programa y, si el resultado de esta interconexión es cierta,
activar la correspondiente salida. El álgebra de Boole forma la base matemática
para esta operación, ya que solamente reconoce dos estados definidos de una
variable: “0” (falso) y “1” (cierto). Consecuentemente, una salida solo asume estos
dos estados.
Las demandas que se requieren de los PLCs siguen creciendo al mismo ritmo que
su amplia utilización y desarrollo en la tecnología de automatización. Por ejemplo:
la visualización, es decir, la representación de los estados de las maquinas o la
supervisión de la ejecución del programa por medio de una pantalla o monitor.
Por lo tanto, un control lógico programable es sencillamente un ordenador, adaptado
específicamente para ciertas tareas de control.
37
Ilustración 11 Componentes del Sistema de un PLC
La función de un módulo de entrada es la de convertir señales de entrada en señales
que puedan ser procesadas por el PLC y pasarlas a la unidad de control central. La
tarea es realizada por el módulo de salida.
El verdadero procedimiento de las señales se realiza en la unidad central de control,
de acuerdo con el programa almacenado en la memoria.
El módulo de entradas de un PLC es el módulo al cual están conectados los
sensores del proceso. Las señales de los sensores deben pasar a la unidad central.
Las funciones importantes de un módulo de entrada son las siguientes:
Detección fiable de la señal
Ajuste de la tensión, desde la tensión de control a la tensión lógica
Protección de la electrónica sensible de las tensiones externas
Filtrado de las entradas.
(PLC)
38
2.4.2.1 CAMPOS DE APLICACIÓN
El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación
muy extenso. La constante evolución del hardware y software amplía
constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan
en cualquier situación dentro de las posibilidades reales.
Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es
necesario un proceso de maniobra, control, señalización, etc., por tanto, su
aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a
transformaciones industriales, control de instalaciones, etc.
Sus reducidas dimensiones, la facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar
los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de
los mismos, etc., hace que su eficiencia se aprecie fundamentalmente en procesos
en que se producen necesidades tales como:
Espacio reducido
Procesos de producción periódicamente cambiantes
Procesos secuenciales
Maquinaria de procesos variables
Instalaciones de procesos complejos y amplios
Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso.
EJEMPLOS DE APLICACIONES GENERALES:
Maniobra de maquinas
Maquinaria industrial de plástico
Máquinas Transfer
Maquinaria de Embalajes
Maniobra de instalaciones: instalación de aire acondicionado, calefacción.
Instalaciones de seguridad; señalización y control
39
2.4.2.2 VENTAJAS E INCONVENIENTES
VENTAJAS
Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos debido a que:
No es necesario dibujar el esquema de contactos
No es necesario simplificar las ecuaciones lógicas, ya que, por lo general la
capacidad de almacenamiento del módulo de memoria es lo suficientemente
grande.
La lista de materiales queda sensiblemente reducida, y al elaborar el
presupuesto correspondiente eliminaremos parte del problema que supone
el contar con diferentes proveedores, distintos plazos de entrega.
Posibilidades de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir
aparatos.
Mínimo espacio de ocupación
Posibilidades de gobernar varias máquinas con un mismo autómata
Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar
reducido el tiempo cableado.
Si por alguna razón la maquina queda fuera de servicio, el autómata sigue
siendo útil para otra máquina o sistema de producción.
INCONVENIENTES
Como inconveniente podríamos decir, en primer lugar, la falta de un programador,
lo que obliga a adiestrar a uno de los técnicos en tal sentido.
El coste inicial también puede ser inconveniente.
(Programables, 2001)
40
2.4.2.3 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL PLC
El diseñador desarrolla un programa de interés específico, en el cual, debe analizar
la naturaleza de las entradas que tendrá el PLC y que es lo que desee hacer con
ellas, en forma de salidas del PLC. Este programa se guardará en la memoria del
programa y se transmitirá al CPU.
El PLC entonces estará listo para recibir información externa a través de las
entradas, la cual se guardará en los archivos de imágenes y procederá al CPU. Esta
información, al igual que el de las salidas, es digital, es decir, 1 y 0, donde 1 es
cuando existen una señal eléctrica en la entrada y 0 cuando no existe una señal
eléctrica en la entrada.
Una vez obtenido y guardado la información desde las entradas del PLC, esta será
procesada por el CPU con instrucciones regidas por el programa hecho
previamente, para enviar respuestas lógicas en forma de señales eléctricas en las
salidas.
Estas señales en las salidas podrán ser usadas para controlar diferentes
dispositivos a disposición del interés del diseñador. (Lira, 2010)
2.4.2.3.1 FUNCIONES BÁSICAS DE UN PLC
Detección:
Lectura de la señal de los captadores distribuidos por el sistema de fabricación.
Mando:
Elaborar y enviar las acciones al sistema mediante los accionadores y
preaccionadores.
Dialogo hombre- máquina:
Mantener un dialogo con los operarios de producción obedeciendo sus consignas e
informando del estado del proceso.
Programación:
41
Para introducir, elaborar y cambiar el programa de aplicación del autómata. El
dialogo de programación debe permitir modificar el programa incluso con el
autómata controlando la máquina.
NUEVAS FUNCIONES
Redes de comunicación:
Permiten establecer comunicación con otras partes de control. Las redes
industriales permiten la comunicación y el intercambio de datos entre autómatas a
tiempo real. En unos cuantos milisegundos pueden enviarse telegramas e
intercambiar tablas de memoria compartida.
Sistemas de supervisión:
También los autómatas permiten comunicarse con ordenadores provistos de
programas de supervisión industrial. Esta comunicación se realiza por una red
industrial o por medio de una simple conexión por el puerto serie del ordenador.
Control de procesos continuos:
Además de dedicarse al control de sistemas de eventos discretos los autómatas
llevan incorporadas funciones que permiten el control de procesos continuos.
Disponen de módulos de entradas y salidas analógicas y la posibilidad de ejecutar
reguladores que están programados en el autómata.
42
Entradas- salidas distribuidas:
Los módulos de entrada salida no tienen por qué estar en el armario del autómata.
Pueden estar distribuidos por la instalación, se comunican con la unidad central del
autómata mediante un cable de red.
Buses de campo:
Mediante un solo cable de comunicación se pueden conectar al bus captadores y
accionadores, reemplazando al cableado tradicional. El autómata consulta
cíclicamente el estado de los captadores y actualiza el estado de los accionadores.
(Programables, 2001)
2.4.2.4 ÁLGEBRA BOOLEANA
Es un sistema matemático constituido por:
Un conjunto con al menos 2 elementos.
Tres operaciones binarias, la suma, el producto y una operación unitaria (la
complementación o inversión lógica)
En el caso de los relevadores programables, el dispositivo funciona mediante la
alternación del valor de cada línea, esto es, si esta energizado o no, es decir si es
“1” o “0”.
Con estos valore se realizan operaciones booleanas a través de dispositivos físicos
llamados compuertas lógicas que se encuentran como funciones en el relevador, de
los cuales, las principales son:
OR= La suma de dos variables; x + y
AND= El producto de dos variables; x * y
INVERSOR (NOT)= La complementación de una variable, x´
43
Ilustración 12 Compuertas Lógicas
Por tanto, cada compuerta tiene una Tabla de Verdad que indica el resultado de
diferentes eventos derivadas de las dos variables.
Ilustración 13 Tabla de Verdad
(Lira, 2010)
44
Ilustración 14 Ejemplo De Diagrama De Contactos Y Su Simbología
2.4.2.5 PROGRAMACIÓN DE LOS PLC
IEC 1131-3 define cinco lenguajes de programación. Aunque la funcionalidad y
estructura de estos lenguajes es muy diferente, son tratados como una sola familia
de lenguajes por IEC 1131-3, con elementos de estructura solapados (declaración
de variables, partes de organización tales como funciones y bloques de función,
etc.) y elementos de configuración.
Los lenguajes pueden mezclarse de cualquier forma dentro de un proyecto de PLC.
Diagrama de contactos o diagrama de escaleras (Ladder Diagram, LD)
El diagrama de contactos es un lenguaje de programación gráfico derivado de los
esquemas de circuitos de los mandos por relés directamente cableado. El diagrama
de contactos contiene líneas de alimentación a derechas e izquierdas del diagrama;
a estas líneas están conectados los reglones, que se componen de contactos
(normalmente abierto y normalmente cerrado) y de elementos de bobina.
45
Diagrama de bloques de función
En el diagrama de bloques de función, las funciones y los bloques de función están
representados gráficamente e interconectados en redes. El diagrama de bloques de
función tiene su origen en el diagrama lógico que se utiliza en el diseño de circuitos.
Ilustración 15 Ejemplo De Diagrama De Bloques
Lista de instrucciones
La lista de instrucciones es un lenguaje textual tipo assembler, caracterizado por un
modelo de máquinas simple (Procesador con un solo registro). La lista de
instrucciones se formulan a partir de instrucciones de control en un operador y un
operando.
Ilustración 16 Ejemplo de Lista de Instrucciones
Texto estructurado
El texto estructurado es un lenguaje de alto nivel basado en Pascal, que consiste
en expresiones e introducciones. Las introducciones pueden definirse
46
principalmente como: instrucciones de selección, tales como IF… THEN… ELSE,
etc., instrucciones de repetición tales como FOR, WHILE, etc. Y llamadas a bloques
de función.
Diagrama de funciones secuencial (Sequential Function Chart, SFC)
El diagrama de funciones secuencial es un recurso de lenguaje para la
estructuración de los programas de control orientados a secuencias.
Los elementos del diagrama de funciones secuencial son las etapas, las
transiciones y las derivaciones alternativas y en paralelo. Cada etapa representa un
estado del proceso de un programa de control, que se halla activo o inactivo. Una
etapa consiste en acciones que, al igual que las transiciones, están formuladas en
los lenguajes IEC 1131-3. Las propias acciones pueden contener de nuevo
estructuras secuenciales. Esta característica permite la estructura jerárquica de un
programa de control. Por lo tanto el diagrama de funciones secuencial es una
herramienta excelente para el diseño y la estructuración de programas de control.
(PLC)
2.4.3 SENSORES Y ACTUADORES
La cadena de realimentación resulta impredecible en muchos automatismos
industriales para poder realizar un control de lazo cerrado, con las conocidas
ventajas en cuanto a cancelación de errores y posibilidades de regulación precisa y
rápida. A su vez, dicha cadena de realimentación requiere unos elementos de
captación de las magnitudes de planta, a los que llamamos genéricamente sensores
o transductores y unos circuitos adaptadores llamados circuitos de interfaz.
Por otro lado, es evidente la necesidad de unos accionamientos o elementos que
actúan sobre la parte de potencia de la planta. La potencia necesaria para actuar
47
sobre los accionamientos puede ser considerable y, a veces, no puede ser
suministrada directamente por el sistema de control. En tale casos, se requieren
unos elementos intermedios encargados de interpretar las señales de control y
actuar sobre la parte de potencia propiamente dicha. Dicho elementos se
denominan habitualmente preaccionamientos y cumplen una función de
amplificadores, ya sea para señales analógicas o para señales digitales.
2.4.3.1 SENSORES: CLASIFICACIÓN
Los términos “sensor” y “transductor” se suelen aceptar como sinónimos, aunque,
si hubiera que hacer alguna distinción, el término transductor es quizás más amplio,
incluyendo una parte sensible o “captador” propiamente dicho y algún tipo de circuito
de acondicionamiento de la señal detectada. Si nos concentramos en el estudio de
los transductores cuya salida es una señal eléctrica, podemos dar la siguiente
definición:
“Un transductor es un dispositivo capaz de convertir el valor de una magnitud física
en unas señal eléctrica codificada, ya sea en forma analógica o digital”.
