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1
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERÍAS
CARRERA:
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
MENCIÓN: SISTEMAS INDUSTRIALES
SISTEMAS COMPUTACIONALES PROYECTO FINAL DEL TÓPICO DE AUTOMATIZACIÒN INDUST RIAL
PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO EN
ELECTRÓNICA
TEMA:
CONTROL DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLE UTILIZANDO PLC’s Y EL PROGRAMA “INTOUCH” COMO SISTE MA DE
INTERACCIÓN HUMANO-MÁQUINA (HMI)
AUTORES:
RONALD BRAVO ARAGUNDI
GERMANIA MONTALVO VALENCIA VICENTE AVELINO SÁENZ
DIRECTOR: ING. JACINTO ECHEVERRIA
GUAYAQUIL
2006-2007
2
DECLARACIÓN EXPRESA “Las ideas, análisis, desarrollo y conclusiones implementados en el presente proyecto
son exclusiva responsabilidad nuestra”.
Guayaquil, Marzo 15 del 2007
------------------------------------ --------------------------------- Ronald Bravo Aragundi Germania Montalvo Valencia --------------------------------------
Vicente Avelino Sáenz
3
AGRADECIMIENTO
Primero nuestro sincero agradecimiento a Dios por
darnos la vida y ver cumplido uno de nuestros
principales objetivos.
A todas las personas que colaboraron con nosotros
durante todo el proceso estudiantil y en especial en
este proyecto hasta su culminación.
4
DEDICATORIA
A nuestros Padres quienes con su ejemplo y
respaldo nos supieron encaminar por la senda del
bien.
5
RESUMEN
Con el objetivo de cubrir las etapas en el diseño e implementación de la
programación en proyectos de automatización basados fundamentalmente en
controladores del tipo de autómatas programables industriales y sistemas de
supervisión y control, se implementa un prototipo para la producción de
Biocombustible cuya base es el aceite vegetal.
Inicialmente se presenta como fundamento toda la información importante acerca de
los sistemas y dispositivos referentes a este proyecto.
Seguidamente se indica el proceso a automatizar, con sus componentes y
especificaciones fundamentales.
Las siguientes fases en el desarrollo del proyecto van encaminadas al diseño y
realización del programa de control.
Se construye una maqueta a escala de una planta de producción de Biocombustible
estándar para la simulación del proceso, este prototipo cuenta con elementos
sensores, transmisores, preaccionadores, accionadores, cableado lógico siguiendo
normas de dimensionamiento, además de una tarjeta electrónica de relés de control
que hará la función de interfase física entre las salidas digitales del autómata (PLC) y
los accionadores del proceso tales como motores, resistencias eléctricas, válvulas
solenoides.
Para la realización del diseño del programa de control se cuenta con el software Wpl
Soft que permitirá programar los autómatas de Delta Electronics, Inc.; DVP- 20EX
(Entradas y salidas digitales/analógicas) y DVP- 14ES (Entradas y salidas digitales)
con puertos RS-232C para interfase de comunicación.
Para establecer la comunicación o el diálogo entre el autómata y el software de
supervisión y control se utilizará el programa KEPServerEx a través del protocolo
DDE (Intercambio Dinámico de Datos).
Se contará con un sistema guiado por computador, con software de arquitectura
abierta e integral (InTouch 9.5), que trabajará como control centralizado de
6
interacción humano-máquina (HMI) y que realizará la visualización, toma de datos y
registro del proceso.
7
ÍNDICE
Resumen 5
Índice General 7
Índice de Figuras 10
Índice de Tablas 13
Lista de Abreviaturas 15
INTRODUCCIÓN 17
CAPÍTULO 1 SISTEMAS SCADA
1.1. Introducción a la Automatización. 18
1.1.1. Concepto de Automatización Industrial. 19
1.1.2. Objetivos de la Automatización. 20
1.1.3. Estructura de un Sistema Automatizado. 20
1.2. Introducción a los Sistemas SCADA. 21
1.3. Concepto del Sistema. 23
1.4. Interfase Humano-Máquina (HMI). 24
1.5. Componentes de un Sistema SCADA. 24
1.5.1. Estación Maestra y computador con HMI. 25
1.5.2. Unidad Terminal Remota. 26
1.5.3. Infraestructura de Comunicación. 26
CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SENSORES Y ACTUADORES
2.1. Introducción. 29
2.2. Sensores. 30
2.2.1 Sensor de Temperatura RTD. 30
2.2.1.1. Sensor PT-100. 32
2.2.2. Sensor Capacitivo. 35
2.2.3 Sensor de Nivel Vibratorio. 39
2.2.3.1. Detector de Nivel Liquiphant T FTL20. 39
2.2.4. Sensor de Contraste. 43
2.3. Transmisores. 44
2.3.1. Transmisor de Temperatura TMT 187 47
2.4. Actuadores. 48
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13
15
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19
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20
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39
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44
47
48
8
2.4.1. Motores Eléctricos. 48
2.4.2. Sistemas de Calentamiento. 50
2.4.2.1. Resistencia Eléctrica. 50
2.4.3. Válvulas Solenoides. 51
CAPÍTULO 3 EL CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE
3.1. Introducción. 54
3.2. Funcionamiento del PLC. 54
3.3. El PLC Delta DVP. 62
3.3.1. Especificaciones generales de la Serie DVP-E. 62
3.3.2. Protocolo de comunicación Delta PLC. 63
3.3.3. Direcciones de dispositivos del PLC. 64
3.3.4. Introducción a componentes internos. 64
3.3.5. Ciclo de la MPU Delta DVP-ES Y EX. 66
3.3.6. Programación del DVP-PLC Series. 67
3.3.6.1. Editor de Modo Instrucciones. 68
3.3.6.2. Editor de Modo Diagrama. 68
3.3.6.3. Instrucciones Básicas. 70
3.3.6.4. Crear un programa. 72
3.3.6.5. Compilar y cargar un programa en el PLC. 74
CAPÍTULO 4 INTOUCH
4.1. Introducción. 76
4.2. Características. 76
4.3. Diccionario de datos (Tagname.) 77
4.4. Tipos de Etiquetas. 79
4.5.1. Tipo de Memoria (Memory). 80
4.5.2. Tipo Entrada/Salida (I/O). 80
4.6. Enlace de Animación (Animation Link). 81
4.7. Asistentes. 82
4.8. Programación Lógica (Scripts). 83
4.8.1 Tipos. 84
4.9. Alarmas. 84
4.9.1. Tipos. 85
48
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50
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54
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9
4.10. Comunicación. 86
4.10.1. DDE/ FastDDE. 86
4.10.2. Configuración de InTouch para Direcciones I/O. 86
4.10.3. El InTouch Access Names. 87
4.11. El Servidor I/O KEPServerEX. 88
4.11.1. Componentes básicos del KEPServerEX. 88
4.11.1.1. Canal de comunicación (Channel). 89
4.11.1.2. Dispositivos (Device). 90
4.11.1.3. Tags. 90
4.11.2. Comunicación InTouch/KEPServerEX. 94
.CAPÍTULO 5 SISTEMA DE CONTROL Y VISUALIZACIÓN P LANTA
PROTOTIPO BIOCOMBUSTIBLE.
5.1. Descripción del Proceso. 99
5.1.1. Componentes. 100
5.1.2. Funcionamiento. 101
5.1.3. Configuración del PLC necesario.
5.2. Solución de control con Delta PLC. 102
5.2.1. Programas PLC. 102
5.2.1.1. Programa de Control WPL Editor PLC1. 102
5.3.1.2. Programa de Control WPL Editor PLC2. 107
5.3. Interfase Humano- Máquina (HMI). 109
5.3.1. Diseño de Pantallas. 109
5.3.2. Creación de la aplicación en el Servidor KEPServerEx. 112
5.3.3. Creación del nombre de acceso en InTouch. 120
5.3.4. Creación de los Scripts. 122
CAPÍTULO 6 COSTOS
6.1. Lista de materiales utilizados.
6.2. Actividades realizadas.
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111
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132
10
Anexo A.
Datos Técnicos PLC DELTA. 123
Anexo B.
RS-232C. 134
Anexo C.
Distribución de puertos DB25. 139
Anexo D.
Tarjeta Electrónica Interfase PLC- Actuadores. 141
BIBLIOGRAFÍA. 145
133
140
145
147
151
11
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Estructura de un Sistema Automatizado 21
Figura 1.2 Ejemplo de un sistema SCADA 22
Figura 1.3 Componentes de un Sistema SCADA 25
Figura 2.1 Sensor PT100 32
Figura 2.2 Curva característica sensor PT100 32
Figura 2.3 Conexión PT100 2 Hilos 33
Figura 2.4 Conexión PT100 3 Hilos 34
Figura 2.5 Conexión PT100 4 Hilos 35
Figura 2.6 Sensor Capacitivo. Electrodo intermedio Z entre placas 36
Figura 2.7 Sensor Capacitivo. Condensador abierto 36
Figura 2.8 Sensor Capacitivo. Elemento de accionamiento 37
Figura 2.9 Función Capacitancia vs Distancia 37
Figura 2.10 Líneas Campo eléctrico Sensor Capacitivo 38
Figura 2.11 Esquema Interno Sensor Capacitivo. 38
Figura 2.12 Campo de detección del sensor capacitivo 38
Figura 2.13 Sensor Capacitivo Sick 39
Figura 2.14 Conexión eléctrica Sensor Capacitivo Sick 39
Figura 2.15 Sensor de nivel por vibración 39
Figura 2.16 Sensor Liquiphant FTL20 40
Figura 2.17 Liquiphant FTL20. Ejemplos de Instalación 41
Figura 2.18 Liquiphant FTL20. Ejemplos de Instalación. Forma Correcta 42
Figura 2.19 Liquiphant FTL20. Ejemplos de Instalación. Forma Incorrecta 42
Figura 2.20 Liquiphant FTL20. Conexión Eléctrica 43
Figura 2.21 Sensor de contraste Visolux 44
Figura 2.22 Conexión transmisor de temperatura 2 Hilos 44
Figura 2.23 Ejemplo conexión varios transmisores de temperatura 45
Figura 2.24 Esquema funcional Transmisor vs Sensor 46
Figura 2.25 Transmisor de temperatura Pt100 TMT187 47
Figura 2.26 Asignamiento de terminales Pt100 TMT187 48
Figura 2.27 Motor de inducción AC 49
Figura 2.28 Bomba centrífuga 50
Figura 2.29 Resistencia eléctrica 51
Figura 2.30 Movimiento del émbolo dentro de una bobina 52
Figura 2.31 Campo producido por una bobina 52
21
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52
12
Figura 2.32 Válvula solenoide de dos vías de acción directa 53
Figura 3.1. El PLC Delta DVP-20EX. 63
Figura 3.2. Cable DVPACAB215 (PC →PLC, 1.5m) para RS-232 63
Figura 3.3. Diagrama de tiempo de reacción del PLC Delta DVP-E 67
Figura 3.4. El WPLSoft Editor 67
Figura 3.5. Editor Modo Instrucciones 68
Figura 3.6. Editor Modo Diagramas 69
Figura 3.7. Estructura de instrucción 70
Figura 3.8. Línea de instrucción 70
Figura 3.9. Formato de datos 71
Figura 3.10. Rangos de datos 71
Figura 3.11. Direccionamiento del PLC 71
Figura 3.12. Ejemplo de función comparador 72
Figura 3.13. Ejemplo de temporizador 72
Figura 3.14. Herramientas con acceso rápido desde el teclado 72
Figura 3.15. Pantalla principal del programa 73
Figura 3.16. Ventana de comandos básicos 73
Figura 3.17. Bloque de funciones 74
Figura 3.18. Compilación de un programa 74
Figura 3.19. Cargar programa en el PLC 75
Figura 4.1. Programa InTouch 76
Figura 4.2. Método Manual para crear un tag 78
Figura 4.3. Método Automático para crear un tag 79
Figura 4.4. Tipos de Tag 79
Figura 4.5. Tipos de Enlace 82
Figura 4.6. Librería de objetos prediseñados Wizard Selection 82
Figura 4.7. Librería Symbol Factory 83
Figura 4.8. Tipos de Scripts 84
Figura 4.9. Listado de Access Name 87
Figura 4.10. Crear un Access Name 87
Figura 4.11. Ventana principal del KEPServerEx 89
Figura 4.12. Crear un canal nuevo desde la barra de herramientas o 89
con el botón derecho del ratón del PC
Figura 4.13. Crear un dispositivo nuevo desde la barra de herramientas o 90
con el botón derecho del ratón del PC
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63
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87
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89
89
90
13
Figura 4.14. Crear un tag nuevo desde la barra de herramientas o 91
con el botón derecho del ratón del PC.
Figura 4.15. Propiedades del Tag 91
Figura 4.16. Menú herramientas-opciones KEPServerEx 94
Figura 4.17. Ventana de Diálogo FastDDE/SuiteLink 95
Figura 4.18. Ejemplo aplicación en el servidor KEPServerEx 96
Figura 4.19. Ejemplo configuración del Access Name de InTouch. 97
Figura 4.20. Ejemplo configuración del Tagname Dictionary de InTouch. 98
Figura 5.1. Diagrama de Flujo del Proceso de Biocombustible 99
Figura 5.2. Maqueta representativa del Proceso de Biocombustible.
Figura 5.3. Tarjeta de Interfase entre salidas del PLC y dispositivos de campo.
Figura 5.4. Módulos con PLC´s DELTA utilizados en el proyecto.
Figura 5.5. PantallaMenú Principal 109
Figura 5.6. Pantalla Tanque Alcohol 110
Figura 5.7. Pantalla Catalizador-Aceite 110
Figura 5.8. Pantalla Reactor 111
Figura 5.9. Pantalla Decantador - Tanques Finales 111
Figura 5.10. Pantalla Registrador de temperatura Reactor 112
Figura 5.11. Creación del canal de acceso. 113
Figura 5.12. Configurando el controlador del PLC Delta 114
Figura 5.13. Puerto de comunicación en la estación maestro, velocidad de 115
transmisión y características de la trama
Figura 5.14. Creación del Dispositivo 115
Figura 5.15. Selección del modelo del Dispositivo 115
Figura 5.16. Asignación de dirección o ID del Dispositivo 116
Figura 5.17. Resumen de propiedades del Dispositivo creado 116
Figura 5.18. Ventana de la Aplicación para PLC1 Y PLC2 117
Figura 5.19. Configuración de un Tag 118
Figura 5.20. Lista de Tags del PLC1 en el Servidor de Datos 119
Figura 5.21. Lista de Tags del PLC2 en el Servidor de Datos 120
Figura 5.22. Access Name para el PLC1 120
Figura 5.23. Access Name para el PLC2 121
Figura 5.24. Lista de tags en InTouch
Figura 5.25. Escritura de Aplicación
Figura 5.26. Configurando una condición de Escritura
91
91
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120
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121
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123
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127
14
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Direcciones de dispositivos del PLC Delta 64
Tabla 2. Rangos Temporizadores PLC Delta 65
Tabla 3. Algunas Instrucciones Básicas 68
Tabla 4. Comparación comandos Modo Diagrama y Modo Instrucciones 69
Tabla 5. Tipos de Función Comparación 71
Tabla 6. Tipos de Script 84
Tabla 7. Simbólico PLC1 102
Tabla 8. Simbólico PLC2 107
Tabla 9. Direccionamiento para dispositivos Modbus ASCII 117
Tabla 10. Direcciones utilizadas del PLC DELTA DVP-ES y EX Series 118
64
65
68
69
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84
102
107
117
118
15
LISTA DE ABREVIATURAS
CPU Unidad Central de Procesamiento
(Central Processing Unit)
DCS Sistema de control distribuido
(Distributed Control System)
DDE Intercambio Dinámico de Datos
(Dynamic Data Extrange)
DLL Librerías Dinámicas de enlace
(Dynamic Link Libraries)
EEPROM Memoria de sólo lectura, alterables por medios
eléctricos
(Electric Eraser Programmable Read Only
Memory).
EPROM Memoria de sólo lectura, reprogramables con
borrado por ultravioletas
(Eraser Programmable Read Only Memory).
.
HMI Interfase Humano – Máquina
(Human Machine Interface)
I/O Entrada/Salida
(Input/Output).
MPU Unidad Principal de Procesamiento
(Main Processing Unit).
MTU Unidad Terminal Maestra
(Master Terminal Unit).
16
NTC Resistor con coeficiente de temperatura negativo
(Negative Temperatura Coeficient).
PC Computador Personal
(Personal Computer)
PLC Controlador Lógico Programable
(Programmable Logic Controllers)
PTC Resistor con coeficiente de temperatura positivo
(Positive Temperatura Coeficient).
PT-100 Termoresistencia de Platino
(Platinum Thermometer)
RAM Memoria de lectura y escritura
(Random Access Memory)
ROM Memoria de solo lectura, no reprogramable
(Read Only Memory)
RTD Detector resistivo de temperatura
(Resistive Temperatura Detector)
RTU Unidad Terminal Remota
(Remote Terminal Unit)
SCADA Control Supervisor y Adquisición de Datos
(Supervisory Control and Data Adquisition).
17
INTRODUCCIÓN
Este proyecto se divide en dos partes fundamentales. Una parte teórica donde
revisamos las características que debe presentar un sistema SCADA; así como, la
configuración, estructura e integración de sus componentes: Software y Hardware; es
decir, la parte lógica y física del sistema que permite el funcionamiento de las
distintas partes de la industria donde se aplica, como un único sistema funcional.
La segunda parte es práctica. Mediante dos PLC´s de Delta Electronics, un PC y el
programa InTouch implementaremos una pequeña aplicación SCADA en nuestro
computador. Cabe decir que esta aplicación es una introducción a la supervisión
mediante software SCADA en formato HMI. Aunque en dicha parte aparezcan datos
teóricos más específicos sobre estos sistemas, estos tendrán relación práctica con el
trabajo realizado en éste proyecto. La finalidad es implementar un sistema de control
y de visualización del proceso de producción de biocombustible desde un PC el cual
será representado por una maqueta con dispositivos industriales reales y simulados.
El control lógico secuencial lo realizarán los PLC´s a donde ingresan todas las
señales de entrada del sistema (parámetros del proceso como nivel, temperatura) el
cual procesará toda la información y enviará señales de salida para controlar y
regular el proceso (controles como arranque de motores, control de válvulas, etc.)
La interfase HMI desarrollada en InTouch permitirá supervisar el control de la planta
y no solamente monitorear las variables que en un momento determinado están
actuando sobre la planta; esto es, podemos actuar y cambiar las variables de control
en tiempo real, algo que pocos sistemas permiten con la facilidad intuitiva que dan
los sistemas SCADA.
18
CAPÍTULO 1
SISTEMAS SCADA
1.1. INTRODUCCIÓN A LA AUTOMATIZACIÓN.
Las primeras máquinas eran simples que sustituían una forma de esfuerzo en otra
forma que fueran manejadas por el ser humano, tal como levantar un gran peso con
sistema de poleas o con una palanca. Posteriormente las máquinas fueron capaces de
sustituir formas naturales de energía renovable, tales como el viento, mareas, o un
flujo de agua. Los botes a vela sustituyeron a los botes de remos. Todavía después,
algunas formas de automatización fueron controladas por mecanismos de relojería o
dispositivos similares utilizando algunas formas de fuentes de poder artificiales,
algún resorte, un flujo canalizado de agua o vapor para producir acciones simples y
repetitivas, tal como figuras en movimiento, creación de música etc. Dichos
dispositivos caracterizaban a figuras humanas, fueron conocidos como autómatas y
datan posiblemente desde el año 300 AC.
La parte más visible de la automatización actual puede ser la robótica industrial.
Algunas ventajas son repetibilidad, control de calidad más estrecho, mayor
eficiencia, integración con sistemas empresariales, incremento de productividad y
reducción de trabajo. Algunas desventajas son requerimientos de un gran capital,
decremento severo en la flexibilidad, y un incremento en la dependencia del
mantenimiento y reparación.
Para mediados del siglo 20, la automatización había existido por muchos años en una
escala pequeña, utilizando mecanismos simples para automatizar tareas sencillas de
manufactura. Sin embargo el concepto solamente llego a ser realmente práctico con
la adición y evolución de las computadoras digitales, cuya flexibilidad permitió
manejar cualquier clase de tarea. Las computadoras digitales con la combinación
requerida de velocidad, poder de cómputo, precio y tamaño empezaron a aparecer en
la década de 1960s. Antes de ese tiempo, las computadoras industriales era
exclusivamente computadoras analógicas y computadoras híbridas. Desde entonces
las computadoras digitales tomaron el control de la mayoría de las tareas simples,
repetitivas, tareas semiespecializadas y especializadas, con algunas excepciones
notables en la producción e inspección de alimentos. Como un famoso dicho
anónimo dice, "para muchas y muy cambiantes tareas, es difícil remplazar al ser
19
humano, quienes son fácilmente vueltos a entrenar dentro de un amplio rango de
tareas, más aún, son producidos a bajo costo por personal sin entrenamiento."
