UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA

SEDE GUAYAQUIL

CARRERA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

PROYECTO TÉCNICO PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE: INGENIERO ELECTRÓNICO

TEMA: “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROCESO A ESCALA DE UN TUBO DE REACCIÓN PARA SOLUBILIZACIÓN MEDIANTE UNA RED PROFIBUSDP”

AUTORES: ANDRADE GÓMEZ WILLIAM FERNANDO BRAVO CASTRO OSCAR FABRICIO

TUTOR: ING. GABRIEL SANTIAGO GARCÍA VÁSQUEZ

GUAYAQUIL, NOVIEMBRE 2016

SALESIANA POLYTECHNIC UNIVERSITY

GUAYAQUIL HEADQUARTERS

ELECTRONIC ENGINEERING CAREERS

TECHNICAL PROJECT PRIOR TO OBTAINING THE TITLE: ELECTRONIC ENGINEERING

THEME: “DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A PROCESS SCALE REACTION TUBE FOR RED BY SOLUBILIZATION PROFIBUS - DP"

AUTHORS: ANDRADE GÓMEZ WILLIAM FERNANDO BRAVO CASTRO OSCAR FABRICIO TUTOR: ING GABRIEL SANTIAGO GARCIA VASQUEZ

GUAYAQUIL, NOVEMBER 2016

II

CERTIFICADO DE RESPONSABILIDAD

Nosotros, Andrade Gómez William Fernando y Bravo Castro Oscar Fabricio, autorizamos a la Universidad Politécnica Salesiana la publicación total o parcial de este trabajo de grado y su reproducción sin fines de lucro.

Guayaquil, Noviembre del 2016

___________________________

___________________________

Andrade Gómez William Fernando

Bravo Castro Oscar Fabricio

CI. 0922938022

CI.0923081780

III

CERTIFICADOS DE AUTORÍA

Declaramos que los conceptos y análisis desarrollados y las conclusiones del presente trabajo son de exclusiva responsabilidad de los autores.

Guayaquil, Noviembre del 2016

___________________________

___________________________

Andrade Gómez William Fernando

Bravo Castro Oscar Fabricio

CI. 0922938022

CI.0923081780

IV

DEDICATORIA Dedico este proyecto ante todo a Dios por lo que he recibido a lo largo de mi vida de estudios, por darme la oportunidad de compartir con mi familia y mis amigos.

William Andrade mi padre, por haberme educado, brindado la confianza en cada momento, el apoyo en cada objetivo que quería lograr, a pesar de algunos errores cometidos, nunca dejo de creer en mí, ¡Gracias por todo Papá!

Nieve Gómez mi madre, por los consejos, el apoyo que me ha brindado en los momentos malos en mi vida estudiantil, muchas gracias por darme la vida. ¡Te quiero mucho!

Maggie Mizhquiri la persona que ha sido mi apoyo y me ayuda día a día para que pueda lograr mis metas con sus consejos, gracias.

A mis maestros, gracias por el apoyo y transmitir el conocimiento en el desarrollo de mi vida profesional. ¡Gracias!

A mis amigos muchas gracias por todo este tiempo compartido, por el apoyo en los buenos y malos momentos que he pasado, ¡Gracias!

William Andrade

V

AGRADECIMIENTO

Agradezco a nuestro padre celestial por guiar mi camino y derramar sus bendiciones en mi vida, dándome las fuerzas suficientes para no claudicar frente a los obstáculos que se presentaron para obtener este anhelado logro.

A mi familia, fuente de apoyo constante e incondicional en mi Vida y en especial en esta etapa de mi carrera. A mi papá, Oscar Bravo Palma por ser un ejemplo de persona honesta, luchadora, responsable, emprendedora y por enseñarme a vencer las adversidades. Un ser especial en todas las etapas de mi vida, pilar fundamental, mi mamá, Ines Castro Zurita por sus sabios consejos de perseverancia, por el esfuerzo, su sacrificio, su demostrado cariño y amor. Mi Tia Hayde Castro, por ser una mujer de cualidades excepcionales, por brindarme su desinteresado apoyo mediante sus capacidades que junto a sus valores la hacen una persona y profesional única.

Agradecimiento sincero a mi tutor de tesis Ing. Gabriel García que con sus facultades, profesionalismo, rigor académico me brindó acertados consejos, en especial por su predisposición y disponibilidad absoluta.

Además a cada una de esas personas que de una u otra forma aportaron para que este objetivo se logre. (Mendoza. M, Valenzuela. I)

Oscar Fabricio Bravo Castro.

VI

RESUMEN El presente Proyecto Técnico “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROCESO A ESCALA DE UN TUBO DE REACCIÓN PARA SOLUBILIZACIÓN MEDIANTE UNA RED PROFIBUS-DP, PARA EL LABORATORIO

DE

FABRICACIÓN FLEXIBLE DE LA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE GUAYAQUIL” se basa en aplicaciones específicas de automatización mediante una red de comunicación industrial. El objetivo es ayudar a estudiantes a entender cómo realizar una red industrial de comunicación

PROFIBUS-DP mediante el software Totally Integrated

Automation Portal (2013). El trabajo está complementado por un grupo de prácticas utilizando diferentes sensores, válvulas e industriales que crean un proceso didáctico para el estudiante de la Asignatura relacionadas con Redes III.

PALABRAS CLAVES

Redes Industriales. Automatización. Módulos de Comunicación. Software Totally Integrated Automation Portal (2013). Sensores, válvulas Industriales. Diseño e implementación de un módulo orientado al desarrollo de prácticas.

VII

ABSTRACT This Technical Project “DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A PROCESS SCALE OF A TUBE OF REACTION TO SOLUBILIZATION THROUGH PROFIBUS -DP NETWORK LABORATORY FLEXIBLE MANUFACTURING OF POLYTECHNIC UNIVERSITY SALESIAN HEADQUARTERS GUAYAQUIL " is based on specific applications automation through a network of industrial communication The goal is to help students understand how to perform an industrial communication network PROFIBUS- DP through the Totally Integrated Automation Portal (2013) software. The work is complemented by a group of practices using different sensors and industrial valves create a learning process for the student of the subject related to Networks III

KEYWORDS Industrial networks. Automation. Communication modules. Totally Integrated Automation

Portal

Software

(2013).

Sensors,

Industrial

implementation of a development-oriented practical module.

VIII

valves.

Design

and

ÌNDICE DE CONTENIDO Introducción ......................................................................................................... 1 PROBLEMA ......................................................................................................... 2 1.1 ANTECEDENTES .......................................................................................... 2 1.2 Importancia y Alcance.................................................................................... 2 1.3.1 Delimitación Temporal. ............................................................................... 3 1.3.2 Delimitación Espacial. ................................................................................. 3 1.3.3 Delimitación Académica. ............................................................................. 3 1.3.4 Explicación del problema ............................................................................ 3 1.3.5 Innovación .................................................................................................. 3 1.3.6 Impacto. ...................................................................................................... 6 1.3.5 Funcionalidad. ............................................................................................ 8 OBJETIVOS........................................................................................................10 2.1 Objetivos General .........................................................................................10 2.2 Objetivos Específicos....................................................................................10 FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA .........................................................................11 3.1 Automatización Industrial ..............................................................................11 3.2 Pirámide de la Automatización .....................................................................11 3.3 Controlador SIMATIC S7-1200 .....................................................................12 3.3.1 Características Generales. ........................................................................13 3.4 RED PROFIBUS ...........................................................................................13 3.4.1 Introducción ...............................................................................................13 3.4.2 Características Especiales.........................................................................13 3.4.5 Opciones De Conectividad ........................................................................14 3.4.6 Características De La Red De Cobre.........................................................15 3.4.7 Ventajas De Profibus .................................................................................16 3.4.8 Normas Internacionales De Recubrimiento Profibus .................................16 3.5 MÓDULO DE COMUNICACIÓN PROFIBUS ...............................................16 3.5.1 Ejemplos De Configuración Para Profibus .................................................17 3.5.2 Software y Comunicación ..........................................................................18 3.6 SIMATIC ET200 ............................................................................................18 IX

3.6.1 Características. ..........................................................................................19 3.7 Instrumento De Medición ..............................................................................20 3.7.1 Manómetro .................................................................................................20 3.8 Unidad De Mantenimiento ............................................................................22 3.9 Transmisor De Presión .................................................................................23 3.10 Ventajas ......................................................................................................23 3.11 Presostato ...................................................................................................24 3.12 Válvula Proporcional ...................................................................................24 3.13 Características ............................................................................................25 3.14 Fuente De Alimentación..............................................................................25 3.15 Características ............................................................................................26 MARCO METODOLÓGICO ................................................................................27 4.2 Diseño del Proyecto ......................................................................................27 4.3 Implementación del Proyecto ........................................................................28 4.3.2 Diseño del Módulo Didáctico del PLC ........................................................28 RESULTADOS ...................................................................................................32 5.1 Implementación Del Proceso Industrial.........................................................32 5.2 Desarrollo Del Tablero De Control Principal .................................................32 5.2.1 Materiales tablero de control. .....................................................................32 5.3 Diseño Del Tablero De Control Principal ......................................................32 5.4 Implementación ............................................................................................33 5.5 Conexionado De Los Elementos De Control ................................................34 5.6 Desarrollo Del Tablero Dela Planta Industrial ...............................................34 5.6.1 Materiales del tablero dela planta industrial. ..............................................34 5.6.2 Diseño del tablero de la planta industrial. ..................................................35 5.6.3 Conexionado de los elementos de control. ................................................37 5.7 Desarrollo Planta Industrial ...........................................................................39 5.7.1 Materiales planta industrial. .......................................................................39

X

5.8 PID COMPACT .............................................................................................45 5.8.1 Pasos para realizar el bloque PID_Compact..............................................45 5.9 Optimización PID Inicial Y Final ....................................................................48 5.9.1 Optimización PID inicial y final. ..................................................................48 5.10 Programación Del Proyecto ........................................................................53 5.10.1 Software TIA PORTAL .............................................................................58 Análisis de Resultados........................................................................................66 6.1 Análisis del Proyecto.....................................................................................66 6.1.2 Plc S7-1200 ...............................................................................................66 6.1.3 Módulo de comunicación PROFIBUS ........................................................66 6.1.3 Et-200S ......................................................................................................66 6.1.4 Manómetro .................................................................................................67 6.1.5 Transmisor de presión ...............................................................................67 6.1.6 Presostato ..................................................................................................67 6.1.7 Válvula proporcional ..................................................................................67 6.1.8 Fuente de alimentación..............................................................................67 6.2 Resultado......................................................................................................68 CONCLUSIONES ...............................................................................................95 RECOMENDACIONES .....................................................................................100 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .................................................................101 Anexo 1: Tablas ................................................................................................102 Anexo 1.1: Presupuesto General ......................................................................107 Anexo 2: Planos Mecánicos y Eléctricos .....................................................................110

Anexo 3: Planos Eléctricos ...............................................................................113

XI

ÌNDICE DE FIGURAS Figura 1 Sistema de comunicación Profibus-DP .................................................. 4 Figura 2 Maqueta del proceso Industrial .............................................................. 4 Figura 3 ET-200S IM151-1 STANDARD .............................................................. 6 Figura 4 Materiales y equipos usados en la planta .............................................. 8 Figura 5 Tablero diseñado en Sketchup .............................................................. 9 Figura 6 Planta diseñado en Sketchup ................................................................ 9 Figura 7 Automatización Industrial ......................................................................11 Figura 8 Pirámide Industrial ................................................................................11 Figura 9 Controlador Simatic S7-1200 ................................................................12 Figura 10 Configuración De Red Profibus De Cobre ..........................................14 Figura 11 Cables Profibus Con Conectores........................................................15 Figura 12 Profibus FastConnect Stripping Tool ..................................................15 Figura 13 Módulo De Comunicación Profibus .....................................................17 Figura 14 Ejemplo De Configuración Con Cm 1243-5 Como Maestro Profibus .18 Figura 15 Periferia Descentralizada Simatic Et-200S .........................................18 Figura 16 Módulo de Interfaz IM151-1 Standard ................................................20 Figura 17 Manómetro..........................................................................................21 Figura 18 Simbología de un Manómetro .............................................................21 Figura 19 Unidad De Mantenimiento ..................................................................22 Figura 20 Sitrans P200/P210/P220 ....................................................................23 Figura 21 Presostato...........................................................................................24 Figura 22 Válvula De Control Proporcional .........................................................25 Figura 23 Fuente SITOP .....................................................................................26 Figura 24 Materiales Tablero de control Principal ...............................................32 Figura 25 Diseño del tablero de control ..............................................................32 Figura 26 Estructura del Tablero de control principal .........................................33 Figura 27 Ejecución de perforaciones y montajes de equipos al tablero de control. ................................................................................................................33 Figura 28 Conexionado entre elemento de control. ............................................34 Figura 29 Materiales Tablero Planta Industrial ...................................................34 Figura 30 Diseño del Tablero de Planta Industrial. .............................................35 Figura 31 Marcación y perforación en el tablero .................................................35