Ilustración 17 Estructura Genérica de un transductor
No todos los transductores tienen por qué dar una salida en forma de señal eléctrica.
Como ejemplo puede valer el caso de un termómetro basado en la diferencia de
dilatación de una lámina bimetálica, donde la temperatura se convierte directamente
en un desplazamiento de una aguja indicadora. Sin embargo, el termino transductor
suele asociarse bastante a dispositivos cuya salida es alguna magnitud eléctrica o
magnética y, por otro lado, nos interesan aquí solo este tipo de transductores, en la
48
medida que son elementos conectables a autómatas programables a través de las
interfaces adecuadas.
Los transductores basados fenómenos eléctricos o magnéticos, estos suelen tener
una estructura como la que muestra la Figura 2.15 en el cual podemos distinguir las
siguientes partes.
Elemento sensor o captador: Convierte las variaciones de una magnitud física en
variaciones de una magnitud eléctrica o magnética, que denominaremos
habitualmente “señal”.
Bloque de tratamiento de señal: Si existe, suele filtrar, amplificar, linealizar y, en
general, modificar la señal obtenida en el captador por regla general utilizando
circuitos electrónicos.
Etapa de salida: esta etapa comprende los amplificadores, interruptores,
conversores de código, transmisores y, en general, todas aquellas partes que
adaptan a las necesidades de la carga exterior.
2.4.3.1.1 CLASIFICACIONES SEGÚN EL TIPO DE SEÑAL DE SALIDA
Analógicos: aquellos que dan como salida un valor de tensión o corriente variable
en forma continua dentro del campo de medida. Es frecuente para este tipo de
transductores que incluyan una etapa de salida para suministrar señales
normalizadas de 0-10 V o 4-20mA.
Digitales: son aquellos que dan como salida una señal codificada en forma de pulsos
o en forma de palabra digital codificada en binario u otro sistema cualquiera.
49
Todo- nada: indican únicamente cuando la variable detectada rebasa un cierto
umbral o limite. Pueden considerarse como un caso límite de los sensores digitales
en el que se codifican solo dos estados.
Otro criterio de clasificación, relacionado con la señal de salida, es el hecho de que
el captador propiamente dicho requiera o no una alimentación externa para su
funcionamiento. En el primer caso se denominan sensores pasivos y en el segundo
caso activo o directo.
Los sensores pasivos se basan, por lo general, en la modificación de la impedancia
eléctrica o magnética de un material bajo determinadas condiciones físicas o
químicas (resistencia, capacidad, inductancia, reluctancia, etc.). Este tipo de
sensores, debidamente alimentados, provoca cambios de tensión o de corriente en
un circuito, los cuales son recogidos por el circuito de interfaz.
Los sensores activos son, en realidad, generadores eléctricos, generalmente de
pequeña señal. Por ello no necesitan alimentación exterior para funcionar, aunque
si suelen necesitarla para amplificar la señal del captador.
2.4.3.1.2 CLASIFICACIONES SEGÚN LA MAGNITUD FÍSICA A DETECTAR
En cuanto a la naturaleza de la magnitud física a detectar, existe una gran variedad
de sensores en la industria. En la tabla siguiente que se mostrará se da un resumen
de los más frecuentes utilizados en los automatismos industriales. Obsérvese que
en la columna encabezada como TRANSDUCTOR aparece a veces el nombre del
elemento captador de dicho transductor, sobre todo en casos de medición indirecta.
Así, por ejemplo, para fuerza y par se utilizan captadores de deformación unidos a
piezas mecánicas elásticas.
50
En general, los principios físicos en los que suelen estar basados los elementos
sensores son los siguientes:
Cambios de resistencia
Electromagnetismo (inducción electromagnética)
Piezoelectricidad
Efecto fotovoltaico
Termoelectricidad
Tabla 1 Transductores De Diversas Magnitudes Físicas
MAGNITUD
DETECTADA TRANSDUCTOR CARACTERÍSTICAS
Posición Lineal O
Angular
Potenciómetro Analógico
Encoders Digital
Sincro Y Resolver Analógicos
Pequeños
Desplazamientos
O Deformaciones
Transformador Diferencial Analógico
Galga Extensiométrica Analógico
Velocidad Lineal
O Angular
Dinamo Tacométrica Analógico
Encoders Digital
Detector Inductivo U Óptico Digitales
Aceleración Acelerómetro Analógico
Sensor De Velocidad + Calculador Digital
Fuerza Y Par
Medición Indirecta (Galgas O Trafos
Diferenciales) Analógicos
Presión
Membrana + Detector De
Desplazamiento Analógico
Piezoeléctrico Analógicos
Caudal
De Turbina Analógico
Magnético Analógico
51
Temperatura
Termopar Analógico
Resistencia PT100 Analógico
Resistencia NTC Analógico
Resistencia PTC Todo- Nada
Bimetálicos Todo- Nada
Sensores De
Presencia O
Proximidad
Inductivos
Todo- Nada O
Analógicos
Capacitivos Todo-Nada
Ópticos
Todo- Nada O
Analógicos
Ultrasónicos Analógicos
Sensores Táctiles
Matriz De Contacto Todo- Nada
Matriz Capacitiva Piezoeléctrica U
Óptica Todo- Nada
Piel Artificial Analógico
Sistemas De
Visión Artificial
Cámaras De Video Y Tratamiento
Imagen
Procesamiento
Digital
Cámaras CCD por Puntos O Pixels
2.4.3.2 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS SENSORES
El comportamiento de un sistema en lazo cerrado depende muy directamente de los
transductores e interfaces empleados en lazo de realimentación. La relación entre
salida/ entrada en régimen permanente depende casi exclusivamente del bucle. Así
pues, dejando a un lado las características constructivas particulares de cada
transductor o de cada sistema de medida previsto como lazo de realimentación, es
importante conocer diversos aspectos genéricos de su comportamiento a fin de
prever o corregir la actuación tanto estática como dinámica del lazo de control.
52
Un transductor ideal sería aquel en que la relación entre la magnitud de salida y la
variable de entrada fuese puramente proporcional y de respuesta instantánea e
idéntica para todos los elementos de un mismo tipo. Sin embargo, la respuesta real
de los transductores nunca es del todo lineal, tiene un campo limitado de validez,
suele estar afectada por perturbaciones del entorno exterior y tiene un cierto retardo
a la respuesta. Todo aquello hace que la relación salida/entrada deba expresarse
por una curva, o mejor por una familia de curvas, para transductores de un mismo
tipo y modelo.
Para definir el comportamiento real de los transductores se suelen comportar éstos
con un modelo ideal de comportamiento o con un transductor “patrón” y se define
una serie de características que ponen de manifiesto las desviaciones respecto a
dicho modelo. Dichas características pueden agruparse en dos grandes bloques:
Características estáticas, describen la actuación del sensor en régimen permanente
o con cambios muy lentos de variable a medir.
Características dinámicas, describen la actuación del sensor en régimen transitorio,
a base de dar su respuesta temporal ante determinados estímulos estándar o a
base de identificar el comportamiento del transductor con sistema estándar e indicar
las constantes de tiempo relevantes.
A continuación se dan las definiciones de las características estáticas y dinámicas
más relevantes que suelen aparecer en la mayoría de especificaciones técnicas de
los transductores. Debe tenerse en cuenta que todas las características suelen
varias con las condiciones ambientales. Por ello, uno de los parámetros esenciales
a comprobar al elegir un transductor es el campo de validez de los parámetros que
se indican como nominales del mismo y las máximas desviaciones provocadas por
dichas condiciones ambientales.
53
CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS
Campo de medida.
El campo de medida, es el rango de valores de la magnitud de entrada comprendido
entre el máximo y el mínimo detectables por un sensor, con una tolerancia de error
aceptable.
Resolución.
Indica la capacidad del sensor para distinguir entre valores muy próximos de la
variable de entrada. Se mide por la mínima diferencia entre valores próximos que el
sensor es capaz de distinguir. Se puede indicar en términos de valor absoluto de la
variable física medida o en porcentaje respecto al fondo de escala de la salida.
Precisión.
La precisión define la máxima desviación entre la salida real obtenida de un sensor
en determinadas condiciones en torno y el valor teórico de dicha salida que
correspondería, en idénticas condiciones, según el modelo ideal especificado como
patrón. Se suele indicar el valor absoluto de la variable de entrada o en porcentaje
sobre el fondo de escala de la salida.
Repetibilidad.
Característica que indica la máxima desviación entre valores de salida obtenidos al
medir varias veces un mismo valor de entrada, con el mismo sensor y en idénticas
condiciones ambientales. Se suele expresar en porcentaje referido al fondo de
escala y da una indicación del error aleatorio del sensor. Algunas veces se
suministran datos de repetibilidad variando ciertas condiciones ambientales, lo cual
permite obtener las derivas ante dicho cambios.
54
Linealidad.
Se dice que un transductor es lineal, si existe una constante de proporcionalidad
única que relaciona los incrementos de señal de salida con los correspondientes
incrementos de señal de entrada, en todo el campo de medida. La no linealidad se
mide por la máxima desviación entre la respuesta real y la característica puramente
lineal, referida al fondo de escala.
Sensibilidad.
Característica que indica la mayor o menor variación de la salida por unidad de la
magnitud de entrada. Un sensor es tanto más sensible cuanto mayor sea la
variación de la salida producida por una determinada variación de entrada. La
sensibilidad se mide por la relación:
𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 = ∆ 𝑚𝑎𝑔𝑛𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
∆ 𝑚𝑎𝑔𝑛𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑑𝑎
Obsérvese que para un transductor lineal esta relación es constante en todo el
campo de medida, mientras que un transductor de respuesta no lineal depende del
punto en que se mida.
Ruido.
Se entiende por ruido cualquier perturbación aleatoria del propio transductor o del
sistema de medida, que produce una desviación de la salida con respecto al valor
teórico.
55
Histéresis.
Se dice que un transductor presenta histéresis cuando, a igualdad de la magnitud
de entrada, la salida depende de dicha entrada se alcanzó con aumentos en sentido
creciente o en sentido decreciente. Se suele medir en términos de valor absoluto
de la variable física o en porcentaje sobre el fondo de escala. Obsérvese que la
histéresis puede ser constante en todo el campo de medida.
En el caso de sensores todo- nada se denomina histéresis a la diferencia entre el
valor de entrada que provoca el basculamiento de 0 1 y aquel que provoca el
basculamiento inverso de 1 0.
CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS
La mayor parte de los transductores tienen un comportamiento dinámico que se
puede asimilar a un sistema de primer o segundo orden, es decir, con una o, como
máximo, dos constantes. Los principales parámetros que caracterizan el
comportamiento dinámico de un transductor serán, los que se definieron para estos
tipos de sistemas. Sólo cabe destacar que los transductores que responden a
modelos de segundo orden suelen ser sistemas sobreamortiguados, es decir,
sistemas en los que no hay rebasamiento en la respuesta de escalón. A
continuación se dará un resumen de las características dinámicas más importantes:
Velocidad de respuesta.
La velocidad de respuesta mide la capacidad de un transductor para que la señal
de salida siga sin retraso las variaciones de la señal de entrada. La forma de
cuantificar este parámetro es a base de una o más constante de tiempo, que suelen
obtenerse de la respuesta de escalón. Los parámetros más relevantes empleados
en la definición de la velocidad de respuesta son los siguientes:
56
Tiempo de retardo: es el tiempo transcurrido desde la aplicación del escalón
de entrada hasta que la salida alcanza el 10% de su valor permanente.
