UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE … · AGRADECIMIENTO A mi querida Universidad, quien me abrió las puertas para ser un profesional digno de un salesiano, de la que llevo

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA

SEDE QUITO

CARRERA:

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Trabajo de titulación previo a la obtención del título de:

INGENIERO ELECTRÓNICO

TEMA:

DESARROLLO DE UN MÓDULO DE PRUEBAS CON EQUIPOS OPTO 22

PARA LA EMPRESA SORTRONIC

AUTOR:

DIEGO XAVIER NARVÁEZ MORA

DIRECTOR:

ANÍBAL ROBERTO PÉREZ CHECA

Quito, diciembre de 2016

CESIÓN DE DERECHOS DE AUTOR

Yo Diego Xavier Narváez Mora, con documento de identificación N° 1717837254,

manifiesto mi voluntad y cedo a la Universidad Politécnica Salesiana la titularidad

sobre los derechos patrimoniales en virtud de que soy autor del trabajo de titulación

intitulado: DESARROLLO DE UN MÓDULO DE PRUEBAS CON EQUIPOS

OPTO 22 PARA LA EMPRESA SORTRONIC, mismo que ha sido desarrollado para

optar por el título de: Ingeniero Electrónico, en la Universidad Politécnica Salesiana,

quedando la universidad facultada para ejercer plenamente los derechos cedidos

anteriormente.

En aplicación a lo determinado en la Ley de Propiedad Intelectual, en mi condición de

autor me reservo los derechos morales de la obra antes citada. En concordancia,

suscribo este documento en el momento que hago entrega del trabajo final en formato

impreso y digital a la Biblioteca de la Universidad Politécnica Salesiana.


…………………………….

Diego Xavier Narváez Mora

C.I: 1717837254

DECLARATORIA DE COAUTORÍA DEL DOCENTE TUTOR

Yo declaro que bajo mi dirección y asesoría fue desarrollado el trabajo de titulación,

DESARROLLO DE UN MÓDULO DE PRUEBAS CON EQUIPOS OPTO 22 PARA

LA EMPRESA SORTRONIC realizado por Diego Xavier Narváez Mora, obteniendo

un producto que cumple con todos los requisitos estipulados por la Universidad

Politécnica Salesiana, para ser considerados como trabajo final de titulación.


…………………………….

Roberto Aníbal Pérez Checa

C.I: 1711423440

DEDICATORIA

Primeramente, a Dios por haberme permitido culminar una etapa más en mi vida y por

guiarme en toda mi carrera profesional.

A mi amada madre, Clarita quien ha sido un pilar fundamental en mi formación como

profesional, quien con su constancia y cariño ha sabido formarme con buenos valores

y sentimientos, brindándome todo su apoyo incondicional en los momentos más

difíciles de mi vida.

A mi hermano, Marco Vinicio que siempre ha estado junto a mí apoyándome, muchas

veces poniéndose en el papel de padre.

A mis abuelitos Humberto y Lolita mis segundos padres, quienes supieron criarme y

aconsejarme de la mejor manera brindándome una infancia inolvidable, y que a pesar

que no se encuentren físicamente, permanecerán eternamente en mi memoria y en mi

corazón.

Y a toda mi familia, que es lo mejor y más valioso que Dios me ha dado.

Diego

AGRADECIMIENTO

A mi querida Universidad, quien me abrió las puertas para ser un profesional digno de

un salesiano, de la que llevo la mejor etapa de mi vida y recuerdos que nunca olvidaré.

A mi tutor, Ing. Roberto Pérez quien ha sido más que un maestro un amigo sincero,

que ha brindado tiempo, consejos y dedicación a este proyecto.

A mis maestros, que con su sabiduría, interés y entrega supieron inculcarme

conocimientos consistentes para formarme profesionalmente. Les recordaré siempre.

A mis amigos y compañeros de clase, con los que he compartido grandes momentos,

de quienes llevaré un gran aprecio.

Diego

ÍNDICE DE CONTENIDO

CAPÍTULO 1 .............................................................................................................. 1

ANTECEDENTES ..................................................................................................... 1

1.1 Introducción ....................................................................................................... 1

1.2 Justificación ........................................................................................................ 1

1.3 Objetivos ............................................................................................................ 2

CAPÍTULO 2 .............................................................................................................. 3

CONTROL DE PROCESO ....................................................................................... 3

2.1 Generalidades ..................................................................................................... 3

2.2 Sistemas de control ............................................................................................ 3

2.3 Sistema de control .............................................................................................. 4

2.3.1 Definición .................................................................................................... 4

2.4 Tipos de control.................................................................................................. 4

2.4.1 Control en Lazo Abierto .............................................................................. 4

2.4.2 Control en Lazo Cerrado ............................................................................ 5

2.5 Comparación entre sistemas de control en lazo abierto y cerrado ..................... 6

2.6 Sistema de control distribuido (DSC) ................................................................ 6

2.7 Sistema de control centralizado ......................................................................... 7

2.7.1 Comparación entre sistemas de control distribuido y centralizado ........... 8

2.7.2 Ventajas de los sistemas distribuidos respecto a los sistemas centralizados

.............................................................................................................................. 8

2.8 Niveles de automatización ................................................................................. 9

2.9 Sistema SCADA .............................................................................................. 10

CAPÍTULO 3 ............................................................................................................ 11

OPTO 22 ................................................................................................................... 11

3.1 Generalidades ................................................................................................... 11

3.2 Acerca de la marca ........................................................................................... 11

3.3 Software ioProject v7.1 .................................................................................... 13

3.3.1 ioControl ................................................................................................... 13

3.3.2 ioManager ................................................................................................. 14

3.3.3 ioDisplay Configurator ............................................................................. 14

3.3.4 ioDisplay Runtime ..................................................................................... 14

3.4 Reseña y calidad ............................................................................................... 14

3.5 Productos .......................................................................................................... 15

3.6 Evolución del sistema SNAP ........................................................................... 15

3.6.1 Sistema de SNAP PAC .............................................................................. 15

3.6.2 Controladores SNAP PAC (Controladores para la Automatización

Programables) ................................................................................................... 15

3.6.3 Software PAC Project ............................................................................... 16

3.6.4 Brains SNAP PAC ..................................................................................... 16

3.6.5 E/S SNAP (I/O) ......................................................................................... 16

3.7 Soporte técnico gratuito ................................................................................... 16

3.8 Entrenamiento gratuito a clientes ..................................................................... 17

3.9 Compra de productos OPTO 22 ....................................................................... 17

3.10 Sistemas SNAP PAC- Controladores ............................................................ 17

3.10.1 Controlador SNAP-PAC-R1 ................................................................... 18

3.10.2 Controlador SNAP-PAC-R1-W ............................................................... 19

3.10.3 Controlador SNAP-PAC-S1 .................................................................... 20

3.11 Sistemas SNAP PAC- Software ..................................................................... 21

3.12 Estructura externa del controlador SNAP-LCE ............................................. 22

3.12.1 Estructura interna del controlador SNAP-LCE ...................................... 22

3.12.2 Estructura externa del controlador SNAP-ULTIMATE-UP1-ADS ........ 23

3.12.3 Estructura interna del controlador SNAP-ULTIMATE-UP1-ADS ......... 24

3.12.3.1 Placa Superior .................................................................................. 24

3.12.3.2 Placa intermedia (Doble capa) ......................................................... 24

3.12.3.3 Placa Inferior .................................................................................... 25

3.13 Comparación de precios con equipos de características similares ................. 25

CAPÍTULO 4 ............................................................................................................ 27

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN ......................................................................... 27

4.1 Generalidades ................................................................................................... 27

4.2 Procedimiento de construcción de la planta de proceso secuencial ................. 27

4.2.1 Estructura de la planta ............................................................................. 27

4.3 Elementos utilizados en el proceso secuencial................................................. 30

4.4 Estructura de utilización ................................................................................... 31

4.4.1 Características técnicas del controlador Snap-Lce .................................. 31

4.4.2 Características técnicas del Brain Snap-Enet-S64 ................................... 32

4.4.3 Descripción de leds de estado y actividad del Brain Snap-Enet-S64 ....... 33

4.5 Diseño del proceso secuencial ......................................................................... 33

4.6 Conexionado de los módulos utilizados en el proceso secuencial ................... 36

4.7 Elaboración de la estrategia de control ............................................................ 37

4.7.1 Chart PowerUp ......................................................................................... 37

4.7.2 Diagrama lógico del proceso secuencial .................................................. 37

4.8 Diagrama neumático ........................................................................................ 38

4.9 Cálculo de fuerza.............................................................................................. 39

4.9.1 Fuerza en cilindros .................................................................................... 41

4.10 Procedimiento de construcción de la planta de proceso continuo.................. 42

4.10.1 Estructura de la planta ........................................................................... 43

4.11 Elementos utilizados en el proceso continuo ................................................. 45

4.12 Estructura de utilización ................................................................................. 45

4.12.1 Características técnicas del controlador Snap-Ultimate-UP1-ADS ...... 46

4.12.2 Descripción de leds de estado y actividad del controlador Snap-Ultimate-

UP1-ADS ............................................................................................................ 47

4.13 Diseño del proceso continuo .......................................................................... 47

4.14 Conexionado de los módulos utilizados en el proceso continuo.................... 50

4.15 Elaboración de la estrategia de control .......................................................... 50

4.15.1 Chart PowerUp ....................................................................................... 50

4.15.2 Diagrama lógico Chart comunicación.................................................... 51

4.15.3 Diagrama lógico del proceso continuo ................................................... 51

4.15.4 Diagrama lógico del Chart histéresis ..................................................... 52

4.16 Diagrama lógico HMI .................................................................................... 53

4.17 Secuencia Charts ioControl ............................................................................ 53

4.17.1 Chart sistema .......................................................................................... 53

4.17.2 Chart inicio ............................................................................................. 54

4.17.3 Chart histéresis ....................................................................................... 54

4.17.4 Chart ventilador ...................................................................................... 55

4.18 HMI general ................................................................................................... 55

4.19 HMI proceso secuencial ................................................................................. 56

4.20 HMI proceso continuo.................................................................................... 57

4.21 Diseño tablero de control ............................................................................... 57

CAPÍTULO 5 ............................................................................................................ 62

PRUEBAS Y RESULTADOS ................................................................................. 62

5.1 Generalidades ................................................................................................... 62

5.2 Pruebas en el proceso secuencial ..................................................................... 62

5.3 Estudio comparativo del proceso secuencial.................................................... 62

5.3.1 Pruebas de tiempo ..................................................................................... 62

5.3.2 Pruebas de eficiencia ................................................................................ 63

5.4 Pruebas en el proceso continuo ........................................................................ 64

5.5 Mediciones con el sensor de temperatura LM35 ............................................. 64

5.6 Estudio comparativo del proceso continuo ...................................................... 65

5.6.1 Pruebas de tiempo ..................................................................................... 65

5.6.2 Pruebas de eficiencia ................................................................................ 66

5.7 Exportación de datos del proceso secuencial a software comercial ................. 67

5.8 Exportación de datos del proceso continuo a software comercial ................... 68

CONCLUSIONES .................................................................................................... 69

RECOMENDACIONES .......................................................................................... 71

LISTA DE REFERENCIAS ................................................................................... 72

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1. Diagrama de un sistema convencional ...................................................... 3

Figura 2.2. Diagrama de un sistema de control ............................................................ 4

Figura 2.3. Diagrama de un sistema de control en lazo abierto ................................... 5

Figura 2.4. Diagrama de un sistema de control en lazo cerrado .................................. 5

Figura 2.5. Estructura control distribuido .................................................................... 7

Figura 2.6. Estructura control centralizado .................................................................. 8

Figura 2.7. Pirámide de la automatización ................................................................... 9

Figura 2.8. Sistema SCADA ...................................................................................... 10

Figura 3.1. Línea SNAP de productos Opto 22 .......................................................... 11

Figura 3.2. Productos Mistic ...................................................................................... 12

Figura 3.3. Sistema Snap ............................................................................................ 12

Figura 3.4. Figuras ioControl ..................................................................................... 13

Figura 3.5. Controlador Snap-Pac-R1 ........................................................................ 18

Figura 3.6. Conexión serial RS-232 Snap-Pac-R1 ..................................................... 19

Figura 3.7. Controlador Snap-Pac-R1-W ................................................................... 19

Figura 3.8. Controlador Snap-Pac-S1 ........................................................................ 20

Figura 3.9. Controlador Snap-Lce .............................................................................. 22

Figura 3.10. Componentes internos del controlador Snap-Lce .................................. 23

Figura 3.11. Controlador Snap-Ultimate-Up1-ADS .................................................. 23

Figura 3.12. Componentes internos placa superior Snap-Ultimate-Up1-ADS ......... 24

Figura 3.13. Componentes internos placa intermedia Snap-Ultimate-Up1-ADS ...... 25

Figura 3.14. Componentes internos placa inferior Snap-Ultimate-Up1-ADS ........... 25

Figura 4.1. Diseño distributivo proceso secuencial ................................................... 28

Figura 4.2. Tablero frontal proceso secuencial. ......................................................... 31

Figura 4.3. Controlador Snap-Lce .............................................................................. 31

Figura 4.4. Brain Snap-Enet-S64 ............................................................................... 32

Figura 4.5. Descripción de leds del Brain Snap-Enet-S64 ........................................ 33

Figura 4.6. Envase y tapa metálica............................................................................. 34

Figura 4.7. Elementos montados del control secuencial ............................................ 35

Figura 4.8. Montaje inicial proceso secuencial .......................................................... 36