XII

Figura 32 Estructura del tablero de planta industrial ...........................................36 Figura 33 Ejecución del calado para colocar implementos de alimentación. .....36 Figura 34 Colocación de elementos de control en el tablero de la planta industrial .............................................................................................................37 Figura 35 Conexionado entre elementos tablero de planta industrial .................37 Figura 36 Presentación del tablero con sus respectivas luces pilotos y pulsadores ..........................................................................................................38 Figura 37 Energización del tablero planta industrial ...........................................38 Figura 38 Materiales de la planta industrial ........................................................39 Figura 39 Materiales de soporte de la planta industrial ......................................39 Figura 40 Estructura de la mesa para el proceso Industrial ................................40 Figura 41 Diseño de los elementos de la planta industrial ..................................40 Figura 42 Ubicación de elementos en la planta industrial ...................................41 Figura 43 Implementación de recorrido de mangueras ......................................42 Figura 44 Implementación de recorrido de mangueras por la válvula proporcional ............................................................................................................................42 Figura 45 Colocación de tag en la unidad de mantenimiento .............................43 Figura 46 Colocación de tag en el Presostato ....................................................43 Figura 47 Colocación de tag en la Válvula Proporcional.....................................43 Figura 48 Colocación de tag en la válvula solenoide ..........................................44 Figura 49 Puesta en marcha de elementos en la planta industrial .....................44 Figura 50 Árbol de Proyecto ...............................................................................46 Figura 51 Bloque PID_Compact .........................................................................47 Figura 52 Ajuste de parámetros del PID .............................................................47 Figura 53 PID conexión online ............................................................................48 Figura 54 Sintonización del PID ..........................................................................49 Figura 55 Ingreso de Kp, Ti, Td. .........................................................................49 Figura 56 Ingreso de Variable .............................................................................50 Figura 57 Importación de Valores .......................................................................50 Figura 58 Grafica Real ........................................................................................51 Figura 59 Grafica de Estabilidad .........................................................................51 Figura 60 Primera Estimación .............................................................................52 Figura 61 Grafica de Estimación .........................................................................52 Figura 62 Estimación Supera el 60% ..................................................................53

XIII

Figura 63 Aumento de Zeros y Polos..................................................................53 Figura 64 Porcentaje de estimación ...................................................................54 Figura 65 Función de Transferencia ...................................................................54 Figura 66 Grafica antes del ajuste ......................................................................55 Figura 67 Bloque PID..........................................................................................55 Figura 68 Lineamiento de la planta .....................................................................56 Figura 69 Ajuste del PID .....................................................................................56 Figura 70 Modificación del sistema de una manera suave .................................57 Figura 71 Valores del PID ...................................................................................57 Figura 72 Grafica después del Ajuste .................................................................58 Figura 73 Creación de tablas de Variables .........................................................59 Figura 74 Calibración y Escalamiento de Señales ..............................................60 Figura 75 Main programa Sweep (Cycle) ...........................................................60 Figura 76 Control Automático .............................................................................61 Figura 77 Lógica de control Automático..............................................................61 Figura 78 Lógica de Accionamientos de la Válvula de inicio .............................62 Figura 79 Bloque Move para dar paso a la Válvula Proporcional .......................62 Figura 80 Comparación de lógica para apertura de válvula proporcional ...........63 Figura 81 Control Apertura o Cierre de Válvula Purga .......................................64 Figura 82 Tabla de Variable de uso General ......................................................64 Figura 83 Tabla de observación y forzado permanente ......................................65 Figura 84 Moduló de control ...............................................................................68 Figura 85 Vista del Portal....................................................................................70 Figura 86 Configurar un Dispositivo ....................................................................70 Figura 87 Agregar PLC/ET200S .........................................................................71 Figura 88 Agregar PLC 1214ac/DC/RL-Et 200S.................................................72 Figura 89 Asignación De Variables .....................................................................73 Figura 90 DIRECCIÓN ETHERNET PLC ...........................................................73 Figura 91 Vista Del Proyecto ..............................................................................74 Figura 92 Vista de Redes ...................................................................................76 Figura 93 Conexión Punto a punto del Maestro al Esclavo ................................76 Figura 94 Activación De La Practica 3 En Bloque Main ......................................78 Figura 95 Activado Válvula Inicio ........................................................................78

XIV

Figura 96 Activado Válvula Proporcional Encendida ..........................................78 Figura 97 Activado Válvula Presión Consigna Alcanzada T2 .............................79 Figura 98 Activación De La Practica 4 En Bloque Main ......................................81 Figura 99 Marcha Válvula De Inicio ....................................................................81 Figura 100 Válvula De Inicio Apagada ................................................................81 Figura 101 Activación De La Practica 5 En Bloque Main ....................................83 Figura 102 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 100% .............83 Figura 103 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 25% ...............83 Figura 104 Calibración Y Escalamiento En La Tabla De Observación Y Forzado Al 100% ..............................................................................................................84 Figura 105 Calibración Y Escalamiento En La Tabla De Observación Y Forzado Al 25% ................................................................................................................84 Figura 106 Activación De La Practica 6 En Bloque Main ....................................86 Figura 107 Marcha Válvula De Inicio ..................................................................86 Figura 108 Marcha Válvula Proporcional ............................................................87 Figura 109 Escalamiento Salida Analógica –Consigna Válvula Proporcional .....87 Figura 110 Final Del Proceso .............................................................................88 Figura 111 Activación De La Practica 7 En Bloque Main ...................................90 Figura 112 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 0%, Midiendo En La Salida Como Resultado 0 Psi ...................................................................90 Figura 113 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 0%, Midiendo En La Salida Como Resultado 0 Psi ...................................................................90 Figura 114 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 2358%, Midiendo En La Salida Como Resultado 16 Psi .................................................91 Figura 115 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 2358%, Midiendo En La Salida Como Resultado 16 Psi .................................................91 Figura 116 Activación De La Practica 8 En Bloque Main ..................................93 Figura 117 Control Paro Emergencia .................................................................93 Figura 118 Marcha Válvula De Inicio ..................................................................94 Figura 119 Marcha Regulador PID .....................................................................94 Figura 120 Desactivación Del PID ......................................................................95 Figura 121 Consigna Alcanzada T2 ....................................................................95 Figura 122 Válvula De Purga Desactivada .........................................................96 Figura 123 Válvula De Purga Activada ...............................................................96 Figura 124 Finaliza Proceso ...............................................................................97 XV

Figura 125 Sistema SCADA el Proceso Industrial ..............................................97 Figura 126 Llenado del tanque 2 ........................................................................98 Figura 127 Vaciado del Tanque 2 .......................................................................98

ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.Cuadro comparativo de protocolos ASI y PROFIBUS ..……………….....5 Tabla 2. Cuadro comparativo sobre las redes industriales……………………..….7 Tabla 3. Datos Técnicos ................................................................................... 102 Tabla 4. Datos técnicos del módulo de interfaz IM151-1 Standard................... 103 Tabla 5. Datos técnicos del módulo de interfaz IM151-1 Standard................... 104 Tabla 6 datos técnicos de la unidad de mantenimiento .................................... 105 Tabla 7. Detalles del Transmisor de Presión .................................................... 106 Tabla 8. Presupuesto General .......................................................................... 107 Tabla 9. Lista de Señales………………………………………………………...…101

ÍNDICE DE ANEXO

Anexo 1: Tablas ................................................................................................ 102 Anexo 1.1: Presupuesto General ...................................................................... 107 Anexo 2: Planos Mecánicos y Eléctricos .......................................................... 110 Anexo 3: Planos Eléctricos ............................................................................... 113

XVI

Introducción

En la actualidad la UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA SEDE GUAYAQUIL, de acuerdo a la malla curricular de la carrera Ingeniería Electrónica mención en Sistemas Industriales se dieron a conocer las materias de Automatización Industrial 1 y 2 y Redes de computadoras III. En la misma se da a conocer sobre la importancia de una red industrial conocido como dispositivos en contacto directo con el sistema, sensores, actuadores y los esquemas de control por medio de comunicaciones industriales. Para la materia de Redes de Computadora III se ha dado a conocer sobre una red de comunicación industrial (Red Profibus-DP) pero no incluye la implementación de las ET200S, que le permita conocer su funcionamiento. El presente trabajo tiene como objetivo contribuir a que los futuros profesionales de las Carreras de Ingeniería Electrónica se familiaricen con una herramienta de aplicación técnica, empleando los conceptos adquiridos durante su formación en la planta didáctica que proponemos. El sistema que se utilizara nos ayudará a realizar las prácticas de configuración de la red Industrial. El estudiante realizara prácticas de direccionamiento de estaciones como Profibus actual. Nos ayudará a adquirir conocimiento experimental estudiantil en el uso de TIA PORTAL Concentrador de señales ET-200S. El actual Proyecto contiene un módulo en el cual consta de un proceso a escala empleando la red de comunicación industrial Profibus DP, en unión se usará el equipo PLC S7-1200 (Programador Lógico Controlable) ya que este equipo solo cuenta con una sola comunicación que es Ethernet. Los datos son enviados mediante un cable morado (Profibus), se utilizó los dispositivos de Tecnologías como son las ET-200S, como módulo de Entrada/Salida necesarios para el funcionamiento de la red de comunicación Industrial Profibus DP. Estos datos serán observados y analizados mediante el programa Totally Integrated Automation Portal para el monitoreo o supervisión de la red de comunicación Profibus Dp.

1

PROBLEMA

1.1 ANTECEDENTES Se observó y se determinó en la Universidad Politécnica Salesiana Sede Guayaquil en la Carrera Ingeniería Electrónica, la necesidad de los estudiantes y profesores en la realización de prácticas académicas

en el Laboratorio de Fabricación Flexible con

referencia a la Materia Redes Industriales, acerca del sistema de control del PLC S71200 y la ET-200s, comportamientos de válvulas proporcionales y electroválvulas de aire comprimido, Presostato, transmisor de presión, unidad de mantenimiento que regula el paso de aire. Los equipos que se encuentran en los laboratorios no cubren la necesidad de poder realizar prácticas con redes de comunicación industrial, estas redes son muy utilizadas en el ámbito industrial; esta red antes mencionada, es impartida en clases de manera teórica pero no se llega a la práctica ya que no existe una Red Profibus en el laboratorio. Como resultado el desarrollo del proyecto significa un aporte de manera práctica a la comprensión de los conceptos impartidos en la materia de Redes III, con este Proceso a Escala se pretende cubrir en parte la necesidad de realizar prácticas que contengan la comunicación Profibus ya que en la actualidad es utilizado en las industrias.

1.2 Importancia y Alcance. Con este trabajo de titulación se diseñó e implemento la red PROFIBUS-DP, mediante ET-200S para su correcta automatización que a su vez se proyectó un proceso de solubilización empleando un tubo de reacción, se realizó un control capaz de evitar daños a equipos y a la vez optimizar tiempos de reparación.

Los beneficiarios de esta propuesta serán los estudiantes que cursen la materia de Redes de Computadoras III en el Laboratorio Fabricación Flexible, así como también los docentes al impartir sus clases.

Se aspira que los estudiantes puedan comprobar un proceso real, empleando la pirámide de automatización y la red industrial PROFIBUS-DP y hacer prácticas de manera didáctica con este tipo de red ya que este sistema de comunicación es muy empleado a nivel industrial. 2

Es importante la integración de conocimiento teóricos y prácticos a pequeña escala, por tal motivo se elaboró un banco de pruebas al cual se le modifiquen su sistema de control con la implementación de redes de comunicación que contribuyan con la formación del estudiante y logren el desarrollo de conocimiento, habilidades y destrezas cognitivas para ayudar a fortalecer el aprendizaje tanto teórico como práctico.

1.3 Delimitación

1.3.1 Delimitación Temporal. El Proyecto planteado para el diseño desarrollo y construcción se lo realizó en el año 2015-2016 1.3.2 Delimitación Espacial. El proyecto se lo aplicara en la Universidad Politécnica Salesiana sede Guayaquil, en el Laboratorio Fabricación Flexible con referencia a la asignatura de Redes III.

1.3.3 Delimitación Académica. En este proyecto se pondrá en práctica todos los conocimientos adquiridos durante el periodo de formación como Ingeniero Electrónico con Mención en Sistemas Industriales dando énfasis a temas relacionados con Automatización Industrial proyectos de control automático entre otros. 1.3.4 Explicación del problema ¿Qué aspectos están incidiendo para que en los laboratorios no exista una red de comunicación industrial Profibus-DP para las prácticas de los estudiantes en la materia Redes III? 1.3.5 Innovación El proyecto implementado como novedad la utilización de la red industrial por medio de Profibus

debido a que transmite pequeñas cantidades de datos, es de fácil

configuración, bajo costes y cableado, está diseñada especialmente para la comunicación entre los sistemas de control de automatismo y de E/S distribuidas en procesos de manufacturas. 3

Este sistema de comunicación consiste en un plc o pc como sistemas de control, varios dispositivos de E/S como:  E/S digitales o analógicas.  Accionamiento AC o DC.  Válvulas magnéticas o neumáticas.

1Figura 1 Sistema de comunicación Profibus-DP

Fuente: (Profibus, s.f.)