Tiempo de subida: es el tiempo transcurrido desde que la salida alcanza el
10% de su valor permanente hasta que llega por primera vez al 90% de dicho
valor.
Tiempo de escalonamiento al 99%: es el tiempo transcurrido desde la
aplicación de un escalón de entrada hasta que la respuesta alcanza el
régimen permanente, con una tolerancia de ± 1%.
Constante de tiempo: para un transductor con respuesta de primer orden
(una sola constante de tiempo dominante) se puede determinar la constante
de tiempo a base de medir el tiempo empleado para que la salida alcance el
63% de su valor de régimen permanente, cuando a la entrada se le aplica un
cambio en escalón.
Respuesta frecuencial.
Relación entre la sensibilidad y la frecuencia cuando la entrada es una excitación
senoidal. Se suele indicar gráficamente mediante un gráfico de Bode. La respuesta
frecuencial está muy directamente relacionada con la velocidad de respuesta.
Estabilidad y derivas.
Característica que indican la desviación de salida del sensor al variar ciertos
parámetros exteriores distintos del que se pretende medir, tales como condiciones
ambientales, alimentación, u otras perturbaciones.
57
2.4.3.3 PROTECCIÓN POR PÉRDIDA DE FASE
Un motor eléctrico trifásico tiene una corriente muy similar en cada una de sus fases,
la ideal sería que la corriente en cada una de estas fuese la misma pero siempre se
dan pequeñas pérdidas que se pueden despreciar.
Una pérdida de fase se puede generar por las siguientes causas:
Perdida en la red de subministro eléctrico.
Quemadura de un fusible.
Daño en el contactor del motor.
Apertura de uno de los contactares de alimentación del motor.
Cuando se sufre una pérdida de fase, el motor sigue funcionando, esta vez como
un sistema bifásico esto hará que pierda capacidad de potencia de entrega y que
las dos fases que continúan trabajando incrementen hasta un 75% la corriente y la
potencia entregada por el motor disminuirá alrededor del 50%, lo que puede producir
un exceso de vibración, ruido de lo normal, y el factor más importante que es el
incremento de la temperatura del motor.
Un motor se debe de proteger adecuadamente contra las pérdidas de fase para
evitar daños en sus enrollamientos y en sus conductores ya que entre más tiempo
permanezca trabajando con una pérdida de fase más calor generara y el motor corre
el riesgo de quemarse.
En la mayoría de los casos, la sobrecorriente hará que se disparen las unidades de
sobrecarga, desconectando el motor de la línea y así evitando que se quemen sus
devanados. En ciertas condiciones de carga el motor puede trabajar con dos fases,
sin que lleguen a actuar los dispositivos térmicos y se quemen sus devanados por
esto aunque se tenga un dispositivo doble siempre se considera un tercer dispositivo
para proteger al motor por una pérdida de fase.
58
Para proteger al motor se utilizan relés de sobrecarga o disparador por sobrecargas
estos pueden ser de mínima tensión que se basan en si se pierde una fase la tensión
en esta será igual a cero y los de asimetría de las fases que calculan la diferencia
de potencia entre la línea mayor y la de menor tensión.
Relevador de mínima tensión
Mide la diferencia de tensión entre las fases cuando existe una diferencia de
potencial entre algunas de ellas, se produce el disparo. Estos relés son adecuados
para la protección de las redes de distribución.
Relevador de asimetría de fases
Comparan las tensiones de las tres líneas, estás deben mantenerse en un rango
cuando alguna supera este valor se produce el disparo. De esta manera es posible
mejorar la protección del motor si existe una pérdida de fase.
Monitor de voltaje trifásico
En la actualidad se utilizan este tipo de dispositivos, pueden que ofrece las
siguientes funciones, supervisar las redes trifásicas en cuanto a la secuencia de
fase, falla de fase, desequilibrio de la fase y subtensión.
Este dispositivo trabaja bajo el principio de un circuito cerrado y posee una fuente
de poder interna.
2.4.3.4 PROTECCIÓN CONTRA SOBRECARGA
Las fallas más habituales en las maquinas son las sobrecargas, que se manifiestan
como una elevación de temperatura en el devanado del motor, cuanto más alta sea
la sobrecarga, más se incrementa la temperatura que puede llegar a dañar los
aislantes de lubricación.
59
Los aislantes tienen diferentes límites de temperatura soportada cuando está
sobrepasa el límite de funcionamiento, los aislantes se desgastan prematuramente
y se acorta su vida útil. Una correcta protección contra sobrecargas es
indispensable para: optimizar la durabilidad de los motores, impidiendo que trabajen
en condiciones de calentamiento excesivo.
La protección contra sobrecargas se obtiene en los controladores conectados
elementos térmicos bimetálicos o elementos térmicos de aleación fusible en serie
con dos conductores del motor por lo menos hablando de los motores trifásicos.
Estos elementos al calentarse debido a la intensidad, actúan sobre contactos que
abren el circuito de la bobina excitadora de un contacto electromagnético.
Éste tipo de dispositivo de protección contra sobrecargas son sensibles al
porcentaje de fallas, es decir, una falla pequeña tardara un tiempo en disparar el
relevador mientras que una falla grande disparará instantáneamente el relevador.
Este sistema de protección no cubre al motor contra una posible falla por
cortocircuito, si esto sucede el relevador podría mantenerse atraído durante el
tiempo suficiente como para dañar el equipo o motor.
Para una correcta selección de dispositivos contra sobrecargas, es necesario
considerar la corriente nominal de funcionamiento y el factor de servicio indicado
por el fabricante (datos de placa del motor). En el caso de que los dispositivos de
protección del motor se disparen reiteradamente debe verificarse la corriente que
absorbe, a fin de determinar si el defecto se encuentra en el dispositivo de
protección o es el propio motor absorbe una corriente excesiva.
Los relevadores de sobrecarga se pueden clasificar en térmicos y magnéticos, los
relevadores de sobrecarga magnética reaccionan únicamente a los excesos de
corriente y no son afectados por la temperatura. En cuanto los relevadores de
sobrecarga térmica operan por la elevación de temperatura causada por una
60
sobrecarga. Estos se pueden clasificar en relevadores de aleación fusible y
bimetálicos.
Relevador térmico de sobrecarga de aleación fusible
En los relevadores térmicos de sobrecarga o relevadores de crisol soldadura, la
corriente del motor pasa por un pequeño devanado calefactor. Bajo condiciones de
sobrecarga, la temperatura aumenta causando que una soldadura especial se funda
y permita que la rueda de trinquete gire y abra los contactos. En la siguiente figura
se muestra a grandes rasgos como se encuentra diseñado un relevador térmico de
sobrecarga de aleación fusible.
Ilustración 18 Relevador Térmico De Sobrecarga De Aleación Fusible
Relevador de sobrecarga bimetálico
Los relevadores térmicos de sobrecarga bimetálicos se llaman así por que emplean
una tira bimetálica en forma de U, asociado con un elemento calefactor. En su
interior se haya dispuesta una cinta formada por dos laminas metálicas soldadas,
de distinto coeficiente de dilatación. Dicha cinta se encuentra fija a un extremo y con
el otro libre de acción, mantiene normalmente cerrado los contactos del circuito que
alimenta la bobina del arrancador. La mayoría de los relevadores pueden ajustarse
entre un rango del 85% y el 115% del valor nominal del calefactor.
61
Cuando circula la corriente por el elemento calefactor, la cinta se calienta y por sus
características térmicas de sus dos láminas se curva por su extremo libre, esto hace
que se separen los circuitos auxiliares y el circuito de excitación de la bobina queda
interrumpida, los contactos principales se abren y hacen que el motor de detenga.
Los relevadores de sobrecarga bimetálicos en el campo son convertibles, puede ser
de reposición manual, automático o viceversa. En la reposición automática después
de haberse disparado el relevador, el dispositivo volverá a cerrarse cuando haya
enfriado. Esto se utiliza comúnmente cuando los relevadores se encuentran
instalados en lugares de difícil acceso o incluso inaccesible.
El restablecimiento automático no debería usarse con el control de dos hilos, ya que
cuando los relevadores de sobrecarga cierran los contactos después de un disparo
el motor puede volverse arrancar y en caso de que la sobrecarga aún no se haya
eliminado el relevador de carga se dispara nuevamente, eventualmente este ciclo
se estará causando que el motor se queme debido al calor acumulado.
Relevador magnético de sobrecarga
Un relevador magnético de sobrecarga tiene un núcleo móvil dentro de una bobina,
el relevador se conecta en serie con el motor. El flujo magnético de la bobina empuja
al núcleo hacia arriba, cuando el núcleo se eleva lo suficiente (movimiento que es
determinado por la corriente y la posición del núcleo) esto opera unos contactos en
la parte superior del relevador. El movimiento del núcleo es detenido lentamente por
un pistón que traba en un cilindro amortiguador lleno de aceite que se encuentra
debajo de la bobina, esto produce una característica de inversión de tiempo. El valor
efectivo de la corriente se ajusta moviendo el núcleo en una varilla roscada. El
tiempo de disparo varía dejando de cubrir los agujeros de derivación en el pistón.
El relevador de sobrecarga magnético se utiliza algunas veces para proteger a los
motores que tengan largos periodos de aceleración o ciclos de trabajo no usuales.
(Balcells & Romeral, J. L)
62
CAPITULO III
PROCEDIMIENTO Y
DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES
REALIZADAS
63
3.1 RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN Y ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS
DE CONTROL
En esta apartado consistió en dos etapas importantes para el desarrollo y
entendimiento de lo que requiera solucionar. Ayudaron a conseguir una mejor
compresión precisa de los requisitos buscados. Las cuales son:
Recolección de información
Análisis de alternativas de control
3.1.1 RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN
Primera etapa que se enfocó en el conocimiento general de la planta,
funcionamiento de cada equipo de trituración, así como el sistema de control actual
que presenta la planta, y los problemas más frecuentes que surgen a través en el
proceso de producción con sus respectivas soluciones de control.
3.1.1.1 EQUIPOS DE TRITURACIÓN Y PROCESO DE PRODUCCIÓN DE
AGREGADO
En la planta de agregados está compuesta principalmente por 12 Bandas
Transportadoras y una Banda Transportadora con motor Bidireccional. Cuenta con
una Trituradora de Mandíbula, Trituradora de Impacto, Criba vibratoria de Despolve,
Criba vibratoria Clasificadora y una Máquina de alimentación.
A continuación se mencionarán los equipos mencionados con sus respectivas
funciones e imágenes de ellas.
64
Bandas Transportadoras
Se encargan de transportar el material a diferentes etapas en el proceso de
producción.
Ilustración 19 Banda Transportadora
Trituradora de Mandíbula
A la trituradora de mandíbula también se le conoce con el nombre de trituradora de
quijadas. Es una máquina utilizada en la trituración llamada de primer nivel. La
trituración de primer nivel es una trituración gruesa y media y las partículas trituradas
que se obtienen, no son tan finas.
Ilustración 20 Trituradora De Mandíbula
65
Ilustración 22 Criba Vibratoria
Trituradora de Impacto
La trituradora e impacto se utilizan principalmente en la trituración de bloques
grandes, medianos y materiales pequeños como roca o piedra. Ésta máquina es
utilizada en la trituración de segundo nivel.