Existen muchos trabajos donde no existe riesgo inmediato de la automatización.
Ningún dispositivo ha sido inventado que pueda competir contra el ojo humano para
la precisión y certeza en muchas tareas; tampoco el oído humano. La mayoría de los
seres humanos puede identificar y distinguir mayor cantidad de esencias que
cualquier dispositivo automático. Las habilidades para el patrón de reconocimiento
humano, reconocimiento de lenguaje y producción de lenguaje se encuentran más
allá de cualquier expectativa de los ingenieros de automatización.
Las computadoras especializadas, referidas como Controlador Lógico Programable,
son utilizadas frecuentemente para sincronizar el flujo de entradas de sensores y
eventos con el flujo de salidas a los actuadores y eventos.
Las interfaces Humano-Máquina (HMI), son comúnmente empleadas para
comunicarse con los PLCs y otras computadoras, para labores tales como introducir
y monitorear temperaturas o presiones para controles automáticos o respuesta a
mensajes de alarma.
1.1.1. CONCEPTO DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL.
Automatización Industrial . (Automatización; del griego antiguo: guiado por uno
mismo) es el uso de sistemas o elementos computarizados para controlar maquinarias
y/o procesos industriales substituyendo a operadores humanos. El alcance va más
allá que la simple mecanización de los procesos ya que ésta provee a operadores
humanos mecanismos para asistirlos en los esfuerzos físicos del trabajo, la
automatización reduce ampliamente la necesidad sensorial y mental del humano. La
automatización como una disciplina de la ingeniería es más amplia que un mero
sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye los sensores y
transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los sistemas de
transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para
supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales.
1.1.2. OBJETIVOS DE LA AUTOMATIZACIÓN.
Los objetivos principales que hacen de la automatización un factor importante son:
20
a) Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costes de la
producción y mejorando la calidad de la misma.
b) Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos
penosos e incrementando la seguridad.
c) Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente.
d) Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades
necesarias en el momento preciso.
e) Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes
conocimientos para la manipulación del proceso productivo.
f) Integrar la gestión y producción.
1.1.3. ESTRUCTURA DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO.
Un sistema automatizado consta de dos partes principales:
Parte de Mando
Parte Operativa
La Parte Operativa es la parte que actúa directamente sobre el proceso o máquina.
Son los elementos que hacen que el proceso funcione y realice la operación deseada.
Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores del proceso como
motores, servomotores, cilindros neumáticos o hidráulicos, compresores, etc., y los
captadores o sensores como interruptores de nivel, sensores de temperatura, finales
de carrera, etc.
La Parte de Mando suele ser un autómata programable (tecnología programada),
aunque hasta hace bien poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas
electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada). En un sistema de
fabricación automatizado el autómata programable está en el centro del sistema. Este
debe ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de sistema automatizado.
21
Figura 1.1. Estructura de un Sistema Automatizado
1.2. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS SCADA.
SCADA, por sus siglas en inglés Supervisory Control and Data Adquisition (en
español, Control supervisorio y adquisición de datos). Comprende todas aquellas
soluciones de aplicación para referirse a la captura de información de un proceso o
planta industrial (aunque no es absolutamente necesario que pertenezca a este
ámbito), con esta información es posible realizar una serie de análisis o estudios con
los que se pueden obtener valiosos indicadores que permitan una retroalimentación
sobre un operador o sobre el propio proceso, tales como:
Indicadores sin retroalimentación inherente (no afectan al proceso, sólo al operador):
Estado actual del proceso. Valores instantáneos;
Desviación o deriva del proceso. Evolución histórica y acumulada;
Indicadores con retroalimentación inherente (afectan al proceso, después al operador):
Generación de alarmas;
HMI Human Machine Interface (Interfase humano-máquina);
Toma de decisiones:
DIALOGO
22
Mediante operatoria humana;
Automática (mediante la utilización de sistemas basados en el conocimiento o sistemas expertos).
Figura 1.2. Ejemplo de un sistema SCADA
Esta información capturada es de aplicación en plantas industriales tal y como pueden ser:
Monitorear procesos químicos, físicos o de transporte en sistemas de
suministro de agua, para controlar la generación y distribución de energía
eléctrica de gas o en oleoductos y otros procesos de distribución.
Gestión de la producción (facilita la programación de la fabricación);
Mantenimiento (proporciona magnitudes de interés tales para evaluar y
determinar modos de fallo, índices de fiabilidad, entre otros);
Control de Calidad (proporciona de manera automatizada los datos necesarios
para calcular índices de estabilidad de la producción);
El sistema SCADA lee las medidas de flujo y nivel y envía los puntos de ajuste a los PLCs.
PLC1 compara la medida de flujo con el punto de ajuste, controla la velocidad de la bomba hasta igualar el flujo ajustado.
PLC2 compara la medida de nivel con el punto de ajuste, controla el flujo a través de la válvula hasta igualar el nivel ajustado
23
Administración (actualmente pueden enlazarse estos datos del SCADA con
un servidor ERP (Enterprise Resource Planning o sistema de planificación de
recursos empresariales), e integrarse como un módulo más);
Tratamiento histórico de información (mediante su incorporación en bases de
datos).
1.3. CONCEPTO DEL SISTEMA.
Un sistema SCADA es una aplicación o conjunto de aplicaciones software
especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores de control de producción,
con acceso a la planta mediante la comunicación digital con los instrumentos y
actuadores e interfaz gráfica de alto nivel con el usuario (pantallas táctiles, ratones o
cursores, lápices ópticos, etc.).
Las funciones contenidas están restringidas casi siempre al sitio base o un nivel de
capacidad supervisada. Por ejemplo un PLC puede controlar la temperatura del
material contenido en un tanque a través de un proceso, pero un sistema SCADA
puede permitirle a un operador el cambio del punto de control para la temperatura y
podrá permitir grabar y mostrar cualquier condición de alarma como una alta
temperatura. El control cíclico de retroalimentación es cerrado a través del RTU o el
PLC; el sistema SCADA monitorea el desempeño en conjunto y su retorno.
La adquisición de datos inicia al nivel del RTU o del PLC e incluye lectores de
medidores y equipo de estado que están comunicados con SCADA según su
requerimiento. Los datos son recopilados y formateados de tal manera que un
operador en el centro de control usando la interfase humano-máquina puede
supervisar apropiadamente decisiones que pueden ser requeridas para ajustar o
normalizar una variable en los controles RTU (o PLC).
En consecuencia, supervisamos el control de la planta y no solamente monitoreamos
las variables que en un momento determinado están actuando sobre la planta; esto es,
podemos actuar y modificar las variables de control en tiempo real. Esto es posible al
adquirir un sistema SCADA o sistema de control distribuido (DCS) por un proveedor
simple, es posible también al ensamblar un sistema SCADA por componentes como
Wonderware InTouch, WinCC de Siemens, Allen-Bradley & General Electric PLCs,
equipos de comunicación Ethernet etc, PLC's Simatic.
24
1.4. INTERFASE HUMANO-MÁQUINA (HMI)
Una interfase Humano - Maquina o HMI (por su siglas en inglés) es el dispositivo
que presenta los datos a un operador (humano) y a través del cual este controla el
proceso.
La industria de HMI nació esencialmente de la necesidad de estandarizar la manera
de monitorear y de controlar múltiples controles remotos, PLCs y otros mecanismos
de control. Mientras que un PLC provee automáticamente un control pre-programado
sobre un proceso, ellos usualmente se distribuyen a lo largo de toda la planta,
haciendo difícil recoger los datos de manera manual. Históricamente los PLC no
tienen una manera estándar de presentar la información al operador. La obtención de
los datos por el sistema SCADA parte desde el PLC y otros controladores por medio
de algún tipo de red y luego esta información es combinada y formateada.
Un HMI puede tener también vínculos con una base de datos para proveer las
tendencias, los datos de diagnóstico y manejo de la información así como un
cronograma de procedimientos de mantenimiento, información logística, esquemas
detallados para un sensor o máquina en particular, incluso sistemas expertos con guía
de resolución de problemas. Desde cerca de 1998, virtualmente todos los productores
principales de PLC ofrecen integración con sistemas HMI/SCADA, muchos de ellos
usan protocolos de comunicaciones abiertos y no propietarios. Numerosos paquetes
de HMI/SCADA de terceros ofrecen compatibilidad incorporada con la mayoría de
PLCs, incluyendo la entrada al mercado de ingenieros mecánicos, eléctricos y
técnicos para configurar estas interfases por sí mismos, sin la necesidad de un
programa hecho a medida escrito por un desarrollador de software.
SCADA es popular debido a esta compatibilidad y seguridad. Esta se usa desde
aplicaciones pequeñas, como controladores de temperatura en un espacio, hasta
aplicaciones muy grandes como el control de plantas nucleares.
1.5. COMPONENTES DE UN SISTEMA SCADA.
Los tres componentes de un sistema SCADA son:
1. Estación Maestra y Computador con HMI (MTU).
2. Múltiples Unidades de Terminal Remota (RTU, PLC o Estaciones Externas).
25
3. Infraestructura de Comunicación
Figura 1.3. Componentes de un Sistema SCADA
1.5.1. ESTACIÓN MAESTRA Y COMPUTADOR CON HMI.
El término "Estación Maestra" o MTU se refiere a los servidores y el software
responsable de comunicarse con el equipo del campo (RTUs, PLCs, etc.) en estos se
encuentra el software HMI ejecutándose para las estaciones de trabajo en el cuarto de
control, o en cualquier otro lado. En un sistema SCADA pequeño, la estación
maestra puede estar en un solo computador, A gran escala, en los sistemas SCADA
la estación maestra puede incluir muchos servidores, aplicaciones de software
distribuido, y sitios de recuperación de desastres.
El sistema SCADA usualmente presenta la información al personal operativo de
manera gráfica, en la forma de un diagrama de representación. Esto significa que el
operador puede ver un esquema que representa la planta que está siendo controlada.
Por ejemplo un dibujo de una bomba conectada a la tubería puede mostrar al
operador cuanto fluido esta siendo bombeado desde la bomba a través de la tubería
en un momento dado. El software HMI mostrará el promedio de fluido en la tubería
decrementándose en tiempo real.
26
Los diagramas de representación pueden consistir en gráficos de líneas y símbolos
esquemáticos para representar los elementos del proceso, o pueden consistir en
fotografías digitales de los equipos sobre los cuales se animan las secuencias.
El paquete HMI para el sistema SCADA típicamente incluye un programa de dibujo
con el cual, los operadores o el personal de mantenimiento del sistema usan para
cambiar la manera que estos puntos son representados en la interfase.
1.5.2. UNIDAD TERMINAL REMOTA.
Estos computadores están situados en los nodos estratégicos del sistema gestionando
y controlando las subestaciones del sistema, reciben las señales de los sensores de
campo, y comandan los elementos finales de control ejecutando el software de la
aplicación SCADA.
Se encuentran en el nivel intermedio o de automatización, a un nivel superior está el
MTU y a un nivel inferior los distintos instrumentos de campo que son los que
ejercen la automatización física del sistema, control y adquisición de datos.
Estos computadores no tienen porque ser PCs, ya que la necesidad de soportar un
HMI no es tan grande a este nivel, por lo tanto suelen ser ordenadores industriales
tipo armarios de control, aunque en sistemas muy complejos puede haber
subestaciones intermedias en formato HMI.
Una tendencia actual es la de dotar a los PLCs (en función de las E/S a gestionar) con
la capacidad de funcionar como RTUs gracias a un nivel de integración mayor y
CPUs con mayor potencia de cálculo. Esta solución minimiza costes en sistemas
donde las subestaciones no sean muy complejas sustituyendo el ordenador industrial
mucho más costoso.
1.5.3. INFRAESTRUCTURA DE COMUNICACIÓN.
· RED DE COMUNICACIÓN: Éste es el nivel que gestiona la información que los
instrumentos de campo envían a la red de ordenadores desde el sistema. El tipo de
BUS utilizado en las comunicaciones puede ser muy variado según las necesidades
del sistema y del software escogido para implementar el sistema SCADA, ya que no
27
todos los programas (así como los instrumentos de campo como PLCs) pueden
trabajar con todos los tipos de BUSES.
Hoy en día, gracias a la estandarización de las comunicaciones con los dispositivos
de campo, podemos implementar un sistema SCADA sobre prácticamente cualquier
tipo de BUS. Podemos encontrar SCADA´s sobre formatos estándares como los RS-
232, RS-422 y RS-485, hasta formas más modernas de comunicación como
Bluetooth (Bus de Radio), Micro-Ondas, Satélite, Cable.
A parte del tipo de BUS, existen interfaces de comunicación especiales para la
comunicación en un sistema SCADA como puede ser módems para estos sistemas
que soportan los protocolos de comunicación SCADA y facilitan la implementación
de la aplicación.
Otra característica de las comunicaciones de un sistema SCADA es que la mayoría se
implementan sobre sistemas WAN de comunicaciones, es decir, los distintos
terminales RTU pueden estar deslocalizados geográficamente.
· GESTIÓN Y ARCHIVO DE DATOS: Se encarga del almacenamiento y procesado
ordenada de los datos, según formatos inteligibles para periféricos hardware
(impresoras, registradores) o software (bases de datos, hojas de cálculo) del sistema,
de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos.
Pueden seleccionarse datos de planta para ser capturados a intervalos periódicos, y
almacenados como un registro histórico de actividad, o para ser procesados
inmediatamente por alguna aplicación software para presentaciones estadísticas,
análisis de calidad o mantenimiento.
Esto último se consigue con un intercambio de datos dinámico entre el SCADA y el
resto de aplicaciones que corren bajo el mismo sistema operativo.
Por ejemplo, el protocolo DDE de Windows permite intercambio de datos en tiempo
real. Para ello, el sistema SCADA actúa como un servidor DDE que carga variables
de planta y las deja en memoria para su uso por otras aplicaciones Windows, o las lee
en memoria para su propio uso después de haber sido escritas por otras aplicaciones.
28
Una vez procesados, los datos se presentan en forma de gráficas analógicas,
histogramas, etc., que permiten después analizar la evolución global del proceso.
· EL MÓDULO DE COMUNICACIONES: contiene los controladores o drivers de
conexión con el resto de elementos digitales conectados, entendiendo el driver como
un programa (software) que se encarga de la iniciación del enlace, aplicación de los
formatos, ordenación de las transferencias, etc., en definitiva, de la gestión del
protocolo de comunicación. Estos protocolos pueden ser abiertos (Modbus, Fieldbus,
Map, etc.), o propios de fabricante.
Estos controladores, propios del sistema SCADA, deben comunicarse con otros
paquetes de software por medio de DDE (Dynamic Data Exchange) DLL (Dynamic
Link Libraries) como canal de comunicación, implementados por el sistema
operativo, que permite que diversos paquetes de software envíen y reciban datos
comunes. Por ejemplo se puede relacionar una celda de una hoja de cálculo con una
variable del sistema y así variar puntos de consignas del proceso, o bien
comunicación directa con los controladores de E/S de los dispositivos de campo.
29
CAPÍTULO 2
DISPOSITIVOS SENSORES Y ACTUADORES
2.1. INTRODUCCIÓN.
En un sistema automatizado, el sensor es el elemento dispuesto expresamente con la
misión de obtener información, en forma de señal eléctrica, sobre la propiedad
medida.
Sensor y transductor se emplean a veces como sinónimos, pero sensor sugiere un
significado más extenso: la ampliación de los sentidos para adquirir un conocimiento
de cantidades físicas que, por su naturaleza o tamaño, no pueden ser percibidas
directamente por los sentidos. Transductor, en cambio, sugiere que la señal de
entrada y la salida no deben ser homogéneas. Para el caso en que lo fueran se
propuso el término “modificador”, pero no tuvo aceptación.
La distinción entre transductor de entrada (señal física/señal eléctrica) y transductor
de salida (señal eléctrica presentación) está prácticamente en desuso. La tendencia
actual, particularmente en robótica, es emplear el término sensor para designar al
transductor de entrada, y el término actuador o accionamiento para designar el
transductor de salida. Los primeros pretenden la obtención de información, mientras
que los segundos buscan la conversión de energía.
A veces, sobre todo en el caso de la medida de magnitudes mecánicas, puede
señalarse la presencia de un elemento designado como sensor primario, que convierte
la variable de medida en una señal de medida, siendo el sensor electrónico quien la
convierte en una señal eléctrica. Por ejemplo un método para medir una diferencia de
presiones, consiste en emplear un diafragma cuya deformación se mide mediante una
galga extensiométrica. En este caso el diafragma es el sensor primario y la galga hace
de transductor. No obstante se denomina transductor al conjunto de ambos
elementos.
30
2.2. SENSORES.
Un sensor o captador, como prefiera llamársele, no es más que un dispositivo
diseñado para recibir información de una magnitud del exterior y transformarla en
otra magnitud, normalmente eléctrica, que seamos capaces de cuantificar y
manipular.
Normalmente estos dispositivos se encuentran realizados mediante la utilización de
componentes pasivos (resistencias variables, PTC, NTC, LDR, etc. todos aquellos
componentes que varían su magnitud en función de alguna variable), y la utilización
de componentes activos.
Pero el tema constructivo de los sensores lo dejaremos a un lado, ya que no es el
tema que nos ocupa, pretendemos explicar brevemente los tipos de sensores
utilizados para este proyecto.
2.2.1 SENSOR DE TEMPERATURA RTD.
Los metales puros tienen un coeficiente de resistencia de temperatura positivo
bastante constante. El coeficiente de resistencia de temperatura, generalmente
llamado coeficiente de temperatura es la razón de cambio de resistencia al cambio
de temperatura. Un coeficiente positivo significa que la resistencia aumenta a medida
que aumenta la temperatura. Si el coeficiente es constante, significa que el factor de
proporcionalidad entre la resistencia y la temperatura es constante y que la
resistencia y la temperatura se graficarán en una línea recta.
Termómetros de Resistencia: La medición de temperatura utilizando sondas de
resistencia depende de las características de resistencia en función de la temperatura
que son propias del elemento de detección.
El elemento consiste usualmente en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor
adecuado bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento
de vidrio o de cerámica.
El material que forma el conductor se caracteriza por el llamado "coeficiente de
temperatura de resistencia" que expresa, a una temperatura especificada, la
variación de la resistencia en ohmios del conductor por cada grado que cambia su
temperatura.
31
La relación entre estos factores puede verse en la expresión lineal siguiente:
Rt = R0 (1 + a t)
En la que:
R0 = Resistencia en ohmios a 0°C.
Rt = Resistencia en ohmios de la temperatura t en °C.
a = Coeficiente de temperatura de la resistencia.
t = Temperatura en °C
Cuando se usa un alambre de metal puro para la medición de temperatura, se le
refiere como detector resistivo de temperatura, o RTD (por las siglas en ingles de
resistive temperature detector).
El detector resistivo de temperatura (RTD) se basa en el principio según el cual la
resistencia de todos los metales depende de la temperatura. La elección del platino en
los RTD de la máxima calidad permite realizar medidas más exactas y estables hasta
una temperatura de aproximadamente 500 ºC. Los RTD más económicos utilizan
níquel o aleaciones de níquel, pero no son tan estables ni lineales como los que
emplean platino.
Los termómetros de resistencia de platino (PRT) ofrecen excelente exactitud por
encima de un amplio rango de temperatura (de -200 a 850 °C) y están disponibles de
muchos fabricantes con varias especificaciones de exactitud y las numerosas
opciones del empaquetamiento para satisfacer la mayoría de las aplicaciones.
El principio de funcionamiento es medir la resistencia de un elemento de platino. El
tipo más común (PT100) tiene una resistencia de 100 ohmios a 0°C y 138.4 ohmios a
100 °C. Hay también PT1000 sensores que tienen una resistencia de 1000 ohmios a 0
°C.
32
La relación entre temperatura y la resistencia es aproximadamente lineal encima de
un rango de temperatura pequeño: por ejemplo, si usted asume que es lineal encima
de los 0 a 100 °C, el error a las 50 °C es 0.4 °C.
Para precisión de la medida, es necesario linealizar la resistencia para obtener una
temperatura exacta.