Figura 4.9. Presentación final proceso secuencial ..................................................... 36

Figura 4.10. Chart PowerUp proceso secuencial ....................................................... 37

Figura 4.11. Diagrama lógico del proceso secuencial................................................ 38

Figura 4.12. Diagrama neumático proceso secuencial ............................................... 38

Figura 4.13. Diagrama de cuerpo libre (DCL) ........................................................... 39

Figura 4.14. Lazo de histéresis. .................................................................................. 42

Figura 4.15. Diseño distributivo proceso continuo .................................................... 43

Figura 4.16. Colocación del horno eléctrico ............................................................. 46

Figura 4.17. Controlador Snap-Ultimate-Up1-ADS .................................................. 46

Figura 4.18. Descripción de leds del controlador Snap-Ultimate-Up1-ADS ........... 47

Figura 4.19. Elementos montados del control continuo ............................................. 48

Figura 4.20. Colocación de pulsadores y comunicación RS-232............................... 49

Figura 4.21. Colocación de LCD 16×2 ...................................................................... 49

Figura 4.22. Chart PowerUp proceso continuo .......................................................... 50

Figura 4.23. Diagrama lógico (comunicación). ......................................................... 51

Figura 4.24. Diagrama proceso continuo ................................................................... 52

Figura 4.25. Diagrama lógico Chart histéresis ........................................................... 52

Figura 4.26. Diagrama lógico HMI ........................................................................... 53

Figura 4.27. Diagrama de flujo Chart Sistema ........................................................... 53

Figura 4.28. Diagrama de flujo Chart Inicio .............................................................. 54

Figura 4.29. Diagrama de flujo Chart Histéresis........................................................ 54

Figura 4.30. Diagrama de flujo Chart Ventilador ...................................................... 55

Figura 4.31. HMI ventana principal ........................................................................... 56

Figura 4.32. HMI ventana proceso secuencial ........................................................... 56

Figura 4.33. HMI ventana proceso continuo. ............................................................. 57

Figura 4.34. Diagrama lineal del tablero de control................................................... 58

Figura 4.35. Diagrama dimensional tablero de control .............................................. 58

Figura 4.36. Montaje y distribución del tablero de control ........................................ 60

Figura 5.1. Cambio de pulsador en el proceso secuencial ......................................... 62

Figura 5.2. Cambio de sensor en el proceso continuo................................................ 64

Figura 5.3. Trend proceso continuo ........................................................................... 66

Figura 5.4. Trend aplicando perturbación .................................................................. 67

Figura 5.5. Datos Microsoft Excel proceso secuencial. ............................................. 67

Figura 5.6. Informe proceso secuencial en Microsoft Access ................................... 68

Figura 5.7. Datos Microsoft Excel proceso continuo ................................................. 68

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 3.1. Controladores Snap Pac ............................................................................ 17

Tabla 3.2. Estado y actividad de los leds controlador Snap Pac-R1 .......................... 18

Tabla 3.3. Descripción de leds controlador Snap Pac-R1-W ..................................... 20

Tabla 3.4. Estado y actividad de los leds controlador Snap Pac-S1 .......................... 21

Tabla 3.5. Software Snap Pac .................................................................................... 21

Tabla 3.6. Comparación de precios de PLC´S comercializados en Ecuador ............. 26

Tabla 4.1. Área total de elementos montados en el panel frontal proceso secuencial 28

Tabla 4.2. Área total de elementos montados en el panel lateral derecho proceso

secuencial ................................................................................................................... 29

Tabla 4.3. Área total de elementos montados en el panel inferior proceso secuencial

.................................................................................................................................... 29

Tabla 4.4. Descripción de elementos utilizados en el proceso secuencial ................. 30

Tabla 4.5. Características técnicas del controlador SNAP-LCE ................................ 32

Tabla 4.6. Características técnicas del Brain SNAP-ENET-S64 ............................... 32

Tabla 4.7. Corriente total de los elementos del proceso secuencial ........................... 35

Tabla 4.8. Conexionado de los módulos SNAP IDC5 y SNAP OAC5-i ................... 37

Tabla 4.9. Coeficientes de Fricción ........................................................................... 39

Tabla 4.10. Características del compresor ................................................................. 41

Tabla 4.11. Área total de elementos montados en el panel frontal proceso continuo 44

Tabla 4.12. Área total de elementos montados en el panel inferior proceso continuo

.................................................................................................................................... 44

Tabla 4.13. Descripción de elementos utilizados en el proceso continuo .................. 45

Tabla 4.14. Características técnicas del controlador SNAP-ULTIMATE-UP1-ADS 47

Tabla 4.15. Conexionado de los módulos SNAP IDC5 y SNAP OAC5 ................... 50

Tabla 4.16. Elementos Tablero de control ................................................................. 59

Tabla 4.17. Canaletas Tablero de control................................................................... 59

Tabla 4.18. Dimensiones nominales de tableros ........................................................ 60

Tabla 4.19. Descripción de puertos Ethernet del switch ............................................ 61

Tabla 5.1. Prueba de tiempo del control distribuido vs. control centralizado proceso

secuencial ................................................................................................................... 63

Tabla 5.2. Prueba de eficiencia del control distribuido vs. control centralizado proceso

secuencial ................................................................................................................... 63

Tabla 5.3. Mediciones sensor LM35 .......................................................................... 65

Tabla 5.4. Comparación de tiempo del control distribuido vs. control centralizado

proceso continuo ........................................................................................................ 65

Tabla 5.5. Comparación de eficiencia del control distribuido vs. control centralizado

proceso continuo ........................................................................................................ 66

RESUMEN

Opto 22 brinda soluciones de control para una amplia variedad de aplicaciones donde

se requiera fiabilidad y seguridad, su software y hardware es utilizado para

aplicaciones de adquisición de datos, control de procesos y monitoreo remoto SCADA,

mediante dispositivos modulares y compactos con aislamiento óptico. Opto 22 brinda

una garantía de por vida a sus productos, lo que acreditado gran aceptación de los

usuarios a nivel mundial.

Los equipos Opto 22 se presentan como una alternativa adecuada para la elaboración

de proyectos de automatización y control industrial debido a su alta velocidad de

respuesta para los procesos. Es por esto que el desarrollo de un módulo de pruebas con

equipos Opto 22, demuestra las potencialidades de los equipos como sistemas de

control centralizado o distribuido (DSC), el cual está formado por dos procesos a

pequeña escala: el de tapado de envases metálicos que muestra el cumplimiento del

proceso secuencial debido a su utilización en industrias de producción en masa, donde

uno de sus principales elementos de trabajo es el aire comprimido; y el de temperatura

por histéresis que indica el proceso continuo que se los encuentra en sistemas de

enfriamiento y la industria metalúrgica.

De los procesos elaborados se obtuvo como resultados, que el sistema centralizado

presenta mayor rapidez sobre el sistema distribuido. Por otro lado, en este trabajo se

definen fundamentos teóricos relacionados con el control de procesos secuenciales y

continuos, sus ventajas, comparaciones, características, diagramas y una visión de la

evolución de la marca Opto 22.

ABSTRACT

Opto 22 offers control solutions for a wide variety of applications that require

reliability and security, its software and hardware is used for data acquisition, process

control applications and monitoring remote SCADA, using modular and compact

devices with optical isolation. Opto 22 offers a guarantee of by life to its products,

wich is widely accepted by users around the world.

Opto 22 teams are presented as a suitable alternative for the elaboration of projects of

automation and industrial control due to its high speed of response processes. This is

that development of a module of tests with Opto 22 teams, demonstrates the potential

teams as system of centralized or distributed control (DSC), which is formed by two

small scale processes: the capping of metal containers showing compliance with the

sequential process due to use within the industries of mass production where one of its

main work ítems is the compressed air; and the temperature by hysteresis indicating

the continous process that are found in the metallurgical industry and cooling systems.

Elaborate processes was obtained as a result, the centralized system presents greater

quickness on the distributed system. On the other hand, this paper defines theoretical

foundations related to the control of sequential and continous processes, their

advantages, comparisons, features, diagrams and a vision of the evolution of the Brand

Opto 22.

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo de titulación se muestra las características y beneficios de los

equipos Opto 22, para ayudar a la empresa Sortronic a difundir la marca a nivel

nacional para lograr competitividad con marcas posicionadas dentro del país, a través

de la construcción de dos módulos de pruebas a pequeña escala para el control de

procesos secuenciales y continuos.

En el capítulo uno, se presenta un recorrido breve sobre los equipos Opto 22, su sistema

SNAP, sus características generales y objetivos.

En el capítulo dos, se presenta los fundamentos teóricos relacionados con los sistemas

de control, su estructura, ventajas, características y la comparación entre control

distribuido (DSC) y centralizado.

En el capítulo tres, se muestra lo referente a la marca Opto 22, su evolución,

funcionamiento, productos. Además, de una visión general de los componentes

internos, externos y una tabla comparativa de precios con equipos de características

similares.

En el capítulo cuatro, se detalla el diseño y construcción de las plantas a pequeña escala

para el control de procesos secuenciales y continuos, como también su estructura,

características técnicas de equipos, tablero de control y software utilizado para los

procesos. Además de sus distintos enfoques de diseño de programación mediante

diagramas de flujo, adicionalmente se ratifica mediante cálculos las estructuras y

especificaciones generales de la variable temperatura.

En el capítulo cinco, se presentan las pruebas de eficiencia y tiempos de respuesta de

los procesos secuenciales y continuos con sus respectivas tabulaciones de datos.

Además, se muestra las mediciones de la variable temperatura del proceso continuo y

la exportación de datos a Microsoft Excel para posteriormente presentarlos en

Microsoft Access.

1

CAPÍTULO 1

ANTECEDENTES

1.1 Introducción

En la actualidad existe gran variedad de productos para el control de procesos

industriales en el mercado, es por ello que la marca OPTO 22, dentro de su amplia

gama de productos para el desarrollo industrial, introduce el sistema ¨SNAP¨,

unificando los elementos de acción en una plataforma completamente integrada,

agregando mayor potencia y eficiencia con controladores programables,

comunicaciones Ethernet y software HMI de desarrollo, brindando todas las

potencialidades integradas en un software de la marca mencionada.

La empresa ecuatoriana Sortronic dedicada al desarrollo de productos y servicios para

automatización industrial es integrador de la línea de productos a nivel nacional, por

lo que se necesita mostrar dentro de su showroom, las funcionalidades y

potencialidades de los equipos Opto 22, por lo cual se necesita desarrollar y construir

dos módulos a pequeña escala para el control de procesos secuenciales y procesos

continuos que demuestren las prestaciones de estos equipos para el control.

1.2 Justificación

El sistema SNAP de Opto 22, está diseñado para brindar facilidad en la automatización

industrial, creando un DSC (Sistema de control distribuido), que tiene integrado el

controlador y el brain en una misma red, es programable en un lenguaje en diagramas

de flujo (llamados flowcharts, en el lenguaje de Opto 22), poseen puertos Ethernet para

su comunicación, además de funcionar con una serie de protocolos estándares.

Donde los controladores SNAP, proporcionan el control central y la distribución de

datos, mientras los brains SNAP, suministran inteligencia para el procesamiento y

control de entradas y salidas. Los Brains brindan funciones como: analógicas, digitales

y seriales, las cuales contienen control de lazos PID y otras funciones como conteo

digital de alta velocidad (hasta 20 kHz), conteo cuadrático, generación y medida de

pulsos.

2

El problema a resolver radica en que actualmente en el Ecuador la marca Opto 22 no

es conocida y por lo tanto no es comercial dentro del país, a pesar de las grandes

prestaciones que poseen estos equipos, ya que su tecnología brinda una velocidad de

respuesta alta para los procesos.

Dado que la empresa Sortronic, está enfocada en difundir esta tecnología y posicionar

la marca para competitividad con productos de otra marca a nivel nacional, esta

condición hace que este proyecto se constituya en un gran aporte para mostrar las

características de los equipos y proveerá a la fuerza de ventas una herramienta

importante en la obtención de este objetivo empresarial.

1.3 Objetivos

Objetivo general

Desarrollar un módulo de pruebas con equipos Opto 22 para la empresa Sortronic,

para mostrar las potencialidades de los equipos como sistemas de control

centralizado o distribuido.

Objetivos específicos

Realizar un estudio de las características de los equipos Opto 22 para

determinar la viabilidad del control de procesos continuos y secuenciales.

Diseñar e implementar una planta a pequeña escala para el control de

temperatura en lazo cerrado.

Diseñar e implementar una planta a pequeña escala para el control de procesos

secuenciales.

Realizar un estudio comparativo de la respuesta del sistema con un control

centralizado y un control distribuido para determinar la robustez de los equipos.

Diseñar un sistema SCADA para la adquisición, visualización, monitoreo y

exportación de datos a una base de datos de software comercial.

3

CAPÍTULO 2

CONTROL DE PROCESO

2.1 Generalidades

En este capítulo se presenta los fundamentos teóricos relacionados con el control de

procesos secuenciales y continuos, sus ventajas, comparaciones, características y

diagramas.

2.2 Sistemas de control

Sistema: Ës el conjunto de componentes que funcionan simultáneamente para

realizar un objetivo específico¨ (Ogata, 2010, pág. 3).

Variable de entrada: Es un estímulo o incitación que se genera desde una fuente de

energía externa para producir una respuesta determinada del sistema de control.

Variable de salida: Es el resultado real obtenido de un sistema de control, que puede

ser igual o no a la respuesta implícita por la entrada.

Perturbación: Ës una señal que afecta el resultado de la salida de un sistema, la

misma que puede ser interna si se genera dentro del sistema, o externa si se genera

fuera del sistema y se la considera como entrada¨ (Ogata, 2010, pág. 3).