En comparación a otros tipos de redes industriales, como la red ASI tiene una longitud máxima de cable de 100 m, uniendo todos los tramos, o hasta 300 m con repetidores. Mientras que la red Profibus utiliza un par de cobre trenzado apantallado, y permite velocidades entre 1.5 kbit/s y 12 Mbit/s. Hasta 32 estaciones, o más si se utilizan repetidores. 2Figura 2 Maqueta del proceso Industrial

Fuente: Los autores

4

Tabla 1 Cuadro comparativo de protocolos ASI y PROFIBUS: PROFIBUS

Topología

Lineal

Número máximo de Nodos

Recomendado 126

Procedimiento de acceso

Hibrido(Maestro/Esclavo y Maestro/Maestro

Velocidad Transmisión

1,5Mbps-900 metros 12Mbps-100 metros

Detección de errores

Código Distancia 4

Interface Eléctrico

Rs-485

ASI Topología

Lineal

Procedimiento de acceso

Maestro asi/esclavo asi

Velocidad Transmisión

Transmite 4bits/esclavo/maestro. Todos los esclavos son llamados especialmente por maestro y recibe 4 bits de dados. Cada esclavo responde inmediatamente con 4 bits de dados.

Detección de errores

En la transmisión y supervisión del correcto funcionamiento de los esclavos por parte del maestro de la red.

También se utilizó como una herramienta innovadora tecnología de comunicación Industrial la ET 200S que es un módulo de periferia descentralizada altamente escalable y flexible que permite conectar las señales del proceso a un controlador central a través de un bus de campo. La ET 200S soporta los buses de campo PROFIBUS DP.

5

3Figura 3 ET-200S IM151-1 STANDARD

Fuente: Los autores

Características del ET 200S: ● Conecta el ET 200S con PROFIBUS DP a través de la interfaz RS485. ● La longitud máxima de parámetros es de 198 bytes. ● El área máxima de direccionamiento es de 88 bytes para entradas y 88 bytes para salidas. ● Funcionamiento como esclavo DPV0 ● Con el IM151-1 BASIC se pueden utilizar 12 módulos como máximo. ● La longitud máxima del bus es de 2 m. Debido a la UPGRADE de las nuevas tecnologías de las comunicaciones industriales se hizo un cuadro comparativo de los

Buses existentes en el mercado haciendo

referencia a sus características técnicas más importantes. 1.3.6 Impacto. La elaboración de una nueva estación para un proceso industrial a escala en el laboratorio de fabricación flexible en la Universidad Politécnica Salesiana sede Guayaquil, ayudará a los estudiantes puedan desarrollar, configurar y comprobar las diferentes aplicaciones utilizadas con una red maestro-esclavo mediante el protocolo Profibus DP, además de manipular instrumentos de campos como transmisores de presión, Presostato, Válvulas de control, Solenoide y demás dispositivos encontrados en la industria.

6

Tabla 2 Cuadro comparativo sobre las redes industriales

NODOS POR SEGMENTO

ACCESO AL MEDIO

125

Paso de testigo Maestro/es clavo

Hasta 9'6 Km y 90 Km

125

Paso de testigo Maestro/es clavo

1'2Kbps

3.000 m

30

Hasta 19'2Kbps

1Km

248

Cable 2 hilos

167 Kbps

Hasta 200 m

32-62

Bus lineal

Par trenzado

Hasta 1 Mbps

Hasta 1.000m

127-64

DEVICENET

Bus lineal

Par trenzado

Hasta 500 Kbps

Hasta 500 m

64

CONTROL NET

Bus lineal Árbol Estrella

Coaxial Fibra óptica

5 Mbps

Hasta 3.000m

48

BUS DE CAMPO

TOPOLO GÍA

MEDIO FÍSICO

Anillo

Par trenzado apantallado

76'8 Kbps

1.200 m

PROFIBUS

Bus lineal Anillo Estrella Árbol

Par trenzado apantallado Fibra óptica

Hasta 12Mbps

HART

Bus lineal

MODBUS

Bus lineal

AS-i

Bus lineal Árbol Estrella

CAN

P-NET

Cable 2 hilos Par trenzado

VELOCID AD

7

DISTANCIA SEGMENTO

Maestro/es clavo Maestro/es clavo Maestro/es clavo CSMA/CD con arbitraje de bit CSMA/CD BA CTDMA

4Figura 4 Materiales y equipos usados en la planta

Fuente: Los autores

La idea fundamental en la culminación del proyecto es que los estudiantes tenga conocimientos teóricos prácticos en las redes industriales, fortaleciendo los desarrollos impartidos en clase logrando como objetivo fijado el desarrollo de aplicaciones habilidades reales implementadas en la industria. 1.3.5 Funcionalidad. En el desarrollo del presente proyecto se procedió al diseño e implementación de un proceso a escala para un tubo de reacción mediante una red Profibus-DP, que se basa en un proceso electro neumático donde primeramente se diseñó el proceso de la red de comunicación Industrial Profibus entre maestro esclavo usando una salida ET-200S teniendo en cuenta las especificaciones adecuadas para su correcto funcionamiento. En la ejecución de la planta a escala se hizo un modelado CAD, sobre el modelo de la mesa del proceso con las medidas respectivas, se lo efectúo con la herramienta de software para diseño gráfico (SKETCHUP) y en el cual estarán los equipos del moduló didáctico. El módulo didáctico cuenta con dos tableros pequeños eléctricos el primero será destinado al controlador (MASTER), el mismo contiene al PLC, BREAKERS, y la salidas por comunicación Profibus maestro, mientras que el segundo tablero será consignado para la ET-200S que trabajara como esclavo, también contendrá borneras fusileras para la protección de las tarjetas E/S, fuente de poder SITOP para alimentar los equipos. 8

5Figura 5 Tablero diseñado en Sketchup

Fuente: Los autores

Un logro alcanzado con la culminación del proyecto es contribuir con módulos de nuevas tecnologías para los alumnos que cursen la materia de Redes de Computadoras III en el laboratorio Fabricación Flexible y puedan practicar, conocer de forma física y virtualmente cómo se maneja dicha comunicación en las industrias. Se desarrolló un manual de prácticas para que el estudiante y docente puedan hacer uso del prototipo a escala para que el estudiante conozca sobre cada aplicación, comunicación y programación que se puede hacer a nivel industrial. 6Figura 6 Planta diseñado en Sketchup

Fuente: Los autores

9

OBJETIVOS

2.1 Objetivos General

Diseñar e implementar un proceso a escala de un tubo de reacción para solubilización empleando la Red de comunicación PROFIBUS-DP Para el laboratorio de fabricación flexible de la Universidad Politécnica Salesiana Sede Guayaquil.

2.2 Objetivos Específicos



Diseñar una red PROFIBUS-DP Industrial entre maestro y esclavo utilizando una salida ET200.



Diseñar una planta industrial a escala para la simulación de procesos reales.



Contribuir con la asignatura Redes III empleando el módulo de Red PROFIBUS -DP.



Realizar un manual de usuario para la materia de Redes III, con esto facilitar el entendimiento, realización de prácticas y aplicaciones con el Protocolo PROFIBUS-DP.

10

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

3.1 Automatización Industrial

La Automatización Industrial es la aplicación de diferentes tecnologías para controlar y monitorear un proceso, maquina, aparato o dispositivo que por lo normal cumple funciones o tareas repetitivas, haciendo que opere automáticamente, reduciendo al mínimo la intervención humana. Lo que se busca con la Automatización industrial es crear la mayor cantidad de producto, en el menor tiempo posible, con el fin de reducir los costos y garantizar una uniformidad en la calidad. (Crespo, 2011) 7Figura 7 Automatización Industrial

Fuente. Bibliográfica (Siemens, Automatizacion Industrial, 2013)

3.2 Pirámide de la Automatización 8Figura 8 Pirámide Industrial

Fuente.(Catherin Marin Quintero, 2013)

11

Nivel De Gestión: Se componen de sistema de Gestión integral (ERP) Nivel De Control: incluye los dispositivos controladores como ordenadores, PLCs, PIDs, etc. Nivel De Campo: incluye los dispositivos físicos presentes en la industria, como los actuadores y sensores.

3.3 Controlador SIMATIC S7-1200

Este controlador nos permite controlar una amplia variedad de dispositivo que forma parte de la automatización. (Siemens) El diseño compacto, configuración flexible y potente conjunto de flexible y potente conjunto de instrucciones se combinan para hacer que el S7-1200 sea la solución perfecta para el control de una amplia variedad de aplicaciones. (Siemens)

9Figura 9 Controlador Simatic S7-1200

Fuente. (Siemens)

12

3.3.1 Características Generales. El Simatic S7-1200 ofrece a los profesionales de la instalación un amplio abanico de características técnicas entre las cuales cabe destacar las siguientes:  Alta capacidad de procesamiento. Cálculo de 64 bits.  Interfaz Ethernet / PROFINET integrado.  Entradas analógicas integradas.  Bloques de función para control de ejes conforme a PLCopen.  Programación mediante la herramienta de software STEP 7 Basic v13 para

la configuración y programación no sólo del S7-1200, sino de manera integrada los paneles de la gama Simatic Basic Panel.

3.4 RED PROFIBUS

3.4.1 Introducción PROFIBUS es el bus de campo abierto y exitoso que puede utilizarse en un amplio campo de aplicaciones para conseguir una producción rápida y rentable. (Siemens, 2008)Los dispositivos de automatización, tales como PLC, PC, equipos HMI, sensores o actuadores, pueden comunicarse a través de un bus unificado. Esto permite utilizar una amplia gama de productos PROFIBUS de Siemens y de otros fabricantes para solucionar tareas de automatización que pueden funcionar conjuntamente en una red PROFIBUS. (Siemens, 2008) 3.4.2 Características Especiales • PROFIBUS es un sistema de bus potente, abierto y robusto que brinda una comunicación sin perturbaciones(Siemens, 2008) • Es un sistema completamente normalizado que permite conectar de forma sencilla componentes normalizados de diferentes fabricantes.(Siemens, 2008) • La configuración, la puesta en marcha y la búsqueda de averías se pueden realizar desde cualquier punto. Así, las relaciones de comunicación de libre elección son muy flexibles y fáciles de aplicar en la práctica y de modificar.(Siemens, 2008) • Seguridad para las inversiones gracias a desarrollos y perfeccionamientos compatibles(Siemens, 2008)

13

• Componentes de red para el uso en entorno industrial rudo • Conectorizado y puesta en marcha rápidos a pie de máquina mediante el sistema de cableado FastConnect(Siemens, 2008)

3.4.5 Opciones De Conectividad La red eléctrica o de cobre utiliza un cable bifilar trenzado y apantallado. El puerto RS485 trabaja con diferencias de tensión. Por tanto, es más inmune a perturbaciones que una interfaz que trabaja con niveles de tensión o corriente. (Siemens, Soluciones de Red Profibus, 2008) En PROFIBUS, las estaciones se conectan al bus a través de un terminal o un conector de bus (máx. 32 estaciones por segmento). (Siemens, Soluciones de Red Profibus, 2008) 10Figura 10 Configuración De Red Profibus De Cobre

Fuente. (Siemens, Soluciones de Red Profibus, 2008)

14

11Figura 11 Cables Profibus Con Conectores

Fuente: (Katalogautomatyki, 2014) 12Figura 12 Profibus FastConnect Stripping Tool

Fuente (Siemens, Soluciones de Red Profibus, 2008)

3.4.6 Características De La Red De Cobre • Método de transmisión para la automatización universal (PROFIBUS FMS/DP) según IEC 61158/EN 50170 y para zonas de seguridad intrínseca (PROFIBUS PA) según IEC 61158-2 • Cable de bus de alta calidad. • Método de transmisión: RS485 (según EIA).

15

• Topología de bus con terminales y conectores para conectar las estaciones PROFIBUS. • Red inmune a perturbaciones con cables de pantalla doble y sistema de montaje y puesta a tierra simple y homogénea. • Montaje sencillo y rápido de conectores gracias a FastConnect.

3.4.7 Ventajas De Profibus 

Transmite pequeñas cantidades de datos



Cubre necesidades de tiempo real



Número reducido de estaciones



Fácil configuración



Bajos costes de conexión y cableado

3.4.8 Normas Internacionales De Recubrimiento Profibus La Normalización Internacional es una base importante para el diseño, desarrollo y uso. Estas normas sustentan la interoperabilidad y garantizan un rendimiento consistente y

de

alta

calidad

para

los

usuarios

finales.

(Profibus,

s.f.)

PROFIBUS está normalizado bajo una serie de normas internacionales, las más importantes son:  IEC 61158/IEC 61784-1 para el protocolo de comunicación (Profibus, s.f.)  IEC 61784-5 and IEC 61918 para conectores (Profibus, s.f.)

3.5 MÓDULO DE COMUNICACIÓN PROFIBUS

La comunicación PROFIBUS de los CM S7-1200 está basada en el protocolo PROFIBUS DP-V1. (Siemens, Automatizacion Industrial, 2013) El modulo CM 1243-5, un maestro Profibus DP, permite conectar hasta dieciséis esclavos DP, por ejemplo, módulos Simatic ET 200, a Simatic S7-1200. También se soporta la comunicación S7 y PG/OP con otros controladores, así como con equipos HMI

16

(Human Machine Interface) y programadoras (PG). El CM 1242-5 permite operar el Simatic S7-1200 como esclavo. Soporta servicio de comunicación S7 de tipo PUT/GET donde el maestro actúa como cliente servidor y PC/OP donde se puede recibir y enviar datos desde un PC. Los posibles interlocutores para comunicación OP son paneles HMI PC, sistemas SCADA. (Siemens, Automatizacion Industrial, 2013) Admite una velocidad de transferencia de 9.6 kbits/sg a 12Mbits. 13Figura 13 Módulo De Comunicación Profibus

Fuente. (Siemens, Automatizacion Industrial, 2013)

Profibus DP, para su conexión a cualquier maestro Profibus DP. Ambos módulos de comunicación se colocan a la izquierda de la CPU y se comunican fácilmente a través del bus interno del S7-1200. (Siemens, Automatizacion Industrial, 2013) 3.5.1 Ejemplos De Configuración Para Profibus A continuación, encontrará ejemplos de configuraciones en las que se utilizan el CM 1243-5 como maestro DP

17

14Figura 14 Ejemplo De Configuración Con Cm 1243-5 Como Maestro Profibus

Fuente: (Siemens, Soluciones de Red Profibus, 2008)

3.5.2 Software y Comunicación El sistema de ingeniería totalmente integrado SIMATIC STEP 7 Basic con SIMATIC WinCC Basic está orientado a la tarea, es inteligente y ofrece editores intuitivos para una configuración eficiente de SIMATIC S7-1200 y de los paneles de la gama SIMATIC HMI Basic Panels.