2.2.1.1. SENSOR PT-100.
Un Pt100 es un sensor de temperatura tipo RTD. Consiste en un alambre de platino
que a 0 °C tiene 100 ohms y que al aumentar la temperatura aumenta su resistencia
eléctrica.
Figura 2.1. Sensor PT100
El incremento de la resistencia no es lineal pero si creciente y característico del
platino de tal forma que mediante tablas es posible encontrar la temperatura exacta a
la que corresponde.
Figura 2.2. Curva característica sensor PT100
33
Normalmente las Pt100 industriales se consiguen encapsuladas en la misma forma
que las termocuplas, es decir dentro de un tubo de acero inoxidable ú otro material en
un extremo está el elemento sensible (alambre de platino) y en el otro está el terminal
eléctrico de los cables protegido dentro de una caja redonda de metal.
Los Pt100 pueden fácilmente entregar precisiones de una décima de grado con la
ventaja que la Pt100 no se descompone gradualmente entregando lecturas erróneas,
si no que normalmente se abre, con lo cual el dispositivo medidor detecta
inmediatamente la falla del sensor y da aviso. Este comportamiento es una gran
ventaja en usos como cámaras frigoríficas donde una desviación no detectada de la
temperatura podría producir algún daño grave.
Además la Pt100 puede ser colocada a cierta distancia del medidor sin mayor
problema (hasta unos 30 metros) utilizando cable de cobre convencional para hacer
la extensión.
Conexión de la PT-100: Existen 3 modos de conexión para las Pt100, cada uno de
ellos requiere un instrumento lector distinto.
El objetivo es determinar exactamente la resistencia eléctrica R (t) del elemento
sensor de platino sin que influya en la lectura la resistencia de los cables Rc.
Conexión con dos hilos: El modo más sencillo de conexión (pero menos
recomendado) es con solo dos cables. En este caso las resistencias de los cables Rc1
y Rc2 que unen la Pt100 al instrumento se suman generando un error inevitable. El
lector medirá el total R (t)+Rc1+Rc2 en vez de R (t). Lo único que se puede hacer es
usar cable lo más grueso posible para disminuir la resistencia de Rc1 y Rc2 y así
disminuir el error en la lectura.
Figura 2.3. Conexión PT100 2 Hilos
34
Por ejemplo si la temperatura es 90°C, entonces R (t) = 134.7 ohmios, pero si el
cable Rc1 tiene 1.3 ohmios y el Rc2 tiene 1.2 ohmios entonces la resistencia medida
será 134.7+1.3+1.2 = 137.2 ohmios y la lectura del instrumento será 96 °C.
Un cable común razonablemente grueso sería uno de diámetro equivalente a 18
AWG. La resistencia de este cable es 0.0193 ohmios por metro.
Por ejemplo si se usa este cable para medir una resistencia a 15 metros de distancia,
la resistencia total de los cables será 15*2*0.0193 = 0.579 ohmios lo que inducirá un
error de 1.5°C en la lectura.
Conexión con tres hilos: El modo de conexión de 3 hilos es el más común y resuelve
bastante bien el problema de error generado por los cables.
Figura 2.4. Conexión PT100 3 Hilos
El único requisito es que los tres cables tengan la misma resistencia eléctrica pues el
sistema de medición se basa (casi siempre) en el "puente de Wheatstone". Por
supuesto el lector de temperatura debe ser para este tipo de conexión.
Se hace pasar una corriente conocida a través de los cables comunes con lo cual el
instrumento mide 2Rc. Luego mide la resistencia por el cable independiente y uno de
los cables comunes para finalmente restarle 2Rc al valor medido y obtener R (t).
Conexión con cuatro hilos: El método de 4 hilos es el más preciso de todos, los 4
cables pueden ser distintos (distinta resistencia) pero el instrumento lector es más
costoso.
35
Figura 2.5. Conexión PT100 4 Hilos
Por los cables 1 y 4 se hace circular una corriente I conocida a través de R (t)
provocando una diferencia de potencial V en los extremos de R (t).
Los cables 2 y 4 están conectados a la entrada de un voltímetro de alta impedancia
luego por estos cables no circula corriente y por lo tanto la caída de potencial en los
cables Rc2 y Rc3 será cero (dV=Ic*Rc=0*Rc=0) y el voltímetro medirá exactamente
el voltaje V en los extremos del elemento R(t).
Finalmente el instrumento obtiene R (t) al dividir V medido entre la corriente I
conocida.
2.2.2. SENSOR CAPACITIVO
Un condensador en su forma tradicional se compone de dos placas de electrodo y un
dieléctrico, un medio no conductivo, o bien, sólo de conductibilidad débil.
La capacidad C = ξ (A/d) es determinada por la superficie A, la distancia d, y la
constante dieléctrica ξ = (ξ0 × ξr) .
ξ; indica la propiedad dieléctrica de este medio.
ξ0; es la constante dieléctrica absoluta del vacío.
ξr; es la constante dieléctrica, una constante del material (dependiente de la
densidad).
El electrodo del sensor y su efecto se explican mediante una deducción paso a paso
de su forma geométrica. Los campos de dispersión en los bordes de placas no deben
tenerse en cuenta.
36
En el centro, entre dos placas circulares A1 y A2 de un condensador, se encuentra a
una distancia d/2 un “electrodo intermedio” Z adicional plegado, de buena
conductibilidad, de grosor D = 0.
Figura 2.6. Electrodo intermedio Z entre placas
Una tensión aplicada genera un campo eléctrico entre A1 y A2. Éste induce en el
electrodo Z el potencial U/2.
Como consecuencia de ello, el “electrodo intermedio” asume la función de otra placa
de condensador. De este modo, el condensador queda dividido tanto geométrica
como eléctricamente en dos condensadores conectados en serie.
Si se desensamblan estos condensadores parciales, las placas A1 y A2 se encuentran
una junto a otra en un mismo plano y el “electrodo intermedio” Z en un segundo
plano a la distancia d/2.
Así se obtiene un condensador “abierto”.
Figura 2.7. Condensador abierto
37
Los campos están orientados en sentido opuesto en las mitades de condensador.
En sensores capacitivos este condensador “abierto” se emplea como elemento
sensor. La placa A2 está, sin embargo, concebida para la simetría del campo eléctrico
como un electrodo en anillo concéntrico respecto a A1 (carcasa), y el “electrodo
intermedio” es el “elemento de accionamiento”. La “superficie activa” de este
elemento sensor corresponde al electrodo en anillo A2.
Figura 2.8. Elemento de accionamiento
La fórmula de capacidad también sigue siendo válida con las premisas definidas
anteriormente para esta geometría de condensador.
Por tanto, el valor de capacidad C como función de la distancia disminuye de forma
hiperbólica (con 1/d).
Figura 2.9. Función capacitancia vs distancia
Los materiales no conductivos (plásticos, vidrio y también líquidos) pueden ser
detectados por sensores capacitivos si ξr es muy superior a ξ0; las consideraciones
realizadas hasta ahora se basaban en que para las líneas de campo el recorrido de
menor resistencia pasa por el elemento de accionamiento.
Si ahora falta el elemento de accionamiento (d → ∞; ξr = 1, C → 0) las líneas
discurren en forma de arco del electrodo central al electrodo en anillo. El recorrido
de menor resistencia está determinado por el efecto de rechazo de las líneas de
campo de idéntico sentido. De este modo, los arcos y sus distancias van aumentando
cada vez más hacia fuera.
38
Figura 2.10. Líneas Campo eléctrico Sensor Capacitivo
Si un elemento de accionamiento eléctrico no conductivo penetra en el campo de el
sensor, la capacidad varía proporcionalmente a ξr y a la profundidad de penetración,
o bien, a la distancia respecto a la “superficie activa”.
Los grupos funcionales de un detector de proximidad capacitivo son los siguientes:
Figura 2.11. Esquema Interno Sensor Capacitivo.
Superficie activa es la zona a través de la cual el campo de sensor de alta frecuencia
penetra en el espacio de aire. Está determinada principalmente por la superficie
básica de la cubierta protectora y corresponde aproximadamente la superficie del
electrodo de sensor externo.
Figura 2.12. Campo de detección del sensor capacitivo
Ejemplos de aplicación: Vigilancias de nivel de llenado en caso de:
Líquidos
39
Sustancias pulverizadas y granuladas
Detección y cómputo de piezas de los siguientes materiales:
Metales
Plásticos
Vidrio
Para nuestra aplicación hemos utilizado un sensor capacitivo como interruptor de
nivel. Se trata de un sensor marca SICK modelo CM18-12NPP KW1
Figura 2.13 Sensor capacitivo Sick Figura 2.14 Conexión eléctrica
2.2.3. SENSOR DE NIVEL VIBRATORIO.
Su función es detectar nivel por vibración ya que dispone de un sistema de diapasón
vibratorio.
El circuito electrónico actúa sobre un sistema piezoeléctrico, el cual hace vibrar el
diapasón a su frecuencia natural. El cambio de frecuencia en presencia de un líquido
o de amplitud en presencia de un sólido, es detectado por el circuito de control, que
cambia el estado de la señal de salida.
Figura 2.15 Sensor de nivel por vibración
2.2.3.1. INTERRUPTOR DE NIVEL LIQUIPHANT FTL20.
El Liquiphant FTL 20 es un interruptor de límite de nivel para todos los tipos de
fluidos y se usa en tanques, recipientes y tuberías.
40
Es usado en tanques como un protector de sobrellenado o como un protector de la
bomba cuando los depósitos a descargar se quedan vacíos.
El FTL 20 es ideal para las aplicaciones en las qué previamente se usó un interruptor
de nivel tipo flotador y sensores conductivo, capacitivo y óptico. También funciona
en aplicaciones que son impropias para los métodos anteriores midiendo debido a
conductibilidad, incrementos de flujo, turbulencia, burbujas de aire.
El FTL 20 no es conveniente para áreas peligrosas, áreas de higiene y áreas donde la
temperatura media esta por encima de los 100°C.
Entre los beneficios importantes podemos mencionar los siguientes:
La seguridad operacional, fiabilidad y aplicabilidad universal a través del uso
del principio de medición por vibración de horquillas.
Opción de prueba externa por medio de un imán natural.
Control en sitio gracias a la luz piloto integrada.
Fácil para instalar incluso en puntos de difícil acceso debido a su
construcción compacta.
Cubierta resistente en acero inoxidable.
Figura 2.16. Sensor Liquiphant FTL20
41
Descripción funcional: Las horquillas de sintonización del FTL 20 son excitadas a
su frecuencia de resonancia por medio de un accionador piezoeléctrico. Esta
frecuencia cambia si las horquillas son cubiertas por el fluido.
La electrónica del FTL20 monitorea la frecuencia de resonancia e indica si las
horquillas de sintonización están oscilando libremente o si el fluido está cubriéndolo.
Ejemplos de instalación: El Liquiphant FTL 20 puede instalarse en cualquier
posición en un tanque o tubería. La formación de espuma no deteriora su función.
Figura 2.17 Ejemplos de Instalación Liquiphant FTL20.
Ejemplo 1: Protección de sobrellenado o detección de nivel alto.
Ejemplo 2: Protección de bombas en depósitos vacíos.
Ejemplo 3: Detección de nivel bajo.
Instrucciones de aplicación: Es conveniente para cualquier fluido, considerando que
las horquillas del FTL 20 puedan oscilar libremente. El fluido también puede
contener sólidos más pequeños que 5 mm.
El FTL 20 incluso funciona cuando un ligero depósito se ha formado en las
horquillas.
Cuando es instalado en espacios confinados o cuando es usado en fluidos viscosos,
las horquillas no pueden oscilar suficientemente. Entonces el sensor detecta
incorrectamente, las horquillas han sido cubiertas por el fluido.
42
Figura 2.18. Forma Correcta Figura 2.19. Forma Incorrecta
El FTL 20 puede conectarse en dos modos de operación. Estos pueden ser modo
Máximo o Mínimo. Nosotros podemos seleccionar el tipo de operación a trabajar.
MAX– Modo máximo
El FTL 20 mantiene el interruptor electrónico cerrado siempre que el
nivel del fluido esté debajo de las horquillas.
Ejemplo aplicación: protección del sobrellenado
MIN– Modo mínimo
El FTL 20 mantiene el interruptor electrónico cerrado siempre que las
horquillas se sumerjan en el fluido.
Ejemplo aplicación: protección para bombas en depósitos vacíos.
Como se muestra en la figura 2.20 se requiere de un relé externo para el
funcionamiento del circuito de control del sensor. Ya sea en el modo para nivel
mínimo o máximo cualquier cambio de estado en el sensor se reflejará en el relé
externo que a su vez con sus contactos independientes conmutarán la señal requerida
por el elemento de control, en nuestro caso el controlador lógico programable.
43
Figura 2.20. Conexión Eléctrica.
2.2.4. SENSOR DE CONTRASTE
Los detectores de contraste funcionan según el principio de los sensores de
proximidad fotoeléctricos. En una distancia constante de la exploración, hasta 30
tonos grises, de una escala que se extiende de negro al blanco, pueden ser
distinguidos. Esta característica es esencial para detectar las marcas de contraste, por
ejemplo barras de color impresas. La diferencia de contraste entre la marca y el
fondo es el factor principal que determina la legibilidad de una marca. La superficie
del material puede ser mate o brillante, y se puede hacer sobre papel, plástico o
metal.
Para nuestra aplicación hemos utilizado un sensor escáner de luminiscencia marca
Visolux el cual cubre un espectro de frecuencia visible grande, las varias versiones
pueden detectar diferencias de contraste desde 9.5mm hasta 120mm. Transmiten luz
ultravioleta que se reflejan fuera de marcas luminiscentes u objetos. El escáner
evalúa las reflexiones del color del objeto y proporciona una salida o pulso de
voltaje.
44
Figura 2.21. Sensor de contraste Visolux
2.3. TRANSMISORES
El primer instrumento en la línea, después del sensor de temperatura, es a menudo un
instrumento que condiciona la señal. Más a menudo es un dispositivo llamado
transmisor de temperatura. Los transmisores de temperatura se emplean para
convertir la señal producida por el sensor en una señal eléctrica reconocible por el
instrumento final. Los transmisores de temperatura son de dos tipos básicos; de
cuatro cables y de dos cables.
Los transmisores de 4 cables usan una entrada de alimentación que está separada de
los cables que transportan la señal. Los transmisores de dos cables emplean una
fuente de alimentación que alimenta al transmisor por los mismos dos cables que se
usan para transmitir la señal. Ver figura 2.22.
Figura 2.22. Conexión transmisor 2 Hilos
De hecho, más de un transmisor de dos cables puede ser alimentado por la misma
fuente mientras el consumo de los transmisores no exceda la capacidad de la fuente.
Vea figura 2.23. Los transmisores para termocupla y termorresistencias tienen
ventajas sobre la transmisión directa de la señal del sensor al instrumento receptor,
45
ya sea con cable de extensión de termocupla, en el caso de las termocuplas o cable
común de cobre en el caso de las termorresistencias.
Figura 2.23. Ejemplo conexión varios transmisores.
Ante todo debemos recordar que con las termocuplas estamos tratando con señales
del orden de los milivoltios. Cuando estos milivoltios son transmitidos por medio de
alambres de extensión de termocupla por distancias largas, son muy susceptibles a la
interferencia por ruido eléctrico generado por la maquinaria cercana. Este ruido
puede hacer a la señal de la termocupla inútil. Los circuitos de termocupla son
también propensos a problemas con lazos de tierra, los que ocasionan lecturas
erróneas.
Los transmisores de termocupla convierten los pocos milivoltios de salida de una
termocupla en una señal de corriente (típicamente 4-20mA CC) que es inmune al
ruido y a las caídas de tensión sobre distancias muy largas. Los transmisores de
termocupla aislados eliminan el problema de los lazos de tierra aislando la entrada
del transmisor de la salida del mismo.
Los transmisores para termorresistencia de platino (RTD) convierten la medición de
resistencia en una señal de corriente y así eliminan los problemas inherentes en la
46
transmisión de señales de termorresistencia por cable que es la resistencia del cable.
Los errores en los circuitos con termorresistencia (especialmente con dos y tres
cables) son causados a menudo por la resistencia agregada de los cables entre el
sensor y el instrumento. Ver la figura 2.23.
Figura 2.24. Esquema funcional Transmisor vs Sensor.
Otro hecho que a menudo hace ventajoso el uso de transmisores en circuitos con
termocuplas o termorresistencias, es el costo. Los cables de extensión de termocuplas
son muy caros porque están hechos de aleaciones semejantes a la del elemento en sí
mismo. Además si la distancia es larga se debe emplear un calibre grueso para
disminuir la caída de voltaje dentro del espacio de montaje.
Si la distancia entre el sensor y el instrumento receptor es sustancial, la diferencia en
costo entre el cable especial y el alambre de cobre usado con el transmisor es
significante es decir que es mas conveniente para este caso el uso de un transmisor.
Lo mismo sucede con las termorresistencias, el cable de extensión es de cobre, pero
se deben usar tres conductores en lugar de dos y también es necesario que sean de
mayor sección para disminuir su resistencia.
Otra razón para usar transmisores es que muchos instrumentos no aceptan la señal
producida por termocuplas y termorresistencias en forma directa. Gran parte de la
instrumentación de hoy en día consiste en sistemas basados en computadoras y en
controladores de lógica programable (PLC). Estos sistemas normalmente aceptan la
corriente de un transmisor sin problema.
47
2.3.1. TRANSMISOR DE TEMPERATURA TMT 187
Aplicación:
Alternativa económica y técnica para instalación eléctrica directa a DCS o
PLC.
Transmisor de temperatura que convierte una señal de Pt100 en un señal de
salida analógica escalable 4 a 20 mA.
2-cables de transmisión para una temperatura lineal proporcional a la salida
analógica.
Características y beneficios:
Exactitud alta: 0.08% del span.
Información de la avería en evento de interrupción del sensor o cortocircuito,
habilita una intervención de mantenimiento rápida
Aislamiento galvánico 2 kV (de la entrada del sensor a la salida)
Periodo de estabilidad larga: <0.05%
Compatibilidad electromagnética a IEC 61326 para el uso en ambientes
ruidosos
Totalmente la electrónica permite humedad.
Tornillos prisioneros para la facilidad de conexión.
Figura 2.25. Transmisor de temperatura Pt100 TMT187
Funciones y diseño del dispositivo: El Pt100 TMT187 es un transmisor de
temperatura con dos cables para transmisión con una salida analógica de 4 a 20 mA.
Tiene entradas para medición de RTD tipo Pt100 en 2, 3 o 4 hilos.
48
Conexiones eléctricas:
Figura 2.26. Asignamiento de terminales transmisor de temperatura
2.4. ACTUADORES.
2.4.1. MOTORES ELÉCTRICOS.
Los motores eléctricos son máquinas utilizadas en transformar energía eléctrica en
mecánica. Son utilizados en la industria, pues combinan las ventajas del uso de la
energía eléctrica con una construcción relativamente simple y buena adaptación a los
más diversos tipos de carga.
El Motor de Inducción (AC): Una fuente de corriente alterna (trifásica o
monofásica) alimenta a un estator, la corriente en las bobinas del estator induce
corriente alterna en el circuito eléctrico del rotor (de manera algo similar a un
transformador) y el rotor es obligado a girar.
Si nos referimos a su principio de funcionamiento se trata en realidad de un motor
bifásico, pero por estar alimentado monofásicamente, se lo considera monofásico.
Un sistema monofásico puede alimentar un motor a inducción bifásico, cuyos
arrollamientos son de distinta impedancia, una vez que el motor gira puede
desconectarse uno de los arrollamientos que se lo considera de arranque.
Todos los artificios para hacer que este motor pueda arrancar se fundan en el
principio de crear un campo rotante, por medio de un arrollamiento auxiliar (o de
arranque), que produzca un flujo fuertemente desfasado en el espacio y en el tiempo
respecto del principal, y que al componerse dan el campo rotante.
49
Para producir el desplazamiento temporal entre la corriente del circuito auxiliar y la
del circuito principal se pueden utilizar distintas soluciones, estas consisten en poner
en serie con el devanado auxiliar una resistencia, una inductancia o bien una
capacidad.
Figura 2.27. Motor de inducción AC
Motores de Corriente Directa (DC): El motor de corriente continúa o directa
precisa de dos circuitos eléctricos distintos: el circuito de campo magnético y el
circuito de la armadura.
El campo (básicamente un imán o un electroimán) permite la transformación de
energía eléctrica recibida por la armadura en energía mecánica entregada a través del
eje. La energía eléctrica que recibe el campo se consume totalmente en la resistencia
externa con la cual se regula la corriente del campo magnético. Es decir ninguna
parte de la energía eléctrica recibida por el circuito del campo, es transformada en
energía mecánica. El campo magnético actúa como una especie de catalizador que
permite la transformación de energía en la armadura.