SISTEMA

Diagrama convencional de un sistema

SISTEMA ENTRADA SALIDA

PERTURBACIÓN

Figura 2.1. Diagrama de un sistema convencional

Elaborado por: Diego Narváez

4

Control Realimentado: Ës una operación que actúa en presencia de perturbaciones,

para reducir la diferencia entre la salida y entrada de referencia, tomando en cuenta la

referencia del sistema¨ (Ogata, 2010, pág. 3).

2.3 Sistema de control

2.3.1 Definición

Ün sistema de control es una unión de componentes que forma una configuración

lógica de un sistema para conseguir un resultado específico¨ (Gomáriz, Biel, Matas, &

Reyes, 2000, pág. 15).

2.4 Tipos de control

2.4.1 Control en Lazo Abierto

Ën un sistema de control en lazo abierto se utiliza un dispositivo de acción para

controlar el proceso de manera directa sin necesitar de realimentación¨ (Gomáriz, Biel,

Matas, & Reyes, 2000, pág. 17).

Es decir, en un sistema de control en lazo abierto la salida no necesita de

realimentación para ser comparada con la entrada. Es necesario acotar que una

perturbación en un control de lazo abierto desequilibra el sistema, en el que el control

no tiene la capacidad de corregir esta variación.

Diagrama de un sistema de control

OBJETIVO

DE

CONTROL

ENTRADA SISTEMA

DE

CONTROL

SISTEMA SALIDA

PERTURBACIÓN

Figura 2.2. Diagrama de un sistema de control


5

En la Figura 2.3 se muestra el diagrama de un sistema de control en lazo abierto.

2.4.2 Control en Lazo Cerrado

Ën un sistema de control en lazo cerrado se usa una parte de la salida y la

realimentación de esta señal para compararla con la referencia¨ (Gomáriz, Biel, Matas,

& Reyes, 2000, pág. 18).

En otras palabras, en un sistema de control en lazo cerrado una muestra de la salida

necesita ser comparada con la referencia para analizar la diferencia entre estos y

continuamente ajustarse de mejor manera hasta reducir el error, es decir, que el sistema

entra en realimentación.

Es por ello que, si existiera una perturbación en un control de lazo cerrado, el

controlador tiene la capacidad de corregir esta variación y estabilizar el sistema.

En la Figura 2.4 se presenta el diagrama de un sistema de control en lazo cerrado.

Diagrama de un sistema de control en lazo abierto

REFERENCIA

ENTRADA DISPOSITIVO

DE

ACTUACIÓN

SALIDA

PROCESO

Figura 2.3. Diagrama de un sistema de control en lazo abierto


Diagrama de un sistema de control en lazo cerrado

PROCESO

MEDIDA

REFERENCIA

Figura 2.4 Diagrama de un sistema de control en lazo cerrado


SALIDA

ERROR

CONTROLADOR COMPARACIÓN

6

2.5 Comparación entre sistemas de control en lazo abierto y cerrado

La ventaja en los sistemas de control en lazo cerrado es que, al tener realimentación,

estos sistemas son más precisos y parcialmente insensibles a perturbaciones y

variaciones dentro del sistema lo que los hace más estables, por ende, más costosos ya

que su construcción implica mayor número de componentes.

Por otro lado, los sistemas de control en lazo abierto mantienen una confiabilidad

aceptable, no se puede tener mucha precisión ya que no poseen parámetros que puedan

ser medidos. Respecto a su construcción, no requieren de gran número de

componentes, lo que lo hacen más sencillos, por lo que sus costos son más baratos.

En el punto de la estabilidad, los sistemas de control en lazo abierto son más difíciles

de lograr, ya que dentro del sistema la estabilidad no es un problema de importancia,

mientras que, en los sistemas de control en lazo cerrado la estabilidad es de gran

importancia ya que se desea tener un proceso de trabajo continuo y poder reducir la

variación que genere el sistema.

Cabe mencionar que para sistemas donde no se genere una perturbación, es mejor

realizar un control en lazo abierto, mientras que para sistemas donde existan

perturbaciones en el sistema se debe realizar un control en lazo cerrado.

Por estas razones se debe analizar el proceso que se va a realizar para escoger el tipo

de control adecuado para obtener el resultado propuesto.

2.6 Sistema de control distribuido (DSC)

Ün DSC (Distribuited Control System) es una máquina en la que los elementos del

controlador están distribuidos a través del sistema, en el que el controlador principal

toma las decisiones para luego enviarlas a los subsistemas de control que conforman

el DSC¨ (Acedo Sánchez, 2003, pág. 144).

Los DSC son muy empleados en plantas de tratamiento de agua, industria petrolera,

industria acera, industria automotriz, industria farmacéutica, por que brindan mayor

7

fiabilidad en el control y monitoreo, como también la reducción en la tendencia de

errores dentro del sistema.

Los DSC están constituidos por cuatro elementos principales:

Tarjetas de entrada y salida

Procesador de control

HMI

Red de Comunicación

2.7 Sistema de control centralizado

Ün sistema de control centralizado es un proceso donde solamente un elemento

central toma las decisiones, y es él que se encarga de realizar y enviar todas las

instrucciones de control a los elementos de acción que conforman el proceso¨ (Acedo

Sánchez, 2003, pág. 146).

Diagrama de un sistema de control distribuido

(DSC)

Figura 2.5. Estructura control distribuido


8

2.7.1 Comparación entre sistemas de control distribuido y centralizado

En un sistema de control distribuido la toma de decisiones lo realizan los controladores

que están distribuidos en la red de comunicación, los cuales tienen la capacidad de

procesar los algoritmos y dirigirlos hacia los sensores y actuadores del sistema. Por

otro lado, en un sistema de control centralizado la toma de decisiones la realiza un

único controlador el cual procesa todos los algoritmos de control.

Además, debido a que los sistemas de control distribuido simplifican el cableado, estos

sistemas se han sobrepuesto a los sistemas de control centralizados por sus bajos costos

de diseño, operación y mantenimiento.

2.7.2 Ventajas de los sistemas distribuidos respecto a los sistemas centralizados

Como se mencionó con anterioridad, algunas de las principales ventajas de los

sistemas de control distribuido son: sus bajos costos de diseño, además de su

confiabilidad y su capacidad de incremento de clientes y servidores para generar un

mayor procesamiento de instrucciones.

Diagrama de un sistema de control centralizado

Figura 2.6. Estructura control centralizado


9

2.8 Niveles de automatización

Un sistema de automatización se conforma por cuatro niveles que forman la estructura

de una industria, los cuales se vinculan entre sí por medio de protocolos de

comunicación, que dependen de la cantidad de datos y de la velocidad con la que se

los envían.

A continuación, se detalla la función de cada nivel de la pirámide de automatización

partiendo de manera descendente a ascendente.

Nivel de campo: En este nivel se encuentran los elementos físicos de control, tales

como sensores y actuadores.

Nivel de control: En este nivel se encuentran las unidades de control, tales como

PLC´s, PC´s, HMI, los cuales realizan la operación y control del proceso.

Nivel de supervisión: Este nivel se encarga de controlar, monitorear, supervisar y

adquirir datos del nivel de control de manera simultánea, que lo hace formar un sistema

SCADA.

Nivel de Gestión: Este es el nivel más alto y se encarga de planificar la planta mediante

computadores donde se realizan las estrategias a seguir.

Pirámide de automatización

Figura 2.7. Pirámide de la automatización


10

2.9 Sistema SCADA

¨SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) constituye un software que

permite controlar, monitorear y adquirir datos remotos de un proceso, manejando

herramientas de comunicación según sea su caso¨ (Rodríguez Penin, 2007, pág. 19).

En la Figura 2.8 se muestra la arquitectura convencional de un sistema SCADA.

Diagrama de un sistema SCADA

Figura 2.8. Sistema SCADA


11

CAPÍTULO 3

OPTO 22

3.1 Generalidades

En este capítulo se presenta lo referente a la marca, desde sus inicios hasta su actual

evolución, como funciona, sus productos, descripción de componentes internos,

estructura, características técnicas y una comparación de precios con equipos de

características similares.

3.2 Acerca de la marca

Öpto 22 brinda soluciones de control para una amplia diversidad de industrias y

aplicaciones, los ejemplos de su utilización abarcan un amplio campo, desde

telecomunicaciones, hasta la industria alimenticia y gerenciamiento empresarial. El

hardware y software de Opto 22 se utiliza también para adquirir datos remotos, control

de procesos, servicio e-mail, SCADA y otras aplicaciones que requieran exactitud.

Además Opto 22 fabrica dispositivos de tipo modulares, con aislamiento óptico y de

tipo compacto.

La gama de productos Opto 22 permite elegir el sistema de control adecuado para

cualquier proceso, desde sistemas de control simple a sistemas integrados. Dentro de

su variedad de productos predominan los sistemas Mistic como sistemas precursores

Figura 3.1. Línea SNAP de productos Opto 22


Productos Opto 22

12

en establecer una conexión nítida a nivel de hardware y software entre controladores

industriales y computadores.

Los sistemas Mistic son un conjunto de controladores inteligentes de entradas y/o

salidas analógicas y digitales que trabajan como esclavos con relación a una

computadora maestra. Cada dispositivo Mistic posee una estructura tipo modular que

consta de un rack de montaje, un backplane y una cantidad limitada de módulos de

entrada y/o salida dependiendo del rack.

Los sistemas SNAP constituyen una agrupación de potentes controladores industriales,

sucesores de los procesadores Mistic. Los SNAP brindan control en tiempo real y

comunicación con sistemas de entrada y/o salida, dispositivos seriales y redes

Ethernet¨ (RealtimeService, 2010).

Productos Mistic

Figura 3.2. Productos Mistic

Fuente:http://www.realtimeservice.net/sp/desarrollos/

especiales/configuracion/opto22.htm

NETWORKING

CONTROL

I/O

CONECTIVIDAD

EMPRESARIAL

Figura 3.3. Sistema Snap


Sistema SNAP

13

3.3 Software ioProject v7.1

Este software es exclusivo para productos de la marca Opto 22 y está formado por:

ioControl, ioManager, ioDisplay Configurator y por último ioDisplay Runtime.

A continuación, se detalla la función de cada uno de estos programas.

3.3.1 ioControl

Es un programa para desarrollar códigos para sistemas de control que dispongan de

comunicación Ethernet. Este programa permite desarrollar aplicaciones en un lenguaje

gráfico, o escrito (Optoscript).

Existen cuatro figuras dentro de ioControl, con las que se pueden realizar acciones o

proveer condiciones en la elaboración de la estrategia de control.

A continuación, se describe la función de cada figura:

Acción: Se lo representa con la forma de un rectángulo, y con esta se configuran los

comandos de acción específicos de acuerdo a la decisión del programador.

Condición: Se lo representa con la forma de un rombo, y sirve para definir las

condiciones, en otras palabras, en esta figura se toman decisiones.

Optoscript: Se lo representa con la forma de un hexágono, y permite introducir un

lenguaje escrito (script), para funciones donde sea complicado desarrollarlas en

lenguaje gráfico.

Conexión: Se lo representa con la forma de un óvalo, y se utiliza para conectar rutinas

de forma lógica y ordenada.

Figuras ioControl

Figura 3.4. Figuras ioControl


14

3.3.2 ioManager

Este software permite establecer la configuración inicial de los controladores de Opto

22, así como también realiza la actualización del firmware, y permite establecer los

parámetros de comunicación.

3.3.3 ioDisplay Configurator

En ioDisplay Configurator se puede desarrollar la interfaz gráfica o HMI de la

estrategia que se realiza en ioControl. La interfaz se ejecuta en una computadora y la

estrategia en el controlador, pero también permite comunicación entre las dos

computadoras mediante TCP/IP, permitiendo mostrar el estado de las variables del

controlador.

3.3.4 ioDisplay Runtime

Una vez desarrollado el HMI en ioDisplay Configurator, se abre en la misma

aplicación en File- Save Project and Load Runtime, en el momento que se quiera

ejecutar el HMI en tiempo real una vez descargado la estrategia de control en el

controlador y que esté ejecutándose en el mismo.

3.4 Reseña y calidad

Ësta empresa fue fundada en 1974 y tiene más de 90 millones de dispositivos vendidos

a nivel mundial, esto ha llevado a que Opto 22 logre una excelente reputación en la

fabricación y aceptación de productos de alta calidad.

Sus productos son fabricados en totalidad en los Estados Unidos en la planta matriz en

Temécula, California. Cada producto se prueba dos veces antes de salir de la planta,

con esto se puede garantizar de por vida a la mayoría de relés de estado sólido y

módulos aislados ópticamente.

15

3.5 Productos

Opto 22 desarrolla y fabrica una extensa gama de productos adaptables de software y

hardware para automatización y control industrial, monitoreo remoto y utilidades para

aplicaciones de adquisición de datos.

3.6 Evolución del sistema SNAP

3.6.1 Sistema de SNAP PAC

Estos sistemas fueron creados para simplificar el proceso complejo y así entender,

elegir, comprar y aplicar a un sistema de automatización.

El sistema de SNAP-PAC está formado por cuatro partes integradas:

Controladores SNAP-PAC

Software PAC Project

Brains SNAP-PAC

Entradas y Salidas SNAP-PAC

3.6.2 Controladores SNAP PAC (Controladores para la Automatización

Programables)

Los PAC´s (Controladores para automatización programables), son controladores de

tipo modulares basados en protocolos abiertos de multifunción, y brindan un entorno

de desarrollo integrado.