Ilustración 21 Trituradora De Impacto
Criba Vibratoria Clasificadora Y De Despolve
La función de la criba clasificadora por lo regular se describe como la separación de
material grande de una alimentadora de material más fino.
66
Máquina de Alimentación
Los alimentadores vibratorios están especialmente diseñados para la separación de
finos, antes de la trituración o del machaqueo, de agregados con contenido de arcilla
o estériles.
Ilustración 23 Maquina Alimentadora
PROCESO DE TRITURACIÓN
La planta de trituración está diseñada para procesar material fino y gruesos. Que
consiste comúnmente en arena natural o material triturado, siendo la mayoría de
sus partículas menores de 5 milímetros. Los agregados gruesos consisten en grava
o una combinación de gravas o agregado triturado cuyas partículas sean
predominante mayores que 5 milímetros y generalmente entre 9.5 y 38 milímetros.
El material tendrá un proceso intermedio de clasificación (cribado), dos cribas. Una
criba clasificadora y una de despolve. Se tiene la criba clasificadora con mallas de -
15/16", 1 3/4", 2", 1 3/4", y en la criba de despolve con las siguientes mallas de
3/4", 9/16", 15/16".
67
En cada etapa de trituración se clasifican los agregados, para poder obtener
tamaños comerciales como son: Arena 0/5 (0 a 5 milímetros), Grava de 3/4" (19.5
milímetros), Grava de 3/8" (9.525 milímetros), Gravón 6" (152.4 milímetros), estos
serán almacenados en grandes apilamientos, clasificados por diferentes productos
de línea procesados en los patios de almacenamiento utilizando bandas
transportadoras, serán encargado por medio de cargadores frontales, a las
góndolas de los clientes.
A continuación en la siguiente ilustración se muestra el proceso de trituración de la
planta.
Ilustración 24 Diagrama De Flujo De La Planta De Trituración
En el circuito de trituración descrito anteriormente, se tiene un alimentador vibratorio
en donde los camiones fuera de carretera depositan el material proveniente del
banco de producción, este alimenta el material al triturador primario de mandíbula,
el alimentador tiene aberturas entre los peines vibratorios de 15 cm, en donde todo
el material por debajo de este tamaño de abertura cae en una banda transportadora
que manda el material a una criba de despolve , en donde se tiene mallas de 3/4",
68
9/16", 15/16", en el cual su función principal es solamente eliminar las partículas por
debajo de este tamaño. En la alimentación del triturador se tiene tamaños de 30 a
60 cm; que es el tamaño máximo que acepta, el tamaño del material de salida
después de esta etapa es de 3/4", 3/8" aproximadamente para después ser
alimentado a la etapa secundaria, en el cual se realiza una clasificación de tamaños
con la criba clasificadora, en donde se van a obtener Arena 0/5 (0 a 5 milímetros),
Grava de 3/4 (19.5 milímetros), Grava de 3/8 (9.525 milímetros). Ahora,
dependiendo de la trituración primaria del tamaño del material, si no cumple con las
medidas, será dirigido hacia el segundo nivel de trituración, con la ayuda de la
trituradora de impacto, reduciendo el tamaño para después realizar otra
clasificación, esto con la finalidad de obtener las medidas requeridas.
3.1.1.2 POTENCIA DE LOS MOTORES DE EQUIPOS DE TRITURACIÓN
Tabla 2 Potencia de motores
No. EQUIPO POTENCIA
1 Banda Transportadora 1 15 HP
Banda Transportadora RET. 15 HP
2 Banda Transportadora 2 15 HP
3 Banda Transportadora 3 15 HP
4 Banda Transportadora 4 15 HP
5 Banda Transportadora 5 15 HP
6 Banda Transportadora 6 25HP
7 Banda Transportadora 7 10 HP
8 Banda Transportadora 8 15 HP
9 Banda Transportadora 9 15 HP
10 Banda Transportadora 10 15 HP
11 Banda Transportadora 11 10 HP
12 Banda Transportadora 12 15 HP
13 Banda Transportadora 13 10 HP
14 Trituradora de Mandíbula 150HP
15 Trituradora De Impacto 200HP
16 Criba Vibratoria de Despolve 25HP
17 Criba Vibratoria Clasificadora 25HP
18 Maquina Alimentación 25HP
19 Imán 5 HP
20 Hidráulico 5 HP
69
3.1.1.3 SISTEMAS DE ARRANQUE DE LOS MOTORES DE LOS EQUIPOS DE
TRITURACIÓN
El arranque directo de un motor, absorbe elevadas corrientes en el momento de
conectar a la red, equivalente a 2.5 veces el valor de la corriente nominal, lo que se
traducirá en devanados más robustos, dispositivos de protección de mayor rango,
encareciendo los costos de instalación de un motor, por esto no se usa el arranque
directo en motores de elevada potencia.
El sistema de arranques que tiene la Trituradora de Mandíbula y la Trituradora de
Impacto es el Arranque con auto transformador.
Otra forma de realizar un arranque a voltaje bajo es usando un auto transformador,
que reduzca el arranque el voltaje, el voltaje aplicado a las terminales del motor y
por lo tanto, disminuya el pico de corriente que se presenta en el arranque directo y
se reduzca el par aplicado al motor.
Un auto transformador puede tener varias derivaciones dependiendo de las tomas
que se requieran, ya sea por 55, 65 0 80 % del voltaje de linea. En la ilustración 25
se muestra el diagrama de fuerzas para un arranque con auto transformador para
dos puntos de arranque.
70
Ilustración 25 Diagrama de fuerza para el arranque con auto transformador
En la ilustración 26, se presenta el diagrama de control para el arranque con
autotransformador y funciona de la siguiente manera: cuando se presiona el botón
pulsador de S2, se energiza inmediatamente el temporizador KT1 y comienza a
transcurrir el valor tiempo prefijado. Un contacto auxiliar de KT1 (no temporizado)
localizado en la rama 2 realiza el enclavamiento del circuito,
De igual manera, al mismo tiempo son energizado las bobinas de los contactores
KM1 y KM2, con lo cual, el motor arranca con un voltaje reducido que le suministra
el autotransformador (65% del voltaje de la línea). Cuando el timer KT1 alcanza su
valor de tiempo prefijado, se abre el contacto temporizado KT1 localizado en la rama
2 y se cierra similar que se encuentra en la rama 4. Esto hace que la bobina de KM1
y KM2 pierdan su alimentación, se abra el contacto auxiliar de KM3 de la rama 1, el
temporizador se desclava, se energiza KM3 y se enclava a través de su contacto
auxiliar de la rama 5. Quedando conectado el motor al voltaje alto de la línea.
El tiempo prefijado de KT1 debe permitir que el motor alcance el 80 % de la
velocidad nominal del motor antes de realizar el cambio de la conexión. Para
71
detener la marcha del motor se debe presionar S1 o activarse el contacto auxiliar
del relevador de protección de sobre carga F1. (Gonzáles & Mercado Aguilar, 2004)
Ilustración 26 Circuito de control para el arranque con autotransformador
3.1.1.4 SISTEMA DE CONTROL ACTUAL DE LA PLANTA DE AGREGADOS
El sistema de control que cuenta actualmente la planta de trituración lleva por
nombre Acción de control Encendido- Apagado. La acción de control encendido-
apagado es también muy conocida por su nombre en inglés On- Off. Para esta
acción de control el elemento de actuación solo tiene dos posiciones fijas que en la
mayoría de los casos son apagados y encendido. Este control es relativamente
simple, por lo cual su uso es muy extendido en sistemas de control industriales.
72
Tomando en cuenta la experiencia que tiene el operador en el proceso de
producción de Agregados y sobre todo en los problemas que surgen en el
funcionamiento de la planta, se conoció las secuencias de arranque y paro para
cada situación que se presenta.
Existen tres tipos de situaciones de control muy importantes. Sistema de arranque,
sistema de apagado, sistemas de paro de emergencias.
El sistema de control de arranque que se realiza en la planta de trituración, es
mediante la experiencia que tiene el operador sobre los equipos de trituración, por
ello realizan una secuencia de encendido y una secuencia de apagado general.
Cuando existe un problema en el proceso de trituración, el operador toma la decisión
para una secuencia adecuada de apagado de motores, motores que se encuentran
asociados en el proceso de trituración.
Las secuencias de apagados y encendidos de los motores, son accionados por el
operador que se encuentra en el edificio de control, teniendo un tablero con botones
para cada motor.
El tablero que los operadores manejan para el control de la planta se puede
observar en la siguiente figura.
Ilustración 27 Tablero De Control
73
3.1.1.5 PROBLEMAS EXISTENTES Y SECUENCIAS DE PAROS DE
EMERGENCIAS
Uno de los principales aportes para los surgimientos de los problemas en la planta
de trituración es el constante polvo que existe en ella. Restringe la visualización del
proceso de producción de agregados. Dificultando la visión del lugar en donde se
encuentra el problema así como la detección del tipo del problema que se presenta,
todo es conlleva pérdida de tiempo.
El operador menciona los problemas más frecuentes que él ha experimentado a lo
largo de su trabajo. De la misma forma describiendo la secuencia de apagado de
los motores (Sistemas De Paro De Emergencia).
Los problemas más frecuentes que la planta de trituración presenta son los
siguientes:
Atascamiento y sobre peso en las bandas transportadoras.
Desgastes en las bandas motrices.
Pérdida de fase de los motores.
Mantenimiento preventivo en cada uno de los motores.
Sobrepeso en las bandas transportadoras finales. Este problema aparece cuando
existen grandes cantidades de material triturado en las bandas transportadoras
finales. Ocurre por el mal control de la criba vibratoria clasificadora, no son
considerados los tiempos necesarios para cada equipo cuando exista un fallo.
Secuencia de paro 1: Para las bandas transportadoras 9 y 10, se deberá parar el
alimentador y la criba vibratoria clasificadora, y esperare que las bandas
transportadoras 5 y 6 termine de desahogar el material en la criba vibratoria
clasificadora. Una vez que la criba clasificadora se halla detenido por completo, se
deberá parar la banda transportadora 9 0 10.
Secuencia de paro 2: En caso de que la banda transportadora 12 tuviese un
problema, la secuencia seria la siguiente. Parar el alimentador y la criba vibratoria
74
clasificadora. Se tendrá un tiempo considerado para que las bandas transportadoras
5 y 6 terminen de transportar el material a la criba clasificadora. Cuando la criba
clasificadora se detenga por completo, detener la banda transportadora 11 y por
ultimo detener la banda transportadora 12.
Incrustamiento de piedras en los rodillos de las bandas transportadoras.
Principalmente este problema es común en las bandas primarias que se encuentras
después de la trituradora de mandíbula y antes de la criba vibratoria clasificadora.
Es decir, las bandas transportadoras 5 y 6. El principal motivo de este problema es
el material triturado que cae de la trituradora de mandíbula.
Secuencia de paro: Para cualquiera de las dos bandas transportadoras (5 y 6), se
deberá parar el alimentador y la trituradora de mandíbula, se considera un tiempo
determinado para que la trituradora de mandíbula termine de triturar el material que
quedo en ella y con ello mismo que las bandas 5 y 6 empiecen a quedar sin material.
Una vez que hayan quedados las bandas sin material, apagarlas.
Desgastes de las bandas motrices. El desgaste de las bandas de los motores se
puede conjugar con el sobrepeso en las bandas transportadoras y los
incrustamientos en los rodillos.