3.6 SIMATIC ET200

15Figura 15 Periferia Descentralizada Simatic Et-200S

Fuente: (Siemens, Soluciones de Red Profibus, 2008)

18

3.6.1 Características. El módulo de interfaz IM151-1 STANDARD tiene las siguientes características: ● Conecta una ET 200S al bus PROFIBUS DP vía la interfaz RS485 ● Asociado a un SIMATIC S7 (en modo DPV1) la longitud máxima de parámetros es de 240 bytes por slot. ● El área de direccionamiento máxima es de 244 bytes de entradas y 244 bytes de salidas. ● Operación como esclavo DPV0 o DPV1. ● El IM151-1 STANDARD funciona con un máximo de 63 módulos. ● La longitud máxima del bus es de 2 m. ● Rango de temperatura extendido, de 0 a 55 °C, en posición de montaje vertical. ● Soporta la función Control de configuración (Configuración futura) y el byte de estado Para módulos de potencia. ● Actualización del firmware posible vía PROFIBUS DP usando STEP 7 ● Datos de identificación (con DS248 o DS255)

19

16Figura 16 Módulo de Interfaz IM151-1 Standard

Fuente. (Siemens, Soluciones de Red Profibus, 2008)

3.7 Instrumento De Medición

3.7.1 Manómetro El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local. (VILLA, 2002)

20

17Figura 17 Manómetro

(Cankař, 2004) El símbolo que se utiliza en los circuitos para el manómetro depende del tipo. 18Figura 18 Simbología de un Manómetro

21

3.8 Unidad De Mantenimiento

19Figura 19 Unidad De Mantenimiento

Fuente: (Festo, 2015)



Filtro, regulador y lubricador en una unidad



Gran caudal y eficiencia de retención de partículas de suciedad



Buenas características de regulación con baja histéresis



Cabezal bloqueable para asegurar los valores ajustados



Botón giratorio con cerradura integrada



Dos márgenes de regulación de la presión: 0,5 … 7 bar y 0,5 … 12 bar



Dos conexiones para manómetros para una instalación más versátil



Con purga manual, semiautomática o automática del condensado



Cartuchos de 5 μm o 40 μm



Nuevos cartuchos filtrantes 30 Datos

22

3.9 Transmisor De Presión

20Figura 20 Sitrans P200/P210/P220

Fuente: (Siemens, Lista de precios Siemens Ecuador, 2014)

Los SITRANS P200, P210 y P220 son transductores de medida compactos de un rango para medir la presión absoluta y relativa. Dentro de esta serie se utilizan dos tipos de sensores de presión: dos sensores de acero inoxidable y un sensor con membrana cerámica. De este modo se facilita la medición de la presión de proceso, la presión absoluta y la presión hidrostática. La presión determinada por los sensores se transforma en una señal de 4-20 mA o de 0-10 V, según se prefiera.

3.10 Ventajas 

Alta precisión de medida



Carcasa robusta de acero inoxidable



Gran resistencia a sobrecarga



Para fluidos agresivos y no agresivos



Para medir la presión de líquidos, gases y vapores



Construcción compacta

23

3.11 Presostato

El Presostato, también muy conocido por otro nombre interruptor de presión, es un aparato que se encarga de abrir o de cerrar un circuito eléctrico en función de la lectura de presión de un fluido. 21Figura 21 Presostato

Fuente: (Ingeniería, 2014)

Su funcionamiento es muy sencillo. El fluido ejerce presión sobre un pistón interno en el Presostato, de modo que al aumentar la presión dicho pistón se mueve y se unen dos contactos, cerrando el circuito. En cambio, cuando la presión baja el pistón se empuja en sentido contrario y los contactos se separan. En la imagen siguiente se puede ver esta explicación en forma gráfica para que sea más fácil de entender.

3.12 Válvula Proporcional

El regulador proporcional de la presión del MAC, es un producto innovador que convierte una señal eléctrica en una salida neumática proporcional. (Mac, 2016) El PPC es transductores convencionales desemejantes de I/P o de V/P. Ofrece mucho más en términos de funcionamiento, características, y confiabilidad. (Mac, 2016)

24

22Figura 22 Válvula De Control Proporcional

Fuente: (Mac, 2016)

3.13 Características



Fluido: para aire



Tipo: diferencial



Número de etapas:



Mono etapa



Aplicaciones: neumático



Otras características: proporcional

3.14 Fuente De Alimentación

Las nuevas fuentes de alimentación tecnológicas monofásicas SITOP PSU8200 de la línea de productos SITOP modular tienen unas necesidades de espacio mínimas en el perfil porque son extremadamente compactas. (Siemens, Direct Industry, 2013) La versión de 10 A, de solo 55 mm, es incluso la fuente de alimentación más estrecha en su clase de potencia. El elevado grado de rendimiento de hasta el 94% supone un bajo consumo de energía. También ahorra energía la función "Remote On/Off", que permite conectar la fuente de alimentación sin consumo. Cuando, por el contrario, se precisa un mayor consumo de corriente, como en el caso de corrientes de conexión, la elevada capacidad de sobrecarga concede un 50% de "potencia extra". (Siemens, Direct Industry, 2013)

25

23Figura 23 Fuente SITOP

Fuente. (Siemens, Direct Industry, 2013)

3.15 Características



Tipo: AC/DC



Tecnología: conmutadas, convertidor



Montaje: cerrada



Otras características: modular



Tensión de entrada: Mín.: 120 V Máx.: 500 V



Tensión de salida: 24 V

26

MARCO METODOLÓGICO

4.1 Análisis del Proyecto

En la Universidad Politécnica Salesiana, Carrera Ingeniería Electrónica Sede Guayaquil en el Laboratorio Fabricación Flexible no cuenta con un equipo que contenga la Red de Comunicación Profibus-DP, por lo que los estudiantes que estén cursando las asignaturas de informática industrial y redes de comunicación III, no tenga el acceso de poder realizar su prácticas de manera física de redes de comunicación industrial, por lo tanto se proyectó realizar el DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROCESO A ESCALA DE UN TUBO DE REACCIÓN PARA SOLUBILIZACIÓN MEDIANTE UNA RED PROFIBUS-DP, este proyecto le servirá al estudiante para el conocimiento de un Proceso Industrial.

4.2 Diseño del Proyecto

Para el diseño del proceso se debe tener las especificaciones correctas para su respectivo funcionamiento, desarrollar una definición exacta de las funciones que el sistema debe realizar, de ese modo tener resultados beneficiosos en término económico y de tiempo, tener un diseño del sistema más confiable para el proceso. Los equipos físicos a utilizar para el proyecto son: 

2 tanques de presión de aire comprimido



Cable Profibus - DP



Compresor



Electroválvula



ET-200S



Fuente Sitop



Llave de paso



Mangueras 8mm



Manómetro



Mesa del proceso



PLC



Presostato

27



Tablero de control y Planta Industrial



Transmisor de Presión



Unidad de Mantenimiento



Válvula proporcional



Válvula Solenoide

4.3 Implementación del Proyecto

4.3.1 Diseño la Mesa del Proceso Se procedió a diseñar la mesa para el proceso industrial a escala con las medidas respectivas, se lo realizo mediante un software de diseño gráfico (SKETCHUP) y en el cual estarán los equipos del moduló didáctico.

4.3.2 Diseño del Módulo Didáctico del PLC

El tablero de control será el componente que contiene al PLC, breacker y la comunicación Profibus. Para la respectiva instalación, ubicación y conexión de los componentes en el módulo didáctico se considera los elementos que intervienen en el proyecto para satisfacer la aplicación y asegurar un correcto funcionamiento.

4.3.3 Ubicación de equipos y materiales dentro del tablero de Control (PLC) Se tendrá como resultado el diseño de la red PROFIBUS-DP Industrial entre maestro y esclavo utilizando una salida ET200. El tablero de control cuenta con un plc S7-1200 y a su costado el módulo de comunicación PROFIBUS DP-MAESTRO (CM 1243-5), el tablero de la planta industrial está conformada por la ET-200S que va a ser el esclavo, fuentes sitop, borneras, relés de contacto y porta fusibles. Cada una de estas tarjetas está conectadas en serie por medio de unas borneras fusileras el cual protege las entradas y salida tanto análogas como digitales.

28

4.3 Montaje De Los Tanques E Instrumentación Una vez culminada la mesa se procedió con el montaje de los tanques y de los equipos de instrumentación. Se procedio a relizar el recorrido de las mangueras utilizando el material correcto como son los racores de 8mm para asi generar el ciclo de fluido de aire comprimido para el llenado de los tanques. Los tableros de control y de la planta fueron agregados a la mesa como parte del módulo didáctico ya que son los principales elementos para automatizar el proceso. Se culminó el proceso escala y el siguiente paso es marquillar cada uno de los elementos de instrumentación y tableros de control principal y campo. Funcionamiento. El proyecto se basa en hacer la comunicación maestro esclavo Profibus por medio de una ET-200S IM 151-1 que es un esclavos y como maestro se utilizó el módulo de comunicación Profibus CM-1243 y a su lado tendremos el S7-1200 CPU 1214 AC/DC/RL el cual se conectara a la computadora para la respectiva configuración y automatizado del proceso. Se conectó el cable Profibus DP del módulo de comunicación hacia la ET-200S. Este equipo cuenta con unas tarjeta electrónica Cómo entrada y salida digitales, entradas y salidas analógicas todas estas tarjetas están conectadas a unas borneras porta fusible para la protección de las señales que envían a los elementos de campo como transmisor de presión válvula solenoide electroválvula Presostato la válvula proporcional cuenta adicional un convertidor de 4-20mA a 0-10V ya que el producto viene desde fabrica con dicha característica. Inicio del Proceso en Modo Manual. Para el inicio del proceso industrial cuenta con dos tipos funcionamiento de manual y automático se seleccionó el modo manual al presionar el botón de encender válvula inicio comenzará a circular aire comprimido desde el compresor llegará al primer elemento llamado Presostato que va a ser la presión entrada de todo el sistema de la planta se encenderá la luz piloto de la presión entrada. Luego pasará por la unidad de mantenimiento el cual va a ser regulada a una cierta presión y pasará por una válvula solenoide on/off que se accionará manualmente desde el tablero de la planta industrial. 29

Llenado de primer tanque. Después el paso por la válvula inició comenzar a llenar el primer tanque este recipiente tiene un manómetro que indicara al valor de presión que ingresa momentáneamente. En el tablero mostrará el estado de presión, su presión de ajustes a los 60 Psi ya que contará con un Presostato que cuando llegué a la presión de ajustes se abrirá el contacto y se encenderá la luz presión alta T.1. Regulación de la válvula proporcional en manual. Una vez llenado primer tanque ya presurizado se procede hacer el llenado del tanque 2 por medio de la válvula proporcional el paso de aire se lo hizo con un potenciómetro que al regular apertura poco a poco del 0 al 100%. Llenado del tanque 2. Al aperturar la válvula proporcional hace el llenado del tanque 2 la presión que ingresa debe ser de 60 psi se trabaja como un depósito ya que el primer tanque quedará completamente vacío al pasar a la siguiente etapa del proceso, Así mismo tendrá un sensor de presión lo cual convertida un valor de presión a un valor de lectura dicho datos se lo toma desde el plc, tendrá un manómetro que indicará la presión que ingresa y una llave de paso cuando requieras expulsar aire se lo abrirá manualmente, adicional contará con una válvula de purga para El desfogue del aire, este se accionara con el botón de encender válvula purga para que el aire salga del tanque doy la presión bajara a medida que de desfogue el aire. Inicio del Proceso en Modo Automático. Para comenzar con el inicio del programa se declaró cuáles van a ser las entradas y salidas analógicas y digitales donde habrá una tabla declarando variables como las entradas I2.0, I2.1, I3.1 y como salida tenemos Q2.0, Q2.1, Q3.0, Q3.1. Se tomó en cuenta las entradas digitales como el paro de emergencia, Automático/Manual, Presostato de entrada lo cual indicara que hay presión de aire y el Presostato de tanque 1 que nos mostrara por medio de un manómetro el nivel de presión. Como entradas analógicas se encuentra el trasmisor de presión y la consigna de la válvula proporcional ya que se direcciono con IW256 para transmisor y QW256 para la consigna de la válvula. Luego de declarar las variables se procedió ir al árbol de proyecto y abrir el bloque main lo siguiente que se hizo es agregar un nuevo bloque donde aparece una ventana 30