Opto 22 ha producido PAC´s por muchos años. Los modelos más actuales cuentan con

controladores independientes de la serie SNAP PAC-S, y otros modelos montados en

tarjeta de la serie SNAP PAC-R, ambos trabajan con un extenso rango de funciones

digitales, analógicas y seriales.

Los SNAP PAC´s están basados en redes Ethernet y protocolo (IP) de forma que se

puedan fabricar o ampliar sistemas.

16

3.6.3 Software PAC Project

El software de PAC Project de Opto 22, brinda total control en funciones, (HMI),

servidor OPC, además de software de comunicación con bases de datos para conseguir

el máximo provecho de su hardware.

Estas aplicaciones están integradas, compartiendo una misma base de datos. Esto

permite acceder a los puntos configurados en Pac Control™, de manera inmediata para

su posterior uso en Pac Display™, OptoOPCServer™, y OptoDataLink™.

Los comandos están basados en un inglés sencillo y comprensible, además se les puede

asignar nombres descriptivos a las variables y puntos de entrada y/o salida.

3.6.4 Brains SNAP PAC

Los controladores SNAP PAC proporcionan el control central y la repartición de datos,

mientras los brains SNAP PAC generan inteligencia de manera distribuida para el

procesamiento de entradas y/o salidas y comunicaciones.

3.6.5 Entradas/Salidas SNAP

Snap I/O ofrece conexión local para sensores y actuadores. El Snap I/O, brinda 1 a 32

puntos de entrada y/o salidas, según el tipo de módulo, y sus necesidades. Todos los

módulos analógicos, digitales y seriales se adaptan en su propio backplane, los mismos

que son controlados por un procesador (Un brain SNAP PAC o un controlador

montado en rack).

3.7 Soporte experto gratuito

El soporte de Opto 22 ofrece asistencia técnica y gratuita para todos sus productos.

Sus ingenieros representan años de entrenamiento y experiencia y están capacitados

para brindar ayuda en inglés y español, vía telefónica o correo electrónico, en un

horario de lunes a viernes de 8:00 a.m. a 18:00 p.m.

17

3.8 Preparación gratuita a clientes

El equipo de Opto 22 ofrece clases de entrenamiento práctico para los sistemas SNAP

PAC en sus instalaciones principales. Cada estudiante tiene un banco de trabajo y cada

grupo de aprendizaje está limitado a nueve participantes.

3.9 Compra de productos OPTO 22

Los productos elaborados por Opto 22 son vendidos directamente a través de su página

web o a través de una red de distribuidores en el mundo con personal altamente

capacitado¨ (Opto22, 2008).

3.10 Sistemas SNAP PAC- Controladores

Opto 22 brinda comodidad para realizar diversos proyectos de automatización

industrial donde se necesite comunicación de tipo Ethernet hasta comunicación

inalámbrica. En la Tabla 3.1 se presenta las características de los controladores que se

montan en rack de la serie actual SNAP PAC.

Tabla 3.1

Controladores Snap Pac

Nota. Fuente: http://www.deicoms.com.mx/sitio/productos/opto-22/sistemas-snap-pac/


SNAP-PAC-R1

SNAP-PAC-R1-W

SNAP-PAC-S1

Controlador programable, 2

puertos ethernet, 1 puerto RS-232

para redes Ethernet o seriales

Controlador inalámbrico

programable, 2 puertos Ethernet,

1 puerto RS-232

Controlador programable, 2 puertos

Ethernet, 2 puertos seriales RS-232 o

RS-485 para redes Ethernet o seriales

SNAP-PAC-R2-FM Controlador programable, 2 puertos

Ethernet, 1 puerto RS-232, 1 puerto

RS-485

http://www.deicoms.com.mx/sitio/productos/opto-22/sistemas-snap-pac/

18

3.10.1 Controlador SNAP-PAC-R1

El controlador Snap-Pac-R1 es utilizado en amplios sistemas de control distribuido

como una unidad de entradas y/o salidas gobernado por un controlador independiente

de la serie Snap-Pac-S o puede trabajar simplemente como entradas y/o salidas remotas

para sistemas Allen Bradley PLC Logix.

En la Tabla 3.2 se muestra la especificación de los leds de estado y actividad del

controlador Snap-Pac-R1.

Tabla 3.2

Estado y actividad de los leds controlador Snap Pac-R1

INDICADOR DESCRIPCIÓN

ACT Actividad red Ethernet

LNK Enlace establecido con red Ethernet

STAT Estado de inicio y programa de control en funcionamiento.

Acceso a tarjeta micro SD.

232 Actividad serial RS-232

PPP Estado PPP

Nota. Fuente: http://documents.opto22.com/1696_SNAP_PAC_System_Specification_Guide.pdf


La Figura 3.6 muestra la conexión para comunicación serial RS-232 del pc al

controlador.

Controlador SNAP-PAC-R1

Figura 3.5. Controlador Snap-Pac-R1


19

3.10.2 Controlador SNAP-PAC-R1-W

El Snap-Pac-R1-W incluye una interfaz LAN inalámbrica que soporta estándares

802.11a, b, g y de red. Este PAC se puede utilizar de forma inalámbrica, cableada, o

ambas a la vez, además se puede usar para segmentar una red empresarial o para

proporcionar redundancia de enlace Ethernet en caso de fallo de enlace.


controlador Snap-Pac-R1-W.

Conexión serial RS-232 SNAP- PAC-R1

Controlador SNAP- PAC-R1-W

Figura 3.7. Controlador Snap-Pac-R1-W


Figura 3.6. Conexión serial RS-232 Snap-Pac-R1


20

Tabla 3.3

Descripción de leds controlador Snap Pac-R1-W



LNK Enlace establecido con red Ethernet

STAT Estado de inicio y programa de control en funcionamiento. Acceso a

tarjeta SD.

232 Actividad serial RS-232

WLAN Estado Wireless LAN



La conexión para comunicación serial RS-232 para este controlador es la misma que

se muestra en la Figura 3.6.

3.10.3 Controlador SNAP-PAC-S1

Este controlador es de tipo compacto y robusto para ambiente industrial, incluye dos

puertos Ethernet con direcciones IP separadas, se puede utilizar para segmentar redes

o para enlaces Ethernet redundantes.

El Snap-Pac-S1 dispone de tres puertos serie: un puerto RS-232 ideal para conexión

PPP (Protocolo Punto-a-Punto) mediante un modem, otro puerto RS-232 para conectar

directamente a dispositivos seriales; y un puerto RS-485 para conexión a cerebros

Snap-Pac.

Figura 3.8. Controlador Snap-Pac-S1


Controlador SNAP-PAC-S1

21


controlador Snap-Pac-S1.

Tabla 3.4

Estado y actividad de los leds controlador Snap Pac-S1


S0 Actividad serial RS-232 en puerto 0

S1 Actividad serial RS-232 en puerto 1

S2 Actividad serial RS-485

STAT Estado de inicio y programa de control en funcionamiento.


LINK Enlace establecido con red Ethernet



3.11 Sistemas SNAP PAC- Software

El software de Opto 22, incorpora todo lo necesario para un control eficiente de

cualquier proceso de automatización industrial, el mismo que se puede acoplar a

softwares de plataformas inteligentes como Intellution y Labview.

La Tabla 3.5 muestra el software Snap Pac actual de la marca OPTO 22 con una breve

descripción de los mismos.

Tabla 3.5

Software Snap Pac

Nota. Fuente: http://www.deicoms.com.mx/sitio/productos/opto-22/sistemas-snap-pac/


OPTODATALINK

OPTOOPCSERVER

PACPROJECT PRO

Software para envío y recepción de datos

entre Snap Pac y bases de datos como SQL

Server, Microsoft Access y MySQL.

Servidor OPC de datos.

Software de desarrollo para aplicaciones de

control y procesos.

Incluye: PACControl, PACDisplay,

PACManager, OptoDataLink y OPCServer.

http://www.deicoms.com.mx/sitio/productos/opto-22/sistemas-snap-pac/

22

3.12 Estructura externa del controlador SNAP-LCE

El controlador Snap-Lce, es de tipo compacto como se muestra en la Figura 3.10 y

dispone de: un puerto Ethernet y dos puertos RS-232, además de sus leds indicadores

de actividad para recepción y transmisión de datos.

Este controlador necesita de un módulo de racks de la serie Snap para iniciar con la

estrategia a realizarse, debido a que provee de inteligencia al sistema de control, pero

no provee la detección de los módulos montados en rack.

3.12.1 Estructura interna del controlador SNAP-LCE

En la Figura 3.10 se observa los distintos componentes que forman la placa del

controlador Snap-Lce, además de su dirección Mac que viene impresa de fábrica en

un adhesivo colocado dentro de la placa y que servirá para realizar la configuración

inicial.

Vista superior del controlador SNAP-LCE

Figura 3.9. Controlador Snap-Lce


23

3.12.2 Estructura externa del controlador SNAP-ULTIMATE-UP1-ADS

El controlador Snap-Ultimate-Up1-ADS, es de tipo compacto como se muestra en la

Figura 3.11, dispone de: un puerto Ethernet y un puerto RS-232, además de sus leds

indicadores de estado y actividad.

Este controlador lleva incorporado el reconocimiento de detección de los módulos

montados en rack lo que lo diferencia del Snap-Lce, por lo que reduce espacio físico,

ya que no necesita de módulos de rack externos.

Componentes del controlador SNAP-LCE

Figura 3.10. Componentes internos del controlador Snap-Lce


Figura 3.11. Controlador Snap-Ultimate-Up1-ADS


Vista superior del controlador SNAP-ULTIMATE

24

3.12.3 Estructura interna del controlador SNAP-ULTIMATE-UP1-ADS

El controlador está formado por tres placas detalladas a continuación, donde la placa

intermedia es elaborada a doble capa como se muestra en la Figura 3.13.

3.12.3.1 Placa Superior

En esta placa se observa la controladora Ethernet, así como también los leds de

actividad, un puerto Ethernet y los diferentes componentes del controlador Snap

Ultimate-Up1-Ads.

3.12.3.2 Placa intermedia (Doble capa)

En la Figura 3.13 (A) se muestra los circuitos integrados controladores de bus,

detallados con anterioridad, y en la Figura 3.13 (B) una batería CR2032 de 3 voltios y

los leds de actividad para comunicación RS-232.

Las placas que conforman el controlador están elaboradas en fibra de vidrio, este

material se lo usa comúnmente en circuitos multicapa, por su resistencia y aislamiento,

para reducir el tamaño del objeto, haciéndolo de apariencia moderna y compacta.

Componentes del controlador SNAP-ULTIMATE

Figura 3.12. Componentes internos placa superior Snap-Ultimate-Up1-ADS


25

3.12.3.3 Placa Inferior

En la placa inferior se observa el conector de color celeste que va acoplado directo al

módulo de racks, también se observan los controladores que se detallan con

anterioridad.

3.13 Comparación de precios con equipos de características similares

En la Tabla 3.6 se presenta un cuadro comparativo de precios de equipos de alta gama

de marcas comercializadas en Ecuador. Estos precios han sido considerados de

Figura 3.13. Componentes internos placa intermedia Snap-Ultimate-Up1-ADS,

(A) Vista frontal, (B) Vista Posterior


Figura 3.14. Componentes Internos placa inferior Snap-Ultimate-Up1-ADS




26

Controlador Controlador

Módulos I/O Digitales

Software

Módulos I/O Análogos Módulos I/O Análogos Módulos I/O Análogos

Módulos I/O Digitales Módulos I/O Digitales

Controlador

Software Software

distribuidores locales por tanto no hay que contemplar precios adicionales.

Tabla 3.6

Comparación de precios de PLC´S comercializados en Ecuador


Los precios que se muestran en la Tabla 3.6 son de equipos de última tecnología de

las marcas más conocidas en el Ecuador.

Al realizar la comparación de precios se observa que Opto 22 brinda facilidades como:

software gratuito para pruebas de equipos Snap Pac, que marca la diferencia sobre sus

competidores, además de un precio reducido frente a marcas de equipos de alta gama

posicionados dentro del país.

Por esta razón Opto 22, es una elección apropiada para elaborar proyectos de

automatización industrial.

$ 1100.00 $ 2068.00 $ 1195.00

$ 478.00 $ 683.00 $ 238.00

$ 552.00 $ 764.00 $ 336.00

$ 695.00 $ 3150.00 Basic: $ 0.00

Pro: $ 999.00

Total: $ 2825.00 Total: $ 6665.00 Total:

Basic: $ 1769.00

Pro: $ 2768.00

Simatic S7-1200 1769-L3 CompactLogix Snap PAC-S1

SIEMENS ALLEN BRADLEY

OPTO 22

PacProject RSLogix5000 Tia Portal V13 Basic

27

CAPÍTULO 4

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN

4.1 Generalidades

En este capítulo se presenta el diseño y construcción de procesos secuenciales y

continuos, su estructura, tablero de control y software utilizado y las características

técnicas de los equipos disponibles para la elaboración de dichos procesos. También

se da especificaciones generales del proceso de temperatura, ya que esta variable se la

puede encontrar en la industria: química, petrolera, plástica y de cualquier tipo de

metales.

4.2 Procedimiento de construcción de la planta de proceso secuencial

Al contar con cilindros neumáticos y un compresor de propiedad de la empresa, se

decidió incluir estos materiales en la construcción de la planta, es por ello que se

escogió realizar una planta a pequeña escala para el proceso de tapado de envases

metálicos que son comunes en industrias de bebidas o industrias alimenticias donde el

aprovechamiento del aire comprimido es uno de sus principales elementos de

accionamiento para elaborar sus productos.