Secuencia de paro: La secuencia de paro para este problema es de manera similar
a los anteriores, por motivos de los desgastes de las bandas motrices están
asociadas a los problemas ya mencionados anteriormente con sus respectivas
secuencias de paros.
Mantenimiento preventivo en los equipos de trituración. Es de suma importancia el
mantenimiento a los equipos de trituración, para evitar problemas mayores para el
proceso de producción en la planta de trituración.
Secuencia de paro: Apagado general de la planta de trituración.
75
3.1.2 ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS DE CONTROL
3.1.2.1 IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL SIN PLC
Se le conoce común mente como sistema secuencial.
Los sistemas digitales que introducen la dependencia temporal son conocidos como
sistemas secuenciales. Una definición más rigurosa de sistema secuencial puede
ser la siguiente:
Un circuito de conmutación secuencial se define como un circuito bivaluado en el
cual, la salida en cualquier instante dependerá de las entradas en dichos instantes
y de la historia pasada (o secuencia) de entradas.
Esta definición implica una serie de características inherentes a estos sistemas.
Entre éstas podemos destacar las siguientes:
Poseen uno o más caminos de realimentación, es decir, una o más señales
internas o de salidas se vuelven a introducir como señales de entradas.
Gracias a esta característica se garantiza la dependencia de la operación con
la secuencia anterior.
Como es lógico, existe una dependencia explicita del tiempo. Esta
dependencia se produce en los lazos de realimentación antes mencionados.
En estos lazos es necesario distinguir entre las salidas y las entradas
realimentadas. Esta distinción se traducirá en un retraso de ambas señales
(en el caso más ideal).
El modelo clásico de un sistema secuencial consta de un bloque combinacional, que
generará las funciones lógicas que queremos realizar, y un grupo de elementos de
memoria con una serie de señales realimentadas, como se muestra en la figura
siguiente.
76
Ilustración 28 Modelo clásico de un sistema secuencial
3.1.2.2 AUTOMATIZACIÓN CON UN CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE
(PLC)
Otra alternativa para el control de la planta de trituración es el uso de un Controlador
Lógico Programable. Como la planta la de trituración son accionadas por
aplicaciones sencillas, pero eficientes, la mejor opción es el uso de un PLC.
Las ventajas de un PLC son:
Reduce el mantenimiento necesario, ahorrándole tiempo y dinero.
Permite cambiar la secuencias de operación del proceso adaptarlo a sus
necesidades, haciéndolo más eficiente.
Permite agregar opciones nuevas a la maquinaria, originalmente no
incluidas.
Reduce el cableado de su instalación y por lo tanto el riesgo de fallas.
Carece de desgastes o mantenimiento mecánico.
Agiliza el diagnóstico y corrección de fallas.
La automatización le permite reducir sus costos de mantenimiento en su proceso
productivo, alcanzando rápidamente el retorno de la inversión.
77
Cualquier equipo en ambiente industrial está sujeto a condiciones rigurosas de
operación. Esto hace que el equipo eventualmente pueda tener fallas.
Un punto se suma importancia es sobre las fallas que presenta la planta de
trituración en el proceso de producción. Con el uso del PLC y uso de sensores
adaptados para cada situación, se podrá prevenir los problemas principales. El
sensor mandara una señal al PLC dándole información anticipadamente para la
corrección rápida de ese problema.
Ilustración 29 Ejemplo De Aplicación Industrial De PLC
3.2 INVESTIGACIÓN DE FUNCIONAMIENTO Y OPERACIÓN
DE LOS ELEMENTOS SELECCIONADOS DE CONTROL.
3.2.1 DESCRIPCIÓN DEL PLC
Definición de PLC
Un autómata programable es una máquina electrónica preparada para realizar
automatismos combinativos y secuénciales en tiempo real. Los autómatas
programables constan de tres partes fundamentales.
1. Unidad de memoria
2. Unidad de control
78
3. Elementos de entradas y salidas.
Unidad de memoria
La memoria de un autómata programable sirve para almacenar el programa y los
datos del proceso.
La memoria de programa tiene una parte fija que es el sistema operativo. Esta parte
viene programada de fábrica y es la que se encarga de la lectura de entradas y
salidas, ejecutando paso a paso el programa, gestionando los posibles errores de
funcionamiento, etc.
La memoria de programa tiene una parte fija que es la tabla de imágenes de
entradas y salidas, el tamaño de esta parte fija ya viene definido, mientras que el
resto de memoria puede variarse en función de las necesidades de cada programa
Unidad de control
La unidad de control, también llamada CPU (Unidad central de proceso), es la parte
inteligente del autómata. Su función es la de ejecutar las instrucciones del programa.
Su elemento base es un microprocesador.
La ejecución de un programa sigue un ciclo paso a paso que es el siguiente:
Primero el procesador consulta las señales de las entradas, y con estos datos forma
una imagen de entradas del proceso (PAE).
A continuación ejecuta el programa paso a paso considerando contadores,
temporizadores, marcas y valores de memoria, de este modo el procesador pone
los estados calculados en la imagen de salida (PAA), desde allí se transfiere a las
salidas físicas. Por ultimo vuelve a empezar el ciclo consultado otra vez las señales
de entradas.
79
Elementos de entradas y salidas
Los elementos de entradas y salidas son los que permite comunicar el autómata
con el proceso que está controlando y el operador.
Mediante los elementos de entradas el autómata sabe el estado en que se
encuentran el proceso. Mediante los elementos de salidas, el autómata o el
operador pueden actuar sobre el proceso.
3.2.2 DESCRIPCIÓN DE LOS TEMPORIZADORES
Se define como un elemento que media entre dos fases de un proceso, de tal forma
originada por la primera excita a la segunda una vez transcurrido un tiempo
previamente fijado.
Su representación puede apreciarse en la figura 3.12. Según en qué momento se
produzca el retardo se divide en tres grupos.
A la activación, cuando una vez aparecida la señal de entrada retarda un
tiempo T1 en reflejarse dicha señal a la salida, su aplicación al circuito se
representa mediante la figura 3.12 (b).
A la desactivación, cuando se retarda la desactivación de la salida hasta un
tiempo T2, después de extinguida la señal de activación. Figura 3.12 (c).
A la activación- desactivación, cuando se combina la acción de un
temporizador a la activación y otro a la desactivación sobre la misma señal.
Se representa mediante la figura 3.12 (d).
Ilustración 30 Representación de temporizadores: (a) símbolo general. (b) a la activación. (c) a la desactivación. (d) a la activación- desactivación
80
3.3 ELABORACIÓN DE DIAGRAMAS ELÉCTRICOS DE LOS
EQUIPOS DE TRITURACIÓN.
La elaboración de los diagramas eléctricos para los equipos de trituración, se dividió
en tres partes. Paros de emergencias, arranque: automático manual, diagrama de
control del equipo de trituración.
Para la descripción de la elaboración de los diagramas eléctricos se usará como
ejemplo el diagrama eléctrico de la máquina alimentadora y el diagrama eléctrico de
control de la trituradora de impacto, ya que son casos diferentes en el diagrama de
control por el tipo de sistema de arranque, pero son semejantes en los otros dos
diagramas eléctricos (paros de emergencias y arranque)
Máquina Alimentadora
Paros de emergencias
El diagrama eléctrico de paros de emergencias para la máquina alimentadora está
constituida por:
S0_ AUTOMATICO: Contacto de relé para la secuencia de apagado
automático.
S0_AUTOMÁTICO_PROB1: Contacto de relé para la secuencia de apagado
cuando exista un problema en las bandas transportadora finales 9 y 10.
S0_AUTOMÁTICO_PROB2: Contacto de relé para la secuencia de apagado
cuando exista un problema en las bandas transportadora 11 y 12.
Ilustración 31 Diagrama de paros de emergencias
81
S0_AUTOMÁTICO_PROB3: Contacto de relé para la secuencia de apagado
cuando exista un problema en las bandas transportadoras 5 y 6.
S0_AV01_R: Contacto de relé para el apagado remotamente, ya sea
accionado por botones que se encontrarán en el edificio de control, en la
oficina de la planta y en pie de planta (botón situado en el equipo de
trituración)
PF_AV01: Contacto de relé cuando exista un paro por fallo en la equipo de
trituración.
S0_AV01: Bobina de paro de emergencia.
Arranque: automático_ manual
Ilustración 32 Diagrama de Arranque
El diagrama eléctrico de arranque: automático _manual está constituido por los
siguientes contactos:
S1_AV01_R: Contacto de relé para el encendido remotamente, ya sea que
accionada por botones que se encontraran en la oficina de la planta, en el
edificio de control y en pie de planta (botón situado en el equipo).
S1_AUTOMÁTICO: Contacto de relé para la secuencia de arranque de
manera automática.
S1_AV01: Bobina de arranque de la máquina alimentadora.
82
Diagrama de control
Ilustración 33 Diagrama de control
Para el diagrama de control de la máquina alimentadora se encuentra constituido
por los siguientes elementos de contactos.
S0_AV01: Contacto de relé de la bobina de paros de emergencias.
S1_AV01: Contacto de relé de la bobina de arranque automático_ manual.
K4: bobina de relé para el contactor de la máquina alimentadora.
83
Trituradora de Impacto
Diagrama de control
Ilustración 34 Diagrama de control de la trituradora de impacto
El diagrama de control de la
Trituradora de Impacto consta por los
siguientes elementos:
S1_TI01: Contacto de relé de la
bobina de arranque que se encuentra
en el diagrama eléctrico de arranque
automático_mannual.
K22_TI (contacto de relé)
K21_TI (contacto de relé)
K19_TI (contacto de relé)
K20_TI (contacto de relé)
T2: Temporizador 2
K22_TI (bobina)
K21_TI (bobina)
K19_TI (bobina)
K20_TI (bobina)
A partir de los diagramas eléctricos mencionados se basa para todos los equipos
de trituración que se encuentran en la planta de Agregados.
Para el diagrama eléctrico de la trituradora de mandíbula es casi igual a la trituradora
de impacto, la única diferencia es el nombrado de los contactos de relé, en vez de
ir “TI” pasa a ser “TQ”.
Contactos y
bobinas que
sirve para el
funcionamient
o del sistema
de arranque
con auto
transformador
de la
trituradora de
impacto.
84
3.4 SELECCIÓN DE ELEMENTOS POR
ESPECIFICACIONES Y CALIDAD DE LOS COMPONENTES
ELÉCTRICOS SELECCIONADOS.
A continuación podemos ver en la siguiente tabla los números de entradas y salidas
digitales, temporizadores, que necesitaremos para la automatización de la planta de
agregados.
Tabla 3 Número de entradas y salidas digitales, cantidad de temporizadores y marcas.
Tipo de señal Cantidad
Entradas digitales 71
Salidas digitales 27
Temporizadores 56
Marcas 41
Más adelante podremos ver cómo hemos elegido las tarjetas de entradas y salidas
digitales en función de estas cantidades.
3.4.1TIPOS DE PLC SIMATIC S7
3.4.1.1 S7-200
El SIMATIC S7-200 es el micro- PLC para resolver tareas de mando y regulación
en maquinaria e instalaciones. Proporciona el máximo efecto de automatización al
mínimo coste.
85
Cubre aplicaciones que van de la sustitución de relés y contactos hasta tareas
complejas de automatización operando aislado, interconectado en red o en
configuraciones descentralizadas.
Ilustración 35 PLC Simatic s7-200
Área de aplicaciones
Prensas de fardos.
Maquinaria de preparación de revoque y mortero.