se elige el bloque FC donde se hace el respectivo escalamiento para la consigna de la válvula proporcional se hizo los ajustes para la apertura de la válvula desde 0% a 100%, se agregaron dos bloques NORM_X que se obtiene datos reales y en ese mismo dato se creó una variable para la salida y se la llama y obtiene un escalamiento tipo real a entero donde la salida es QW256 y en SCALE_X tenemos datos de real a entero. El Main es la organización principal donde se debe llamar cada bloque hecho sea FC o DB para que se puedan ejecutar dichos programas creados en cada bloque. Se creó un nuevo bloque FC para el control automático para este caso realizo la programación del paro de emergencia (Lógica de Seguridad) usando como entrada I2.0 y bloques como SR y MOVE. En el segmento 2 se hizo la lógica de control Automático tenemos el selector manualautomático que al forzar I2.1 nos va a mandar un bits a la variable de uso general. En el segmento 3 Con el bits enviado a variable de uso general se puede observar en la figura 57 consta de un contacto cerrado que es el bits de uso general, una entrada I3.1 que es contacto cerrado que pertenece al Presostato de entrada que nos permite indicar si hay Presión, se tiene una válvula de purga como salida es el que nos permite desfogar el aire cuando ya tenga su presión max o presión que se le haya asignado y la válvula de inicio que se activara después que haya pasado por la unidad de Mantenimiento y va a dar el paso de aire para el primer tanque . El bloque move nos permite dar El Paso de aire para el tanque 2 por medio de la válvula Proporcional Este bloque tiene Como entrada 50 que es el porcentaje de la apertura de la válvula y se creó una variable de consigna para la salida del MOVE y así activar la salida Q3.0. Para el control de apertura o cierre de la válvula purga se utilizó bloques como SR, TON, adicional para la comprobación consta con un contacto cerrado y una comparación tipo real para set y reset, se usó un temporizador TON para poder activar la salida Q2.1(Válvula de purga). Al añadir el bloque DB1 se procedió hacer la tabla de variables de uso general esto nos permite tener estos datos momentáneamente para hacer pruebas ya que este tipo de bloque no guardan información. En la figura podemos observar una tabla de variables donde consta de todo el Sistema automático podemos forzar cada uno de estos parámetros dando valores como la válvula proporcional que se abre y cierra en forma regulada.

31

RESULTADOS

5.1 Implementación Del Proceso Industrial 5.2 Desarrollo Del Tablero De Control Principal 5.2.1 Materiales tablero de control. Los materiales utilizados para la implementación de este tablero son los ilustrados en la figura 24Figura 24 Materiales Tablero de control Principal

Fuente: Los autores

5.3 Diseño Del Tablero De Control Principal 25Figura 25 Diseño del tablero de control

Fuente: Los autores

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Una vez hecho los planos del tablero se procedió a fabricarlas con las medidas que se ha estipulado en el diseño de control. 5.4 Implementación La estructura está construido de acero negro este pequeño y didáctico gabinete nos brinda una superficie lisa para el pintado de la estructura. 26Figura 26 Estructura del Tablero de control principal

Fuente: Los autores

Se realizó las perforaciones al interior del tablero y plafon, para asi colocar el riel, canaleta y montar los equipos. 27Figura 27 Ejecución de perforaciones y montajes de equipos al tablero de control.

Fuente. Los autores

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5.5 Conexionado De Los Elementos De Control

Se realizó el conexionado eléctrico del equipo plc a su vez se acoplo el módulo de comunicación Profibus dp maestro. 28Figura 28 Conexionado entre elemento de control.

Fuente. Los autores

5.6 Desarrollo Del Tablero Dela Planta Industrial 5.6.1 Materiales del tablero dela planta industrial. Los materiales utilizados para la implementación de este tablero son los ilustrados en la figura 29Figura 29 Materiales Tablero Planta Industrial

Fuente. Los autores

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5.6.2 Diseño del tablero de la planta industrial. Para Este tipo de tablero se hizo un diseño al igual que el tablero anterior con las especificaciones y medidas necesarias para sus respectivos componentes. 30Figura 30 Diseño del Tablero de Planta Industrial.

Fuente. Los autores

Después hecho el diseño en CAD se procedió a fabricar el tablero con las medidas estipuladas en el diseño, y así poder implementar la estructura deseada. Se realizó la marcación y con un taladro se procedió a perforar el tablero. 31Figura 31 Marcación y perforación en el tablero

Fuente. Los autores

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Luego de su respectiva perforación se colocaron las luces pilotos y pulsadores. 32Figura 32 Estructura del tablero de planta industrial

Fuente. Los autores

Una vez finalizado el calado de la estructura del tablero de control, se realizó las perforaciones al interior del tablero y plafon, para asi colocar el riel, canaleta y montar los equipos. 33Figura 33 Ejecución del calado para colocar implementos de alimentación.

Fuente. Los autores

Una vez hecho las perforaciones se comenzó a instalar los equipos de control en el tablero tales como: breacker, relés de contacto, ET-200S, borneras simples, etc. Adicional se colocaron luces pilotos, pulsadores, paro de emergencia y selector tipo hongo.

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34Figura 34 Colocación de elementos de control en el tablero de la planta industrial

Fuente. Los autores

5.6.3 Conexionado de los elementos de control.

Una vez montado los elementos de control se realizó el respectivo Cableado eléctrico de los equipos de control.

35Figura 35 Conexionado entre elementos tablero de planta industrial

Fuente. Los autores

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36Figura 36 Presentación del tablero con sus respectivas luces pilotos y pulsadores

Fuente. Los autores

5.6.4 Prueba del tablero de planta industrial. Para esta prueba se procedió alimentar el tablero de control y así poder verificar el correcto funcionamiento de las señales de las tarjeta Simatic Et-200

tanto como

entrada/salidas como pulsadores, luces pilotos, una vez cerrado el breacker del tablero.

37Figura 37 Energización del tablero planta industrial

Fuente. Los autores

38

5.7 Desarrollo Planta Industrial 5.7.1 Materiales planta industrial. Los materiales utilizados para la implementación de este tablero son los ilustrados en la figura. 38Figura 38 Materiales de la planta industrial

Fuente: Los autores

5.7.2 Diseño e implementación del módulo didáctico. El modelo que se plantea para la base de los equipos e instrumentos en lo principal era diseñar una estructura estable para el soporte de los elementos. 39Figura 39 Materiales de soporte de la planta industrial

Fuente. Los autores

39

Una vez listo el material se procedió a implementar dicho diseño, la estructura esta hecho de material acero inoxidable lo cual se ve un acabado muy bonito y compacto.

40Figura 40 Estructura de la mesa para el proceso Industrial

Fuente. Los autores

5.7.3 Diseño de la planta industrial. El diseño de la distribución de los elementos sobre la estructura de la planta industrial se lo muestra en la figura 41Figura 41 Diseño de los elementos de la planta industrial

Fuente. Los autores

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5.7.4 Ubicación de equipos y sensor en la planta industrial Se procedió a ubicar los soportes para los tanques, válvula proporcional, válvula solenoide, Presostato y unidad de mantenimiento. 42Figura 42 Ubicación de elementos en la planta industrial

Fuente. Los autores

5.7.5 Recorrido de mangueras y conexionado de instrumentos Se procedio a relizar el recorrido de las mangueras utilizando el material correcto como son los racores de 8mm para asi generar el ciclo de fluido de aire comprimido para el llenado de los tanques. Luego se realizó a conectar los elementos de instrumentación: transductor de presión ,manometro, valvula solenoide, valvula de purga, presostato los cuales se enconraban en campo y se debian conectar al tablero de la planta industrial para realizar el debido control.

41

43Figura 43 Implementación de recorrido de mangueras

Fuente. Los autores

44Figura 44 Implementación de recorrido de mangueras por la válvula proporcional

Fuente. Los autores

42

5.7.6 Colocacion de Marquillas a los elementos de la planta industrial. 45Figura 45 Colocación de tag en la unidad de mantenimiento

Fuente. Los autores 46Figura 46 Colocación de tag en el Presostato

Fuente. Los autores 47Figura 47 Colocación de tag en la Válvula Proporcional

Fuente. Los autores

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48Figura 48 Colocación de tag en la válvula solenoide

Fuente. Los autores

5.7.7 Alimentacion de la Planta Industrial. Luego de haber finalizado la construccion de la estructura y base para la planta industrial se procedio a conectar el tablero de la planta industrial con el tablero de control principal por medio del cable PROFIBUS, donde se puede obvservar cada una de las señales como entradas y salidas de las tarjetas de la ET-200S. 49Figura 49 Puesta en marcha de elementos en la planta industrial

Fuente. Los autores

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5.8 PID COMPACT En el software TIA Portal se utiliza el objeto tecnológico PID_Compact para realizar el control de procesos técnicos con variables continuas de entrada como el transductor presión del tanque 2 y salida como válvula proporcional. La instrucción PID que se usó, puede calcular u optimizar (inicial o final) las acciones P, I y D; proporcionando la facilidad de poder ingresar los valores de forma manual. Para esto se realizaron diferentes pruebas y así obtener los valores deseados. El valor de salida del regulador PID está formado por tres acciones: ● P (proporcional): cuando se calcula con la acción "P", el valor de salida es proporcional a la diferencia entre la consigna (set point) y el valor de proceso (valor de entrada). ● I (integral): cuando se calcula con la acción "I", el valor de salida aumenta en proporción a la duración de la diferencia entre la consigna (set point) y el valor de proceso (valor de entrada) para corregir la diferencia al final. ● D (derivativo): cuando se calcula con la acción "D", el valor de salida crece como una función de la tasa de incremento de cambio de la diferencia entre la consigna (set point) y el valor de proceso (valor de entrada). El valor de salida se corrige a la consigna lo más rápido posible. 5.8.1 Pasos para realizar el bloque PID_Compact Se ejecutan los siguientes pasos para realizar el control PID obteniendo los valores de forma automática usando la herramienta de optimización del software TIA Portal.

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Seleccionamos en el árbol del proyecto “Bloques de programa”, se hace doble click. “Agregar nuevo bloque”

50Figura 50 Árbol de Proyecto

Fuente. Los autores

Seleccionar “Bloque de organización (OB)” y como tipo se elige “Alarma cíclica”. Para el lenguaje de programación seleccionar el diagrama de funciones "FUP". La numeración (OB200) es automática. El tiempo de ciclo fijo lo dejamos en 100 ms. Se confirman los parámetros con “Aceptar A continuación se agrega el bloque regulador “PID_Compact” al segmento. Se lo activará cuando el selector se encuentre en modo automático. En el árbol de instrucciones, se hace click en “Tecnología” en la parte de “PID Control – Compact PID” se lo arrastra hasta el segmento.

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51Figura 51 Bloque PID_Compact

Fuente. Los autores

Aquí es necesario configurar los “Ajustes básicos”, como el tipo de regulación, definir la variable de entrada y de salida, la estructura interna del regulador. En este caso la entrada escalada del transductor de presión y la salida escalada hacia valvula proporcional de control varían desde 0 – 10 V.

52Figura 52 Ajuste de parámetros del PID

Fuente. Los autores

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Una vez ajustado los parámetros básicos de control se realiza la carga al PLC junto a la programación necesaria para realizar el PID. Haciendo clic con el ratón en el símbolo

Activar/desactivar observación, puede vigilar el estado de los bloques

y de las variables durante la comprobación del programa. La primera vez que se arranca la CPU, el regulador "PID_Compact" todavía no está optimizado. Para realizar la optimización se tiene que iniciar la preparación haciendo clic en el símbolo “

”.

53Figura 53 PID conexión online

Fuente. Los autores

5.9 Optimización PID Inicial Y Final 5.9.1 Optimización PID inicial y final. En una pantalla de mando, la opción “Medición Inicial” permite mostrar en una tendencia el comportamiento del valor real, la magnitud manipulada y el setpoint. Después de cargarlo por primera vez en el controlador, el regulador todavía está inactivo. Esto significa que la magnitud manipulada permanece en el 0%. Seleccione ahora “Modo de ajuste” y, a continuación, “Optimización Inicial” luego “Optimización Final”. Una vez que se realizó la optimización se puede trabajar de forma automática el PID. 48

54Figura 54 Sintonización del PID

Fuente. Los autores

Obteniendo los siguientes resultados luego de que se realizó la optimización del PID, teniendo un setpoint de 58.0 de presión máxima manteniéndose una apertura del 10% de la válvula proporcional.

55Figura 55 Ingreso de Kp, Ti, Td.

Fuente: Los autores

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5.9.2 Diseño de Prueba de Control PID con Matlab En el software Matlab se utiliza diferentes comandos para realizer el procesos técnicos con variables contínuas de entrada como el presion y salida de la valvula proporcional. Para esto se realizaron diferentes pruebas y así obtener los valores estimados, deseado 1. Ingreso de variables estimadas y reales 56Figura 56 Ingreso de Variable

Fuente: Los autores

2. Iniciación de herramienta de sistema de identificación mediante el comando Ident 3. Importación de valores 57Figura 57 Importación de Valores

Fuente: Los autores

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4. Obtenemos la gráfica de real y estimada 58Figura 58 Grafica Real

Fuente: Los autores

5.