4.2.1 Estructura de la planta

La estructura de la planta se la elaboró con madera de 8mm en su totalidad porque es

necesario mantener estabilidad con el peso de los componentes montados.

En la Figura 4.1 se muestran las dimensiones en centímetros de los elementos

montados en la estructura del proceso secuencial.

28

Para realizar una correcta distribución de los elementos que forman el proceso

secuencial es necesario realizar los cálculos de área correspondientes.

En las siguientes tablas se muestran las áreas de los elementos montados por paneles.

Tabla 4.1

Área total de elementos montados en el panel frontal proceso secuencial


ELEMENTO ÁREA (𝑐𝑚2)

Unidad de mantenimiento 231

Válvula distribuidora 9

Luces piloto 96

Electroválvula 5/2 91

Electroválvula 4/2 91

ÁREA TOTAL 518

Figura 4.1. Diseño distributivo proceso secuencial, (A) Panel Frontal, (B) Panel Lateral

Derecho, (C) Panel Inferior, (D) Estructura total de la planta


Diagrama distributivo proceso secuencial

29

Tabla 4.2

Área total de elementos montados en el panel lateral derecho proceso secuencial


Tabla 4.3

Área total de elementos montados en el panel inferior proceso secuencial


Con estos resultados se tiene el área total de cada panel del proceso secuencial, donde

se debe sumar el porcentaje de ingeniería que se refiere a los espacios libres entre

elementos que normalmente lo determina el diseñador.

Para el diseño se consideró un porcentaje de ingeniería del 25%, con lo que se tiene lo

siguiente:

El 25 % de 518 𝑐𝑚2 es 129,5 𝑐𝑚2

El 25 % de 340,5 𝑐𝑚2 es 85,125 𝑐𝑚2

El 25 % de 525 𝑐𝑚2 es 131,25 𝑐𝑚2

Sumando el porcentaje de ingeniería se determina el área necesaria:

518 𝑐𝑚2 + 129,5 𝑐𝑚2 = 647,5 𝑐𝑚2 (Panel Frontal) (4.1)

340,5 𝑐𝑚2 + 85,125 𝑐𝑚2 = 425,62 𝑐𝑚2 (Panel Derecho) (4.2)

525 𝑐𝑚2 + 131,25 𝑐𝑚2 = 656,25 𝑐𝑚2 (Panel Inferior) (4.3)

De acuerdo al diseño de tableros en base a longitudes se necesita sumar las

separaciones entre elementos para establecer buena distribución y simetría.


Snap-Enet-S64 178,25

Soporte cilindro B 150

Sensor inductivo 12,25

ÁREA TOTAL 340,5


Soporte cilindro A 217,5

Brazo Madera 199,5

Botón on/off 54

Botón emergencia 54

ÁREA TOTAL 525

30

Panel Frontal

Ʃs1= 5+11+10+3+10+16+5= 60 𝑐𝑚

Ʃs2= 5+6+10+3+10+14+5= 53 𝑐𝑚

Panel Derecho

Ʃs1= 10+15,5+10= 35,5 𝑐𝑚

Ʃs2= 5+11,5+5+20+4+3,5= 49 𝑐𝑚

Panel Inferior

Ʃs1= 5+29+5+19+5= 63 𝑐𝑚

Ʃs2= 5+10,5+10+6+5= 36,5 𝑐𝑚

Con lo que se tiene un área de 3180 𝑐𝑚2 para el panel frontal, 1739,5 𝑐𝑚2 para el

panel derecho y 2299,5 𝑐𝑚2 para el panel inferior.

Tomando en cuenta los resultados obtenidos se construyó un tablero de 3654 𝑐𝑚2 para

el panel frontal, 2040 𝑐𝑚2 para el panel derecho y 2520 𝑐𝑚2 para el panel inferior,

para conseguir una distribución uniforme, demostrando que los resultados obtenidos

mediante los cálculos por longitudes entran en el rango diseñado. Hay que tomar en

cuenta que en el proceso se colocó mangueras neumáticas las mismas que deben estar

lo más rectilíneas posibles.

4.3 Elementos utilizados en el proceso secuencial

Los elementos utilizados en el diseño de la planta del proceso secuencial se detallan

en la Tabla 4.4.

Tabla 4.4

Descripción de elementos utilizados en el proceso secuencial

Cantidad Nombre

2 Cilindros neumáticos doble efecto

1 Unidad de mantenimiento neumática

1 Válvula de distribución

1 Sensor inductivo para metales

1 Sensor fin de carrera

2 Válvulas estranguladoras

2 Botones industriales

2 Luces piloto

5 Envases metálicos


31

4.4 Estructura de utilización

Se decidió montar los elementos de la planta en base a la estructura de utilización de

un sistema neumático básico, tomando en cuenta las dimensiones de la unidad de

mantenimiento, válvula distribuidora y las electroválvulas neumáticas, como se

muestra en la Figura 4.2.

El controlador que se utilizó en la construcción de la planta es un SNAP-LCE de la

familia de Opto 22, como cerebro del proceso con dirección IP: 192.168.1.99, que

dispone de un puerto Ethernet para comunicación.

4.4.1 Características técnicas del controlador Snap-Lce

En la Tabla 4.5 se muestra las características técnicas del controlador Snap-Lce del

proceso secuencial.

Controlador SNAP-LCE

Figura 4.3. Controlador Snap-Lce


Tablero Frontal

Figura 4.2. Tablero frontal proceso secuencial, (A) Estructura de Utilización,

(B) Estructura real

Fuente: https://www.emaze.com/@ALQFWROQ/SISTEMAS-

NEUMATICOS

32

Tabla 4.5

Características técnicas del controlador SNAP-LCE

Nota. Fuente:http://www.opto22.com/documents/1471_SNAP-LCE_data_sheet.pdf


Cabe mencionar que el controlador Snap-Lce trabaja junto a un Brain de

entradas/salidas para ejecutar la estrategia de control elaborada. El Brain utilizado es

un SNAP ENET-S64, con dirección IP: 192.168.1.98, que funciona conjuntamente con

dicho controlador.

4.4.2 Características técnicas del Brain Snap-Enet-S64

En la Tabla 4.6 se muestra las características técnicas del Brain Snap-Enet-S64.

Tabla 4.6

Características técnicas del Brain SNAP-ENET-S64

Nota. Fuente: https://www.opto22.com/documents/1452_SNAP_Simple_Brain_data_sheet.pdf


Procesador ColdFire® 5407 32-bits

RAM total

Flash EEPROM

16 MB

8 MB (7 MB con firmware versión 7.2)

Batería 3 voltios (Litio CR2032)

Comunicación Ethernet (10/100 Mbps) o PPP

Requerimientos de Energía 5.0-5.2 Vdc a 1.2 A.

Puerto Serial RS-232 (solamente para programación y diagnostico)

Velocidad de datos seriales Por defecto: 19.200 kBd, seleccionable de 2400 a

115.200 kBd.

Puentes (internos) Arranque al núcleo/ arranque de carga Reestablecer

los valores de fábrica

Brain SNAP-ENET-S64

Figura 4.4. Brain Snap-Enet-S64


33

4.4.3 Descripción de leds de estado y actividad del Brain Snap-Enet-S64

En la Figura 4.5 se presenta la descripción de los leds de estado y actividad del Brain

Snap-Enet-S64.

4.5 Diseño del proceso secuencial

El proceso secuencial ejecuta el tapado de envases metálicos, con lo que se procede a

desarrollar la estrategia en ioControl, el proceso físico consiste en: poner el envase de

metal en el brazo que está construido en aglomerado de 4 mm., por su facilidad de

corte y manipulación, el cual está acoplado al cilindro doble efecto A, que empujará

el vástago a su máxima carrera; donde se activará el sensor fin de carrera que está

posicionado a 6 mm. del envase de metal para que pueda ser sensado, al mismo tiempo

el sensor inductivo detectará la presencia del envase de metal para el accionamiento

del cilindro doble efecto B, que realiza la presión entre la tapa y el envase para sellarlo.

El envase y la tapa metálica utilizado en el proceso secuencial se aprecia en la Figura

4.6.

Descripción de leds del Brain

Figura 4.5. Descripción de leds del Brain Snap-Enet-S64


34

En el cilindro B se colocó un acoplamiento de plástico rígido de 9 cm. de longitud con

un diámetro de 2 cm. en la punta de su vástago para aumentar el desplazamiento se lo

diseño de plástico rígido porque este material es resistente a impactos y de poco peso.

Al acoplamiento se le añadió un tope circular de caucho de 3.5 cm de diámetro para

reducir la fuerza de impacto contra la tapa metálica. Además, se colocó las

electroválvulas 5/2 y 4/2, y las mangueras neumáticas evitando rectas de 90° para

proporcionar un paso de aire comprimido libre para los cilindros doble efecto, por

último, se colocó y se comprobó la funcionalidad de los pulsadores industriales

elaborando una estrategia intermitente en ioControl.

Cabe mencionar que en la estrategia de control existe una condición la cual es, el

cilindro B se accionará solamente si existe presencia del envase de metal, es decir,

únicamente cuando el sensor inductivo detecte presencia metálica, de lo contrario

solamente se accionará el cilindro A, el cual trabaja con un sensor fin de carrera para

el vástago expulsado.

El proceso se encuentra en un lazo repetitivo que depende del número de latas a

procesarse que requiera el operador.

Figura 4.6. Envase y tapa metálica, (A) Envase metálico,

(B) Tapa metálica


Envase y tapa metálica

35

Luego se montó el Snap Enet-S64 junto con los dos módulos para el control del

proceso, estos módulos son: un Snap-IDC5 y un Snap OAC5-i, conjuntamente se

realizó el cableado eléctrico en la parte posterior derecha de la planta. Las conexiones

se elaboraron con cable 18 AWG que soporta hasta 10 A. de corriente.

En la Tabla 4.6 se describe las corrientes de consumo de cada elemento del proceso

secuencial.

Tabla 4.6

Corriente total de los elementos del proceso secuencial

ELEMENTO DESCRIPCIÓN CORRIENTE SOPORTADA (A)

1 Electroválvula 5/2 2,5

2 Electroválvula 4/2 2,5

3 Sensor inductivo 0,3

4 Sensor fin de carrera 1,5

5 Base Snap M16 2

CORRIENTE TOTAL 8,8


La carga total de corriente utilizada en los elementos es de 8,8 (amperios), por lo cual

el cable 18 AWG es suficiente para soportar dicha corriente.

Además, se colocó una fuente de alimentación junto a un riel DIN, para borneras,

igualmente se dispone de una red con Ethernet TCP/IP que va directo al switch para

realizar la comunicación con el computador maestro.

En la Figura 4.8 se muestra el montaje inicial y las conexiones de los módulos del

proceso secuencial.

Elementos montados del control secuencial

Figura 4.7. Elementos montados del control secuencial, (A) Montaje de

cilindros, (B) Montaje de electroválvulas


36

Para finalizar: se instaló luces piloto, se verificó el conexionado interno y externo de

los elementos de la planta, se evaluó el funcionamiento de los equipos Opto 22, en

base del diseño, se comprobó el acoplamiento de las mangueras para evitar fugas de

aire existentes, y por último se pintó la planta de color blanco para resaltar dentro del

área de exhibición que es de color gris azulado. Para una buena identificación de los

elementos se colocó el etiquetado mostrado en la Figura 4.9.

4.6 Conexionado de los módulos utilizados en el proceso secuencial

En la Tabla 4.7 se describe el conexionado de los módulos añadidos al Snap Enet-S64.

Montaje inicial proceso secuencial

Figura 4.8. Montaje inicial proceso secuencial, (A) Montaje Opto

22, (B) Montaje de fuente y borneras


Vista final proceso secuencial

Figura 4.9. Presentación final proceso secuencial, (A) Montaje

Total de elementos, (B) Pintado de la planta


37

Tabla 4.7

Conexionado de los módulos SNAP IDC5 y SNAP OAC5-i

SLOT 0 SNAP IDC5

10-32 VDC/VAC

SLOT 1 SNAP OAC5-i

12-250 VAC

Entradas (12v) Salidas (110v)

(1 y 2) SENSOR INDUCTIVO Donde 1,3,5,7 son Neutro

(3 y 4) FINAL DE CARRERA 2 CILINDRO DOBLE EFECTO A

(5 y 6) PARO DE EMERGENCIA 4 CILINDRO DOBLE EFECTO B

(7 y 8) ON/OFF 6 INDICADOR DE PROCESO

Donde 1,3,5,7 son Tierra 8 INDICADOR DE EMERGENCIA


4.7 Elaboración de la estrategia de control

Se elaboró las estrategias de control en un computador de propiedad de la empresa

auspiciante con software original de Opto 22. La configuración TCP/IP tanto para el

proceso secuencial como para el continuo son similares, porque los dos sistemas se

comunican vía Ethernet, con IP fija: 192.168.1.23, Máscara de subred: 255.255.255.0,

Puerta de enlace: 192.168.1.1, y Servidor DNS: 192.168.1.1.

4.7.1 Chart PowerUp

En la Figura 4.10 se muestra el Chart PowerUp que es la estructura básica que

proporciona el arranque a los Charts, que se coloca por defecto cuando se abre un

nuevo proyecto en ioControl.

4.7.2 Diagrama lógico del proceso secuencial

En la Figura 4.11 se muestra la estructura lógica del proceso secuencial.

PowerUp- Inicio chart proceso secuencial

Figura 4.10. Chart PowerUp proceso secuencial


38

4.8 Diagrama neumático

En la Figura 4.12 se muestra el diagrama neumático del proceso secuencial.