Instalaciones de extracción
Sistemas de engrase central de pestañas
Maquinaria de labrado de madera
Mande de puertas
Ascensores hidráulicos
Cintas transportadoras
Industria alimentaria
Laboratorios
Aplicaciones con módem (televigilancia, telemantenimiento).
Instalaciones eléctricas.
Diseño
La familia SIMATIC S7-200 está compuesta de los siguientes módulos:
5 Equipos básicos escalonados por potencia en diversas variantes.
15 Módulos de ampliación digitales y analógicas diferentes.
2 Módulos de comunicaciones para la conexión a PROFIBUS y AS- Interface.
86
Funciones
El S7-200 se caracteriza por:
Familiarización muy sencilla: kits de iniciación especiales y guías de
iniciación simplifican la familiarización.
Manejo sencillo: potentes instrucciones estándar fáciles de usar y el cómodo
software de programación reduce a un mínimo las actividades de
programación.
Excelentes características de tiempo real: funciones de interrupción
especiales, contadores rápidos y salidas de impulsos permiten su aplicación
incluso en procesos de tiempo crítico.
Potentes posibilidades de comunicación: particularmente el puerto
PROFIBUS DP integrado permite al S7-200 desarrollar sus prestaciones en
soluciones descentralizadas de automatización. (SIEMENS, Sistema de
Automatización, Datos de los módulos, 2004)
3.4.1.2 S7-300
S7-300 existe en dos versiones:
1. S7-300 en versión estándar para la aplicación en condiciones ambientales
normales.
2. S7-300F para instalaciones en la industria manufacturera con mayores
requisitos de seguridad.
Ilustración 36 Simatic S7-300
87
S7-300
El sistema de miniautómatas modulares para las gamas baja y media.
Con un amplio abanico de módulos para una adaptación optima a la tarea de
automatización en particular
De aplicación flexible a las posibilidades de realizar fácilmente estructuras
descentralizadas de ventilación.
Ampliable sin problemas en el caso de que aumenten las tareas.
Potente gracias la gran variedad de funciones integradas.
S7-300F
Sistema de automatización de seguridad positiva para instalaciones con
grandes requisitos de seguridad en fabricación.
Basado en S7-300.
Posibilidad de conectar unidades periféricas descentralizadas ET200S y
ET200M con módulos de seguridad; comunicación de seguridad vía
PROFISafe.
La configuración puede contener además módulos estándar para las
funciones no relacionadas con la seguridad.
Área de aplicación
El SIMATIC S7-300 es el sistema e miniautómatas modulares para las gamas bajas
y medias.
Su construcción modular y sin necesidad de ventiladores, la sencilla realización de
estructuras descentralizadas y el fácil manejo hacen que el SIMATIC S7-300 sea la
solución más económica y confortable para las más variadas aplicaciones en las
gamas bajas y medias.
88
Los campos de aplicación de SIMATIC S7-300 son por ejemplo:
Máquinas especiales
Máquinas textiles
Máquinas de embalaje
Maquinaria en general
Controles
Máquinas herramientas
Instalaciones
Industria de equipos eléctricos y electricistas.
Varias CPUs de potencia escalonada y un amplio abanico de módulos periféricos
con numerosas funciones confortables ofrecen al usuario la posibilidad de utilizar
solo los módulos que realmente necesite para su aplicación. Si aumentan las tareas,
el autómata puede ampliarse añadiendo más módulos.
Diseño
El PLC S7-300 tiene estructura modular. Dispone de una amplia gama de módulos
que pueden combinarse individualmente a discreción.
Un PLC se compone de:
Un módulo central (CPU): para las diferentes gamas de potencia están
disponibles distintas CPUs con entradas y salidas y funciones integradas o
CPUs con puerto PROFIBUS-SP integrado.
Módulo de señales (SM) para entradas/salidas analógicas y digitales
Módulos de comunicaciones (CP) para conectividad a bus y conexión punto
a punto.
Módulos de función (FM) para contaje, posicionamiento (en lazo
abierto/cerrado) y regulación rápidas.
89
Según los requerimientos, pueden utilizarse también:
Fuentes de alimentación de carga (PS) para conectar el SIMATIC S7-300 a
una tensión de 120/230 V AC.
Módulos de interfaces (IM) para la conexión entre el aparato central (ZG) y
los bastidores de ampliación (EG) en caso de configuración en varias líneas.
Módulos SIPLUS para condiciones ambientales ampliadas.
Funciones:
Numerosas características ayudan al usuario durante la programación, puesta en
marcha y mantenimiento del autómata s7-300:
Ejecución rápida de instrucciones: los tiempos de ejecución de instrucciones
a partir de 0,1 μs abren perspectivas de utilización completamente nuevas en
las gamas baja y media.
Aritmética en coma flotante: está función permite realizar operaciones
aritméticas complejas.
Parametrización fácil para el usuario: la parametrización de todos los
módulos se efectúa con una sola herramienta de software con interface de
usuario uniforme. Con ello se ahorran gastos y tiempos de aprendizaje y
formación.
Manejo y visualización (HMI): Cómodos servicio HMI ya integrados en el
sistema operático de s7-300. Ya no es necesario programas expresamente
estas funciones.
Funciones de diagnóstico: el sistema de diagnóstico inteligente de las CPUs
controla en permanencia la funcionalidad del sistema y registran errores y
sucesos específicos del sistema.
Protección por contraseña: una protección por contraseña protege de forma
eficaz el know-how del usuario contra copias y notificaciones indebidas.
(SIEMENS, Sistema de Automatización, Datos de los módulos, 2004)
90
3.4.1.3 SELECCIÓN DEL ELEMENTO POR ESPECIFICACIONES
Una vez mostrados las descripciones de algunos de estos tipos de PLC, se decide
elegir el PLC S7-300 ya que es una autómata utilizado sobretodo, para instalaciones
de gama media.
Su construcción modular y sin necesidad de ventiladores, la sencilla realización de
estructuras descentralizadas y el fácil manejo hacen que el PLC s7300 sea la
solución más económica y confortable para nuestra aplicación.
3.4.2 CARACTERÍSTICAS DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN ELEGIDA
La fuente de alimentación PS 307; 5 A tiene las siguientes características:
Intensidad de salida 5A
Tensión nominal de salida 24 DC, establecida, a pruebas de cortocircuitos
y marcha en vacío
Acometida monofásico
(tensión nominal de entrada 120/230 V AC, 50/60 Hz)
Separación eléctrica segura según NE 60 950
Puede utilizarse como fuente de alimentación de carga.
91
Ilustración 37 Esquema eléctrico de la PS 307: 5A
Ilustración 38 Esquema de principio de la fuente de alimentación PS 307; 5A
92
Protección de línea.
Para proteger la línea de red (entrada) de la fuente de alimentación PS 307; 5A
recomendamos un automático magnetotérmico (por ejemplo serie 5SN1 SIEMENS)
con las siguientes características
Intensidad nominal s 230 V AC: 6A
Característica de disparo (tipo): C
(SIEMENS, Manual de producto S7- 300, 2011)
Tabla 4 Datos técnicos del PS 307; 5A
93
3.4.3 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LA CPU
Existen 19 CPUs diferentes:
6 CPUs compactas (con funciones tecnológicas y periféricas integrada).
7 CPUs estándar (CPU 312, CPU 314, CPU 315-2DP, CPU 315-2 PN/DP,
CPU 317-2DP. CPU 317-2PN/DP, CPU 319-3 PN/DP).
2CPUs para funciones tecnológicas (CPU 315T-2 2DP, CPU 317T-2 DP).
4 CPUs de seguridad (CPU 315F-2 DP, CPU 315F-2 PN/DP, CPU 317-2 DP,
CPU 317F-2 PN/DP)
Ilustración 39 CPU
Área de aplicación:
Para SIMATIC S7-300 se dispone de diferentes CPU con capacidades funcionales
escalonadas. Además de las CPUs estándar también se pueden utilizar CPUs
compactas. Además la gama incluye CPUs para funciones tecnológicas y CPUs e
seguridad positiva.
94
Están disponibles las CPUs estándar siguientes:
CPU 312, para instalaciones pequeñas
CPU 314, para instalaciones con requisitos adicionales de volumen de
programa y la velocidad de ejecución.
CPU 315-2 DP, para instalaciones con requisitos medios/ altos de volumen
de programa y configuración descentralizadas a través de PROFIBUS DP.
CPU 317-2 DP, para instalaciones con altos requisitos de volumen de
programa y configuración descentralizada a través de PROFIBUS DP.
CPU 317-2 PN/DP, para instalaciones con altos requisitos de volumen de
programa y configuración descentralizada a través de PROFIBUS DP.
Utilizable para inteligencia distribuida en automatización basada en
componentes (CBA) con comunicación por PROFInet.
CPU 318-2 DP, para instalaciones con muy altos requisitos de volumen del
programa, de conectividad y configuración descentralizada a través de
PROFIBUS DP.
Todas las CPU tienen una caja de plástico robusta y compacta. En el lado frontal
hay:
LED para señalización de estado y fallo
Selector de modo de operación
Puerto MPI
Además las CPUS ofrecen:
Compartimiento para batería tampón (Las CPUs estándar innovadas y las CPUs
compactas no necesitan ninguna batería tampón).
Receptáculo para Memory Card, para guardar el programa en estado sin tensión se
puede conectar Memory Card (Flash- EPROM) con máx. 4 MB.
95
Receptáculo para Micro Memory Cards MMC (solo CPUs estándar innovadas y
CPUs compactas). Las MCs sustituyen la memoria de carga integrada, por lo cual
son absolutamente necesarias para el funcionamiento.
Conexión para entradas/salidas integradas a través del conector frontal (solo CPUs
compactas).
Funciones:
Las CPUs se programan con SETP 7 en KOP o AWL. En este caso se pueden
utilizar las herramientas de programación STEP 7 Basic, STEP 7 Professional o
STEP 7.
(SIEMENS, Manual de producto S7- 300, 2011)
3.4.3.1 SELECCIÓN DEL ELEMENTO POR ESPECIFICACIONES
La CPU elegida es la CPU 315, para instalaciones con requisitos medios/altos de
volumen de programa y configuración descentralizadas PROFIBUS DP.
La especificación de la CPU 315-2DP ES
Especificaciones
Memoria central 64 Kbytes
Memoria de carga integrada 96 Kbytes RAM
Memoria de carga enchufable 4 Mbytes FEPROM/RAM
Tiempo de ejecución para operaciones
de bit
0,3 µs
Tiempo de ejecución para operaciones
de palabra
1 µs
Tiempo de ejecución operaciones de
tiempo/contaje
12 µs
Marcas 2048
Contadores 64
Temporizadores 128
96
Máximo No. De estaciones conectables
en el bus MPI
32
Velocidad de transmisión en el bus
ProfiBus DP
12 Mbit/s
Módulos por sistema 32
Módulo por ET 200M 8
Peso 530g
Dimensiones (A x A x P) en mm 80 x 125 x 130
Tabla 5 Especificaciones del CPU 315
3.4.4 MÓDULO DE ENTRADAS DIGITALES ELEGIDO
Los módulos de entradas digitales permiten conectar el PLC a señales digitales del
proceso. Estos son adecuados para conectar contactos y detectores de proximidad
a 2 hilos y su tensión nominal es de 24 V.
Existen módulos de: 64, 32, 16, entradas digitales, tanto para zonas clasificadas,
como para zonas no clasificadas.
En este caso se utilizó módulos para zona no clasificada ya que la planta de
Agregados no existe peligro de explosión.