Grafica de estabilidad a la cual se la va a mejorar 59Figura 59 Grafica de Estabilidad

Fuente: Los autores

51

6. Y procedemos a realizar la primera estimaciones 60Figura 60 Primera Estimación

Fuente: Los autores

7. Obtenemos nuestra primera estimación 61Figura 61 Grafica de Estimación

Fuente: Los autores

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8. Y procedemos a buscar hasta que nuestro dato de estimación superar el 60% 62Figura 62 Estimación Supera el 60%

Fuente: Los autores

9. En este caso la grafica que procedemos a estimar aumentado zeros y 2 polos 63Figura 63 Aumento de Zeros y Polos

Fuente: Los autores

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10. Obtenemos un porcentaje alto de nuestra estimación con el cual vamos a trabajar y obtendremos nuestra función de transferencia. 64Figura 64 Porcentaje de estimación

Fuente: Los autores

11. Una vez obtenida la función de transferencia se procede a dibujar el diagrama de bloques en la librería de Simulink. 65Figura 65 Función de Transferencia

Fuente: Los autores

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

Procedemos a darle play en la grafica con los valores que vienen por defaul Proporcional 1 Integral 1 Derivativo 0 Valores que vienen por default en el bloque PID

12. Grafica antes del ajuste 66Figura 66 Grafica antes del ajuste

Fuente: Los autores

13. Procedemos a mejorar la señal de estabilidad  Ingresando al block PID 67Figura 67 Bloque PID

Fuente: Los autores

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14. En la opción TUNE es donde vamos a linealizar la planta 68Figura 68 Lineamiento de la planta

Fuente: Los autores

15. procedemos a realizar el ajuste 69Figura 69 Ajuste del PID

Fuente: Los autores



Obtenemos nuestra original en color plomo y la ideal que vamos a modificar es en color azul

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16. En nuestro caso, modificamos para que el sistema se estabilice de una manera suave 70Figura 70 Modificación del sistema de una manera suave

Fuente: Los autores

17. Le damos aplicar y nos arroja los valores de PID que varían del que comenzamos 71Figura 71 Valores del PID

Fuente: Los autores

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18. Grafica después del ajuste 72Figura 72 Grafica después del Ajuste

Fuente: Los autores

5.10 Programación Del Proyecto

5.10.1 Software TIA PORTAL Se realizó la respectiva programación del proceso industrial en el TIA PORTAL (Totally Integrated Automation), es un programa que nos permite optimizar todos sus procedimientos de procesamiento, operación de máquinas y planificación. Con su intuitiva interfaz de usuario, la sencillez de sus funciones y la completa transparencia de datos es increíblemente fácil de utilizar. Los datos y proyectos preexistentes pueden integrarse sin ningún esfuerzo, lo cual asegura su inversión a largo plazo. (Siemens, Siemens TIA PORTAL, 2016) Para comenzar con el inicio del programa se declaró cuáles van a ser las entradas y salidas analógicas y digitales donde se puede observar en la imagen una tabla declarando variables como las entradas I2.0, I2.1, I3.1 y como salida tenemos Q2.0, Q2.1, Q3.0, Q3.1. Se tomó en cuenta las entradas digitales como el paro de emergencia, Automático/Manual, Presostato de entrada lo cual indicara que hay presión de aire y el Presostato de tanque 1 que nos mostrara por medio de un manómetro el nivel de presión. Como entradas analógicas se encuentra el trasmisor de presión y la consigna de la

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válvula proporcional ya que se direcciono con IW256 para transmisor y QW256 para la consigna de la válvula. 73Figura 73 Creación de tablas de Variables

Fuente: Los autores

Luego de declarar las variables se procedió ir al árbol de proyecto y abrir el bloque main lo siguiente que se hizo es agregar un nuevo bloque donde aparece una ventana se elige el bloque FC donde se hace el respectivo escalamiento para la consigna de la válvula proporcional se hizo los ajustes para la apertura de la válvula desde 0% a 100%, se agregaron dos bloques NORM_X que se obtiene datos reales y en ese mismo dato se creó una variable para la salida y se la llama y obtiene un escalamiento tipo real a entero donde la salida es QW256 y en SCALE_X tenemos datos de real a entero.

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74Figura 74 Calibración y Escalamiento de Señales

Fuente: Los autores

El Main es la organización principal donde se debe llamar cada bloque hecho sea FC o DB para que se puedan ejecutar dichos programas creados en cada bloque. 75Figura 75 Main programa Sweep (Cycle)

Fuente: Los autores

Se creó un nuevo bloque FC para el control automático para este caso realizo la programación del paro de emergencia (Lógica de Seguridad) usando como entrada I2.0 y bloques como SR y MOVE

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76Figura 76 Control Automático

Fuente: Los autores

En el segmento 2 se hizo la lógica de control Automático se tuvo el selector manualautomático que al forzar I2.1 mandara un bits a la variable de uso general. 77Figura 77 Lógica de control Automático

Fuente: Los autores

En el segmento 3 Con el bits enviado a variable de uso general se puede observar en la figura consta de un contacto cerrado que es el bits de uso general, una entrada I3.1 que es contacto cerrado que pertenece al Presostato de entrada que permite indicar si hay Presión, se tiene una válvula de purga como salida es el que accede desfogar el aire cuando ya tenga su presión max o presión que se le haya asignado y la válvula de inicio

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que se activara después que haya pasado por la unidad de Mantenimiento y va a dar el paso de aire para el primer tanque . 78Figura 78 Lógica de Accionamientos de la Válvula de inicio

Fuente: Los autores

El bloque move permite dar El Paso de aire para el tanque 2 por medio de la válvula Proporcional Este bloque tiene Como entrada 50 que es el porcentaje de la apertura de la válvula y se creó una variable de consigna para la salida del MOVE y así activar la salida Q3.0. 79Figura 79 Bloque Move para dar paso a la Válvula Proporcional

Fuente: Los autores

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Se usó la comparación lógica para aperturar la válvula proporcional como se muestra en la figura si la consigna T2 es mayor o igual que 26 se activara el SR y enviara un bit a la salida de Q3.1 (Presión Consigna T2 Alcanzada) y con el MOVE dará el paso a la consigna válvula proporcional, si la consigna es menor igual que 26 no habrá reset. 80Figura 80 Comparación de lógica para apertura de válvula proporcional

Fuente: Los autores

Para el control de apertura o cierre de la válvula purga se utilizó bloques como SR, TON, adicional para la comprobación consta con un contacto cerrado y una comparación tipo real para set y reset, se usó un temporizador TON para poder activar la salida Q2.1(Válvula de purga).

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81Figura 81 Control Apertura o Cierre de Válvula Purga

Fuente: Los autores

Al añadir el bloque DB1 se procedió hacer la tabla de variables de uso general que permite tener estos datos momentáneamente para hacer pruebas ya que este tipo de bloque no guardan información. 82Figura 82 Tabla de Variable de uso General

Fuente: Los autores

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En la figura se observa una tabla de variables donde consta de todo el Sistema automático en donde se podrá forzar cada uno de estos parámetros dando valores como la válvula proporcional que se abre y cierra en forma regulada.

83Figura 83 Tabla de observación y forzado permanente

Fuente: Los autores

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Análisis de Resultados 6.1 Análisis del Proyecto En el presente capitulo se muestra una revisión de las principales características de los equipos que serán utilizados para la implementación del proyecto en el laboratorio. Para de esta manera tener conocimiento sobre las características técnicas que debe reunir el laboratorio para el seguro y correcto funcionamiento de los dispositivos. 6.1.2 Plc S7-1200 Este controlador nos permite controlar una amplia variedad de dispositivo que forma parte de la automatización. (Siemens) El diseño compacto, configuración flexible y potente conjunto de flexible y potente conjunto de instrucciones se combinan para hacer que el S7-1200 sea la solución perfecta para el control de una amplia variedad de aplicaciones. (Siemens)

6.1.3 Módulo de comunicación PROFIBUS

La comunicación PROFIBUS de los CM S7-1200 está basada en el protocolo PROFIBUS DP-V1. El modulo CM 1243-5, un maestro Profibus DP, permite conectar hasta dieciséis esclavos DP, por ejemplo, módulos Simatic ET 200, a Simatic S7-1200. También soporta la comunicación S7 y PG/OP con otros controladores, así como equipos HMI (Human Machine Interface) y programadoras (PG). El CM 1242-5 permite operar el Simatic S7-1200 como esclavo. Soporta servicio de comunicación S7 de tipo PUT/GET donde el maestro actúa como cliente servidor y PC/OP donde se puede recibir y enviar datos desde un PC. Los posibles interlocutores para comunicación OP son paneles HMI PC, sistemas SCADA. (Siemens, Automatización Industrial, 2013)

6.1.3 Et-200S Cuando los sensores y actuadores se encuentran a distancias muy grandes del centro de control se presentan dificultades por el gran volumen de cableado, a la vez que incrementa la posibilidad de interferencias en el transporte de las señales. . (Siemens, Soluciones de Red Profibus, 2008)

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6.1.4 Manómetro El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local. (VILLA, 2002)

6.1.5 Transmisor de presión Los SITRANS P200, P210 y P220 son transductores de medida compactos de un rango para medir la presión absoluta y relativa. Dentro de esta serie se utilizan dos tipos de sensores de presión: dos sensores de acero inoxidable y un sensor con membrana cerámica. De este modo se facilita la medición de la presión de proceso, la presión absoluta y la presión hidrostática. La presión determinada por los sensores se transforma en una señal de 4-20 mA o de 0-10 V, según se prefiera.

6.1.6 Presostato El Presostato, también muy conocido por otro nombre interruptor de presión, es un aparato que se encarga de abrir o de cerrar un circuito eléctrico en función de la lectura de presión de un fluido.

6.1.7 Válvula proporcional El regulador proporcional de la presión del MAC, es un producto innovador que convierte una señal eléctrica en una salida neumática proporcional. (Mac, 2016) El PPC es transductores convencionales desemejantes de I/P o de V/P. Ofrece mucho más en términos de funcionamiento, características, y confiabilidad. (Mac, 2016) 6.1.8 Fuente de alimentación Las nuevas fuentes de alimentación tecnológicas monofásicas SITOP PSU8200 de la línea de productos SITOP modular tienen unas necesidades de espacio mínimas en el perfil porque son extremadamente compactas. (Siemens, Direct Industry, 2013)

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6.2 Resultado Se diseñó e implementó un proceso a escala que permita a los estudiantes y docentes interactuar con sensores y el control de las válvulas por medio de la red industrial Profibus-DP, reforzando así los conocimientos de la pirámide de automatización.

Este tipo de comunicación se contribuirá la materia de Redes de Computadoras III en el Laboratorio Fabricación Flexible, así como también los docentes al impartir sus clases. Para el proyecto se realizó el diseño respectivo de la red (PROFIBUS-DP) entre maestro y esclavo, este sistema cuenta con dos tableros uno de control y el otro de la planta industrial. Lo cual la parte de control tendrá como principal el PLC S7-1200 (1214C AC/DC/RL) junto al módulo de comunicación maestro CM-1243 y sus componentes eléctricos para alimentar el equipo. 84Figura 84 Moduló de control

Fuente: Los autores

Segundo tablero constara de una ET-200S con comunicación PROFIBUS-DP, fuente sitop, brecker, borneras porta fusibles etc.

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PRÁCTICA #1

LABORATORI O CARRERA

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS PRÁCTICAS AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL

PRÁCTICA

#1

a. TEMA AUTÓMATA PROGRAMABLE COMO ELEMENTO DE CONTROL DE PROCESOS. b. OBJETIVO GENERAL Verificar mediante prácticas el funcionamiento del software TÍA Portal de Siemens, su entorno de trabajo, las herramientas que ofrece para realizar diferentes tipos de controles. c. RECURSOS UTILIZADOS Laptop con el software TÍA PORTAL DE SIEMENS. Módulos de PLCs S7-1200, Modulo CM 12435 Profibus Dp, Et-200 Profibus DP, Cable Profibus Dp, RJ45 Planta industrial. d. MARCO PROCEDIMENTAL Conocer el entorno, las herramientas y demás funciones tecnológicas que ofrece el software TÍA Portal de Siemens para la programación de las diferentes prácticas a desarrollar durante el ciclo. El manejo para la programación de la lógica del controlador, esclavos, además de las conexiones e. REGISTRO DE RESULTADOS TÍA Portal proporciona un entorno de fácil manejo para programar la lógica del controlador, configurar la visualización de HMI y definir la comunicación por red. Para aumentar la productividad, TÍA Portal ofrece dos vistas diferentes del proyecto, a saber: Distintos portales orientados a tareas y organizados según las funciones de las herramientas (vista del portal) o una vista orientada a los elementos del proyecto (vista del proyecto). El usuario puede seleccionar la vista que considere más apropiada para trabajar eficientemente. Con un solo clic es posible cambiar entre la vista del portal y la vista del proyecto. Con los siguientes pasos se puede crear un proyecto para SIMATIC S7-1200 y programar la solución para las tareas planteadas: 1. La herramienta central es el "Totally Integrated Automation Portal", que se abre aquí haciendo doble clic. ( -- Totally Integrated Automation Portal V13)

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DE

2. Los programas para SIMATIC S7-1200 se administran en proyectos. Un proyecto de este tipo se crea en la vista del portal (-- Create new project (Crear proyecto) – Nombre del proyecto -- Create (Crear)) 85Figura 85 Vista del Portal

Fuente: Los autores

3. Ahora se proponen los "Primeros pasos" de configuración. En primer lugar nos interesa la opción "Configurar un dispositivo". 86Figura 86 Configurar un Dispositivo

Fuente: Los autores

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4. A continuación, elegimos "Agregar dispositivo" y escribimos el "Nombre de dispositivo". Para ello, seleccionamos del catálogo "CPU1214C","ET200S" con la referencia correspondiente. 87Figura 87 Agregar PLC/ET200S

Fuente: Los autores

5. El software cambia automáticamente a la vista del proyecto con la configuración de hardware abierta. Aquí se pueden agregar módulos adicionales del catálogo de hardware (derecha). Adicionalmente se puede introducir la et200 s con sus respectivos módulos de entradas y salidas digitales, analógicas. mediante "arrastrar y soltar" desde el catálogo.