Diagrama neumático del proceso secuencial

Figura 4.12. Diagrama neumático proceso secuencial


Diagrama lógico proceso secuencial

Figura 4.11. Diagrama lógico del proceso secuencial


39

4.9 Cálculo de fuerza

Se presentan los cálculos de la fuerza que necesita el envase para su movimiento

mediante diagrama de cuerpo libre, así como también el dimensionamiento de los

cilindros. La referencia del coeficiente de fricción se presenta en la Tabla 4.8.

Tabla 4.8

Coeficientes de Fricción

Nota. Fuente: http://uafisica.blogspot.com/2012/12/obtencion-del-coeficiente-de-friccion.html


Datos:

h= 9.7 cm. = 0.097 m.

Ø= 8.5 cm. = 0.085 m.

mlata= 0.118 lb. = 0.053 kg.

μ= 0.38 (coeficiente de fricción aluminio sobre madera)

Dónde:

h: Altura del envase metálico F: Fuerza (N) W: Peso (kg)

Ø: Diámetro del envase metálico N: Normal Fr: Fuerza real

mlata: Masa del envase metálico fr: Fuerza de rozamiento

Superficie μ

Aluminio-Caucho 0,52

Aluminio-Madera 0,38

Diagrama de cuerpo libre

Figura 4.13. Diagrama de cuerpo libre (DCL)


40

ƩFy= 0 ƩFx= 0

N-W= 0 F-fr= 0

N= W F= fr

N= m×g F= μ×N

N= 0.053×9.8 F= 0.38×0.52

N= 0.52 [N] F= 0.20 [N]

Como se muestra en la respuesta de fuerza, el empuje que necesita el envase metálico

para desplazarse es de 0.20 [N].

Área del cilindro

Acilindro= 2π×r×h (4.4)

Acilindro= 2π×0.085

2×0.097

Acilindro= 0.026 [ 𝑚2]

F= 0.2 [N]

P= 25 Psi= 172369 Pa

F= P×πØ2

4 (4.5)

Para el cilindro A

Ø= √4×F

𝑃×𝜋

Ø= √4×0.20

172369×𝜋

Ø= 0.0012 [m]= 0.12 [cm]= 1.2 [mm] (4.6)

Para el cilindro B

Ø= √4×F

𝑃×𝜋

Ø= √4×0.35

172369×𝜋

Ø= 0.0016 [m]= 0.16 [cm]= 1.6 [mm] (4.7)

41

Los cálculos demuestran que los diámetros necesarios son mayores a los diámetros

requeridos, por esta razón la fuerza producida por el compresor más una unidad de

mantenimiento regulada a 25 psi (1,72369 bar), es suficiente para abastecer a los dos

cilindros neumáticos.

En la Tabla 4.9 se muestran las características del compresor utilizado en la planta

secuencial.

Tabla 4.9

Características del compresor

Nota. Fuente: http://www.shimaha.com.mx/index.php/compresores


4.9.1 Fuerza en cilindros

La fuerza de un cilindro accionador incrementa si su diámetro es mayor y tiene mayor

presión de aire. Esto se sustenta con la siguiente fórmula:

F=10*p*π (𝑑2/4) (4.8)

Dónde:

P: Presión (bar)

d: diámetro del cilindro (cm)

1 bar= 14.50386 psi, 1.02 kg/𝑐𝑚2, 100000 Pa (N/𝑚2)

Aplicando esta ecuación a los datos de los cilindros proporcionados por la empresa se

tiene:

Para el cilindro A

Fr=10*1.72*π ((0.152/4)) (4.9)

Fr= 0.30 [N]

Para el cilindro B

Potencia ¾ HP

Presión 125 Lbs.

Caudal 150 L/min

Voltaje 110 VAC.

42

Fr=10*1.72*π ((0.222/4)) (4.10)

Fr= 0.65 [N]

Con estos cálculos se demuestra que la fuerza producida es mayor a la fuerza

requerida, por lo tanto, el compresor proporcionado es suficiente para abastecer a los

cilindros neumáticos. Además, cabe indicar que en los cilindros de doble efecto tanto

la velocidad como la fuerza de avance son iguales a la de retroceso porque la superficie

es la misma.

4.10 Procedimiento de construcción de la planta de proceso continuo

Se decidió trabajar con temperatura ya que es una variable lenta en la que se pueden

apreciar los cambios que esta presenta. Por lo cual se decidió adquirir un horno

eléctrico pequeño a 110 VAC. con el que se realizó los trabajos de adaptación de los

componentes para este sistema, es por ello que se escogió elaborar una planta a

pequeña escala para el proceso de control de temperatura por histéresis, además el

sistema posee una perturbación externa la cual genera una variación dentro del

proceso, en la que el sistema deberá ajustarse a su objetivo.

Se optó por este control debido a que se lo puede utilizar en aplicaciones continuas

donde se necesite trabajar entre dos parámetros o límites, su respuesta es de tipo todo

o nada; donde su variable regulada se conecta cuando ha descendido del valor de

consigna, y se desconecta cuando la variable regulada sobrepasa a la variable de

consigna.

El lazo de histéresis se comporta como un comparador donde el eje horizontal muestra

el voltaje de entrada y el eje vertical muestra el voltaje de salida. Se denomina voltaje

de histéresis a la diferencia entre VLD (voltaje derecho) y VLI (voltaje izquierdo)

como se muestra en la Figura 4.14.

Lazo de histéresis

Figura 4.14. Lazo de histéresis


43

4.10.1 Estructura de la planta

La estructura de la planta se la elaboró con madera de 8mm en su totalidad porque

es necesario mantener estabilidad con el peso de los componentes montados.

En la Figura 4.15 se muestran las dimensiones en centímetros de los elementos

montados en la estructura del proceso continuo.

Para realizar una correcta distribución de los elementos que forman el proceso

continuo es necesario realizar los cálculos de área correspondientes.

En las siguientes tablas se muestran las áreas de los elementos montados por paneles.

Figura 4.15. Diseño distributivo proceso continuo, (A) Panel Frontal, (B) Panel Inferior, (C)

Estructura total de la planta


Diagrama distributivo proceso continuo

44

Tabla 4.10

Área total de elementos montados en el panel frontal proceso continuo


Tabla 4.11

Área total de elementos montados en el panel inferior proceso continuo


Con estos resultados se tiene el área total de cada panel del proceso continuo, donde

se debe sumar el porcentaje de ingeniería que se refiere a los espacios libres entre

elementos que normalmente lo determina el diseñador.

Para el diseño se consideró un porcentaje de ingeniería del 25%, con lo que se tendrá

lo siguiente:

El 25 % de 164,25 𝑐𝑚2 es 41,06 𝑐𝑚2

El 25 % de 983,75 𝑐𝑚2 es 245,93 𝑐𝑚2

Sumando el porcentaje de ingeniería se determina el área necesaria:

164,25 𝑐𝑚2 + 41,06 𝑐𝑚2 = 205,31 𝑐𝑚2 (Panel Frontal) (4.11)

983,75 𝑐𝑚2 + 245,93 𝑐𝑚2 = 1229,68 𝑐𝑚2 (Panel Inferior) (4.12)

De acuerdo al diseño de tableros en base a longitudes se necesita sumar las

separaciones entre elementos para establecer buena distribución y simetría.

Panel Frontal

Ʃs1= 5+10,5+10+16+5= 46,5 𝑐𝑚

Ʃs2= 3+6,5+28= 37,5 𝑐𝑚


Visor de temperatura 68,25

Luces piloto 96

ÁREA TOTAL 164,25


Horno eléctrico 717,5

Botonera 266,25

ÁREA TOTAL 983,75

45

Panel Inferior

Ʃs1= 6+35,5+6= 47,5 𝑐𝑚

Ʃs2= 5+20,5+10+7,5+5= 48 𝑐𝑚

Con lo que se tiene un área de 1743,75 𝑐𝑚2 para el panel frontal y 2280 𝑐𝑚2 para el

panel inferior.

Tomando en cuenta los resultados obtenidos se construyó un tablero de 2047,5 𝑐𝑚2

para el panel frontal y 2677,5 𝑐𝑚2 para el panel inferior, para conseguir una

distribución uniforme demostrando que los resultados obtenidos mediante los cálculos

por longitudes entran en el rango diseñado.

4.11 Elementos utilizados en el proceso continuo

Los elementos utilizados en el diseño de la planta del proceso continuo se detallan a

continuación en la Tabla 4.12.

Tabla 4.12

Descripción de elementos utilizados en el proceso continuo

Cantidad Nombre

1 Horno eléctrico 110 VAC.

1 Sensor de temperatura LM35

2 Ventiladores de aire 110 VAC.

1 Arduino Mega

1 Max232

1 Lcd 16x2


4.12 Estructura de utilización

Partiendo de las dimensiones del horno eléctrico se construyó un tablero en madera

para mantener estabilidad y conseguir una distribución uniforme como se muestra en

la Figura 4.16.

46

El controlador que se utilizó en la construcción de la planta es un Snap-Ultimate-UP1-

ADS de la familia de Opto 22, con una dirección IP: 192.168.1.80, que dispone de un

puerto Ethernet de comunicación. Cabe mencionar que el controlador tiene integrado

el Brain de entradas/salidas.

Las características técnicas del controlador Snap-Ultimate-Up1-Ads del proceso

continuo se muestran en la Tabla 4.13.

4.12.1 Características técnicas del controlador Snap-Ultimate-UP1-ADS

Horno eléctrico

Figura 4.16. Colocación del horno eléctrico, (A) Base metálica del

horno, (B) Posición del horno

Fuente: http://es.slideshare.net/Alsako/manual-balay-horno-3-hb503b

Controlador SNAP-ULTIMATE-UP1-ADS

Figura 4.17. Controlador Snap-Ultimate-Up1-ADS


47

Tabla 4.13

Características técnicas del controlador SNAP-ULTIMATE-UP1-ADS

Procesador ColdFire® 5407 32-bits

RAM total

Flash EEPROM

16 MB

8 MB

Puertos Seriales RS-232

Requerimientos de Energía 5.0-5.2 Vdc a 1.2 A.

Nota. Fuente: http://www.opto22.com/site/pr_details.aspx?cid=4&item=SNAP-UP1-ADS


En la Figura 4.18 se presenta la descripción de los leds de estado y actividad del

controlador Snap-Ultimate-Up1-Ads.

4.12.2 Descripción de leds de estado y actividad del controlador Snap-Ultimate-UP1-

ADS

4.13 Diseño del proceso continuo

El proceso continuo realiza el control de temperatura por histéresis, con lo que se

procede a desarrollar la estrategia de control en ioControl. El proceso mide la

temperatura del horno mediante un sensor lm35 que tiene un SPAM de -55°C hasta

150°C, la temperatura se la puede visualizar mediante una pantalla LCD (Liquid

Cristal Display) colocada en la parte superior de la planta. Tomando en cuenta que

solo se utilizó la niquelina inferior del horno, el uso de este sensor fue el adecuado

Descripción de leds del controlador SNAP-ULTIMATE

Figura 4.18. Descripción de leds del controlador Snap-Ultimate-Up1-ADS


48

porque la temperatura con una sola niquelina no sobrepasa los 150°C por lo tanto el

sensor es capaz de soportar esa temperatura. Seguidamente se posicionó el sensor en

la mitad del horno para captar una mejor distribución de calor, finalmente se realizó la

adaptación de los ventiladores a 110 VAC. que generan la perturbación del sistema, se

colocó uno en la parte izquierda y otro en la parte trasera del horno. Basándose en el

enfriamiento de espacios, el ventilador izquierdo extrae aire caliente y el ventilador

trasero introduce aire frío, con lo que se consigue una rápida disipación y enfriamiento

de aire.

En la Figura 4.19 se muestran las perforaciones laterales de salida de aire caliente y

los elementos montados en el control continuo.

El proceso continuo consiste en mantener la temperatura deseada en un rango de

medida por medio de una ventana de histéresis, donde un Setpoint es el valor de

consigna que genera el centro de la ventana, el cual ayuda como punto de referencia

para construir el ancho de ventana. El control se ejecutó mediante una comparación

directa al Setpoint, es decir, si se tiene un Setpoint de 45°C, y se le añade una ventana

de 2°C, la ventana de histéresis trabajará entre 43°C y 47°C, con lo que el sistema se

mantiene funcionando entre ese rango de temperatura.

Siguiendo con la construcción de la planta, se colocó los pulsadores industriales y las

luces indicadoras, además se realizaron las pruebas de comunicación serial entre el

Figura 4.19. Elementos montados del control continuo, (A) Perforaciones

laterales, (B) Elementos añadidos


Elementos montados del control continuo

49

Arduino Mega y el Snap Ultimate-Up1-Ads, donde se utilizó un integrado max232

como interfaz de trasmisión de señales (Tx).

Ya que el Arduino posee puerto serie (UART) y el controlador tiene puerto RS-232,

es necesario colocar un sistema de interfaz entre los dos protocolos debido a que

UART es TTL y RS-232 es de voltaje diferencial con punto de referencia, para este

fin se colocó un circuito integrado max232 que realiza la conversión como se muestra

en la Figura 4.20.

Para finalizar se colocó un LCD 16x2 para visualizar la temperatura del horno en

tiempo real y se realizó el conexionado interno y externo de la planta con cable 18

AWG como se explicó con anterioridad, además se realizó el pintado de la planta de

color blanco y el respectivo etiquetado de elementos.