97
3.4.4.1 SELECCIÓN DE ELEMENTO POR ESPECIFICACIONES
Se eligió 2 módulos de entradas digitales diferentes, un módulo SM 321
(DI64xDC24V) y un módulo SM 321 (DI16xDC24V) ya que se tenía que controlar
un total de 71 entradas digitales.
Los módulos, SM 321 (DI64xDC24V) y SM 321 (DI16xDC24V) se distinguen por
las siguientes propiedades:
SM 321 (DI64xDC24V)
64 entradas aisladas galvánicamente en 4 grupos de 16
Tensión nominal de entrada de 24 V DC.
Ilustración 40 Esquema de conexión y de principio del módulo SM 321 (DI64xDC24V)
98
Las especificaciones del módulo SM 321 (DI64xDC24V)
Especificaciones
Tensión de entrada
Valor nominal
En la señal “1”
En la señal “0”
24 V DC
De -13 a -30 V, 13 a 30 V
De -5 a +5 V
Cantidad de entradas 64
Consumo del Bus de fondo Máx. < 100 mA
Tipo de entradas Entradas Sinkirg/ Sourcing
Dimensiones
(A x A x P) en mm
4 x 125 x 12 (incluida la tapa protectora,
necesaria para conexiones que no se
usan).
Peso Aprox. 230 g.
Características de entradas Según IEC 61131, tipo 1
Tabla 6 Especificaciones del módulo SM 321 (DI64xDC24V)
SM 321 (DI16xDC24V)
16 entradas, con separación galvánica en grupos de 16
Tensión nominal de entrada de 24 V DC
Adecuado para conmutadores y detectores de proximidad (BERO) a 2/3/4 hilos
99
Ilustración 41 Esquema de conexión y de principio del módulo SM 321 (DI16xDC24V)
Las especificaciones del módulo SM 321 (DI16xDC24V)
Especificaciones
Tensión de entrada
Valor nominal
En la señal “1”
En la señal “0”
24 V DC
13 a 30 V
De -30 a +5 V
Cantidad de entradas 16
Consumo del Bus de fondo Máx. 10 mA
100
Dimensiones
(A x A x P) en mm
40 x 125 x 117
Peso Aprox. 200 g.
Características de entradas Según IEC 61131, tipo 1
Tabla 3.6
Tabla 7 Especificaciones del módulo SM 321 (DI16xDC24V)
(SIEMENS, Sistema de Automatización, Datos de los módulos, 2004)
3.4.5 MÓDULO DE SALIDAS DIGITALES ELEGIDO
Los módulos de salidas digitales permiten emitir señales digitales del PLC al
proceso. Convierten el nivel de señal interno del S7-300 en el nivel de señal externo
necesario para el proceso. Son adecuados para conectar electroválvulas,
contadores, pequeños motores, lámparas y arrancadores de motor.
Existen módulos de 32, 16, 8 y 4 salidas digitales, tanto para zonas clasificadas (Ex)
como para zonas no clasificadas. En este caso se utilizó un módulo para zona
clasificada ya que en la planta de Agregados no existe peligro de explosión.
3.4.5.1. SELECCIÓN DE ELEMENTO POR ESPECIFICACIONES
Se eligió un módulo SM 322 (DO32Xdc24V/0.5 A) ya que tenemos que controlar un
total de 27 salidas digitales. Este módulo se distingue por las siguientes
propiedades:
32 salidas, con separación galvánica en grupos de 8
Intensidad de salida 0.5 A
Tensión nominal de carga 24 V DC
101
Ilustración 42 Esquema de conexión y de principio del módulo SM 322 (DI32xDC24V/0.5A)
La especificación del módulo SM 322 (DI32xDC24V/0.5 A)
Especificaciones
Tensión de salida Min. L+(-0.8 V)
Cantidad de salidas 32
Separación galvánica Entre canales y bus posterior
Disipación del modulo 6,6 W
Peso aproximado 260 g.
Dimensiones (A x A x P) en mm 40 x 125 x 117
Tabla 8 Especificaciones del módulo SM 322 (DI32xDC24 V/0.5A)
(SIEMENS, Sistema de Automatización, Datos de los módulos, 2004)
102
3.5 SIMULACIÓN Y VERIFICACIÓN DE LO PROPUESTO
3.5.1 PROYECTO EN EL ADMINISTRADOR SIMATIC STEP 7 V5.5
Para la creación del proyecto con el administrador Simatic S7, se siguió los pasos
siguientes:
1. Lo primero que se realizó es abrir el Administrador Simatic S7 de Siemens y
crear el proyecto siguiendo los pasos que nos indica el asistente.
2. El segundo paso fue la configuración del Hardware del autómata.
3. Y por último, mediante el programa Simatic MANAGER V 5.5, se creó el
programa que controla el funcionamiento de la planta de Agregados.
3.5.1.1 CREAR EL PROYECTO CON EL ADMINISTRADOR
Lo primero que se realizó fue abrir el administrador SIMATIC S7 de
Siemens.
Una vez que abrió el programa, a partir de ese momento, nos encontramos con un
asistente que nos ayudó para la creación de nuestro proyecto, indicando con que
autómata y CPU vamos a trabajar. Nos pide un nombre para el proyecto, para
nuestro caso se le asigno SC_P2 (Sistema de Control de la Planta II)
Ilustración 43 Representación gráfica del Administrador SIMITAC
103
3.5.1.2 CONFIGURACIÓN DEL HARDWARE EN EL ADMINISTRADOR
En el Administrador Simatic S7 nos
ponemos encima de Equipo Simatic 300,
se aprecia del lado derecho el icono de
Hardware. Dándole doble clic se accede
al programa que configura el Hardware.
Independientemente de la estructura del equipo, la configuración se realizó de la
siguiente manera:
Del lado derecho, se encuentran los equipos de Siemens, y para la selección
de componentes nos referenciamos en el SIMATIC 300 y aparecerá todos
los elementos que conformaran el PLC, ya sea CPU, módulos de entras y
salidas digitales.
En la parte inferior de la ventana del equipo, aparece una vista detallada del
bastidor que hemos creado. Como se puede observar, aparece una tabla con
el módulo, referencias, direcciones que hemos diseñado de la tabla que se
realizó para distinguir cuantas entras y salidas requeríamos.
Ilustración 44 Representación gráfica configuración hardware de nuestro PLC principal
104
3.5.1.3 LISTA DE SÍMBOLOS
MA
RC
AS
ENTR
AD
AS
SALID
AS
ENTR
AD
AS
105
3.5.1.4 BLOQUE DE ORGANIZACIÓN OB1
Es el encargado de poner nuestro programa de usuario a disposición de la CPU, es
decir, nuestro programa debe estar incluido en un OB para poder ser ejecutado por
el Autómata.
En el bloque de Organización se encuentran la estructura secuencial de arranques
y paros que la planta presenta, arranque principal de la planta, arranque secundario
(despolve), paros de emergencias.
A continuación se podrá ver una parte de la estructura secuencial que existe en el
OB1.
Ilustración 45 Estructura de un bloque de organización
106
3.5.1.5 BLOQUE DE FUNCIÓN FC
Las funciones son módulos de código que se encuentran al ser llamados desde otro
módulo.
Cuando se llama, la función actúa como una subrutina del programa. Cuando
termine de ejecutar su código, el control se devuelve al módulo y a los segmentos
desde el cual fue llamado.
Ilustración 46 Ejecución del Bloque de función en un bloque de Organización
Como se mostró con anterioridad en el bloque de organización, en las imágenes se
puede apreciar que en la estructura secuencial, se encuentran llamadas las
subrutinas para que pueda ejecutar lo que se está pidiendo, en el caso de anterior,
el arranque principal de la planta.
Para cada equipo de trituración se le asignó un bloque de función, quiere decir que
existen 20 funciones en el programa.
107
Ilustración 47 Ejemplo de un bloque Función de nuestro proyecto realizado
108
3.5.2 SIMULACIÓN
S7-PLCSIM permite cargar y depurar un programa S7 sin una CPU. Es
especialmente útil para depurar la estructura lógica. Los tiempos de reacción serán
considerablemente distintos a los CPUs reales, de modo que aún son aconsejables
algunas pruebas de hardware en lo referente a tiempos de reacción. Las entradas
y salidas se pueden vigilar y modificar con facilidad desde el interface visual.
3.5.2.1 CONFIGURACIÓN DE PLCSIM
Para la simulación del proyecto se utilizó el PLCSIM.
En la siguiente figura se puede apreciar los 20 bloques de funciones que existen
en el programa al igual el bloque organización.
Ilustración 48 Bloques de Organización y Bloques de Función
Para iniciar la simulación se tiene que activar el PLCSIM en el Autómata. Para la
activación nos dirigimos en la barra de menú de la ventana del SIMATIC S7 y le
damos clic en herramientas posteriormente en ajustar interfaz, nos saldrá una
ventana como se mostrara en la siguiente figura.
109
Ilustración 49 Configuración de PLCSIM
Una vez ya seleccionado el simulado (PLCSIM) le damos aceptar y se cerrará la
ventana, para abrir la ventana del simulador se tiene que activar el simulador. En la
parte superior derecha de la ventana de SIMATIC aparecerá el icono del simulador
(ver en la figura anterior), le damos clic y a continuación aparecerá una ventana
donde nos avisara si queremos abrir un proyecto, por de faul viene seleccionado el
proyecto que estamos trabajando, le damos aceptar.
A continuación aparecerá la ventana de simulación del proyecto con sus respectivas
salidas y entradas digitales ya declaradas anteriormente.
110
3.5.2.2 PRUEBA 1: ARRANQUE Y APAGADO PRINCIPAL DE LA PLANTA
(AUTOMÁTICO)
El arranque principal de la planta consiste en el encendido de los equipos de
trituración de modo automático. Los equipos son:
Máquina Alimentadora ( K4)
Imán (K16)
Hidráulico (K15)
Trituradora de Mandíbula (K19_TQ)
Trituradora de impacto(K19_TI)
Criba clasificadora (K5)
Bandas transportadoras: 1 (K10), 6 (K3), 7 (K14), 8 (K7), 9 (K18), 10 (K11),
11 (K13), 12 (K12)
Para ver la secuencia de arranque de los equipos de trituración se realizó los
siguientes pasos una vez ya abierta la ventana de simulación.
1. Dar clic en RUN
2. Escoger la opción “S1_AUTOMATICO” (Arranque_ Automático)
3. Visualizar que enciendan los motores. (Las salidas con la letra “K” hacen
referencia a los contactores para cada motor).
Ilustración 50 Ventana de simulación del proyecto
111
En la siguiente figura se puede apreciar la opción de arranque automático encendido
y los motores que ya se encuentran encendidos después de finalizar la secuencia
de arranque principal.
Ilustración 51 Sistema de arranque automático
Cada motor tiene designado un contactor, por ejemplo, para la Máquina
Alimentadora, el nombre que tiene como referencia su contactor es K4. Por lo tanto
se puede aprecia en la figura anterior el encendido del motor de la Máquina
Alimentadora.
Pero, ¿Cómo saber si en verdad en la vida real el motor es encendido por la
secuencia? Para la respuesta a esa pregunta, nos dirigimos a las subrutinas o
bloques de función.
112
En el bloque de función FC1 se encuentra los diagramas eléctricos para la Máquina
alimentadora.
Se puede apreciar el encendido Automático para la máquina alimentadora. La
bobina “S1_AV01” hace referencia a una señal que se enviara al diagrama eléctrico
de control del equipo de trituración.