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88Figura 88 Agregar PLC 1214ac/DC/RL-Et 200S

Listado de señales de control

Fuente: Los autores

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En “Vista general de dispositivos" se pueden ajustar las direcciones de las entradas/salidas. Adicional se puede observar cada una de la entradas /salidas de la ET200 por cada una de sus tarjetas, las cuales cuenta con dos canales

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89Figura 89 Asignación De Variables

Fuente: Los autores

7. Para que el software acceda posteriormente a la CPU correcta, deben configurarse su dirección IP y la máscara de subred. (Propiedades) -(General) – PROFIBUS DP interface (Interfaz PROFIBUS DP) -- (Direcciones Ethernet) -- (Dirección IP): 192.168.0.1 -- Subnet mask (Máscara de subred): 255.255.255.0) 90Figura 90 DIRECCIÓN ETHERNET PLC

Fuente: Los autores

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Una vez agregada la dirección IP se abre el Main OB1 donde se realizaran la lógica de programación que se le cargará al controlador. (PLC_1…. – Bloque de Programas – (Doble click) Main OB1) 91Figura 91 Vista Del Proyecto

Fuente: Los autores

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PRÁCTICA #2

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS LABORATORIO CARRERA PRÁCTICA

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL #2

a. TEMA COMUNICACIÓN PROFIBUS-DP MAESTRO-ESCLAVO b. OBJETIVO GENERAL Conocer, verificar, el funcionamiento, características y elementos de proceso que se encuentran en la planta industrial didáctica, además de los planos de interconexión eléctricos de los tableros. Calcar elementos de entradas como transductor de presión, presostato presión, válvula proporcional, pulsadores, también actuadores como electroválvula de purga. c. RECURSOS UTILIZADOS Laptop con el software TIA PORTAL DE SIEMENS. Módulos de PLCs S7-1200, Modulo CM 12435 Profibus Dp, Et-200 Profibus DP, Cable Profibus Dp, RJ45 Planta industrial d. MARCO PROCEDIMENTAL Conocer los equipos y elementos que está conformada la planta industrial a escala. Sus planos de interconexión eléctricos y diseño de la distribución de elementos en los tableros de control. e. REGISTRO DE RESULTADOS TIA Portal proporciona un entorno de fácil manejo para programar la lógica del controlador, configurar la visualización de HMI y definir la comunicación por red. Para aumentar la productividad, TIA Portal ofrece dos vistas diferentes del proyecto, a saber: Distintos portales orientados a tareas y organizados según las funciones de las herramientas (vista del portal) o una vista orientada a los elementos del proyecto (vista del proyecto). El usuario puede seleccionar la vista que considere más apropiada para trabajar eficientemente. Con un solo clic es posible cambiar entre la vista del portal y la vista del proyecto. Con los siguientes pasos se puede realizar la comunicación Profibus-Dp para SIMATIC S7-1200.

75

1. Unas vez que se declaran CPU y la ET-200S, nos colocamos en vista de redes donde se puede visualizar los equipos, no comunicados. 92Figura 92 Vista de Redes

Fuente: Los autores

2. Se procede a realiza la conexión punto a punto del maestro del sistema al esclavo. 93Figura 93 Conexión Punto a punto del Maestro al Esclavo

Fuente: Los autores

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PRÁCTICA #3

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS LABORATORIO CARRERA PRÁCTICA

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL #3

a. TEMA TESTEO DE LA SALIDAS DIGITALES DE LA ET-200S

b. OBJETIVO GENERAL Comprobar con las prácticas el funcionamiento específico de las entradas y salidas en el control del PLC S7-1200, ET200, integrar los conocimientos de instrumentación con la programación del PLC mediante marcas, escalamiento de señales analógicas con las herramientas del software TIA Portal de Siemens.

c. RECURSOS UTILIZADOS Las laptops con el software TIA PORTAL DE SIEMENS. Módulos de PLCs S7-1200, Cable DB25, RJ45, Planta industrial

d. MARCO PROCEDIMENTAL Consideraciones preliminares Inicialmente deben estar en 0 todos los togger swicth del tablero de control. Proceso Conocidas las direcciones del esclavo ET200S procedemos a llamar a la practica 3, activando el togger swicth correspondiente y visualizando en el bloque del MAIN.   

Se crea un bloque DB donde se designa a cada variable de salida de la et200 una marca. Se agrega contactos y bobinas de salidas para declaras sus respectiva variables las cuales van a hacer visualizada en la Et200. Se carga el programa en el TIA portal y se visualiza lo propuesto.

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REGISTRO DE RESULTADOS 94Figura 94 Activación De La Practica 3 En Bloque Main

Fuente: Los autores 95 Figura 95 Activado Válvula Inicio

Fuente: Los autores 96Figura 96 Activado Válvula Proporcional Encendida

Fuente: Los autores

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97Figura 97 Activado Válvula Presión Consigna Alcanzada T2

Fuente: Los autores

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PRÁCTICA #4

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS LABORATORIO CARRERA PRÁCTICA

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL #4

TEMA:

a. TEMA TESTEO DE LAS SALIDAS DEL ET200 FUNCIONALIDAD DEL PRESOSTATO DE ENTRADA & VÁLVULA SOLENOIDE PARA UN SISTEMA DE LAZO CERRADO. e. TEMA

TESTEO DE LAS SALIDAS DEL ET200 b. OBJETIVO GENERAL Comprobar con las prácticas el funcionamiento específico de las entradas en el control del PLC S7-1200, ET200, integrar f. y salidas OBJETIVO GENERAL los conocimientos de instrumentación con la programación del PLC Comprobar con las prácticas el funcionamiento mediante marcas, escalamiento de señales analógicas específico con las de las entradas y salidasTÍA en Portal el control del PLC S7-1200, ET200, integrar los herramientas del software de Siemens. conocimientos de instrumentación con la programación del PLC mediante marcas, escalamiento de señales analógicas con las herramientas del software TIA Portal de Siemens. c. RECURSOS UTILIZADOS Las laptops con el software TÍA PORTAL DE SIEMENS. Módulos de PLCs S7-1200, Cable DB25, RJ45, Planta industrial g. RECURSOS UTILIZADOS d. MARCO PROCEDIMENTAL Las laptops con el software TIA PORTAL DE SIEMENS. Módulos de PLCs S7-1200, Cable DB25, RJ45 Planta didáctica industrial de control de nivel

h.

MARCO PROCEDIMENTAL

Consideraciones preliminares Inicialmente deben estar vacío los tanques del proceso y calibrado la presión de ingreso a la unidad de mantenimiento. Proceso Conocidas las direcciones de la estación ET200S podemos llamarlas desde un Proyecto dentro del PLC maestro. b. OBJETIVO GENERAL Comprobar con las prácticas el funcionamiento específico de las entradas y salidas en el control del 80 PLC S7-1200, ET200, integrar los conocimientos de instrumentación con la programación del PLC mediante marcas, escalamiento de señales

REGISTRO DE RESULTADOS 98Figura 98 Activación De La Practica 4 En Bloque Main

Fuente: Los autores 99Figura 99 Marcha Válvula De Inicio

Fuente: Los autores

100Figura 100 Válvula De Inicio Apagada

Fuente: Los autores

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PRÁCTICA#5 MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS LABORATORIO CARRERA PRÁCTICA

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL #5

TEMA: CALIBRACIÓN Y ESCALAMIENTO AO VÁLVULA PROPORCIONAL

b. OBJETIVO GENERAL Comprobar con las prácticas el funcionamiento específico de las entradas y salidas en el control del PLC S7-1200, ET200, integrar los conocimientos de instrumentación con la programación del PLC mediante marcas, escalamiento de señales analógicas con las herramientas del software TÍA Portal de Siemens.

c. RECURSOS UTILIZADOS Las laptops con el software TÍA PORTAL DE SIEMENS. Módulos de PLCs S7-1200, Cable DB25, RJ45, Planta industrial

d. MARCO PROCEDIMENTAL

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REGISTRO DE RESULTADOS 101Figura 101 Activación De La Practica 5 En Bloque Main

Fuente: Los autores 102Figura 102 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 100%

Fuente: Los autores

103Figura 103 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 25%

Fuente: Los autores

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104Figura 104 Calibración Y Escalamiento En La Tabla De Observación Y Forzado Al 100%

Fuente: Los autores

105Figura 105 Calibración Y Escalamiento En La Tabla De Observación Y Forzado Al 25%

Fuente: Los autores

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PRÁCTICA #6 MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS LABORATORIO CARRERA PRÁCTICA

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL #6

a. TEMA FUNCIONAMIENTO DE LA VÁLVULA PROPORCIONAL

b. OBJETIVÓ GENERAL Comprobar con las prácticas el funcionamiento específico de las entradas y salidas en el control del PLC S7-1200, ET200, integrar los conocimientos de instrumentación con la programación del PLC mediante el escalamiento de señales analógicas con las herramientas del software TÍA Portal de Siemens. c. RECURSOS UTILIZADOS Las laptops con el software TÍA PORTAL DE SIEMENS. Módulos de PLCs S7-1200, Cable DB25, RJ45 Planta industrial d. RECURSOS UTILIZADOS Las laptops con el software TÍA PORTAL DE SIEMENS. Módulos de PLCs S7-1200, Cable DB25, RJ45, Planta industrial

e. MARCO PROCEDIMENTAL Proceso Se desea realizar un programa para el escalamiento de la señal de la válvula proporcional. Donde van a existir dos modos de operación modo manual y modo automático en ambos se desea realizar un control de lazo cerrado con válvula proporcional.

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REGISTRO DE RESULTADOS 106Figura 106 Activación De La Practica 6 En Bloque Main

Fuente: Los autores

107Figura 107 Marcha Válvula De Inicio

Fuente: Los autores

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108Figura 108 Marcha Válvula Proporcional

Fuente: Los autores

109Figura 109 Escalamiento Salida Analógica –Consigna Válvula Proporcional

Fuente: Los autores

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110Figura 110 Final Del Proceso

Fuente: Los autores

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PRÁCTICA #7

LABORATORI O CARRERA PRÁCTICA

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS PRÁCTICAS AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL #7

a. TEMA CALIBRACIÓN Y ESCALAMIENTO AI TX DE PRESIÓN

b. OBJETIVO GENERAL Comprobar con las prácticas el funcionamiento específico de las entradas y salidas en el control del PLC S7-1200, ET200, integrar los conocimientos de instrumentación con la programación del PLC mediante marcas, escalamiento de señales analógicas con las herramientas del software TÍA Portal de Siemens. c. RECURSOS UTILIZADOS Las laptops con el software TÍA PORTAL DE SIEMENS. Módulos de PLCs S7-1200, Cable DB25, RJ45 d. MARCO PROCEDIMENTAL Proceso

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DE

REGISTRO DE RESULTADOS 111Figura 111 Activación De La Practica 7 En Bloque Main

Fuente: Los autores 112Figura 112 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 0%, Midiendo En La Salida Como Resultado 0 Psi

Fuente: Los autores 113Figura 113 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 0%, Midiendo En La Salida Como Resultado 0 Psi

Fuente: Los autores

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114Figura 114 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 2358%, Midiendo En La Salida Como Resultado 16 Psi

Fuente: Los autores

115Figura 115 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 2358%, Midiendo En La Salida Como Resultado 16 Psi

Fuente: Los autores

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PRÁCTICA #8

LABORATORI O CARRERA PRÁCTICA

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS PRÁCTICAS AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL #8

a. TEMA CONTROL AUTOMÁTICO DE LA PLANTA

b. OBJETIVO GENERAL Comprobar con las prácticas el funcionamiento específico de las entradas y salidas en el control del PLC S7-1200, ET200, integrar los conocimientos de instrumentación con la programación del PLC mediante marcas, escalamiento de señales analógicas con las herramientas del software TÍA Portal de Siemens. c. RECURSOS UTILIZADOS Las laptops con el software TIA PORTAL DE SIEMENS. Módulos de PLCs S7-1200, Cable DB25, RJ45 Planta Industrial d. MARCO PROCEDIMENTAL Proceso

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DE

REGISTRO DE RESULTADOS 116Figura 116 Activación De La Practica 8 En Bloque Main

Fuente: Los autores

117Figura 117 Control Paro Emergencia

Fuente: Los autores

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118Figura 118 Marcha Válvula De Inicio

Fuente: Los autores 119Figura 119 Marcha Regulador PID

Fuente: Los autores

94

120Figura 120 Desactivación Del PID

Fuente: Los autores 121Figura 121 Consigna Alcanzada T2

Fuente: Los autores

95

122Figura 122 Válvula De Purga Desactivada

Fuente: Los autores 123Figura 123 Válvula De Purga Activada

Fuente: Los autores

96

124Figura 124 Finaliza Proceso

Fuente: Los autores

Se realizó un sistema SCADA para la visualización y monitoreo de la planta industrial el programa fue diseñado en Labiew y con el OPC SERVER para hacer la comunicación entre el software y el PLC. 125Figura 125 Sistema SCADA el Proceso Industrial

Fuente: Los autores

97

En el grafico se observa el llenado del segundo tanque por medio de la válvula Proporcional haciéndole un control PID al proceso. Se muestra en la imagen la consigna de presión de 58 Psi y la válvula se abrirá a un 100%, ya que la lectura a medida que se presurice el tanque va optimizando hasta que llega a linearse con la consigna de ajuste. 126Figura 126 Llenado del tanque 2

Fuente: Los autores

Una vez que se llegue a la presión deseada automáticamente se activará un Timer durante un minuto cerrando por completo la válvula proporcional se mantendrá optimizado hasta que termine el temporizador y luego purgara el aire automáticamente y vemos en la gráfica como decae la lectura 127Figura 127 Vaciado del Tanque 2

Fuente: Los autores

98

CONCLUSIONES

La implementación del presente proyecto de graduación es un aporte muy importante para la Universidad Politécnica Salesiana sede Guayaquil, en especial para el alumnado perteneciente a la carrera de Ingeniería Electrónica.