La armadura consiste en un grupo de bobinados alojados en el rotor y en un
ingenioso dispositivo denominado colector mediante el cual se recibe corriente
continua desde una fuente exterior y se convierte la correspondiente energía eléctrica
en energía mecánica que se entrega a través del eje del motor. En la transformación
se pierde un pequeño porcentaje de energía en los carbones del colector, en el cobre
de los bobinados, en el hierro (por corrientes parásitas e histéresis), en los
rodamientos del eje y la fricción del rotor por el aire.
50
Bomba Centrífuga: La bomba es una máquina que absorbe energía mecánica que
puede provenir de un motor eléctrico, térmico, etc., y la transforma en energía que la
transfiere a un fluido como energía hidráulica la cual permite que el fluido pueda ser
transportado de un lugar a otro, a un mismo nivel y/o a diferentes niveles y/o a
diferentes velocidades.
Las bombas se emplean para bombear toda clase de líquidos, (agua, aceites de
lubricación, combustibles ácidos, líquidos alimenticios, cerveza, leche, etc.),
Una bomba centrífuga es una máquina que consiste en un conjunto de paletas
rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter; o una cubierta o carcasa. Las paletas
imparten energía al fluido por la fuerza centrífuga.
Figura 2.28. Bomba centrífuga
2.4.2 Sistemas de Calentamiento
Existen varios sistemas de calentamiento para procesos industriales entre ellos
tenemos el uso de vapor saturado generado por medio de calderos, agua caliente,
resistencias eléctricas de gran potencia, todos utilizables de acuerdo al material que
se requiere calentar.
2.4.2.1 Resistencia Eléctrica
La resistencia eléctrica es la dificultad que tiene la corriente eléctrica (A) para
circular por un componente resistivo, se mide en ohmios y su letra representativa es
omega Ω.
El factor resistivo en electrónica se aprovecha para crear caídas de tensión, controlar
intensidades, modificar tiempos de carga y descarga en condensadores para variar la
frecuencia en osciladores y un sin fin de utilidades.
51
Como sistema de calentamiento la propiedad de una resistencia eléctrica se refiere a
la potencia que puede disipar en forma de calor al circular una corriente eléctrica a
través de ella.
La resistencia de un elemento depende de su característica física.
La potencia disipada por una resistencia viene dado por la siguiente fórmula:
VxIP =
Donde P es la potencia dada en watt (W)
V es el voltaje que alimenta la resistencia que viene dado en voltios (V)
I es la corriente que la atraviesa que viene dado en Amperios (A)
Al circular corriente eléctrica por una resistencia esta va a disipar determinada
potencia que es la razón en el tiempo de la transferencia de energía.
t
TP
∆∆
=
Donde T∆ es la variación del trabajo que es el cambio de la energía cinética y t∆ es
la razón de tiempo.
La unidad de potencia en el sistema SI es el J/s al cual también se le denomina watt,
(W).
Figura 2.29. Resistencia eléctrica
2.4.3. VÁLVULAS SOLENOIDES.
En muchas aplicaciones es necesario controlar el paso de algún tipo de fluido, como
gases o líquidos. Esta tarea es realizada por válvulas. En particular, las accionadas
por solenoides permiten su implementación en lugares de difícil acceso y facilitan la
automatización del proceso al ser accionadas eléctricamente.
Este tipo de válvulas es controlada variando la corriente que circula a través de un
solenoide (conductor ubicado alrededor de un émbolo, en forma de bobina). Esta
52
corriente genera un campo magnético que atrae un émbolo móvil. Por lo general
estas válvulas operan de forma completamente abierta o completamente cerrada. Al
finalizar el efecto del campo magnético, el émbolo vuelve a su posición por efecto de
la gravedad, un resorte o por presión del fluido a controlar.
El solenoide, bajo el efecto de corriente circulante, se comporta como un
electroimán. Se produce una fuerza que ocasiona el desplazamiento del émbolo
móvil permitiendo el cierre o apertura de la válvula. En la figura 2.30 se aprecia un
esquema del fenómeno. La bobina o solenoide genera un campo magnético, de
acuerdo a la Ley de Ampere:
idlxH =∫→→
Figura 2.30. Movimiento del embolo dentro de una bobina
Este campo produce una fuerza sobre el émbolo o núcleo móvil, tal como se aprecia
en la figura 2.31. La acción de esta fuerza de origen magnético constituye el
principio de funcionamiento de toda válvula de solenoide.
Figura 2.31. Campo producido por una bobina.
53
En la figura 2.32 podemos observar una válvula de dos vías normalmente cerrada de
acción directa, al no circular corriente por la bobina, la aguja asociada a la parte
inferior del émbolo cierra el orificio deteniendo el flujo. Al energizar el solenoide, se
genera un campo magnético que ejerce fuerza sobre el émbolo atrayéndolo hacia
arriba. De esta manera la aguja se levanta, permitiendo el paso del fluido. Al finalizar
el efecto de la corriente eléctrica, la fuerza ascendente sobre el émbolo cesa. Este
cae, por efecto de la gravedad, cerrando mediante la aguja el orificio, impidiendo de
esta manera el paso del flujo por la tubería. En otras aplicaciones, se ocupan resortes
que permiten la instalación de la válvula en posiciones no verticales, prescindiendo
de esta manera de la fuerza de gravedad.
Mientras mayor sea la diferencia de presión entre la entrada y la salida del flujo,
mayor tendrá que ser la fuerza ejercida sobre el émbolo móvil para cerrar el orificio
de la válvula, existe un límite máximo de presión diferencial conocido como,
“Diferencial Máximo de Presión de Apertura”.
Figura 2.32. Válvula solenoide de dos vías de acción directa
54
CAPÍTULO 3
EL CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE
3.1. INTRODUCCIÓN.
Hasta no hace mucho tiempo el control de procesos industriales se venia haciendo de
forma cableada por medio de contactores y relés. Al operario que se encontraba a
cargo de este tipo de instalaciones, se le exigía tener altos conocimientos técnicos
para poder realizarlas y posteriormente mantenerlas. Además cualquier variación en
el proceso suponía modificar físicamente gran parte de las conexiones de los
montajes, siendo necesario para ello un gran esfuerzo técnico y un mayor
desembolso económico.
El Controlador Lógico Programable (PLC) se introdujo por primera vez en la
industria en 1960 aproximadamente. La razón principal de tal hecho fue la necesidad
de eliminar el gran costo que se producía al reemplazar el complejo sistema de
control basado en relés y contactores. La firma Bedford Associates propuso algo
denominado Controlador Digital Modular (MODICON, MOdular DIgital
CONtroller) a un gran fabricante de vehículos (General Motors). El MODICON 084
resultó ser el primer PLC del mundo en ser producido comercialmente.
En la actualidad no se puede entender un proceso complejo de alto nivel
desarrollado por técnicas cableadas. El computador y los autómatas programables
han intervenido de forma considerable para que este tipo de instalaciones se hayan
reemplazado por otras controladas de forma programada.
Por lo tanto se puede decir que un PLC no es más que un equipo electrónico que
sustituye los circuitos auxiliares o de mando de los sistemas automáticos como
solución al control de circuitos complejos de automatización.
3.2. FUNCIONAMIENTO DEL PLC.
Todos los PLC’s se basan en el principio de lectura cíclica de programa. A diferencia
de los computadores, donde un programa está orientado a objetos y no tiene por que
ejecutarse completamente, los PLC si efectúan el recorrido completo del programa
almacenado salvo, donde se encuentren instrucciones de interrupción que modifiquen
este comportamiento inicial, la secuencia es la siguiente:
55
Lee la señal de entrada externa, como el estado de un teclado, sensor, interruptor o
pulso.
Usando el microprocesador permite ejecutar los cálculos de lógica, secuencia,
tiempo, contador y fórmula según, el estado y el valor de la señal de entrada lo que se
leyó en la señal de entrada es procesada y de acuerdo a la programación guardada en
la memoria del PLC realiza alguna operación enviada a la señal de salida, como
abrir o cerrar un relé, para así hacer funcionar de manera automática un proceso de
fabricación.
Tiempo de SCAN
Es el tiempo en que se demora el PLC en realizar una operación y se divide en los
siguientes pasos:
Lee el estado de todas la entradas
Ejecuta el programa de usuario
Escribe el resultado en las salidas del PLC
El tiempo de Scan es el tiempo que tarda el PLC desde que inicia la lectura de las
entradas hasta que escribe los resultados del programa de usuario en las salidas.
En aplicaciones no críticas en tiempo, esto carece de importancia pues hablamos de
unos pocos milisegundos en la mayoría de los casos, pero en aplicaciones rápidas, de
funcionamiento crítico, o en programas muy extensos es un factor muy importante
que puede afectar un proyecto en principio bien concebido. No obstante en el caso de
aplicaciones que precisen secuencias rápidas pueden utilizarse entradas de alta
velocidad y rutinas de interrupción.
Campos de aplicación
El PLC tiene un gran campo de aplicación. La evolución del hardware y software
amplía este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en su área de
aplicación.
Su utilización se da en instalaciones en donde es necesario un proceso de control,
señalización, maniobra, etc., de ahí que su aplicación abarca procesos de fabricación
industriales de cualquier tipo.
56
Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la posibilidad de
almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o
alteración de los mismos.
Hardware
El autómata esta compuesto de diferentes elementos como CPU, fuente de
alimentación, memoria, E/S, etc. que están colocados de diferente forma y modo
según la estructura externa del autómata.
El término estructura externa de un autómata programable industrial se refiere al
aspecto físico exterior del mismo, bloques o elementos en que está dividido.
Actualmente son tres las estructuras más significativas que existen en el mercado:
Estructura compacta.
Estructura semimodular. (Estructura Americana)
Estructura modular. (Estructura Europea)
Estructura compacta
Este tipo de autómatas se distingue por presentar en un solo bloque todos sus
elementos, esto es, fuente de alimentación, CPU, memorias, entradas/salidas, etc.
Son los autómatas de gama baja o nanoautómatas los que suelen tener una estructura
compacta. Su potencia de proceso suele ser muy limitada dedicándose a controlar
máquinas muy pequeñas o cuadros de mando.
Estructura semimodular
Se caracteriza por separar las E/S del resto del autómata, de tal forma que en un
bloque compacto están reunidas las CPU, memoria de usuario o de programa y
fuente de alimentación y separadamente las unidades de E/S. Son los autómatas de
gama media los que suelen tener una estructura semimodular.
Estructura modular
Su característica principal es la de que existe un módulo para cada uno de los
diferentes elementos que componen el autómata como puede ser una fuente de
57
alimentación, CPU, E/S, etc. La sujeción de los mismos se hace por carril DIN, placa
perforada o sobre RACK, en donde va alojado el BUS externo de unión de los
distintos módulos que lo componen.
Son los autómatas de gama alta los que suelen tener una estructura modular, que
permiten una gran flexibilidad en su constitución.
Estructura interna
El autómata está constituido por diferentes elementos, pero tres son los básicos:
CPU
Entradas
Salidas
Con las partes mencionadas podemos decir que tenemos un autómata pero para que
sea operativo son necesarios otros elementos tales como:
Fuente de alimentación
Interfaces
La unidad o consola de programación
CPU
La CPU (Central Procesing Unit) es la parte inteligente del sistema. Interpreta las
instrucciones del programa de usuario y consulta el estado de las entradas.
Dependiendo de dichos estados y del programa, ordena la activación de las salidas
deseadas.
Función básica de la CPU
En la memoria ROM del sistema, el fabricante ha grabado una serie de programas
ejecutivos, software del sistema y es a estos programas a los que accederá el usuario
para realizar las funciones.
El software del sistema de cualquier autómata consta de una serie de funciones
básicas que realiza en determinados tiempos de cada ciclo.
En general cada autómata contiene y realiza las siguientes funciones:
Vigilar que el tiempo de ejecución del programa de usuario no exceda de un
determinado tiempo máximo. A esta función se le denomina Watchdog.
Ejecutar el programa usuario.
58
Crear una imagen de las entradas, ya que el programa de usuario no debe
acceder directamente a dichas entradas.
Renovar el estado de las salidas en función de la imagen de las mismas,
obtenida al final del ciclo de ejecución del programa usuario.
Chequeo del sistema.
Alimentación
La fuente de alimentación proporciona las tensiones necesarias para el
funcionamiento de los distintos circuitos del sistema.
La alimentación a la CPU puede ser de continua a 24 Vcc, tensión muy frecuente en
cuadros de distribución, o en alterna a 110/220 Vca. En cualquier caso es la propia
CPU la que alimenta las interfaces conectadas a través del bus interno.
La alimentación a los circuitos E/S puede realizarse, en alterna a 48/110/220 Vca o
en continua a 12/24/48 Vcc.
La fuente de alimentación del autómata puede incorporar una batería, que se utiliza
para el mantenimiento de algunas posiciones internas y del programa usuario en
memoria RAM, cuando falla la alimentación o se apaga el autómata.
Interfases
En el control de un proceso automatizado, es imprescindible un dialogo entre
operador-máquina junto con una comunicación entre la máquina y el autómata, estas
comunicaciones se establecerán por medio del conjunto de entradas y salidas del
citado elemento.
Unidad de programación
Es el conjunto de medios hardware y software mediante los cuales el programador
introduce y depura sobre las secuencias de instrucciones (en uno u otro lenguaje) que
constituyen el programa a ejecutar.
Entradas y Salidas
La sección de entradas mediante el interfaz, adapta y codifica de forma comprensible
para la CPU las señales procedentes de los dispositivos de entrada o captadores.
59
Hay dos tipos de entradas:
Entradas digitales
Entradas analógicas
La sección de salida también mediante interfaz trabaja de forma inversa a las
entradas, es decir, decodifica las señales procedentes de la CPU, y las amplifica y
manda con ellas los dispositivos de salida.
Hay dos tipos de salidas:
Salidas digitales
Salidas analógicas
Entradas digitales
Los módulos de entrada digitales permiten conectar al autómata, captadores de tipo
discretos como finales de carrera, sensores con salida digital y pulsadores.
Los módulos de entrada digitales trabajan con señales de tensión, por ejemplo
cuando por una vía llegan 24 voltios se interpreta como un "1" y cuando llegan cero
voltios se interpreta como un "0".
El proceso de adquisición de la señal digital consta de varias etapas.
Protección contra sobretensiones.
Filtrado
Puesta en forma de la onda
Aislamiento galvánico o por opto-acoplador.
Entradas analógicas
Los módulos de entrada analógicas permiten que los autómatas programables lean
señales de tipo analógico como pueden ser la temperatura, la presión o el caudal.
Los módulos de entradas analógicas convierten una magnitud analógica en un
número que se deposita en una variable interna del autómata. Lo que realiza es una
conversión A/D, puesto que el autómata solo trabaja con señales digitales. Esta
conversión se realiza con una precisión o resolución determinada (numero de bits) y
cada cierto intervalo de tiempo (periodo muestreo).
60
Los módulos de entrada analógica pueden leer tensión o intensidad.
El proceso de adquisición de la señal analógica consta de varias etapas:
Filtrado
Conversión A/D
Memoria interna
Salidas digitales
Un módulo de salida digital permite al autómata programable actuar sobre los
preaccionadores y accionadores que admitan ordenes de tipo todo o nada.
El valor binario de las salidas digitales se convierte en la apertura o cierre de un relé
interno del autómata en el caso de módulos de salidas a relé.
En los módulos estáticos, los elementos que conmutan son los componentes
electrónicos como transistores o triacs.
Los módulos de salidas estáticos al suministrar tensión, solo pueden actuar sobre
elementos que trabajan todos a la misma tensión, en cambio los módulos de salida
electromecánicos, al ser libres de tensión, pueden actuar sobre elementos que
trabajen a tensiones distintas.
El proceso de envío de la señal digital consta de varias etapas:
Puesta en forma
Aislamiento
Circuito de mando (relé interno)
Protección electrónica
Tratamiento cortocircuitos
Salidas analógicas
Los módulos de salida analógica permiten que el valor de una variable numérica
interna del autómata se convierta en tensión o intensidad.
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Lo que realiza es una conversión D/A, puesto que el autómata solo trabaja con
señales digitales. Esta conversión se realiza con una precisión o resolución
determinada (numero de bits) y cada cierto intervalo de tiempo (periodo muestreo).
Esta tensión o intensidad puede servir de referencia de mando para actuadores que
admitan mando analógico como pueden ser los variadores de velocidad, válvulas con
posicionador porcentual, permitiendo al autómata realiza funciones de regulación y
control de procesos continuos.
El proceso de envío de la señal analógica consta de varias etapas:
Aislamiento galvánico
Conversión D/A
Circuitos de amplificación y adaptación
Protección electrónica de la salida
Como hemos visto las señales analógicas sufren un gran proceso de adaptación tanto
en los módulos de entrada como en los módulos de salida. Las funciones de
conversión A/D y D/A que realiza son esenciales. Por ello los módulos de E/S
analógicos se les consideran módulos de E/S especiales.
Memoria
La memoria es el almacén donde el autómata guarda todo cuanto necesita para
ejecutar la tarea de control.
Existen varios tipos de memorias:
RAM. Memoria de lectura y escritura.
ROM. Memoria de sólo lectura, no reprogramable.
EPROM. Memoria de sólo lectura, reprogramables con borrado por
ultravioletas.
EEPROM. Memoria de sólo lectura, alterables por medios eléctricos.
La memoria RAM se utiliza principalmente como memoria interna, y únicamente
como memoria de programa en el caso de que pueda asegurarse el mantenimiento de
los datos con una batería exterior.
La memoria ROM se utiliza para almacenar el programa monitor del sistema.
62
Las memorias EPROM se utilizan para almacenar el programa de usuario, una vez
que ha sido convenientemente depurada.
Las memorias EEPROM se emplean principalmente para almacenar programas,
aunque en la actualidad es cada vez más frecuente el uso de combinaciones RAM +
EEPROM, utilizando estas ultimas como memorias de seguridad que salvan el
contenido de las RAM.
Una vez reanudada la alimentación, el contenido de la EEPROM se vuelca sobre la
RAM. Las soluciones de este tipo están sustituyendo a las clásicas RAM + batería
puesto que presentan muchos menos problemas.
3.3. EL PLC DELTA DVP.
La serie de controladores lógicos programables DVP de Delta tiene todos los PLCs
para pequeñas y grandes aplicaciones. Hay 7 MPUs (Main processing Unit) para la
serie DVP (PLC pequeño), incluyendo ES, EX, SS, SA, SX, SC y EH. Ellos son
divididos en dos conjuntos por su aspecto físico; la serie DVP-S que es un PLC de
estructura modular y la serie de DVP-E que es un PLC de estructura compacta con
capacidad de expansión.
3.3.1. ESPECIFICACIONES GENERALES DE LA SERIE DVP-E.
Los PLCs utilizados en este proyecto pertenecen a la serie DVP-E (estructura
compacta) y son de los siguientes tipos:
ES MPU Normal
EX MPU Mixto-analógico
Las unidades principales de procesamiento ES MPU Normal ofrecen desde 14 a 60
entradas y salidas incorporadas al PLC y con unidades de expansión que van desde 8
hasta 32 entradas y salidas digitales. La cantidad máxima de entradas y salidas que
puede conectarse a estos PLCs es de 128. EX MPU (Figura 3.1) es una unidad
principal de procesamiento que agrega a su bloque de entradas y salidas digitales, 4
entradas y 2 salidas analógicas.
Información adicional sobre estas series de PLC la encontramos en el Anexo A.
63
Figura 3.1. El PLC Delta DVP-20EX. 3.3.2. PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN DELTA PLC.
Cada unidad PLC Delta serie DVP-E dispone de dos puertos; el puerto de
programación RS-232 y el puerto de comunicación RS-485.
En la figura 3.2 podemos observar el cable DVPACAB215 (PC →PLC, 1.5m) que es
la interfase suministrada por Delta Electronics para comunicar un PC con un PLC y
viceversa utilizando el estándar serial RS-232C (más información en Anexo B), este
cable dispone de puertos DB25 y DB9 para conectar al PC y un conector DIN para
conectar al puerto RS-232 del PLC.