Montaje proceso continuo

Figura 4.20. Colocación de pulsadores y comunicación RS-232, (A)

Colocación de pulsadores, (B) Max232


Montaje proceso continuo

Figura 4.21. Colocación de LCD 16x2


50

4.14 Conexionado de los módulos utilizados en el proceso continuo

En la Tabla 4.14 se describe el conexionado de los módulos añadidos al Snap Ultimate-

Up1-Ads.

Tabla 4.14

Conexionado de los módulos SNAP IDC5 y SNAP OAC5

SLOT 1 SNAP IDC5

10-32 VDC/VAC

SLOT 2 SNAP OAC5

12-250 VAC

Entradas (12v) Salidas (110v)

(1 y 2) ON/OFF Donde 1,3,5,7 son Neutro

(3 y 4) PERTURBACIÓN 2 PERTURBACIÓN VENTILADOR

(5 y 6) PARO DE EMERGENCIA 4 NIQUELINA

6 INDICADOR DE PROCESO

Donde 1,3,5,7 son Tierra 8 INDICADOR DE EMERGENCIA


4.15 Elaboración de la estrategia de control

Se elaboró las estrategias de control en un computador de propiedad de la empresa

auspiciante con software original de Opto 22, iniciando con la configuración TCP/IP

mostrada en el punto 4.7, con respecto a las direcciones IP.

En la Figura 4.22 se muestra el Chart PowerUp que es la estructura básica que

proporciona el arranque a los Charts, que se coloca por defecto cuando se abre un

nuevo proyecto en ioControl.

4.15.1 Chart PowerUp

PowerUp- Inicio chart proceso continuo

Figura 4.22. Chart PowerUp proceso continuo


51

El primer paso es establecer la comunicación RS-232 entre: el Arduino Mega y el

controlador, para transmitir el valor de temperatura del horno que envía el sensor

LM35 al Arduino Mega y este al Snap-Ultimate.

En la Figura 4.23 se muestra el diagrama lógico del Chart comunicación.

4.15.2 Diagrama lógico Chart comunicación

4.15.3 Diagrama lógico del proceso continuo

En la Figura 4.24 se presenta la estructura lógica del proceso continuo.

Diagrama lógico Chart comunicación

Figura 4.23. Diagrama lógico (comunicación)


52

4.15.4 Diagrama lógico del Chart histéresis

En la Figura 4.25 se presenta la estructura lógica del proceso de histéresis.

Diagrama lógico proceso continuo

Figura 4.24. Diagrama proceso continuo


Figura 4.25. Diagrama lógico Chart histéresis


Diagrama lógico proceso continuo

53

4.16 Diagrama lógico HMI

En el diagrama se muestra la selección de las interfaces que corresponden a cada

proceso mediante un tag correspondiente al HMI.

Se presenta el diagrama lógico del HMI en la Figura 4.26.

4.17 Secuencia Charts ioControl

4.17.1 Chart sistema

Este Chart muestra la seguridad del control de la planta, como son indicadores de

emergencia y tags correspondientes al HMI.

Diagrama lógico HMI

Figura 4.26. Diagrama lógico HMI


Programación control continuo

Figura 4.27. Diagrama de flujo Chart Sistema


54

4.17.2 Chart inicio

Este Chart muestra los parámetros generales de la planta, en el mismo se encuentra el

arranque del Chart histéresis que contiene el control del proceso, así como también el

encendido y apagado de la planta.

4.17.3 Chart histéresis

Este Chart contiene el control específico de la planta, donde se cumple todo el proceso

a realizarse, este Chart está compuesto por un bloque Optoscript, donde se da los

parámetros máximos y mínimos para construir la ventana de histéresis. Se lo realizó

en script debido a su programación simplificada.


Figura 4.28. Diagrama de flujo Chart Inicio



Figura 4.29. Diagrama de flujo Chart Histéresis


55

4.17.4 Chart ventilador

Este Chart produce la perturbación en el sistema, está diseñado como una perturbación

externa, donde este no tiene ninguna programación o unión con el sistema trabaja de

manera independiente.

4.18 HMI general

La interfaz HMI principal contiene a los sub HMI´s de los procesos secuencial y

continuo. Se la diseñó con un fondo de color azul debido a la percepción del color, de

modo que contraste con el área de exhibición, se insertó dos botones independientes

en la parte inferior para seleccionar los procesos.

Tomando en cuenta que es un módulo demostrativo se debe colocar la mayor cantidad

de herramientas para mostrar las prestaciones del proyecto, es por esta razón que se

colocó el logotipo de la empresa auspiciante, el logotipo de la marca utilizada y el

logotipo de la Universidad. Se debe mencionar que el logotipo de la marca Opto 22

ubicado en la parte inferior derecha posee la característica de enlazar al usuario

directamente con su página web, donde se encuentra todo relacionado a equipos de la

marca, además de soporte técnico online y ventas.


Figura 4.30. Diagrama de flujo Chart Ventilador


56

4.19 HMI proceso secuencial

En este HMI se colocó la animación del proceso, sus pulsadores de mando para

controlar el proceso, y sus respectivos indicadores y seguridades (alarmas y paro de

emergencia) como se muestra en la Figura 4.32.

Tomando en cuenta que el tiempo que va a estar el operador frente a la pantalla es

considerable, se escogió un color celeste en tono pastel sin brillo, para evitar el

desgaste de la vista y posibles accidentes por sueño o cansancio.

Con estos antecedentes se contrastó los colores de los pulsadores y alarmas en base a

la norma ISA101 para el diseño HMI.

HMI Principal

Figura 4.31. HMI ventana principal


HMI Proceso secuencial

Figura 4.32. HMI ventana proceso secuencial


57

4.20 HMI proceso continuo

Este HMI contiene la animación del proceso, pulsadores de control del proceso,

indicadores y alarmas, como se muestra en la Figura 4.33.

Se lo diseñó con un fondo celeste oscuro debido a las consideraciones tomadas con

anterioridad, se insertó una ventana trend (tendencia) en la parte derecha para

monitorear las variables utilizadas en el control continuo en tiempo real, además se

añadió la lectura de la temperatura del horno en la parte superior izquierda, un botón

para definir el Setpoint según considere el operador, también se colocó una imagen de

la ventana de histéresis en la parte inferior izquierda para ubicar al operador los

parámetros que deben ser ingresados en los límites del ancho de ventana de histéresis.

4.21 Diseño tablero de control

El tablero de control es metálico y fue proporcionado por la empresa auspiciante.

Según las normas de instalación de tableros de control, los rieles y canaletas del

cableado eléctrico van colocados a los extremos del tablero y los equipos de control

en el centro.

En la Figura 4.34 se muestra el diagrama de distribución de los elementos colocados

y dimensiones del tablero de control.

HMI Proceso continuo

Figura 4.33. HMI ventana proceso continuo


58

Para establecer una correcta distribución de los elementos y canaletas que forman el

tablero de control es necesario realizar los cálculos de área correspondientes.

En la Ecuación 4.13 se realiza el cálculo del área del tablero sin elementos con sus

dimensiones.

Área Total= 55,5 cm. x 35,5 cm.= 1859,25 𝑐𝑚2 (4.13)

En la Figura 4.35 se muestra las dimensiones en centímetros de los elementos y

canaletas montados sobre el tablero de control.

En la Tabla 4.15 se muestran las áreas de los elementos y canaletas del tablero de

control.

Figura 4.34. Diagrama lineal del tablero de control


Diagrama lineal del tablero de control

Figura 4.35. Diagrama dimensional tablero de control


Diagrama dimensional del tablero de control

59

Tabla 4.15

Elementos Tablero de control


Fuente módulo 1 210

Fuente módulo 2 210

Switch 147

Regleta eléctrica 83,25

Snap-Lce 45

Snap-Ultimate-Up1-Ads 155

ÁREA TOTAL 850,25


Tabla 4.16

Canaletas Tablero de control

CANALETAS ÁREA (𝑐𝑚2)

Canaleta 1 188,10

Canaleta 2 95

ÁREA TOTAL 283,10


Según las normas de distribución de tableros de control, se debe realizar la sumatoria

de áreas de elementos con el área de canaletas. De esta manera el cálculo es el

siguiente:

Área de Elementos + Área de Canaletas= 850,25 𝑐𝑚2 + 283,10 𝑐𝑚2

Área del Tablero= 1133,35 𝑐𝑚2 (4.14)

Con este resultado se tiene el área total del tablero, donde se debe sumar el porcentaje

de ingeniería que se refiere a los espacios libres entre elementos y canaletas que

normalmente lo determina el diseñador. Para el diseño se consideró un porcentaje de

ingeniería del 25%, con lo que se tendrá lo siguiente:

El 25 % de 1133,35 𝑐𝑚2 es 283,33 𝑐𝑚2

Por lo tanto, sumando el porcentaje de ingeniería se tiene:

1133,35 𝑐𝑚2 + 283.33 𝑐𝑚2 = 1416,68 𝑐𝑚2 (4.15)

60

Con los resultados obtenidos lo adecuado es utilizar un tablero con las medidas que se

resalta en la Tabla 4.17.

Tabla 4.17

Dimensiones nominales de tableros

DIMENSIONES NOMINALES

BASE ALTURA (𝑐𝑚2)

40 30 1200

60 40 2400

85 60 5100

100 80 8000

120 80 9600

140 80 11200

Nota. Fuente: http://www.domme.cl/tableros-electricos/


Ya que se cuenta con un tablero proporcionado por la empresa, se tuvo que distribuir

los elementos de acuerdo al espacio disponible.

Tomando en cuenta estas normas y por falta de espacio, la distribución quedó de la

siguiente manera:

Parte superior derecha: Elementos de control (equipos Opto 22)

Parte inferior derecha: Fuente del módulo 2 y switch

Parte superior izquierda: Fuente del módulo 1

Parte inferior izquierda: Regletas de alimentación y protecciones

Figura 4.36. Montaje y distribución del tablero de control


Tablero de control

61

Es el puerto Ethernet del

controlador Snap

Ultimate- Up1- Ads

En la Figura 4.36 se observa el controlador del módulo 1, y el controlador del módulo

2, conectados a un switch con su descripción detallada en la siguiente tabla:

Tabla 4.18

Descripción de puertos Ethernet del switch

E1

SE1

E2

ETHERNET PC



controlador Snap Lce.


Brain Snap Enet-S64 que

trabaja en conjunto con

el Snap Lce.


computador maestro.

62

CAPÍTULO 5

PRUEBAS Y RESULTADOS

5.1 Generalidades

Este capítulo presenta las pruebas y resultados de las plantas de procesos secuenciales

y continuos, así como también el cambio de elementos que fueron necesarios para un

funcionamiento adecuado.

5.2 Pruebas en el proceso secuencial

Ya que originalmente se tenía un interruptor con enclavamiento y debido a la memoria

que posee el elemento al quedarse conectado, se reemplazó el interruptor por un

pulsador industrial, además se modificó su software ya que va relacionado con el

pulsador para realizar las acciones de encendido y apagado del proceso.

Todo esto se realizó debido a la falta de entradas del módulo y a la necesidad de

controlar el proceso mediante un solo elemento de control.

5.3 Estudio comparativo del proceso secuencial

5.3.1 Pruebas de tiempo

Se realizó la comparación de tiempo de respuesta utilizando 10 envases metálicos,

estas pruebas se hicieron en modo centralizado y distribuido.

Cambio proceso secuencial

Figura 5.1. Cambio de pulsador en el proceso secuencial, (A) Con Selector,

(B) Con Pulsador


63

Tabla 5.1

Prueba de tiempo del control distribuido vs. control centralizado proceso secuencial


Con estos resultados se observa que el tiempo de respuesta es mínima, manteniendo

una diferencia en milisegundos lo que es imperceptible ante el operador, con esto se

demuestra la alta eficiencia de los equipos Opto 22 en respuesta, rapidez y control de

procesos.

5.3.2 Pruebas de eficiencia

Se realizó pruebas de eficiencia con un lote de 20 envases metálicos en proceso de

tapado para mostrar la cantidad de envases metálicos bien y mal procesados.

Tabla 5.2

Prueba de eficiencia del control distribuido vs. control centralizado proceso

secuencial


Con estos resultados se determina que la eficiencia para el módulo demostrativo es

considerablemente aceptable, con lo que se demuestra la eficacia de los equipos Opto

22 al realizar este proceso.

Tiempo Tiempo

Prueba 1 Prueba 2 Prueba 1 Prueba 2

2 min. 03s. 16ms. 2 min. 03s 11ms. 2 min. 03s. 05ms. 2 min. 03s. 06ms.

Prueba 3 Prueba 4 Prueba 3 Prueba 4

2 min. 03s. 10ms. 2 min. 03s 13ms. 2 min. 03s. 08ms. 2 min. 03s. 04ms.

Envases bien

procesados

Envases mal

procesados

Envases bien

procesados

Envases mal

procesados

Prueba 1 84% 16% Prueba 1 89% 11%

Prueba 2 80% 20% Prueba 2 86% 14%

Prueba 3 83% 17% Prueba 3 85% 15%

Prueba 4 81% 19% Prueba 4 86% 14%

Control Distribuido (con red Ethernet)

10 envases metálicos

Control Centralizado (sin red Ethernet)






64

5.4 Pruebas en el proceso continuo

Un cambio que se realizó en el proceso continuo fue el reemplazo del sensor de

temperatura PT100 por un sensor de temperatura LM35 ya que al momento de realizar

las pruebas con el PT100 este se comportaba linealmente a partir de los 50°C, pero

menor a los 50°C se comportaba muy impreciso con variaciones totalmente desviadas.