Ilustración 52 Descripción del encendido en modo automático
De manera ilustrativa, se puede observar la siguiente figura que el contacto de relé
“S1_AV01” se encuentra Normalmente Abierto es energizado por la bobina
“SI_AV01” para que pase a un contacto normalmente cerrado, ya través de ella
pueda pasar la corriente eléctrica para encender el contactor “K4”.
Ilustración 53 Contactor encendido
113
Para el sistema de apagado de la planta de Agregado, serán los mismos pasos.
1. Dar clic en RUN
2. Escogiendo el mando “S0_AUTOMÁTICO” (Apagado Automático)
3. Observar cómo se van apagando los motores
Ilustración 54 Sistema de apagado automático
A continuación del lado derecho se puede ver, que se escogió la opción de apagado
automático y en función de ello los motores que encuentran apagados. Del lado
izquierdo se observa que los motores se en encuentran encendidos, antes del
sistema de apagado automático.
114
Ilustración 55 Sistema de apagado concluido
Para evidenciar que la secuencia resultó con éxito, nos dirigimos las subrutinas.
Escogiendo una subrutina cualquiera. Por ejemplo el bloque de función de la Banda
Transportadora 7.
Se observa que escogiendo el modo de apagado automático, el contacto
“S0_AUTOMÁTICO” deja de ser un contacto normalmente cerrado y pasa a ser un
contactor abierto. Esto hace que no energice
la bobina de “S0_BT07” y tenga como
consecuencia en el diagrama eléctrico de
control de la banda no cierre el contacto de
relé de “S0_BT07”.
Ilustración 56 Sistema de paros de emergencias en la secuencia de apagado en modo automática
115
Se observa que las líneas verdes no
energicen ninguna bobina, esto hace el
apagado del motor.
3.5.2.3 PRUEBA 2: ARRANQUE Y APAGADO SECUNDARIO DE LA PLANTA
(AUTOMÁTICO)
El arranque y apagado secundario, es la segunda parte de la planta de Agregados.
Esta segunda parte funciona cuando el material de agregados no es de buena
calidad, cuando es así el operador cambia la dirección de la banda transportadora
1, ahora en vez de girar a izquierdas gira a derechas. Y como de costumbre en
modo manual, el operador enciente los motores con botones.
Ahora para la prueba 2, el arranque y apagado serán automático.
El arranque secundario de la planta consiste en encender los siguientes equipos de
trituración:
Banda Transportadora 1 (giro derecho) (K17)
Criba Despolve (K2)
Banda Transportadora 4 (K1), 2 (K8), 3 (K6), 13 (K23)
Ilustración 57 Diagramas nos energizados, motor apagado
116
Para dar seguimiento a la secuencia de arranque secundario de la planta de
Agregados, los siguientes pasos son:
1. Dar clic en RUN.
2. Seleccionar
“S1_AUTOMÁTICO_
DPV”.
3. Observar los encendidos
de los motores para ese
sistema de arranque
secundario.
Se aprecia en la figura de abajo la selección de arranque secundario en modo
automático y como ya están encendido los motores para esa secuencia secundaria.
Ilustración 59 Contactores encendidos de los motores
Ilustración 58 Sistema de arranque despolve
117
Para la verificar si en verdad se realizó el arranque de manera real en cada motor,
por medio de las subrutinas se puede ver ese fenómeno.
En la subrutina de Banda Transportadora 1.
Para esta subrutina de la Banda 1 es un caso especial, ya que el motor de la Banda
es bidireccional, de tal forma que en el diagrama eléctrico tendrá dos sistemas de
arranque, uno para el sistema de arranque principal y otro para el sistema de
arranque secundario.
Se observa que el sistema de arranque secundario respeta el sistema de arranque
primario.
De igual manera se realizó el cambio de dirección del motor, para aclarar lo
mencionado se puede observar en las siguientes imágenes que representan los
diagramas eléctricos para la Banda Transportadora 1.
Ilustración 60 Secuencia de arranque en modo automático, motor girando a izquierdas
118
Ilustración 61 Motor girando a derechas
Para el sistema de apagado secundario de la planta.
Seleccionar el modo “S0_AUTOMÁTICO_DPV”
Dando esta orden en el PLC, éste dará la secuencia de apagados de los motores.
Como se observa en la siguiente imagen.
Ilustración 62 Sistema de apagado en modo automático
119
Para verificar que la secuencia de apagado se realizó, nos dirigimos la misma
subrutina de la Banda Transportadora 1 y se observa lo siguiente.
Ilustración 63 Secuencia de apagado automático
Se observa el contactor de relé “S0_AUTOMÁTICO_DPV se abre cuando se
acciona la secuencia de apagado secundario, en función de ello no energiza la
bobina “S0_BT01”.
Como no es energizada la bobina “S0_BT01”, los contactores de relé en el diagrama
eléctrico de control de la banda transportadora 1 no pasan a ser un contacto de relé
cerrado. Se aprecia en las imágenes siguientes que los las bobinas de los
contactores no están energizadas, por lo tanto el motor se apaga.
Ilustración 64 Apagado del motor de la banda transportadora 1
120
3.5.2.4 PRUEBA 3: PAROS DE EMERGENCIAS (AUTOMÁTICO)
En la prueba tres, se caracteriza en los paros de emergencias que pueda presentar
la planta de Agregados en el proceso de producción. Los paros de emergencias
pueden ser accionados por los problemas más frecuentes que suelen pasar en la
planta. Para la detección de los problemas existen sensores con características para
detectar un problema en los motores.
Para esta prueba podemos simular un problema virtualmente, para que se pueda
observar y explicar cómo opera la secuencia de paros de emergencias.
Imaginemos que la planta se encuentra trabajando en el proceso de producción de
agregados, pero a pesar de las horas trabajadas surge un problema en las bandas
transportadoras finales, ya sea la banda transportadora 9 (contactor “K18”) o 10
(contactor “K10”). El problema puede ser por pérdida de fase del motor,
incrustamiento de piedras en los rodillos, etc.
Para la detección de ese problema el sensor instalado en el motor, mandará una
señal al PLC y éste activará la secuencia de apagado de motores para ese
problema. Apagando los motores de la Máquina Alimentadora, Criba Clasificadora,
Banda Transportadora 9 y 10.
121
Ilustración 65 Sistema de apagado para el problema 1
Simulando un fallo para el problema en las bandas transportadoras finales, se
observa que los contactores de los equipos mencionado para el problema se
encuentran apagados. Quiere decir que la secuencia de paro de emergencia para
ese problema funciona correctamente apagando los motores. Ahora para volver
arrancar estos motores ya solucionado el problema, solo sería cuestión de volver a
poner en marchar al arranque automático.
122
Ilustración 66 Sistema de arranque para el problema 1
En la imagen anterior se ilustra que se encuentra señalado el sistema de arranque
automático y se observa que el contactor de la Máquina alimentadora se encuentra
encendido al igual que la criba clasificadora, pero falta por encender las bandas
finales, al final de la secuencia estos contactores estarán encendidos.
En conclusión, para los demás problemas que se programaron en el PLC es
exactamente la misma rutina, es decir, surge un problema, el sensor lo detecta y
manda la señal al PLC, éste actuara de manera automática para la secuencia de
apagado para ese problema. El operador tendrá el conocimiento que el PLC dio la
orden de apagado y ya resuelto el problema, se inicia la secuencia de arranque
automático o si se requiere en modo manual.
123
CAPÍTULO IV
REVISIÓN Y CONCLUSIONES
124
4.1 REVISIONES
Se observó de manera clara y precisa en las secuencias de arranque y paros de
emergencias los encendidos y apagados de los motores, se revisó en las subrutinas
o bloques de función si en la secuencias de arranque o paro, se encontraba
funcionando bien, respetando las otra secuencias, respetando la direcciones del
motor de la banda transportadora 1.
Se hicieron varias pruebas de revisión para cada diagrama eléctrico.
Se revisaron las secuencias, para que ningún motor quede por encender o apagar.
4.2 CONCLUSIÓN
En conclusión para el sistema de control de procesos para la planta de Agregados,
se obtuvieron los resultados buscado, solucionando cada problemática en la
detección de los problemas que persiste la planta de Agregados, las secuencias de
arranque y paros de emergencias dependiendo de la situación. Cabe mencionar la
implementación de los sistemas de control, ya sea por PLC o con un sistema
secuencial con temporizadores ambos cumplen con lo buscado, disminuyendo la
pérdida de tiempo en la solución de los problemas y buscando mayor producción de
agregados.
Los sistemas de control implementados pueden ser utilizados por operadores con
menor experiencia, ya que se encuentran programados internamente las
secuencias para cada situación.
125
126
ANEXO
127
DIAGRAMA TRIFILAR
128
129
130
131
132
DIAGRAMA DE
CONTROL_REMOTOS
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
DIAGRAMAS DE MÓDULOS DE
ENTRADAS
144
145
146
147
148
DIAGRAMA DE MÓDULOS DE
SALIDAS
149
150
151
152
153
Bibliografía
Abarca, P. (s.f.). El ABC de la Automatización. Obtenido de
http://www.aie.cl/files/file/comites/ca/abc/sistemas-de-control-automatico.pdf
Anónimo. (Octubre de 2012). SISTEMAS DE CONTROL. Obtenido de
http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_control
Balcells, J., & Romeral, J. L. (s.f.). AUTÓMATAS PROGRAMABLES.
Lira, M. (Noviembre de 2010). PROGRAMACIÓN DE PLC. Obtenido de
http://www.monografias.com/trabajos-pdf4/programacion-plc/programacion-
plc.pdf
MC Vásquez, J. (Agosto de 2007). NOTAS DEL CURSO TEORIA DE CONTROL
PRIMERA PARTE. Obtenido de
http://www.utm.mx/~jvasquez/parte1_08.pdf
Osores, J. (Diciembre de 2009). INTRODUCCIÓN A LA TEORÍA DE CONTROL.
Obtenido de http://www.slideshare.net/otmolllllll/introduccin-a-la-teoria-
control
PLC, M. T. (s.f.). PLC. Obtenido de http://sistemamid.com/preview.php?a=78613
Programables, A. (Diciembre de 2001). CURSO BÁSICO DE AUTÓMATAS
PROGRAMABLES. Obtenido de
http://www.sc.ehu.es/sbweb/webcentro/automatica/WebCQMH1/PAGINA%
20PRINCIPAL/PLC/plc.htm
SIEMENS. (2001). Manual de Referencia, Sistemas de Automatización. Obtenido
de
http://automatasjwborjasunexpo.files.wordpress.com/2014/01/s73rhb_s.pdf
SIEMENS. (2004). Sistema de Automatización, Datos de los módulos. Obtenido de
http://www.dte.us.es/tec_ind/electron/ai/descarga/S7-300-RHB_s.pdf
154
SIEMENS. (2011). Manual de producto S7- 300. Obtenido de
https://www.swe.siemens.com/spain/web/es/industry/automatizacion/simatic
/controladores/Documents/S7300ManualProducto.pdf
SIEMENS. (s.f.). SIMATIC, Programar con STEP 7. Obtenido de
http://cache.automation.siemens.com/dnl/jExNDU0NwAA_18652056_HB/S7
prv54_s.pdf
Wikipedia. (Noviembre de 2011). CONTROL INDUSTRIAL. Obtenido de
http://giorgigiuliano.blogspot.mx/
Wikipedia. (Septiembre de 2013). INGENIERÍA DE CONTROL. Obtenido de
http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_de_control