Figura 3.2.Cable DVPACAB215 (PC →PLC, 1.5m) para RS-232
El protocolo de comunicación usado es el modo ASCII cuyo formato de
comunicación es 9600 7, E, 1 que significa que contiene un bit de inicio,
configurado a una velocidad de 9600 bits por segundo, que transmite los datos en
grupos de 7 bits, después de la transmisión de los datos, le sigue un bit opcional de
64
paridad E (indica si el numero de bits transmitidos es par o impar, para detectar
fallos), y finalmente 1 bit de paro.
3.3.3. DIRECCIONES DE DISPOSITIVOS DEL PLC.
En la siguiente tabla se muestra las direcciones de las entradas, salidas, marcas.
Dispositivo Rango Rango efectivo Direcciones
S 000~255 0000~00FF S 246~511 0100~01FF S 512~767 0200~02FF S 768~1023
000~127
0300~03FF X 000~377 (Octal) 000~177 (Octal) 0400~04FF Y 000~377 (Octal) 000~177 (Octal) 0500~05FF M 000~255 0800~08FF M 256~511 0900~09FF M 512~767 0A00~0AFF M 768~1023 0B00~0BFF M 1024~1279
0000~1279
0C00~0CFF
C 000~255 000~127 232~255
0E00~0EFF
D 000~255 1000~10FF D 256~511 1100~11FF D 512~767 1200~12FF D 768~1023 1300~13FF D 1024~1279
000~599 1000~1143
1400~14FF
Tabla 1. Direcciones de dispositivos del PLC Delta. Fuente: Manual del protocolo de DeltaPLC.
3.3.4. INTRODUCCIÓN A COMPONENTES INTERNOS.
A continuación mencionamos los componentes internos más importantes para el
desarrollo del proyecto:
Entradas Digitales
Estas entradas son opto-acopladas, el símbolo del dispositivo se indica con la letra X,
la secuencia de la numeración va de acuerdo al modo octal.
Salidas Digitales
De tipo relé o transistor, el símbolo del dispositivo se indica con la letra Y, la
secuencia de la numeración va de acuerdo al modo octal.
65
Relés Auxiliares Internos
Son espacios de memoria utilizados en la programación del PLC, el símbolo del
dispositivo se indica con la letra M, la secuencia de la numeración va deacuerdo al
modo decimal, se dividen en tres tipos:
Generales, se los utiliza como bobinas con sus contactos existen 744 desde
M0 hasta M511 y de M768 hasta M999
Latched, cuando el PLC se apaga guardan su estado y al momento de volver
a encender el PLC mantienen su estado anterior, existen 256 desde M512
hasta M767
Especiales, son utilizados para funciones especiales existen 280 desde
M1000 hasta M1279.
Temporizadores
El símbolo del dispositivo se indica con la letra T, la secuencia de la numeración va
deacuerdo al modo decimal.
Los diferentes números de rango son proporcionales a los diferentes ciclos de reloj
como se muestra en la siguiente tabla:
Escala Rango 100ms T0-T63 10ms T64-T126 mientras M1028=On, y cuando M1028=Off, la escala cambia a 100
ms 1ms T127
Tabla 2. Rangos Temporizadores PLC Delta. Fuente: Los autores.
Registros Especiales de Datos.
Son espacios de memoria utilizados en la programación del PLC, se los utiliza para
guardar datos numéricos la longitud es de 16 bit, el símbolo del dispositivo se indica
con la letra D, la secuencia de la numeración va deacuerdo al modo decimal, se
dividen en tres tipos:
Registros D generales, utilizados para almacenar datos son 408 desde D0-
D407.
66
Registros D latched, son registros que cuando se apaga el PLC no se borra la
información que se les ha almacenado, y para borrar su dato se debe utilizar
el comando RST o ZRST y son 192 desde D408 hasta D599.
Registros D especiales, son utilizados para grabar datos del sistema del PLC
como, estados, mensajes de error, también contienen la conversión A/D y
D/A, son 144 desde D1000 hasta D1143.
Entradas y Salidas Analógicas
4 canales que representan las entradas analógicas; de corriente ( ±20mA) o
de voltaje (±10V), 10 bits de resolución. Desde el canal 0 hasta el canal 3 son
representados en la memoria del PLC por los registros especiales D1110
hasta el D1113 en el orden respectivo.
2 canales que representan las salidas analógicas; de corriente ( 0 a 20mA) o
de voltaje (0 a 10V), 8 bits de resolución. Desde el canal 0 hasta el canal 1
son representados en la memoria del PLC por los registros especiales D1116
hasta el D1117 en el orden respectivo.
Constantes
K, representa un valor decimal, para instrucciones de 16 bits ( ±32768) o 32
bits ( ±2147483648).
H, representa un valor hexadecimal, para instrucciones de 16 bits
( 0000~FFFF) o 32 bits (00000000~FFFFFFFF).
3.3.5. CICLO DE LA MPU DELTA DVP-ES Y EX.
El tiempo total de reacción de la señal de entrada a la operación de salida se calcula
de la siguiente manera:
Tiempo de Reacción = tiempo retardo entrada + tiempo de examinar (scan) el programa + tiempo retardo salida.
Dónde:
Tiempo retardo entrada, esta predefinido en 10ms, ajustable de 0 a 15 ms
usando los registros especiales D1020 y D1021. Para una entrada analógica
este valor es 5ms.
67
Tiempo scan programa, esta predefinido en 0.1 ms, ajustable usando el
registro especial D1010.
Tiempo retardo salida, para módulos con salida a relé es 10 ms. Para una
salida analógica este valor es 5ms.
Figura 3.3. Diagrama de tiempo de reacción del PLC Delta DVP-E.
3.3.6. PROGRAMACION DEL DVP-PLC SERIES.
El software de programación del PLC Delta DVP Series es el WPLSoft Editor.
Basado en Windows, fácil de usar en la edición de programas.
Figura 3.4. El WPLSoft Editor.
El primer paso para la realización de un proyecto es seleccionar la forma en la que se
va a programar, el WPLSoft Editor ofrece dos tipos y son:
Editor Modo Instrucciones
Editor Modo Diagramas
68
3.3.6.1. EDITOR MODO INTRUCCIONES.
Este modo de operación es un lenguaje de programación que utiliza abreviaturas en
cada línea de programa para realizar alguna aplicación, algunas instrucciones básicas
la observamos en la siguiente tabla:
Instrucción Funciones Operando
LD Carga un contacto abierto X,Y,M,T,C
LDI Carga un contacto cerrado X,Y,M,T,C
AND Conexión serie con un contacto abierto X,Y,M,T,C
ANI Conexión serie con un contacto cerrado X,Y,M,T,C
Tabla 3. Algunas Instrucciones Básicas. Fuente: Los autores.
Figura 3.5. Editor Modo Instrucciones
3.3.6.2. EDITOR DE MODO DIAGRAMA.
Este modo de operación es un lenguaje gráfico utilizados en controles automáticos,
basados en símbolos eléctricos de control como se muestra en la figura 3.6.
Las herramientas básicas son:
Bobinas.- representan a contactores que en el momento de ser energizados accionan
contactos.
Contactos.- funcionan como interruptores comandados por bobinas que permiten o
impiden el paso de corriente cuando están cerrados o abiertos respectivamente.
69
Temporizadores.- son elementos que en el momento de energizarse dejan pasar un
determinado tiempo para abrir o cerrar contactos.
Contadores.- cuentan alguna acción a ejecutarse.
Comparadores.- utilizados para realizar comparaciones de variables.
Registros.- son elementos que almacenan datos.
Figura 3.6. Editor Modo Diagramas
Modo Diagrama
Explicación Modo Instrucciones
Función
Contacto normalmente abierto
LD X,Y,M,S,T,C
Contacto normalmente cerrado
LDI X,Y,M,S,T,C
Contactos serie normalmente abiertos
AND X,Y,M,S,T,C
Conexión paralelo contacto normalmente abierto.
OR X,Y,M,S,T,C
Conexión paralelo contacto normalmente cerrado
ORI X,Y,M,S,T,C
Bloque en serie ANB ___
Bloque en paralelo ORB
Salidas múltiples MPS MRD MPP
Salida de comando bobina OUT Y,M,S
Tabla 4. Comparación comandos Modo Diagrama y Modo de instrucciones.
Fuente: Los autores.
70
3.3.6.3. INSTRUCCIONES BÁSICAS.
Muchas instrucciones deben ser divididas en una parte de la
instrucción y en un dispositivo como sigue:
Figura 3.7. Estructura de instrucción La parte de la instrucción: Indica la función.
El dispositivo: Indica los datos para el uso con esa instrucción.
En la figura 3.8 podemos observar el ejemplo de cómo es una línea de instrucción,
que consta de la instrucción + el dispositivo de la Fuente + el dispositivo del Destino
Figura 3.8. Línea de instrucción
Formato de Datos
Los X, Y, M, pueden ser sólo punto único ON/OFF, éstos se definen como el bit, sin
embargo, 16-bit (o 32-bit) T, C, D es para los datos de registros y definidos como
palabra (word).
También podemos agregar Kn delante de X, Y, M y S pueden ser definidos como
word, considerando que el n=1 significa 4-bit. Así el 16-bit puede describirse de K1
a K4, y el de 32-bit puede describirse de K1 a K8. Por ejemplo, K2M0 quiere decir
que hay 8-bit de M0 a M7.
71
Figura 3.9. Formato de datos
Figura 3.10. Rangos de datos
Dirección de comunicación
Cuando se trabaja en una red se requiere que los equipos tengan una dirección para
identificarlos, en los PLC Delta, para poder direccionar los equipos se debe cargar el
número de la dirección en el registro D1121, como se muestra en la figura 3.11,
M1000 es un relé auxiliar especial normalmente activo, una vez cargado el
programa, el valor de 1 se fijará como dirección única de ese PLC.
Figura 3.11. Direccionamiento del PLC
Contactos de comparación
16bit Condición de continuidad Condición de discontinuidad LD= S1=S2 S1≠S2 LD> S1>S2 S1≤S2 LD< S1<S2 S1≥S2 LD<> S1≠S2 S1=S2 LD<= S1≤S2 S1>S2 LD>= S1≥S2 S1<S2
Tabla 5. Tipos de Función Comparación. Fuente: Los autores.
72
Ejemplo: Cuando el valor del registro D200 sea mayor a 30 se activará la salida Y11.
Figura 3.12. Ejemplo de función comparador Temporizadores.
Figura 3.13. Ejemplo de Temporizador
Cuando se activa X0 el temporizador se energiza y comienza a contar en la escala de
100ms (vea Tabla 2) se lo debe multiplicar por el valor de K100 dando como
resultado 10 segundos que es el tiempo en que se activara la salida Y0.
3.3.6.4. CREAR UN PROGRAMA.
Inicie WPL, escoja abrir o crear nuevo archivo, y seleccionar modo diagrama de
escalera (Ladder Diagram Mode).
Dar un click en la función a utilizar en la barra de funciones para editar el programa.
Figura 3.14. Herramientas con acceso rápido desde el teclado
73
Figura 3.15. Pantalla principal del Programa Al escoger una función se abre una ventana Comando Básico donde se debe poner el
nombre y número de dispositivo, indicando así si es una entrada, una salida, una
marca o algún bloque de funciones
Figura 3.16. Ventana de Comandos Básicos
74
Figura 3.17. Bloque de funciones
3.3.6.5. COMPILAR Y CARGAR UN PROGRAMA EN EL PLC.
Luego de haber editado el programa se procede a compilarlo para verificar que no
existan errores, se selecciona el comando Compile > code en la barra de
herramientas, proceda a guardar el programa creado antes de cargarlo en el PLC,
seleccione File > Save as .
Figura 3.18. Compilación de un programa
75
Si la compilación no reporta errores, el programa se carga en el PLC, para ello debe
seleccionarse la opción PC<=>PLC , luego en la ventana de transferencia de datos
en la opción tipo de trabajo seleccionar escoja Write PLC.
Figura 3.19. Cargar Programa en el PLC Para poder ejecutar el programa ya cargado se selecciona el comando
Communication > PLC Run , si desea parar la ejecución del programa en el
mismo menú Communication se escoge PLC Stop.
76
CAPÍTULO 4
INTOUCH
4.1. INTRODUCCIÓN.
InTouch de Wonderware, es un software que fue diseñado para crear y desarrollar
interfaces gráficas las cuales permitirán interactuar al usuario con la máquina o
proceso.
Figura 4.1 Programa Intouch
4.2. CARACTERÍSTICAS.
Es una herramienta potente y flexible, diseñada para automatizar,
monitorear, supervisar y controlar procesos. Permite a los operadores,
ingenieros, administradores y supervisores, observar en pantalla mediante
representaciones gráficas de procesos en tiempo real, todas las operaciones de
una planta industrial.
Usando InTouch, las aplicaciones desarrolladas pueden explotar las
principales características del Microsoft Windows, incluyendo el Intercambio
Dinámico de Datos (Dynamic Data Exchange DDE), Enlace de Objetos y
Empotrado (Object Linking and Embedding OLE) y gráficos.
También se puede lograr un intercambio dinámico de datos (DDE) con otras
aplicaciones de control avanzado tales como: Sistemas Expertos, Hojas de
cálculo y diferentes programas de base de datos.
77
El DDE en línea puede efectuarse tanto con aplicaciones que estén siendo
ejecutadas en el nodo local, como aquellas que se ejecutan en otros nodos,
dentro de una red en arquitectura Cliente-Servidor.
Las herramientas de desarrollo de gráficos permite la creación de rectángulos
rellenos, círculos, elipses, polígonos, arcos, y demás objetos, cuya forma sólo
es limitado por la imaginación del ingeniero.
VISUALIZACIÓN
Las principales facilidades de visualización que posee el operador cuando se
encuentra utilizando el sistema InTouch HMI son:
El sistema brinda el acceso al operador a múltiples pantallas de visualización
a la vez, incluyendo partición de pantallas donde se puede visualizar más de
un área del proceso al mismo tiempo. Adicionalmente, el sistema soporta el
uso ilimitado de pantallas de aparición repentina para ayuda adicional, o
información de algún suceso que haya ocurrido.
El acceso a todas las pantallas de visualización y a las demás funciones de
comando, está dado por un nivel de acceso de seguridad, que protege al
sistema contra el uso por parte de operadores no autorizados. El nivel de
acceso de seguridad se establece durante el procedimiento de identificación
del operador. Un sistema de control de supervisión es utilizado para controlar
procesos delicados y equipos de alto costo, es por esto, que la protección es
esencial para prevenir acciones no autorizadas, o daños accidentales al
sistema.
El sistema permite al usuario ver gráficos animados del proceso, incluyendo
tanques, bombas, válvulas y motores.
4.3. DICCIONARIO DE DATOS TAGNAME.
El Diccionario de Bases de Datos o Diccionario TagName (tagname dictionary) es
el corazón de InTouch. Para crear la base de datos en runtime, InTouch requiere la
información necesaria acerca de todas las entradas y datos (tagname) que están
siendo creados. Cada variable necesita ser asignada a un tipo de tagname.
78
Un TagName es un nombre simbólico que es ingresado al diccionario de base de
datos. Este nombre simbólico puede ser configurado (valor mínimo, máximo,
alarmas, etc.) y definido con un tipo específico, por ejemplo, un tagname DDE. El
tagname DDE llega a ser el enlace entre InTouch, el servidor de E/S y el mundo real.
El diccionario de tagname es el mecanismo usado para ingresar la información
necesaria acerca de las variables y entradas. La creación del diccionario de tagnames
puede ser logrado mediante tres diferentes métodos.
Método Manual.
Es donde se accede al diccionario de tagnames y se los define individualmente, hasta
completar la base de datos, de manera similar a la creación de la tabla de E/S en un
PLC.
Para acceder a la caja de diálogo del diccionario de tagname usando el método
manual, se selecciona el comando Special/Tagname Dictionary.
Figura4.2. Método Manual
Método Automático
Es cuando se crea un objeto gráfico, se le asignan los enlaces de animación y el
sistema define dicho tagname.
Para acceder a la caja de diálogo usando el método automático, primero se anima al
objeto utilizando la caja de diálogo de los enlaces de animación, si al objeto que
hemos seleccionado no se le ha asignado tagname alguno, entonces WindowMaker
rápidamente hará aparecer el mensaje mostrado.
79
Figura 4.3. Método Automático
4.4. TIPOS DE ETIQUETAS.
Existen diferentes tipos de tagname de acuerdo a su uso. Por ejemplo, si los valores
de un tagname son leídos o escrito desde otra aplicación de Windows, como un
servidor DDE, este tagname será de tipo DDE.
Figura 4.4. Tipos de TagName
80
Debemos también conocer si el tag es discreto, tal como una simple entrada de PLC,
o un tag análogo, como un registro de 16, 32 o 64 bits. Los tags análogos son de dos
tipos: enteros y reales.
4.4.1. TIPOS DE MEMORIA (MEMORY).
Los tipos de tagnames existen solamente dentro del programa InTouch pueden ser
usados para crear constantes, demos y simulaciones, también para crear variables y
poder acceder a otros programas de Windows. En las simulaciones, los tagnames de
memoria pueden ser usados para controlar las acciones de las escrituras lógicas
(logic script). Por ejemplo, un tagname de memoria "t" puede ser cambiado por
medio de la acción de un pulsador, para causar varios efectos de animación.
Existen cuatro tipos de tagname de memoria:
Memoria Discreta (Memory Discrete)
Es un tagname interno discreto que puede tomar el valor de 0 (Falso, Apagado), o 1
(Verdad, Encendido).
Memoria Entera (Memory Integer)
A 32 bits que significan valores enteros entre –2.147, 483,648 y 2.147, 483,647.
Memoria Real (Memory Real)
Con un punto flotante decimal. El valor del punto flotante deberá estar entre +/-
3.4e38. Todos los cálculos con puntos flotantes son ejecutados con una resolución de
64 bits, pero el resultado es guardado en 32 bits.
Memoria de Mensaje (Memory Message)
Tagname de texto que puede tener un largo de 131 caracteres.
4.4.2. TIPOS ENTRADA/ SALIDA (I/O).
Todos los tagnames que leen y escriben valores hacia o desde otro programa de
Windows son tagnames DDE. Estos incluyen todas las entradas y salidas desde
controladores programables PLC, computadoras de procesos, otros programas de
Windows y desde nodos de red. Los tagnames DDE son ingresados por medio del
protocolo de Microsoft Intercambio Dinámico de Datos. Cuando el valor de
lectura/escritura de un tagname tipo DDE cambia, esto es inmediatamente escrito en
la aplicación remota vía DDE.
El tagname también puede ser actualizado desde la aplicación remota siempre que el
dispositivo al cual el tagname se encuentra enlazado, cambie en la aplicación remota.
81
Los datos remotamente adquiridos son guardados automáticamente así como también
los cambios de datos que suceden en la fuente. Wonderware ofrece Servidores DDE
para la mayoría de los fabricantes de dispositivos de control y sus variados
protocolos. Existen cuatro tipos de tagnames DDE:
DDE Discreta.
Tagname discreto de E/S con valores de 0 (Falso, Apagado), ó 1
(Verdadero, Encendido).
DDE Entero. 32 bits que significan valores enteros entre –2.147, 483,648
y 2.147, 483,647.
DDE Real.
Con un punto flotante decimal. El valor del punto flotante deberá estar
entre +/- 3.4e38. Todos los cálculos con puntos flotantes son ejecutados
con una resolución de 64 bits, pero el resultado es guardado en 32 bits.
DDE Mensaje
Tagname de texto que puede tener un largo de 131 caracteres.
4.5. ENLACE DE ANIMACIÓN ( ANIMATION LINK ).
Los enlaces de animación pueden combinarse para ofrecer movimientos, colores,
cambios de tamaños y/o de posición a los objetos. Incluyen entradas de contacto
discretas y analógicas; deslizadores horizontales y verticales; pulsadores discretos y
de acción; pulsadores para mostrar y ocultar ventanas; enlaces de color de línea,
relleno y texto para valores y alarmas discretos y analógicos; enlaces de altura y
ancho de objetos enlaces de posición horizontal y vertical, y demás.
Una vez que un objeto o símbolo ha sido creado, este puede ser animado eligiendo
los correctos enlaces de animación. Los enlaces de animación provocan que los
objetos, símbolos o celdas cambien su apariencia por medio de la variación del valor
de la base de datos de los tagnames.
Cuando un objeto es seleccionado y el comando Special/Animation Links es elegido,
entonces aparecerán dos cajas de diálogos, la descripción del Ítem y la selección de
los enlaces.
82
Figura 4.5. Tipos de Enlace
4.6. ASISTENTES.
InTouch posee una biblioteca completa de asistentes preconfigurados llamada
Wizard Selection.