Tomando en cuenta que dentro del horno solo se utiliza la niquelina inferior por el

posicionamiento del sensor y para evitar daños en el elemento, se basó en las pruebas

de temperatura máxima que alcanza el horno que está entre los 135°C - 140°C, por

este motivo se decidió reemplazar el PT100 por el LM35 que soporta hasta 150°C.

Para este proceso se realizó una comparación con un termómetro industrial para ajustar

la similitud del valor de temperatura.

5.5 Mediciones con el sensor de temperatura LM35

En la Tabla 5.3 se muestra el comportamiento lineal del sensor LM35 por medio de

mediciones realizadas a varios grados de temperatura, su promedio y el ajuste de 0-5v.

Cambios proceso continuo

Figura 5.2. Cambio de sensor en el proceso continuo, (A) PT100, (B) LM35


65

Tabla 5.3

Mediciones sensor LM35

Temperatura

(°C)

Medida 1

(mv)

Medida 2

(mv)

Promedio

(mv)

(°C) 0-5 (v) Temperatura

(0-5 v) (°C)

0 30 31 3.5 3.05

5 49 56 5.5 5.25 0.852 8

10 91 105 98 9.8 1.04 10

15 150 152 151 15.1 1.51 15

20 189 204 196.5 19.65 2.052 20

25 242 246 244 24.4 2.588 25

30 300 293 296.5 29.65 3.092 30

35 354 345 349.5 34.95 3.589 35

40 401 404 402.5 40.25 4.092 40

45 440 443 441.5 44.15 4.50 45

50 502 496 499 49.9 5.02 50


5.6 Estudio comparativo del proceso continuo

5.6.1 Pruebas de tiempo

Se realizó la comparación de tiempo de respuesta utilizando un Setpoint y un ancho de

ventana definido, estas pruebas se hicieron en modo centralizado y distribuido,

tomando en cuenta que la temperatura inicial del horno es de 23.4°C.

Tabla 5.4

Comparación de tiempo del control distribuido vs. control centralizado proceso

continuo

Tiempo de estabilización Tiempo de estabilización

Prueba 1 1min. 29s. 71ms Prueba 1 1min. 29s. 45ms





Con los resultados obtenidos se observa que el tiempo de respuesta es relativamente el


Setpoint= 50°C


Setpoint= 50°C

Max. 3

Min. 3

Ventana de

Histéresis

Max. 3

Min. 3

Ventana de

Histéresis

66

mismo, manteniendo un leve cambio en milisegundos que es imperceptible ante el

operador, con lo que se demuestra la alta eficiencia de los equipos Opto 22 en

respuesta, rapidez y control de procesos.

5.6.2 Pruebas de eficiencia

Se realizó pruebas de eficiencia con un Setpoint de 40°C, un ancho de ventana de 5°C

y diferentes tiempos de perturbación, para mostrar la reacción del proceso frente a esta

variación.

Tabla 5.5

Comparación de eficiencia del control distribuido vs. control centralizado proceso

continuo

Perturbación de 10 segundos

Prueba 1 Responde en 20 segundos Responde en 23 segundos


Perturbación de 20 segundos





Setpoint= 40°C


Setpoint= 40°C

Figura 5.3. Trend proceso continuo


Ventana Trend

Max. 5

Min. 5

Ventana de

Histéresis

Max. 5

Min. 5

Ventana de

Histéresis

67

Con los resultados de la Tabla 5.5 se determina que la eficiencia para el módulo

demostrativo es considerablemente aceptable, con lo que se demuestra la eficacia de

los equipos Opto 22 al realizar este proceso.

5.7 Exportación de datos del proceso secuencial a software comercial

Se escogió exportar los datos del proceso a Microsoft Excel y presentarlos en

Microsoft Access debido a que son softwares que están ampliamente distribuidos entre

usuarios Windows y que forman parte del paquete de Office.

Para realizar la exportación de datos fue necesario primeramente separar los datos que

genera el proceso secuencial en un archivo con extensión T05 que es compatible con

Microsoft Excel, el cual se genera automáticamente en ioControl una vez ejecutada la

estrategia de control, seguidamente se diseñó una interfaz en Microsoft Access para

mostrar los datos del proceso obtenido.

Separación de datos en Excel

Figura 5.5. Datos Microsoft Excel proceso secuencial


Figura 5.4. Trend aplicando perturbación


Ventana Trend- Perturbación

68

Una vez separado los datos, se elaboró un informe en Microsoft Access para presentar

en forma ordenada y detallada cada acción que realiza el proceso secuencial, a esto se

le añadió un botón de impresión para mostrar el informe físico si fuese necesario.

5.8 Exportación de datos del proceso continuo a software comercial

De la misma manera como se explicó en el punto 5.7, primeramente, se separó los

datos en Excel como se muestra en la Figura 5.7.

Una vez terminada la separación de datos, se importa el documento realizado en

Microsoft Excel hacia Access para presentarlo en forma ordenada y detallada como se

muestra en la Figura 5.6.

Informe en Access

Figura 5.6. Informe proceso secuencial en Microsoft Access


Separación de datos en Excel

Figura 5.7. Datos en Microsoft Excel proceso continuo


69

CONCLUSIONES

Una planta demostrativa a pequeña escala, como la del presente trabajo, muestra de

manera comprensible y sencilla los criterios de control para mantener constante la

variable temperatura en presencia de una perturbación externa, debido a su gran

tendencia en la utilización en cámaras frías y sistemas de refrigeración para garantizar

eficiencia en el sistema a un bajo costo.

Por medio del estudio de las características y pruebas realizadas a los equipos Opto

22, se demuestra que estos equipos son altamente eficientes para la elaboración de

sistemas de control continuos y discretos por su capacidad de respuesta a los procesos.

Mediante las pruebas realizadas en modo centralizado y distribuido se ratifica que el

modo centralizado en los equipos Opto 22 es el más apropiado, porque demuestra una

alta rapidez para el control de procesos, ya que su capacidad y memoria es utilizada

directamente al proceso a diferencia del modo distribuido que muestra el estado del

sistema y las variables en tiempo real.

Con los datos de eficiencia obtenidos del proceso secuencial se logró un margen de

86%, el que indica que el sistema tiene un rango aceptable para productos envasados

de acuerdo a la Norma RTE INEN 022.

Por medio de los resultados obtenidos de eficiencia y tiempos de respuesta se afirma

que en el proceso secuencial y continuo se produce una diferencia mínima, y poco

perceptible durante la ejecución del control de las plantas, debido a que su respuesta a

estos procesos es netamente inmediata porque los equipos Opto 22 se fabrican con

procesadores Coldfire de 32 bits que los hace más rápidos.

Con los conocimientos adquiridos de control, redes industriales y comunicaciones, se

demostró una automatización probada de un sistema secuencial con un controlador

Enet-S64, dedicado a este tipo de trabajo y que en un futuro se lo puede implementar

de forma industrial para procesos de sellado de alimentos, porque los productos

enlatados se fabrican en masa y el tiempo es una prioridad.

70

Por medio de pruebas de manera centralizada y distribuida se demuestra la robustez

de los equipos Opto 22 debido a que en estos se puede agregar entradas/salidas en

cualquier momento, transferir datos a un servidor OPC, respaldo en tiempo real de

datos descargados al controlador y monitorización de datos vía web mediante Groov

(aplicación móvil para controlar y supervisar cualquier equipo de automatización de

la marca Opto 22).

Del trabajo realizado se ganó experiencia debido a que a lo largo del desarrollo del

trabajo se empezó a trabajar con una variable de nivel que no era la variable solicitada

dentro del plan de tesis.

71

RECOMENDACIONES

La creación de una interfaz HMI amigable y sencilla le provee seguridad al operador

para manejarla de manera eficiente, de este modo el operador puede tomar decisiones

más rápidas en casos de emergencia.

Todo trabajo se debe desarrollarlo con el plan original para evitar pérdida de tiempo

en trabajos innecesarios y no cometer errores.

Evitar poner las mangueras neumáticas a 90° debido a que esto representa perdida de

fluidez del aire comprimido y podría causar cortes en las mangueras lo que ocasionaría

daños en el compresor.

No parchar fugas en mangueras neumáticas con tape o algún tipo de cinta, porque esto

ocasionaría el mal funcionamiento de equipos neumáticos. Se debe reemplazar el área

dañada.

No exceder la presión mostrada por el fabricante debido a que esto podría generar una

fuerza excesiva y dañar los cilindros neumáticos por su uso inadecuado.

Aislar la energía eléctrica del tablero de control para evitar daños porque los equipos

pueden presentar fugas electromagnéticas causando el daño total o parcial de los

controladores.

Cuando se suministre aire comprimido a las mangueras neumáticas asegúrese de que

estén debidamente acopladas y firmes para evitar latigazos debido a que pueden causar

heridas en la piel, cortaduras y otros daños físicos.

72

LISTA DE REFERENCIAS

Acedo Sánchez, J. (2003). Control avanzado de procesos (Teoría y práctica). Madrid,

España: Edigrafos S.A.

Creus Solé, A. (2007). Neumática e Hidráulica. Catalanes, España: Marcombo S.A.

DEICOMS. (2016). Obtenido de http://www.deicoms.com.mx/sitio/productos/opto-

22/sistemas-snap-pac/

Dorf, R., & Bishop, R. (2008). Sistemas de control moderno. Madrid, España: Pearson.

Gomáriz, S., Biel, D., Matas, J., & Reyes, M. (2000). Teoría de control- diseño

electrónico (Segunda ed.). Barcelona, España: Upc.

Ogata, K. (2010). Ingeniería de control moderna (Quinta ed.). Madrid, España:

Pearson.

Opto 22. (2014). Obtenido de

http://www.opto22.com/site/pr_details.aspx?cid=4&item=SNAP-OAC5


http://documents.opto22.com/1696_SNAP_PAC_System_Specification_Guid

e.pdf


http://www.opto22.com/site/pr_details.aspx?cid=4&item=SNAP-OAC5-I

Opto22. (2 de 12 de 2008). Obtenido de Soporte Opto 22:

http://www.opto22.com/documents/1335S_Acerca_de_Opto.pdf

73

RealtimeService. (6 de Abril de 2010). Desarrollos Especiales Opto22. Obtenido de

http://www.realtimeservice.net/sp/desarrollos/especiales/configuracion/opto2

2.htm

Rodríguez Penin, A. (2007). Sistemas Scada. Mexico D,F: Alfaomega.

Slideshare. (2013). Obtenido de Sensores inductivos:

http://es.slideshare.net/lonely113/sensores-inductivos-8801776

74

ANEXOS

Datos Técnicos de los equipos

Los anexos presentados a continuación son tomados de páginas web de cada fabricante

del elemento citados en la lista de referencias.

Anexo 1: Sensor inductivo proximidad para metales

Características Técnicas

Tipo NPN, 3 cables, Normalmente Abierto

Distancia de Detección 4-6 mm.

Voltaje de Trabajo 6-36 VDC

Corriente 300 mA

Temperatura -25°C a 55°C

Anexo 2: Sensor de temperatura LM35 con Conexión Arduino

75


Rango de Temperatura -55°C a 150°C

Respuesta de Sensado 10 mV/°C

Voltaje de Trabajo 4-30 VDC

Corriente 60 µA

Resolución ± ¼°C

Anexo 3: Módulo de entrada digital SNAP IDC5

Características técnicas

Tensión de salida

5v. máx. (encendido)

2 mA de bajada

2.7v. min. (apagado)

0.4 mA. de abastecimiento

Número de canales por

módulo 4

Rango de voltaje de entrada 10-32 VAC/VDC

Aislamiento óptico 4000 V. (transitorio)

Corriente lógica de suministro 50 mA. máximo

Anexo 4: Módulo de salida digital SNAP OAC5-i

76


Fuga en estado desactivado

Tensión nominal- 60 Hz.

2.5 mA. 240 VAC

1.25 mA. 120 VA


módulo 4

Voltaje nominal 120/240 VAC

Temperatura -20 a 70°C, operativo

-40 a 85°C, almacenamiento

Corriente mínima de carga 20 mA.

Anexo 5: Módulo de salida digital SNAP OAC5


Fuga en estado

desactivado Tensión

nominal- 60 Hz.

2.5 mA. 240 VAC

1.25 mA. 120 VA


módulo 4

Voltaje nominal 120/240 VAC

Temperatura -20 a 70°C, operativo

-40 a 85°C, almacenamiento

Corriente mínima de carga 20 mA.

Anexo 6: Electroválvula MAC 5/2

77


Fluido Aire comprimido, gases inertes

Voltaje de trabajo 110/120 VAC

Rango de presión 25 a 150 PSI

Bobina De propósito general clase A, encapsulado

Anexo 7: Electroválvula MAC 4/2

Características Técnicas electroválvula MAC 4/2

Fluido Aire comprimido, gases inertes

Voltaje de trabajo 110/120 VAC

Rango de presión 25 a 150 PSI

Bobina De propósito general clase A, encapsulado

Anexo 8: Unidad de mantenimiento integrado MINDMAN


Componentes MAFR300- MAL300

Tamaño de conexión 1/4, 3/8

Rango de Presión de

funcionamiento

0,05-1 MPa

Presión de prueba 1,5 MPa

78

Planos AutoCAD

Anexo 9: Plano dimensional controlador SNAP-LCE

79

Anexo 10: Plano dimensional base SNAP M16

80

Anexo 11: Plano dimensional controlador SNAP ULTIMATE UP1-ADS

81

Anexo 12: Plano dimensional base SNAP PB4M

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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE … · AGRADECIMIENTO A mi querida Universidad, quien me abrió las puertas para ser un profesional digno de un salesiano, de la que llevo