Como ya se ha expuesto en el (Diseño e implementación del proyecto), este proyecto consta de tres partes: tablero de control principal, tablero de planta industrial y planta industrial; de las cuales el tablero de planta industrial se encuentra interconectada a la planta industrial y sus elementos. Por lo tanto, existen dos tipos de funcionamiento: sólo tablero principal (igual a los tableros de prueba existentes en el laboratorio) y el otro funcionamiento es la utilización de la planta industrial conectado al tablero de control principal a través de un cable Profibus –DP.

Mediante estas prácticas podemos darnos cuenta el funcionamiento de la red PROFIBUS-DP, el cual su método de eficiencia una de las más usada a nivel industrial. Para poder configurar una red PROFIBUS-DP tenemos que tener en cuenta la dirección de los esclavos que en nuestro Proyecto es la ET200S, ya que el maestro PROFIBUS-DP necesita reconocer al equipo que está conectado a la red.

99

RECOMENDACIONES

Para una mejor eficiencia del proyecto es recomendable realizar un mantenimiento preventivo luego de seis meses, es decir reajustar los tornillos de los diferentes elementos tales como PLC, señales en los tableros (principal y planta industrial), indicadores led, fuente, variador, contactos de pulsadores y breacker; también en la tarjeta electrónica del tablero principal se debe verificar el funcionamiento mecánico de los pulsadores y switch.

Es importante la fijación de los equipos en la estructura para evitar daños de los elementos colocados de la misma manera los conectores que estén bien sujetos para que el proceso Funcione correctamente.

Para el paro de emergencia se debe realizar de manera eléctrica o manual, en caso de que haiga un mal direccionamiento de esta en las practicas estudiantiles. De esta manera al existir un error se puede quitar toda la alimentación de la planta.

Para una mejor comprensión de cada uno de los elementos ubicados en la planta industrial, se recomienda revisar el datasheet de cada uno de los mismos los cuales se encuentran en la sección anexos.

Para el traslado del proyecto, se recomienda desconectar el tablero de control principal con el tablero de la planta industrial y bajar el soporte del mismo (soporte tipo pie) que se encuentra en el lado izquierdo de la estructura de la planta. Para así tener una menor dimensión y haciendo uso de las ruedas que se encuentran en su parte inferior poder realizar un traslado de una manera adecuada y evitar daños a los elementos que lo componen.

100

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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TIA

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Obtenido

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http://w5.siemens.com/spain/web/es/industry/automatizacion/simatic/tiaportal/pages/tiaportal.aspx Siemens. (s.f.). Controlador Simatic S7-1200. Simatic S7-1200, 11. VILLA,

J.

(2002).

Fluidos.

Obtenido

de

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/manometro/manometro. html

101

Anexo 1: Tablas 128Tabla 3. Datos Técnicos

102

129Tabla 4. Datos técnicos del módulo de interfaz IM151-1 Standard

Peso

Aprox 150g

Velocidad de transferencia

9,6:19,2:19,45; 93,75: 187,75: 500kbaudios, 1,5: 3: 6; 12Mbits/s

Protocolo de bus

PROFIBUS DP

Interfaz

RS 485

Modo SYNC

SI

Modo FREEZE

SI

Código de fabricante

806A

Intercambio directo de datos

SI

Modo isócrono

NO

Longitud de parámetros

27 bytes

Espacio de direcciones

244 bytes de E/S

Control de configuración (configuración futura) Módulo de reserva

SI

Sin módulo de reserva

SI

datosI&M

SI

Actualización de firmware

Vía PROFIBUS DP usando STEP 7

Intensidad máx. de salida por la interfaz PROFIBUS DP(5.6)

103

80mA

130Tabla 5. Datos técnicos del módulo de interfaz IM151-1 Standard

DIMENSIONES Y PESO Tensiones, intensidades, Potenciales tensión nominal de alimentación de la electrónica (1L+)

24v

Protección contra inversión de polaridad

si

Puenteo de fallos de alimentación

min. 20 ms

Aislamiento Galvánico Entre el bus de fondo y el sistema Electrónico

no

Entre el PROFIBUS DP y el sistema Electrónico

si

Entre tensión de Alimentación y sistema Electrónico

no

Diferencia de potencial admisible

75 VDC, 60VAC

Aislamiento Ensayado con

500VDC

Consumo de la tensión nominal Alimentación (1L+)

aprox.200mA

Potencia disipada del modulo

tip 3.3 W

Estados , alarmas, diagnósticos Alarmas

si

Funciones de diagnósticos

si

Error agrupado

LED rojo"SF"

Vigilancia del bus PROFIBUS DP

LED rojo"BF"

Vigilancia de la Tensión de Alimentación del sistema

LED verde

Electrónico

"ON"

104

131Tabla 6 datos técnicos de la unidad de mantenimiento

DATOS TÉCNICOS Tamaño

Micro

Conexión neumática 1,2)

M5, M7.

Mini

Midi

Maxi

G 1/8,G

G 1/4,G

G 1/2,G

y regulador, con 1/4,G 3/8,

3/8,G 1/2,G

3/4,G 1

o sin

3/4,

G1/8,Qs-4,Qs-6 Construcción

unidad de filtro

manómetro Lubricador Proporcional estándar Tipo de fijación

con accesorios Montaje en línea

Posición de Montaje

Vertical 5°

Grado de filtración [um]

5 5

Clase de pureza del aire en la

Aire

salida

comprimido

40

según ISO 85731:2010[6:8:](grado filtración 5um) Aire comprimido según ISO 85731:2010[7:8:](grado filtración 40um) Gases inertes Protección del depósito del

Depósito

filtro

metálicos

Purga del condensado

Manual con giro 105

Semiautomática Seguridad contra

Botón giratorio

accionamiento involuntario

con

Automática

enclavamiento Botón giratorio con cerradura integrada Margen de regulación de la

0.5…7 0.5….7

presión [bar]

0.5….12 Histéresis máxima de la

0.3

0.2

0.4

presión Indicador de presión [bar]

con manómetro M5 en

G 1/8 en

preparación

preparación preparación preparación

Cantidad máx. de condensado

3

G 1/4 en

22

G 1/4 en

43

132Tabla 7. Detalles del Transmisor de Presión

Desviación de la curva

≤ 0,25 %

característica Estabilidad a largo plazo

≤ 0,25% / 12 meses

Rango de medición

SITRANS P200: de 1 bar a 60 bar relativos de 0,6 bar a 16 bar absolutos SITRANS P210: de 100 mbar a 600 mbar relativos SITRANS P220: de 2,5 bar a 600 bar relativos

106

80

Anexo 1.1: Presupuesto General 133Tabla 8. Presupuesto General

MATERIALES REQUERIDOS

CANT

UNID

PRECIO

DESCRIPCION

UNID

P. TOTAL

1

U

PLC Siemens S7-12001214C

$700.00

$700.00

1

U

Fuente de poder Siemens 110VAC 24VDC 5A

$150.00

$150.00

1

U

Módulo de comunicación CM 12435

$500.00

$500.00

$300.00

$300.00

PROFIBUS DP 1

U

Convertidor de Voltaje a Corriente

1

U

Válvula solenoide de 120Vac

$80.00

$80.00

1

U

Válvula Proporcional 0-10Vdc

$965.00

$965.00

2

U

Presostato de 120Vac

$40.00

$40.00

1

U

Electroválvula de 120Vac

$60.00

$60.00

1

U

Unidad de Mantenimiento

$200.00

$200.00

2

U

Transductor de Presión

$180.00

$180.00

1

U

Breaker 6A 1PSiemens

$15.00

$15.00

1

U

Breaker 1A, 2A 1P Siemens

$15.00

$15.00

5

U

Base Acero Inoxidable de2.5mm

$20.00

$100.00

1

U

Conectores de 16 pines hembra

$35.00

$35.00

1

U

Conectores de 16 pines Macho

$30.00

$30.00

1

FUN

Terminales de puntacable#18

$6.50

$6.50

1

ROL

Cable#18

$38.00

$38.00

1

U

Conector de B9

$0.20

$0.20

2

U

Riel Din Omega Estándar

$3.50

$7.00

1

U

Cartucho para marquillas termoencogible

$45.00

$45.00

107

6

U

Borneras portafusible

$8.00

$48.00

50

U

Borneras de control4mm

$2.00

$100.00

2

U

Tableros decontrol

$165.00

$330.00

4

U

Pulsadores NA,NC

$25.00

$100.00

9

U

Indicadores luminosos de 120VAC

$3.00

$27.00

1

U

Selector de Dos posiciones

$25.00

$25.00

4

U

Relé de 120VAC

$20.00

$80.00

1

U

Estructura de la planta industrial a escala

$350.00

$350.00

1

U

Juego de herramientas

$100.00

$100.00

SUBTOTAL IVA TOTAL

$4,626.70 $647.74 $5,274.44 $647.74 4 $647.74

108

3Tabla 9 Listado de señales de control

CANAL I2.0 I2.1 I3.0 I3.1 IW256 QW256 IW258 Q2.0 Q2.1 Q3.0 Q3.1

TAG S0 S1,S2 S3 S4 S5 S5 S6 S7 H1 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9

DESCRIPCIÓ N PLANTA INDUSTRIAL T. CONTROL PULSADOR PARO EMERGENCIA 1 PULSADOR AUTOMÁTICO/MANUAL 2 VÁLVULA INICIO PULSADOR 3 VÁLVULA PURGA PULSADOR 4 POTENCIÓMETRO PULSADOR 5 TX PRESIÓN PULSADOR 5 CONSIGNA PROPORCIONAL PULSADOR 6 SWITCH 1 RETROALIMENTACIÓN LUZ PILOTO FALLA LUZ PILOTO VÁLVULA INICIO ENCENDIDA LUZ PILOTO VÁLVULA PURGA ENCENDIDA LUZ PILOTO VALV.PROR.ENCENDIDA LUZ PILOTO PRESIÓN ALTA TK1 LUZ PILOTO PRESIÓN BAJA TK2 LUZ PILOTO PRESIÓN CONSIGNA TK2 LUZ PILOTO PRESIÓN BAJA TK2

109

134Anexo 2: Planos Mecánicos y Eléctricos

135Vista Superior

136Vista Isometrica Izquierda

110

137Vista Frontal

111

138Vista Superior Izquierda del Módulo de la Planta Industrial

139Vista Superior Izquierda Del Módulo de Control

112

140Vista Frontal de la Mesa

112

141Anexo 3: Planos Eléctricos

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

M0+

SALIDA ANALOGICA #1

M0-

0 A B 0 4 M B 0 0 1 3 4 6 E S 7

7 S L O T A 0 2 0 0 S E T S I E M E N S

128

L+

L-

20mA-4 P R O P O R C I O N A L V A L U L A

M1-

ANALOGICASALIDA

L+

L-

M1+

129 ENTRADA ANALOGICA 1

M0+

3 2

1

4

M0-

DETRANSDUCTOR

5 6

P R E S I O N

7

L+ A 0 2 0 0 S E T S I E M E N S

7 S L O T

0 A B 0 4 M B 0 0 1 3 4 6 E S 7

8

L-

M1-

M1+

L-

L+

130

131

132 X0:I0

%IX0.0 X0:I1

%IX0.1 X0:I2

%IX0.2 X0:I3

%IX0.3 X0:I4

%IX0.4 X0:I5

%IX0.5 X0:I6

%IX0.6 X0:I7

%IX0.7

TM221CE40R DIGITAL INPUT

133 PRESION ENTRADA-X8.1 PRESION ENTRADA-X8.1 VALVULA DE INICIO-X5.1

VALVULA DE INICIO-X5.1 PRESOSTATO TK1-X8.3

PRESOSTATO TK1-X8.3 VALVULA PROPORCIONAL (NEGRO, SEÑAL DE 0-10VDC)-X7.1

VALVULA PROPORCIONAL (CAFE)-X7.1 VALVULA PROPORCIONAL (24VDC, AZUL)-X7.3 VALVULA PROPORCIONAL (24VDC, PLOMO)-X7.3

TRANSDUCTOR DE PRESION-X6.1

TRANSDUCTOR DE PRESION-X6.1

ELECTROVALVULA-X5.2 ELECTROVALVULA-X5.2 RESERVA