Figura 4.6. Librería de objetos prediseñados Wizard Selection
83
El wizard selection posee una gama de interruptores, deslizadores, alarmas,
botoneras, paneles, luces pilotos, interrptores, tendencias en tiempo real e históricas y
medidores, que los usuarios pueden modificar y duplicar libremente.
En la figura 4.6 se muestra la ventana de Selección del Wizard, sirve para optimizar
tiempo durante el desarrollo de una aplicación, además cuenta con la prestación
Symbol Factory .
Symbol Factory es una colección de más de 4,000 wizards de automatización
industrial y símbolos para el uso en InTouch. Symbol Factory también puede
guardar cualquier wizard de terceros, wizard de Wonderware, u objeto de InTouch.
Figura 4.7. Librería Symbol Factory
4.7. PROGRAMACIÓN LÓGICA ( SCRIPT).
El lenguaje script de InTouch es flexible y fácil de utilizar.
El Wonderware scripts incrementa la capacidad de InTouch de proveer la habilidad
de ejecutar comandos y operadores lógicos.
84
Utilizando los scripts, una gran variedad de sistemas personalizados y automáticos
pueden ser creados.
4.7.1. TIPOS.
Application Scripts
Window Scripts
Key Scripts
Condition Scripts
Data Change Scripts
Figura 4.8. Tipos de Scripts
Tipo de script Descripción
Application Enlace al uso de enteros
Window Enlace de una ventana especifica
Key Enlace de una llave específica o a una combinación dominante en el teclado.
Condition Enlace de un tagname a una expresión discreta
Data Change Enlace de un tagname y/o a un dotfield del tagname solamente.
Tabla 6. Tipos de Script. Fuente: Los autores.
4.8. ALARMAS.
InTouch provee al sistema, los datos necesarios para informar a los operadores las
condiciones del sistema y del proceso. El sistema soporta el despliegue, la anotación
85
y la impresión de las alarmas del proceso y de los eventos del sistema. Las alarmas
nos sirven para advertirnos sobre las condiciones del proceso.
4.8.1. TIPOS DE SISTEMAS DE ALARMA.
InTouch incluye dos sistemas de alarmas:
Sistema Estándar
Sistema Distribuido
Sistema Estándar
Es usado para mostrar y reconocer eventos y alarmas, generado por la aplicación
local de InTouch.
Sistema Distribuido
Permite mostrar y reconocer las alarmas generadas por el sistema de alarmas local de
otras aplicaciones de InTouch.
El tipo de alarma que será utilizada por un tagname, es seleccionado en el
Diccionario de Tagname. Las condiciones para el tipo de alarma seleccionada,
también son configuradas en el Diccionario de Tagname.
Esta función admite a varios servidores o suministradores de alarmas
simultáneamente, lo que da la capacidad de observar la información de varias
alarmas a la vez, desde algunas ubicaciones remotas.
El sistema permite la visualización de alarmas o cualquier sistema de prevención,
mediante un objeto cuyo tamaño sea definido por el usuario, el cual puede ser
colocado sólo o junto con otros objetos dentro de una ventana. Existen tres tipos de
alarmas para los tagnames enteros o reales. Estas son:
Valor de alarma
Alarma mínima (Low)
Alarma máxima (Max)
Alarma mínima-mínima (LoLo)
Alarma máxima-máxima (HiHi)
Desviación
Menor
86
Estado normal
Mayor
4.9. COMUNICACIÓN.
4.9.1. DDE/ FastDDE.
El Intercambio Dinámico de Datos (DDE) es un protocolo de comunicación
desarrollado por Microsoft para permitir aplicaciones en el ambiente de Windows
para enviar o recibir datos e instrucciones. Implementa una relación de cliente-
servidor entre dos aplicaciones que están ejecutándose. La aplicación del servidor
proporciona los datos y acepta demandas de cualquier otra aplicación interesada en
sus datos. Las aplicaciones solicitantes de datos son llamadas clientes. Algunas
aplicaciones como InTouch y Microsoft Excel pueden ser simultáneamente un cliente
y un servidor.
FastDDE es una variación o formato del DDE, proporciona medios de
empaquetamiento para muchos mensajes DDE Wonderware en un simple mensaje
microsoft DDE. Este empaquetamiento mejora la eficiencia y desempeño reduciendo
el número total de transacciones DDE requeridas entre el cliente y servidor. Aunque
el FastDDE de Wonderware ha extendido la utilidad de DDE en la industria, esta
extensión está impulsándose para desempeñarse en ambientes distribuidos.
4.9.2. ESTÁNDAR DE INTOUCH PARA DIRECCIONES I/O.
InTouch identifica un elemento de datos en un programa servidor I/O usando tres
nombres por convención que incluye el nombre de la aplicación (application name)
que proporciona los datos, nombre del tema (topic name) que contiene los datos y el
nombre del elemento específico dentro del tema (item name). Para obtener datos de
otra aplicación, el programa cliente (InTouch) abre un canal al programa servidor
(KEPServerEx) especificando estos tres nombres.
Además, InTouch necesita saber el tipo de los datos; discreto, entero, real (punto
flotante), o mensaje (arreglo). Esta información determina el tipo de I/O para el
tagname cuando es definido en la base de datos de InTouch. Ahora, cuando
WindowViewer está corriendo, automáticamente actualizará todos los valores y
ejecutará las acciones según el programa.
87
Por ejemplo, en el caso de Excel, el nombre de la aplicación es “Excel,” el nombre
del tema es el nombre de la hoja de cálculo específica que contiene los datos y el
nombre del artículo es la identificación de la celda en la hoja de cálculo cuyos datos
son para ser leídos o escritos.
4.9.3. EL INTOUCH ACCESS NAMES.
Cuando se crean tagnames tipo I/O o referencias de un tagname remoto, ellos deben
asociarse con un Nombre de Acceso (Access Name).
Para crear un Access Name:
En el menú special, seleccione Access Name, o en el Explorador de la Aplicación en
Configure, de doble-click en Access Name. La caja de dialogo Access Names
aparece.
Figura 4.9. Access Name
Pulse el botón Add. (Agregar). Automáticamente aparece la caja de diálogo Add
Access Name (Agregar Nombre del acceso).
Figura 4.10. Crear un Access Name
88
En el campo de texto Access, se escribe el nombre que InTouch usará para este
Access Name, el cual sirve para obtener información de entradas y salidas (I/O) en
tiempo real.
En el campo de texto Aplication Name, se escribe el nombre del programa en uso
para el Servidor I/O del cual se adquirirá los datos.
En el campo de texto Topic Name, se escribe el nombre del tema al que se quiere
acceder. El Topic Name es una aplicación específica de un grupo subalterno de
elementos de datos. En el caso de datos que vienen de un programa servidor de I/O,
el nombre del Topic Name debe ser exactamente el mismo nombre configurado para
en el programa servidor de I/O. Por ejemplo al comunicar con Microsoft Excel, el
nombre del Topic Name debe ser el nombre dado a la hoja de cálculo cuando fue
guardado. Por ejemplo, Libro1.xls.
En el campo del protocolo a usar se selecciona DDE.
En el campo de cuando avisar al servidor (When advise to server) seleccione la
opción avisar solamente los ítems activos (Advise only active ítems), ya que la opción
(Advise all ítems) consume mas recursos en la comunicación DDE afectando su
funcionamiento por consiguiente no se recomienda su uso.
4.10. EL SERVIDOR I/O KEPServerEX.
El programa servidor al cual accede InTouch para tomar los datos que se originan en
el PLC, y escribir en las entradas se llama KEPServerEX, utilizando el protocolo de
comunicación DDE. Este servidor se comunica con una amplia lista de diferentes
marcas de PLC’s, incluyendo a Delta como dispositivo Modbus ASCII Serial. Toma
los datos directamente de la interfase de comunicación al que está conectado el PLC
o la red.
4.10.1. COMPONENTES BÁSICOS DEL KEPServerEX.
La base del servidor proporciona un interfaz uniforme a todos sus drivers o
controladores disponibles para establecer comunicación.
89
Figura 4.11.Ventana principal KEPServerEx
4.10.1.1. CANAL DE COMUNICACIÓN (CHANNEL).
Un channel o canal representa un medio de comunicación del PC a uno o más
dispositivos externos. Un canal puede usarse para representar un puerto serial o una
tarjeta instalada en el PC. Antes de agregar dispositivos a un proyecto, se debe
definir el canal que se usará al comunicar con los dispositivos. Un canal y un
controlador de un dispositivo (Device driver) van unidos para la comunicación.
Después de crear un canal, solamente los dispositivos que soporta el controlador
seleccionado se pueden agregar a este canal.
Figura 4.12. Crear un canal nuevo desde la barra de herramientas o con el
botón derecho del ratón del PC.
Cuando se empieza un nuevo proyecto el primer paso es determinar qué
controladores de comunicación requiere la aplicación es decir de que familia o
fabricante es el dispositivo (PLC) ya que de eso depende su funcionamiento. Un
controlador de comunicación en el servidor es llamado channel. En aplicaciones
90
normales habrá páginas del diálogo adicionales que permiten la configuración de
parámetros como puerto y protocolo de comunicación. Dependiendo del controlador
o controladores que se tiene instalado se pueden definir varios canales dentro de un
solo proyecto.
4.10.1.2. DISPOSITIVOS (DEVICE).
Una vez que el canal se ha definido en un proyecto, debe agregarse un dispositivo al
canal. Los dispositivos representan los PLCs u otro hardware con los cuales el
servidor se comunicará. El controlador del dispositivo que el canal está utilizando,
restringe la selección del dispositivo. El nombre de dispositivo es definido por el
usuario. Éste será el nombre para tener acceso a los tags asignados a este dispositivo.
Debe contar con una dirección ID representada por un número que lo identifica
únicamente en una red de dispositivos, así las demandas del servidor para los datos
puedan encaminarse correctamente.
Figura 4.13. Crear un dispositivo nuevo desde la barra de herramientas o con el
botón derecho del ratón del PC
4.10.1.3. TAGS.
Una tag o etiqueta representa direcciones en el PLC u otro dispositivo de hardware
con los cuales el servidor se comunica. El servidor admite ambos tags, los
dinámicos, (los tags creados en el cliente en este caso Intouch) y tags estáticos
definidos por el usuario.
El método más común para obtener datos de un dispositivo a una aplicación del
cliente usando el servidor requiere que el usuario defina un juego de tags en el
proyecto creado en el servidor y entonces use el nombre que le asignó a cada tag
como el item de cada enlace OPC/DDE entre el cliente y el servidor.
91
Figura 4.14. Crear un tag nuevo desde la barra de herramientas o con el botón
derecho del ratón del PC.
Después de dar doble click izquierdo con el ratón del PC en el tag creado se
presentará la caja de diálogo de propiedades del tag.
Como se muestra en la fig.4.15, este cuadro de diálogo permite nombrar el tag,
especificar la dirección específica para un dispositivo, seleccionar el tipo de datos, y
el método de acceso del tag.
Figura 4.15. Propiedades del Tag (Etiqueta)
Propiedades del Tag
El parámetro del Tag “Name” permite ingresar la secuencia que representará los
92
datos disponibles de este tag. El nombre del tag puede ser de hasta 256 caracteres en
longitud y debe ser único para cada dirección asignada.
El parámetro "Address" permite ingresar la dirección del controlador o driver
deseada para este tag. El formato de la dirección ingresado aquí está basado
enteramente sobre el controlador que esta usándose. Para determinar cómo debe
ingresarse una dirección se puede usar el botón Hints que se encuentra próximo
del parámetro de dirección y proporciona una guía de la referencia rápida al formato
de dirección del driver. Una vez ingresada una dirección, puede probarse usando el
botón de chequeo de la dirección . Cuando este botón es accionado intenta validar
la dirección con el driver. Si el driver acepta la dirección como se ingresó ningún
mensaje se mostrará. Si un error es detectado un mensaje en pantalla informará del
error.
El parámetro “Description” permite unir un comentario a este tag. Una cadena de
hasta 64 caracteres se puede ingresar para la descripción.
La selección “Data Type” o tipo de dato permite especificar el formato de los datos
del tag tal como se encuentran en el dispositivo físico (PLC). En la mayoría de los
casos éste es también el formato de los datos como retorna a un cliente DDE o a un
OPC. El tipo de datos configurado es una parte importante de cómo un controlador
de comunicación lee y escribe datos a un dispositivo. Para muchos controladores el
tipo de datos de un grupo particular de datos es fijado rígididamente. En estos casos
el controlador sabe qué formato necesita utilizar cuando este leyendo datos desde el
dispositivo. Sin embargo en algunos casos, la interpretación de los datos del
dispositivo está en gran parte en las manos del usuario. Un ejemplo sería un
dispositivo que utiliza un registro de datos de 16 bit. Esto indicaría normalmente que
los datos son o un short o palabra (word). Muchos dispositivos basados en registros
también soportan valores que alcanzan dos registros. En estos casos los valores del
registro doble podrían ser largos (long), un Dword, o un flotante (float). Cuando el
controlador que se está utilizando soporta este nivel de flexibilidad se debe decir al
controlador cómo quiere leer los datos para ese tag. Seleccionando el tipo de datos
apropiado se le está diciendo al controlador que lea o un registro o dos o
posiblemente un valor booleano. El controlador gobierna el formato de datos que se
elige. La selección de tipo de datos disponible es:
93
Default – Valor por defecto, este tipo de dato permite al driver escoger su
tipo de dato predefinido.
Boolean - Simple dato de bit On o Off (1 o 0)
Char – datos con signo 8 bits
Byte - datos sin signo 8 bits
Short - datos con signo 16 bits
Word - datos sin signo 16 bits (palabra)
Long - datos con signo 32 bits
Dword - datos sin signo 32 bits (doble palabra)
Float - Valor Real 32 bits formato IEEE
Double - Valor Real 64 bits formato IEEE
String – Término nulo ASCII cadena de caracteres.
BCD - Dos bytes empaquetados en formato BCD el rango es 0 - 9999
LBCD - Cuatro bytes empaquetados en formato BCD el rango es 0 -
99999999.
La selección "Client access" permite especificar si el tag es sólo lectura ("Read
only") o lectura/ escritura ("Read/Write"). Seleccionando "Read only" se puede
impedir a las aplicaciones del cliente cambiar los datos contenidos en este tag.
Seleccionando "Read/Write" se está permitiendo a las aplicaciones del cliente
cambiar el valor de este tag según se requiera.
El parámetro "DDE scan rate" permite especificar el intervalo de actualización para
un tag cuando se usa en un cliente DDE. Los clientes de OPC pueden controlar la
velocidad a la que los datos son analizados usando la velocidad de actualización que
es parte de todos los grupos de OPC. Normalmente los clientes DDE no tienen esa
prestación. El servidor le permite especificar una velocidad de actualización en un
tag por la base del tag para los clientes DDE. Usando el "DDE scan rate" se puede
cubrir los requerimientos de banda ancha del servidor para satisfacer las necesidades
de la aplicación. Si, por ejemplo, se necesita leer datos que cambian muy lentamente
no hay ninguna razón para leer frecuentemente el valor. Usando el "DDE scan rate"
el tag puede ser forzado a leerlo en una velocidad lenta reduciendo la demanda en el
canal de comunicaciones. El rango válido es 10 a 999999 milisegundos. El valor por
defecto es 100 milisegundos.
94
4.11.2. COMUNICACIÓN INTOUCH/KEPServerEX.
Las Opciones FastDDE & SuiteLink: Los servidores soporte de Corporación
Wonderware; FastDDE y SuiteLink simplifican la tarea de conectar el servidor con
aplicaciones de FactorySuite como InTouch. Usando el conjunto de herramientas de
Wonderware, el servidor puede proporcionar simultáneamente OPC y conectividad
FastDDE/SuiteLink para dirigir las necesidades de comunicaciones entre
Cliente/Servidor, el servidor permite acceder rápidamente a datos del dispositivo sin
la necesidad de usar un software intermediario como puente como se hace al usar un
OPC solamente como servidor de comunicaciones. Para usuarios de Wonderware la
apariencia familiar de la configuración de la base de datos del tag
FastDDE/SuiteLink se mantiene.
El servidor hace el mejor uso de estas tecnologías usando sólo los componentes
necesarios para los usuarios de Wonderware. Si no es un usuario de Wonderware no
se requiere su uso, no obstante el servidor usa su propia tecnología de OPC para
mantener el mejor funcionamiento disponible para las aplicaciones de cliente OPC.
Figura. 4.16. Menú herramientas-opciones
La ventana de diálogo FastDDE/SuiteLink (Fig.4.17) sólo se desplegará en el menú
de las opciones del servidor si un producto Wonderware FactorySuite está instalado
en el PC. Específicamente, el Wonderware FS2000 Componentes Comunes deben
instalarse en el PC para el funcionamiento apropiado de FastDDE/SuiteLink.
95
Figura. 4.17. Ventana de Diálogo FastDDE/SuiteLink.
La opción " enable FastDDE/SuiteLink" permite activar o desactivar el soporte de
estos protocolos Cliente/Servidor. Por defecto este parámetro estará habilitado
cuando un producto de Wonderware esta instalado en el PC. Si el funcionamiento
de FastDDE/SuiteLink se desactiva, el servidor no responderá a cualquier demanda
para datos FastDDE o SuiteLink. Si se piensa sólo usar como un servidor de OPC,
se puede desactivar el funcionamiento de FastDDE/SuiteLink. Haciendo eso, se
puede aumentar la seguridad de los datos y mejorar el funcionamiento total del
servidor.
La opción " Update active clients" configura con qué frecuencia se enviarán nuevos
datos a las aplicaciones cliente FastDDE/SuiteLink. El rango es 20 a 32000
milisegundos, con un valor por defecto de 100 milisegundos y es usado para permitir
a los datos FastDDE/SuiteLink ser dosificados para la transferencia a las aplicaciones
del cliente. Al usar un protocolo de Cliente/Servidor como FastDDE o SuiteLink, las
ganancias del funcionamiento sólo se dan cuando pueden enviarse bloques grandes
de datos del servidor en una sola respuesta. Para mejorar la habilidad del servidor de
recoger un bloque grande de datos, el cronómetro de actualización puede
configurarse para permitir una agrupación de nuevos datos para acumularlos antes de
enviarse a una aplicación del cliente. Una cosa importante para recordar es que esta
96
velocidad de actualización aplica a cuan frecuente los datos se envían a la aplicación
del cliente y no a cuan frecuente los datos son leídos desde el dispositivo. Se puede
usar la ventana de configuración "DDE scan rate" para ajustar cuan rápido o lento el
servidor adquiere datos de un dispositivo conectado.
Usando el Servidor de Datos en Wonderware
El servidor es por encima de todo un servidor de OPC, como tal es común
FastDDE/SuiteLink, la nomenclatura como nombre del servicio DDE (Access
Name), nombre del Tema (Topic Name), y nombre del Artículo (Item Name) son
aplicados diferentemente de su equivalente OPC.
Como cualquier servidor de DDE, este debe registrarse con el sistema como un
proveedor de servicio DDE. Para el funcionamiento apropiado de
FastDDE/SuiteLink, este nombre debe ser igual al nombre del archivo ejecutable
servidor que es "Servermain". Con esto en mente, se debe usar este nombre cuando
se configura un Nombre de Acceso (Access Name) en la aplicación de FactorySuite.
Si se piensa usar SuiteLink como protocolo Cliente/Servidor también se debe
configurar un PC Node Name. Esto aplica aun cuando el servidor y su aplicación de
FactorySuite existen en el mismo PC.
En una aplicación típica del servidor se puede ver una configuración que es muy
similar a la siguiente:
Figura. 4.18. Ejemplo aplicación en el servidor.
97
Para el ejemplo de la figura 4.19 pueden accederse a los datos DDE usando la
información siguiente en el Access Name de InTouch:
Application Name = Servermain
Topic Name = Channel1_Device1_Machine1_Cell2
Item Name = ToolDepth
Figura. 4.19. Ejemplo configuración del Access Name de InTouch.
Esta información es necesaria para acceder a los datos del item en el servidor. Como
se muestra en la figura 4.19, en el diálogo del Nombre de Acceso (Access Name), el
" Node Name " o nombre del Nodo debe ser igual al nombre del PC dónde se
desarrolla la aplicación si se intenta usar SuiteLink. El "Topic Name " o Nombre de
la Aplicación debe ser igual al predefinido en el Servicio DDE cuyo nombre es
"Servermain" para ambas operaciones FastDDE y SuiteLink.
98
Figura. 4.20. Ejemplo configuración del Tagname Dictionary de InTouch.
99
DIAGRAMA DE FLUJO PRODUCCIÓN BIOCOMBUSTIBLE
NO
TQ. ALCOHOL
TQ.CATALIZADOR
MEZCLA
INTERFASE DE COLOR
TQ.DECANTADOR
TQ. RECIBIDOR BIOCOMBUSTIBLE
Inicio
Cargar Alcohol
TQ.ACEITE VEGETAL
TQ.RECIBIDOR GLICEROL
TQ.REACTOR
MEZCLA Y TEMP
Cargar Mezcla Catalizador
Químico Catalizador
Dosificar
Cargar Aceite
CAPÍTULO 5
SISTEMA DE CONTROL Y VISUALIZACIÓN PLANTA PROTOTIPO
BIOCOMBUSTIBLE
5.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO.
Para describir de manera gráfica el proceso que se realiza para la elaboración del
biocombustible a partir de aceites vegetales, se muestra el siguiente diagrama de
flujo.
Figura. 5.1. Diagrama de Flujo del Proceso de Biocombustible.
100
5.1.1. COMPONENTES.
Para la demostración de este automatismo se cuenta con una maqueta que representa
a una planta de obtención de Biocombustible hasta la etapa primaria, es decir sin el
proceso de refinación, filtrado y enfriamiento.
Se dispone de siete depósitos metálicos que representan los tanques del proceso:
El primer depósito representa el tanque de almacenamiento de Alcohol,
cuenta con una bomba de descarga hacia el tanque catalizador.
El segundo depósito representa el tanque de catalización, cuenta con un
sensor capacitivo como interruptor de nivel, un motor agitador, un pequeño
depósito acoplado con una válvula manual para dosificación del químico
catalizador, una bomba de descarga y una válvula solenoide que permite el
vaciado hacia el tanque Reactor.
El tercer depósito representa el tanque de almacenamiento de Aceite Vegetal,
cuenta con una bomba de descarga hacia el tanque Reactor.
El cuarto depósito representa el tanque reactor, cuenta con un motor agitador,
una resistencia eléctrica tubular interior para calentamiento, un sensor PT-100
con un transmisor de conversión de 4 a 20 mA, una bomba de descarga hacia
el tanque decantador.
El quinto depósito representa el tanque decantador, cuenta con un sensor de
tipo vibratorio para nivel máximo, un sensor de contraste para detección de
cambio de fase o color en la decantación. Asimismo consta de tres válvulas
solenoides: la primera ubicada en la bajante del depósito permite el control de
la decantación, las dos restantes permiten el vaciado en conjunto con dos
bombas hacia los tanques recibidores de biocombustible y glicerol
respectivamente.
El sexto depósito representa el tanque recibidor de Glicerol.
El séptimo depósito representa el tanque recibidor de biocombustible, cuenta
con un sensor PT-100 con un transmisor de conversión de 4 a 20 mA.
Se cuenta con un botón de emergencia que interrumpirá todo el proceso si la
situación así lo requiere.
101
Figura. 5.2. Maqueta representativa del Proceso de Biocombustible.
En la figura 5.3 se muestra la tarjeta de interfase entre los PLC´s y los dispositivos de
campo tales como motores, válvulas solenoides y la resitencia eléctrica para
calentamiento, el objetivo de su implementación es proteger las salidas de los
PLC´s.
Figura. 5.3. Tarjeta de Interfase entre salidas del PLC y dispositivos de campo.
102
5.1.2. FUNCIONAMIENTO.
El esquema fundamental del control del proceso para esta planta prototipo se detalla
a continuación:
1. Inicia con el bombeo desde el tanque de almacenamiento de alcohol hasta
el tanque de catalización.
2. El sensor capacitivo ubicado en el tanque de catalización interrumpe la
entrada de alcohol, una luz piloto advierte que se inicie la dosificación
del químico catalizador.
3. Se activa el agitador del catalizador para realizar la mezcla entre el
químico y el alcohol a un tiempo de agitación determinado.
4. Terminado este proceso por medio de una bomba se descarga esta mezcla
hacia el tanque Reactor.
5. Inicia el bombeo desde el tanque de almacenamiento de aceite vegetal
hacia el tanque Reactor.
6. La dosificación de los porcentajes tanto de la mezcla del catalizador como
la del aceite vegetal hacia el tanque de reacción se simulará con una
aplicación en InTouch.
7. Se ajusta el control de temperatura y el tiempo de agitación del Reactor.
8. La reacción termina cuando alcance la temperatura y el tiempo de
agitación determinado.
9. A continuación se acciona la bomba de descarga del tanque Reactor hacia
el tanque decantador, el sensor de nivel alto en el tanque decantador
apaga la bomba de descarga del tanque reactor y protege contra
sobrellenado.
10. Por efecto de densidad el coproducto de la reacción en este caso el
glicerol desciende hacia el fondo del tanque decantador.
11. Se activa la válvula de control de decantación la cual permite el paso de
los fluidos hacia la mirilla en dónde se encuentra un sensor de contraste
que detectará las dos fases producto de la reacción y decantación.
12. El sensor de contraste detecta el glicerol, activa la bomba y válvula de
vaciado hasta el depósito de glicerol.
13. Luego de haber descargado el glicerol el sensor de contraste detecta el
cambio en la interfase es decir el color del biocombustible.
14. Se desactiva la bomba de descarga de glicerol y se activa la bomba y
válvula de vaciado del biocombustible hacia su respectivo depósito.
103
5.1.3. CONFIGURACIÓN DEL PLC NECESARIO.
Según lo descrito en componentes y funcionamiento del proceso, da como resultado
la configuración del PLC siguiente:
Entradas, salidas y puertos de comunicaciones necesarios:
4 entradas digitales de 24 Vcc.
2 entradas analógicas de 4 a 20 mA.
12 salidas digitales de 24 Vcc, 0,5 A.
2 puertos de comunicaciones serie RS232.
5.2. SOLUCIÓN DE CONTROL CON DELTA PLC.
Para este proyecto hemos utilizado 2 PLCs Delta modelos DVP20EX00R, consta de
entradas analógicas, entradas discretas y salidas discretas de tipo relé y el
DVP14ES00R, consta de entradas discretas y salidas discretas de tipo relé.
Figura. 5.4. Módulos con PLC´s DELTA utilizados en el proyecto.
104
5.2.1. PROGRAMAS PLC.
Para mejor comprensión de los programas se detalla en la tabla 5.1 y 5.2 la
descripción de los elementos utilizados, así como las direcciones internas y externas
en el PLC.
5.2.1.1. PROGRAMA DE CONTROL WPL EDITOR PLC1.
ENTRADAS DIGITALES COMENTARIO
X0 Límite de Nivel TQ. Catalizador
X1 Límite de Nivel TQ. Decantador
X2 Sensor cambio de Fase Decantación
X3 Parada de Emergencia General
SALIDAS DIGITALES
Y0 Relé de accionamiento Bomba TQ. Alcohol
Y1 Relé de accionamiento Bomba TQ. Catalizador
Y2 Relé de accionamiento Bomba TQ. Aceite.
Y3 Relé de accionamiento Bomba TQ. Reactor.
Y4 Relé de accionamiento bomba TQ. Decantador hacia TQ.
Biocombustible.
Y5 Relé de accionamiento bomba TQ. Decantador hacia TQ.
Glicerol.
ENTRADAS ANALÓGICAS
(4 a 20 mA)
A0I Temperatura Reactor
A1I Temperatura Biocombustible
VARIABLES AUXILIARES
M0 Marca activación bomba alcohol
M2 Marca activación bomba aceite vegetal
M3 Marca activación calentamiento Reactor
M4 Marca de indicación dosificación químico catalizador
M6 Marca activación bomba Catalizador
M10 Marca activación bomba Reactor
M11 Marca activación válvula solenoide descarga decantador
M12 Marca paro de emergencia X3
M16 Marca condicional calentamiento Reactor
M17 Marca condicional bomba decantador-biocombustible
105
M19 Marca activación bomba decantador-biocombustible
M21 Marca activación bomba decantador-glicerol
M22 Marca condicional bomba decantador-glicerol
M24 Marca de reset dosificación químico catalizador
M25 Marca de reinicio nueva dosificación químico catalizador
D2 Registro ingreso temperatura de calentamiento reactor (°C)
D3 Registro conversión (°C) a valor decimal
D4 Registro valor decimal para comparación con entrada
analógica
D5 Registro control temperatura alcanzada.
D1110 Registro de lectura entrada analógicaA0I
TEMPORIZADORES
T0 Temporizador desactivación manual Y0
T1 Temporizador estabilidad sensor de nivel X0
T2 Temporizador desactivación manual Y1
T3
T4 Temporizador desactivación manual Y2
T5
T6 Temporizador desactivación manual Y3
T7 Temporizador desactivación manual Y4,Y5
Tabla 7. Simbólico PLC1. Fuente: Los autores.
106
107
108
109
5.2.1.2. PROGRAMA DE CONTROL WPL EDITOR PLC2.
SALIDAS
DIGITALES COMENTARIO
Y0 Relé de accionamiento válvula de control decantación.
Y1 Relé de accionamiento válvula TQ. Biocombustible.
Y2 Relé de accionamiento válvula Solenoide TQ. Glicerol.
Y3 Relé de accionamiento motor agitador Reactor.
Y4 Relé de accionamiento resistencia calentamiento Reactor.
Y5 Relé de accionamiento motor agitador Catalizador.
VARIABLES
AUXILIARES
M1 Marca activación Agitador Catalizador
M5 Marca activación M1
M7 Marca activación resistencia calentamiento Reactor
M8 Marca activación M9
M9 Marca activación Agitador Reactor
M13 Paro de emergencia X3(PLC1)
M15 Marca activación válvula Y0
M18 Marca activación válvula Y1
M23 Marca activación válvula Y2
D0 Registro ingreso tiempo de agitación catalizador (minutos)
D1 Registro conversión tiempo de agitación catalizador (seg)
D6 Registro ingreso tiempo de agitación reactor (minutos)
D7 Registro conversión tiempo de agitación reactor (seg)
TEMPORIZADORES
T0 Temporizador desactivación manual Y5
T1 Temporizador agitador catalizador (D1)
T2 Temporizador desactivación manual Y3
T3 Temporizador agitador reactor (D7)
Tabla 8. Simbólico PLC2. Fuente: Los autores.
110
111
5.3. INTERFASE HUMANO - MÁQUINA (HMI).
5.3.1. DISEÑO DE PANTALLAS.
Para el control y supervisión del presente proyecto realizamos una interfase gráfica
HMI SCADA con el desarrollador WindowMaker del programa InTouch 9.5 de
Wonderware.
La aplicación se ordena entorno a una pantalla de selección. Contiene 4 accesos
directos a diferentes pantallas principales de la aplicación (figura 5.2).
Figura 5.5. Menú Principal
112
Pantallas de procesos: Se han creado 4 pantallas que reflejan el proceso que se está
llevando a cabo en la planta en sus diferentes ubicaciones, mostrando todos los
elementos susceptibles de activación o programación, permitiendo el acceso a los
mismos y con ayuda visual para facilitar la comprensión por parte del operario.
Figura 5.6. Tanque Alcohol
Figura 5.7. Catalizador-Aceite
113
Figura 5.8. Reactor
Figura 5.9. Decantador - Tanques Finales
114
Pantalla de tendencias: Se desarrolla una pantalla en la que se visualiza una serie de
gráficas de evolución de variables presentes en el proceso tales como la temperatura
interior del material en el Reactor (figura 5.6).
Figura 5.10. Registrador de temperatura Reactor
5.3.2. CREACIÓN DE LA APLICACIÓN EN EL SERVIDOR KEPServerEX.
Una vez realizadas las pantallas de la interfaz gráfica, creamos la aplicación en el
servidor de datos KEPServerEx.
Como ejemplo tomaremos la configuración para el PLC1.
115
Figura 5.11. Creación del canal de acceso.
Debido a que los PLCs utilizados en este proyecto utilizan el protocolo de
comunicación Modbus ASCII escogemos el correspondiente controlador para este
dispositivo como se muestra en la figura 5.9.
116
Figura 5.12. Configurando el controlador del PLC Delta.
Figura 5.13. Puerto de comunicación en la estación maestro, velocidad de
transmisión y características de la trama.
117
Figura 5.14. Creación del Dispositivo.
Figura 5.15. Selección del modelo del Dispositivo.
118
Figura 5.16. Asignación de dirección o ID del dispositivo.
Las siguientes ventanas de diálogo tales como parámetros de comunicación y ajustes
para la trama se configuran por defecto cuando las tramas son construidas para
comunicarse con un dispositivo Modbus.
Figura 5.17. Resumen de propiedades del dispositivo creado.
119
Figura 5.18. Ventana de la aplicación para PLC1 Y PLC2
Direccionamiento para dispositivos Modbus ASCII: Los tipos de datos por
defecto para los tags definidos dinámicamente se muestran en la siguiente tabla:
Tabla 9. Direccionamiento para dispositivos Modbus ASCII. Fuente: Los autores.
Dirección Rango Tipo de Dato Acceso
Salidas 000001 - 065535 Boolean Lectura/Escri
tura
Entradas 100001 - 165535 Boolean Solamente
lectura.
Registros
Internos
300001 – 365535
300001 – 365534
3xxxxx.0 - 3xxxxx.15
Word, Short, BCD
Float, DWord, Long
Boolean
Solamente
lectura.
Registros de
operación
400001 – 465535
400001 – 465534
4xxxxx.0 - 4xxxxx.15
Word, Short, BCD
Float, DWord, Long
Boolean
Lectura/Escri
tura
120
Las Direcciones de dispositivos del PLC DELTA DVP-ES y EX Series para
comunicación utilizados en esta aplicación se muestran en base numérica
hexadecimal y decimal la siguiente tabla:
Tabla 10. Direcciones de dispositivos del PLC DELTA DVP-ES y EX Series.
Fuente: Los autores.
Como ejemplo tomamos el direccionamiento de la entrada analógica del transmisor
que indica la temperatura presente en el Tanque Reactor.
Por tratarse de un Registro especial de operación (Vea Tabla 9) tomamos el valor
inicial 400001 sumado al valor del registro correspondiente a la entrada analógica
CH0 del PLC, D1110 cuya dirección en base numérica decimal es 5206 (Vea Tabla
10) resulta 405207 este valor es ingresado como dirección de la entrada analógica
CH0 en el servidor de datos KEPServerEX.
Figura 5.19. Configuración de un Tag.
Dispositivo Rango Dirección (Hex) Dirección (Dec)
X 000~377(Octal) 0400~04FF 1024~1279
Y 000~377(Octal) 0500~05FF 1280~1535
T 000~255 0600~06FF 1536~1791
M 000~255 0800~08FF 2048~2303
D 000~255 1000~10FF 4096~4351
D 1024~1279 1400~14FF 5120~5375
121
Siguiendo el ejemplo anterior configuramos todos los tags utilizados en el proceso,
en la ventana de tags vemos la vinculación de las distintas variables del sistema con
las señales E/S del PLC. Así, podemos ver el nombre del tag, dirección de memoria
interna en el PLC, tipo de dato y la velocidad de actualización de datos.
Figura 5.20. Lista de Tags del PLC1 en el Servidor de Datos.
122
5.21. Lista de Tags del PLC2 en el Servidor de datos.
5.3.3. CREACIÓN DEL NOMBRE DE ACCESO EN INTOUCH.
Ahora creamos los Access Names en el InTouch
Figura 5.22. Access Name para el PLC1.
123
Figura 5.23. Access Name para el PLC2.
Vinculamos los distintos elementos del dibujo y los botones a las marcas y salidas de
los PLCs mediante los tags del sistema que representan a los dispositivos o
elementos que queremos visualizar del proceso.
Figura 5.24. Lista de tags en InTouch.
124
El sistema de referencia para los tags es la unidad terminal master (MTU) del
SCADA en este caso el PC, así vemos que los datos que salen de la interfase hacia el
PLC son de tipo salida y los datos que van del PLC al PC son de tipo entrada.
5.3.4. CREACIÓN DE LOS SCRIPTS.
En el script o escritura de aplicación tenemos:
Figura 5.25. Escritura de Aplicación.
Formula de presentación de temperatura del Reactor:
temp1= (150/965)*AIW0;
Donde temp1 es el valor de la temperatura en grados centígrados presente en el
reactor, (150/965) es el factor de relación entre el rango de medición del transmisor
de temperatura y el valor de lectura máximo en el PLC y AIW0 representa la entrada
analógica del PLC para el transmisor de temperatura del PT-100 del reactor en
tiempo real.
Paro de emergencia.- Las siguientes líneas son para activar el paro de emergencia
en el PLC 2:
IF M12==1 THEN
M13=1;
125
ELSE
M13=0;
ENDIF;
Donde M12 es la marca que se habilita cuando se pulsa el paro de emergencia de la
entrada X3 del PLC1
M13 es la marca que detiene el sistema en el PLC 2
Control de descarga de decantador
IF Y02==1 THEN
M11=1;
ELSE
M11=0;
ENDIF;
Donde Y02 es la salida que activa la válvula solenoide de control de descarga del
decantador y se encuentra en el PLC2.
M11 es la marca que habilita las bombas de descarga Glicerol y la de
Biocombustible ubicadas en el PLC1.
La condición consiste que cuando se active dicha válvula podrán funcionar las
bombas de descarga del Decantador.
Fórmula de presentación de temperatura del Biocombustible:
temp2= (150/965)*AIW2;
Donde temp2 es el valor de la temperatura en grados centígrados presente en el
tanque de Biocombustible, (150/965) es el factor de relación entre el rango de
medición del transmisor de temperatura y el valor de lectura máximo en el PLC y
AIW2 representa la entrada analógica del PLC para el transmisor de temperatura del
PT-100 del tanque de Biocombustible en tiempo real.
Nivel tanque Catalizador
Las siguientes líneas de programación son para observar el nivel de llenado en el
tanque catalizador.
IF Y0==1 THEN
NIVC = NIVC +1;
ENDIF;
IF Y1== 1 THEN
126
NIVC = NIVC - 1;
ENDIF;
Donde Y0 es la salida que activa la bomba de descarga del alcohol
NIVC es la variable de nivel del tanque catalizador
Y1 es la bomba de descarga del catalizador
Cuando se activa la bomba de descarga del alcohol comienza a incrementarse NIVC
aumentando así el nivel de tanque del catalizador, caso contrario ocurre cuando se
activa la bomba de descarga del catalizador la variable NIVC se decrementa
disminuyendo el contenido del tanque.
Nivel tanque Reactor
Las siguientes líneas de programación son para observar el nivel de llenado en el
tanque reactor
IF Y1 == 1 OR Y2 == 1 AND NIVR < 440 THEN
NIVR = NIVR+1;
ENDIF;
IF Y31 == 1 AND NIVR > 0 THEN
NIVR = NIVR - 1;
ENDIF;
Y1 es la bomba de descarga del catalizador
Y2 es la bomba de descarga del aceite
NIVR es la variable de nivel del tanque reactor
Donde Y31 es la salida que activa la bomba de descarga del reactor
Cuando se activa la bomba de descarga del alcohol o del catalizador comienza a
incrementarse NIVR aumentando así el nivel del tanque del catalizador, caso
contrario ocurre cuando se activa la bomba de descarga del reactor la variable NIVR
se decrementa disminuyendo el contenido del tanque.
En los scripts de condición tenemos:
127
Figura 5.26. Configurando una condición de Escritura.
Activación y desactivación desde el PLC1 de sistema de calentamiento del Reactor
cuya salida se encuentra en el PLC2:
M3 tipo de condición: ON True M7=1;
M16 tipo de condición: ON False M7=0;
Activación de Sonido para temperatura alcanzada en el Reactor:
temp1 >= D2tipo de condición: ON True PlaySound( "C:\windows\media\Sonido de
inicio de sesión de Windows XP.wav", 1);
alarma = 1;
Activación y desactivación desde el PLC1 de válvula de descarga de Biocombustible
cuya salida se encuentra en el PLC2:
M17 tipo de condición: ON True M18=1;
Y41 tipo de condición: ON False M18=0;
Activación y desactivación desde el PLC1 de válvula de descarga de Glicerol cuya
salida se encuentra en el PLC2:
128
M22 tipo de condición: ON True M23=1;
Y51 tipo de condición: ON False M23=0;
Figura 5.27. Imagen del proyecto terminado.
129
CAPÍTULO 6
COSTOS
Las siguientes tablas muestran de forma independiente los costos de materiales y
mano de obra e ingeniería para la elaboración de este proyecto.
6.1. LISTA DE MATERIALES UTILIZADOS.
ELEMENTO UNIDAD CANT VALOR UNITARIO
VALOR TOTAL
Tanques metálicos U 7 5.00 35.00
Tanque en acero inoxidable para dosificación U 1 5.00 5.00
Plywood 79,2 x 59,1 x 12 cm U 1 4.40 4.40
Alfombra de polievinil. m 1 5.95 5.95
Mesa metálica (material y mano de obra) U 1 50.00 50.00
Base para tanques de aluminio U 5 5.00 35.00
Riel de aluminio m 10 0.75 7.5
Racor codo de 1/8”- 6mm U 12 1.76 21.12
Racor Recto de 1/8”- 6mm U 12 1.76 21.12
Racor recto 1/8”- 8mm U 3 1.90 3.80
Manguera neumática 6 mm m 8 2.42 19.36
Manguera neumática 8 mm m 1 2.50 2.50
Cable de control # 18 AWG m 50 0.35 17.5
Canaleta plástica 4 x 3 cm U 2 0.80 2.40
Canaleta plástica 1 x 0.5 cm U 2 0.50 1.00
130
Tarjeta de relés para interfase U 1 30.00 30.00
Caja para tarjeta de relés para interfase U 1 9.00 9.00
Paquete de marquillas con terminales para bornera U 1 14.00 14.00
Válvulas Solenoides con bobinas 110VAC U 4 37.46 149.84
Resistencia tubular de 1000 W – 120Vac U 1 40.00 40.00
Sensor RTD PT-100 U 2 50.00 100.00
Rele de 120 Vac Telemecanique U 1 15.00 15.00
Transmisor Temperatura TMT187 RTD/ 4-20mA U 2 100.00 200.00
Sensor de Contraste U 1 250.00 250.00
Sensor Liquiphant FTL20 U 1 250.00 250.00
PLC DELTA 12 Entradas/8 Salidas digitales, 4 Entradas/ 2 Salidas analógicas. U 1 312.71 312.71
PLC DELTA 8 Entradas/6 Salidas digitales. U 1 214.91 214.91
Cable de comunicación PC→PLC DVPACAB215 U 2 18.25 36.50
Sensor capacitivo Sick U 1 180.00 180.00
Válvulas de bola ¼ NPT U 2 2.50 5.00
Mirilla de vidrio U 1 20.00 20.00
Bomba de limpia parabrisas 12VDC U 7 8.00 42.00
Motor 110Vac para agitador U 2 15.00 30.00
Acople y eje para agitador U 2 5.00 10.00
Fuente de poder ATX 540 W U 1 20.00 20.00
Breaker (1P) 2A U 2 15.00 30.00
Cable concéntrico 2x14 m 2 0.70 1.40
131
Riel DIN m 2 2.00 4.00
Portafusibles para tablero U 2 0.50 1.00
Caja tablero (30x23x7.5) cm U 1 15.00 15.00
Caja tablero (18x23x8.5) cm U 1 10.00 10.00
Conector DB25 macho U 4 0,35 1.40
Cable conector DB25 hembra U 4 2.50 10.00
Cable conector DB9 macho U 2 0.35 0.70
Cable conector DB9 hembra U 2 0.35 0.70
Cables de alimentación 110 Vac U 2 1.00 2.00
Bornas y plug U 2 0.50 1.00
Enchufe polarizado U 1 1.50 1.50
Conector romex 1” U 1 0.45 0.45 Misceláneos (tornillos, amarras plásticas, pegamento, cinta aislante, silicón, fusibles, transporte). U 1,00 10,00 10,00
TOTAL 2,249.76
132
6.2. ACTIVIDADES REALIZADAS.
DESCRIPCIÓN TOTAL
Costos por montaje, cableado, programación, pruebas del sistema y puesta en marcha.
1,500.00
IVA 12% 180.00
TOTAL 1,680.00
133
ANEXO A
DATOS TÉCNICOS PLC DELTA DVP SERIES ES Y EX
Modelo de PLC Alimentación Especificación del Módulo de Salida Código de control y # Serie Versión
Figura A1. Placa del PLC
En la figura 3.2 podemos ver la forma en que se codifican los modelos de PLC
Figura A2. Descripción de modelos de PLC
PERFIL DEL EQUIPO Y CONTORNO
Figura A3. Perfil del equipo y contorno
134
1. Clip del Riel DIN
2. Riel DIN
3. Orificios para montajes
4. Puerto de comunicación (RS-232)
5. Puerto para unidad de expansión
6. Terminales de entradas y salidas
7. Terminales de entradas y salidas
8. Indicadores de entradas
9. Indicadores de salidas
10. Indicador de estado: POWER, RUN y ERROR
11. Tapa de Terminales de entrada y salida
12. Tapa de Terminales de entrada y salida
13. Placa con los nombres de terminales
14. Placa con los nombres de terminales
15. Puerto de comunicación RS-485
MODELOS
Los modelos utilizados son el DVP20EX00R y el DVP14ES00R según se muestra en
las figura A4 y A5 respectivamente
Figura A4. PLC Delta DVP20EX00R
Figura A5. PLC Delta DVP14ES00R
135
ESPECIFICACIONES GENERALES
Tabla A1. Especificaciones Generales de los PLCs usados en el proyecto Fuente: Los autores.
Entrada Analógica (A/D) Salida Analógica (D/A)
Ítems Entrada de Voltaje
Entrada de Corriente
Salida de Voltaje
Salida de Corriente
Análogo I/O Rango ±±±±10V ±±±±20mA 0-10V 0-20Ma
Conversión digital -512 - +511 -512 - +511 0 – 255 0 – 255
Resolución 10bits
(1lsb=19.53125Mv)
10bits (1lsb=39.0625µµµµA
)
8bits (1lsb=39.0625m
V) 8bits (1lsb=78.125)
Impedancia de entrada > 112 KΩΩΩΩ 250 ΩΩΩΩ ____
Tabla A2. Entradas y Salidas Analógicas (DVP 20EX) Fuente: Los autores.
Modelo Ítem DVP14ES00R DVP20EX00R
Alimentación 100/240VAC Fusible 2A/250VAC
Consumo 20VA 30VA Fuente de 24VDC
400mA
Resistencia de Aislamiento >5MΩΩΩΩ a 500VDC(Entre todas las entradas /salidas y tierra)
Entradas digitales 8 8
Salidas digitales 6 6
Entradas Analógicas de
Voltaje 0 4
Entradas Analógicas de
Corriente 0 4
Convertidor Analógico Digital de Voltaje
0 2
Convertidor Analógico Digital de Corriente
0 2
Peso 400 536
136
INSTALACIÓN
Figura A6. Conexión eléctrica.
Todas las versiones del DVP PLC tienen circuitos Entrada / Salida, que pueden unir
a una gran variedad de dispositivos de campo. Las señales de entrada serán de voltaje
DC y tiene dos maneras de conexión: SINK y SOURCE:
Sink = La corriente circula hacia el terminal común S/S
Source = La corriente circula fuera del terminal común S/S
Por ejemplo, conectamos al terminal común S/S al positivo de la fuente de
alimentación (+), agregando el interruptor, entre el negativo (-) y la entrada, hemos
completado el circuito.
Figura A7. Forma de conexión de entradas.
137
Figura A8. Forma de conexión de salidas
(1). Voltaje DC
(2). Paro de emergencia
(3). Fusible
(4)-(5) Conexión de salidas de Y0 y Y1 con diodo de protección
(6) Conexión Y4 y Y5 con un hardware externo
(7) No se conecta
Power LED
Este indicador enciende cuando el PLC esta energizado, cundo el led no enciende
indica que la fuente de 24 VDC del PLC esta sobrecargada y debe desconectarse las
cargas conectadas a dicha fuente y conectar una fuente externa a las cargas. Si el led
de error parpadea continuamente significa que debe cambiarse la fuente externa ya
que es de baja capacidad.
Operación y Test
Se debe verificar que los cables estén bien conectados
Cargar el programa al PLC y el LED de ERROR debe estar apagado.
Cuando el LED de RUN esta apagado el PLC esta en modo STOP
Se ejecuta el comando RUN y en el PLC deberá encender el LED de RUN,
indicando así el buen funcionamiento del equipo.
138
FLUJOGRAMA DE FUNCIONAMIENTO.
Encendido
Inicialización
Verificación de Hardware Y Memoria de Programa
¿OK?
Fijar tiempo Watchdog
¿Modo? ¿?? ?
Ejecutar programa
Verificar tiempo de scan
2 1
Reporte de error, Set registro bandera,
Enciende LED
No
Si
STOP
RUN
139
Diagnóstico
El sistema espera hasta que se cumpla el tiempo de scan seteado
¿Voltaje bajo?
¿Ok?
Reporte de error, Set registro flag, Enciende LED
Forzar al PLC en modo STOP
1
Error LED intermitente Guarda los datos en
Memoria
Si
No
Verificación de Periféricos
Actualización de entradas y salidas
2
No
Si
¿Buen encendido? No
Si
Parada del PLC
140
ANEXO B RS232C
El puerto serie RS-232C, presente en todos los computadores actuales, es la forma
más comúnmente usada para realizar transmisiones de datos entre computadores de
manera serial. El RS-232C es un estándar que constituye la tercera revisión de la
antigua norma RS-232, propuesta por la EIA (Asociación de Industrias Electrónicas),
realizándose posteriormente un versión internacional por el CCITT, conocida como
V.24. Las diferencias entre ambas son mínimas, por lo que a veces se habla
indistintamente de V.24 y de RS-232C (incluso sin el sufijo "C"), refiriéndose
siempre al mismo estándar.
El RS-232C consiste en un conector tipo DB-25 de 25 pines, aunque es normal
encontrar la versión de 9 pines DB-9, más barato incluso para cierto tipo de
periféricos (como el ratón serie del PC).
Las señales con las que trabaja este puerto serie son digitales, de +12V (0 lógico) y -
12V (1 lógico), para la entrada y salida de datos, y a la inversa en las señales de
control. El estado de reposo en la entrada y salida de datos es -12V.
Cada pin puede ser de entrada o de salida, teniendo una función específica cada uno
de ellos. Las más importantes son:
TABLA B1. FUNCIONES DE PINES RS-232 Fuente: Los autores.
Las señales TXD, DTR y RTS son de salida, mientras que RXD, DSR, CTS y DCD
son de entrada. La masa de referencia para todas las señales es SG (Tierra de Señal).
Pin Función
TXD (Transmitir Datos)
RXD (Recibir Datos)
DTR (Terminal de Datos Listo)
DSR (Equipo de Datos Listo)
RTS (Solicitud de Envío)
CTS (Libre para Envío)
DCD (Detección de Portadora)
141
Existen otras señales como RI (Indicador de Llamada), y otras poco comunes que no
se explican en este artículo por rebasar el alcance del mismo.
Numero de Pin Señal Descripción E/S
En DB-25 En DB-9
1 1 - Masa chasis -
2 3 TxD Transmisión de datos S
3 2 RxD Recepción de datos E
4 7 RTS Dispuesto para transmitir S
5 8 CTS Listo para recibir E
6 6 DSR Equipo de Datos Listo E
7 5 SG Línea de masa -
8 1 CD/DCD (Data) Detección de
Portadora E
15 - TxC(*) Transmit Clock S
17 - RxC(*) Receive Clock E
20 4 DTR Terminal de Datos Listo S
22 9 RI Indicador de Llamada E
24 - RTxC(*) Transmit/Receive Clock S
(*) = Normalmente no conectados en el DB-25
TABLA B2. DESCRIPICIÓN DE PINES RS-232 Fuente: Los autores.
Conector DB 25 Conector DB 9
Figura B1. Puertos RS-232
142
El computador controla el puerto serie mediante un circuito integrado específico,
llamado UART (Transmisor-Receptor-Asíncrono Universal). Para controlar al puerto
serie, la CPU emplea direcciones de puertos de E/S y líneas de interrupción (IRQ).
Mediante los puertos de E/S se pueden intercambiar datos, mientras que las IRQ
producen una interrupción para indicar a la CPU que ha ocurrido un evento (por
ejemplo, que ha llegado un dato, o que ha cambiado el estado de algunas señales de
entrada).
El RS-232 puede transmitir los datos en grupos de 5, 6, 7 u 8 bits, a unas velocidades
determinadas (normalmente, 9600 bits por segundo o más). Después de la
transmisión de los datos, le sigue un bit opcional de paridad (indica si el numero de
bits transmitidos es par o impar, para detectar fallos), y después 1 o 2 bits de Stop.
Normalmente, el protocolo utilizado es 8N1 (que significa, 8 bits de datos, sin bit de
paridad y un bit de stop).
Una vez que ha comenzado la transmisión de un dato, los bits tienen que llegar uno
detrás de otro a una velocidad constante y en determinados instantes de tiempo. Por
eso se dice que el RS-232 es asíncrono por carácter y síncrono por bit. Los pines que
portan los datos son RXD y TXD.
Las demás se encargan de otros trabajos: DTR indica que el computador esta
encendido, DSR que el aparato conectado a dicho puerto esta encendido, RTS que el
computador puede recibir datos (porque no esta ocupado), CTS que el aparato
conectado puede recibir datos, y DCD detecta que existe comunicación.
Tanto el dispositivo a conectar (ejemplo el PLC), como el computador (o el
programa terminal) tienen que usar el mismo protocolo serie para comunicarse entre
si. Puesto que el estándar RS-232 no permite indicar en que modo se esta trabajando,
es el usuario quien tiene que decidirlo y configurar ambas partes. Como ya se ha
visto, los parámetros que hay que configurar son: protocolo serie (8N1), velocidad
del puerto serie, y protocolo de control de flujo. Este último puede ser por hardware
(RTS/CTS, coordinación de operaciones entre la parte transmisora y la parte
receptora llamada también handshaking, que en español es el acto con el cual dos
partes manifiestan estar de acuerdo) o bien por software (XON/XOFF, el cual no es
muy recomendable ya que no se pueden realizar transferencias binarias). La
velocidad del puerto serie no tiene por que ser la misma que la de transmisión de los
143
datos, de hecho debe ser superior. Por ejemplo, para transmisiones de 1200 baudios
es recomendable usar 9600, y para 9600 baudios se pueden usar 38400 (o 19200).
Limitaciones de la RS-232 C
La RS-232 C tiene una limitación de distancia máxima de 15 metros. Si bien no es
una desventaja considerable cuando los equipos a conectar se encuentran cerca, sí es
un inconveniente cuando la RS-232 se utiliza para conectar terminales lejanas.
La norma RS-232 especifica que la capacidad en la línea no debe superar los 2.500
picofaradios. Los cables que se suelen utilizar tienen una capacidad de 120 a 150
picofaradios por metro de longitud, por lo que la RS-232 tiene como límite de 15 m
de distancia, como se vio anteriormente.
Una segunda limitación de la RS-232 es su método de toma de tierra o retorno
común. Este método, llamado transmisión no balanceada, funciona bien la mayor
parte del tiempo. Sin embargo, si hay diferencia de potencial entre los dos extremos
del cable (lo cual es bastante probable en recorridos largos), se reduce la región de
transición entre marca y espacio. Cuando ocurre esto, existe la posibilidad que no se
interpreten bien los distintos estados de la señal.
Otra dificultad es su máximo de 20 KB/s para la velocidad de transmisión. Si bien en
el momento de aparición del estándar era suficiente, en la actualidad, comparando
con las velocidades alcanzadas por las redes de área local, 10 y 100 MB/s y las
exigencias de ancho de banda que las aplicaciones requieren, la RS-232 C en algunos
casos está disminuyendo su aplicación.
A partir de la RS-232 se desarrollaron nuevas interfaces que pretenden transmitir a
mayor velocidad alcanzando mayor distancia. Estas nuevas interfaces como la RS-
422 y la RS-423 eliminan algunas de las restricciones de la RS-232, por ejemplo, la
de poseer un retorno común para todas las señales.
144
Figura B2. Diagrama de conexiones puerto RS-232 usando un controlador Modbus.
145
ANEXO C
DISTRIBUCIÓN DE PUERTOS DB25
ENTRADAS DIGITALES PLC1
SALIDAS DIGITALES PLC1
• Pin Descripción Marquillas 1 24VDC (común)
7 X5 15 8 X6 16 9 X7 17 11 X2 12 12 X3 13 13 X4 14 14 X0 10 15 X1 11 18 0 v 4
• Pin Descripción Marquilla 1 0v
2 Sin uso
3 Y1 23 4 Y2 24 5 Y3 25 6 Y4 26 7 Y5 27 8 Y0 22
146
ENTRADAS SALIDAS/ANALÓGICAS PLC1
SALIDAS DIGITALES PLC2
• Pin Descripción Marquilla 1 A0I+ 31 2 A0I- 32 3 A1I+ 33 4 A1I- 34 5 A2I+ 35 6 A2I- 36 7 A3I+ 37 8 A3I- 38 9 D0I+ 39 10 D0I- 40 11 D1I+ 41 12 D1I- 42
• Pin Descripción Marquilla 1 Y0 28 3 Y1 29 5 Y2 30 7 Y3 59 9 Y4 60 11 Y5 61
147
ANEXO D
TARJETA ELECTRÓNICA INTERFASE PLC-ACTUADORES
Figura B1. Diagrama de la tarjeta
148
Figura B2. Borneras de tarjeta
149
Figura B3. Circuito impreso de la tarjeta
150
Figura B4. Conexión de elementos
151
BIBLIOGRAFÍA.
Libros:
Física I Raymond A. Serway
Manuales:
PLC-DVP Delta, Manual de usuario
Wonderware Intouch, Manual de ayuda para usuario.
KEPServerEx, Manual de ayuda para usuario.
Páginas Web:
Página Web, URL <http://es.wikipedia.org/wiki/Automatización> Wikipedia,
la enciclopedia web libre, artículo sobre Automatización Industrial.
Página Web, URL<http://www.grupo-maser.com/PAG_Cursos/Auto/>
Información técnica sobre sistemas automatizados.
Página Web, URL <http://es.wikipedia.org/wiki/SCADA> Artículo acerca de
sistemas SCADA y sus componentes.
Página Web, URL < http://es.wikipedia.org/wiki/RS232> Artículo acerca de
del estándar de comunicación RS232.
Página Web, URL < http://es.wikipedia.org/wiki/RS232> Artículo acerca de
del estándar de comunicación RS232.
Página Web, URL <http://www.arian.cl>. Nota Técnica 4, rev. A, PT-100, su
operación, instalación y tablas.
Página Web, URL <http://www.guemisa.com/nivell.htm>. Información
técnica acerca de Sensores de Nivel Vibratorio.
Página Web, URL <http://www.endress.com/ftl20.pdf>. Web de
instrumentación industrial Endress+Hauser. Sensor de nivel liquiphant
FTL20.
Página Web, URL <http://www.endress.com/iTEMP® Pt100 TMT187.pdf>.
Manual de operación del transmisor de temperatura TMT187.
Página Web, URL <http://www.varitel.com>. Vínculos web sobre PLC Delta
y accesorios.
Página Web, URL<http://www.connectric.com/Visolux Photoelectric Sensors
and Proximity Sensors.mht>. Artículo sobre sensores de color y escaners de
luminiscencia.
152
Página Web, URL
< www.webelectronica.com.ar/medición de temperatura – acondicionamiento
de la señal.mht >. Información técnica sobre transmisores de temperatura.
Página Web, URL
< http://www.profesormolina.com.ar/tecnologia/sens_transduct/sensores.htm
>. Teoría sobre sensores.
Página Web, URL < www.nortecnica.com.ar/pdf/teoria_capacitivos.pdf >.
Teoría sobre sensores capacitivos.
Página Web, URL < www.sick.de >. Web sobre sensores industriales Sick.
Teoría sobre sensores capacitivos y detectores de contraste.
Página Web, URL < http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/TBombas.htm >. Teoría
acerca de bombas centrífugas de caudal.
Página Web, URL
< http://profesores.elo.utfsm.cl/~jgb/CARVALLOVARGASc.pdf>.
Información acerca de válvulas solenoides.
Página Web, URL
<http://www.wonderware.com/products/visualization/intouch/ >.
Información acerca del paquete de software InTouch
Página Web, URL < http://www.plcs.net/links.htm >.
Página Web, URL
<http://www.isa.uniovi.es/genia/spanish/doc/publicaciones/Ejemplo%20Automatizaci%F3n.pdf>. Ejemplo de proyecto de Automatización elaborado por el grupo GENIA (Entornos Integrados de Automatización) del Área de Ingeniería de Sistemas y Automática de la Universidad de Oviedo-España
Página Web, URL < http://bibliotecnica.upc.es/bustia/arxius/40201.pdf>.
Universidad Politécnica de Cataluña-España, proyecto sobre sistemas
SCADA.
