informe practica 2
Post on 25-Jun-2015
1.017 Views
Preview:
TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD DE SAN MARTÍN DE PORRES
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA ELECTRONICA
Practica Calificada N°2
Módulo Educativo Básico de Control Industrial
INTEGRANTES: Jorge Oblitas, DavidEscudero Montero, William
PROFESOR:Dr. Guillermo Kemper
ASESOR: Ing. Hugo Chacón
Noviembre del 2010I.- Planteamiento del problema
1
PROYECTOS I
La problemática del subproceso de temperatura, es entender y armar el
circuito acondicionador de señal que sirva para conectar un sensor de
temperatura y el convertidor A/D de un microcontrolador, el cual otorga al PIC
16F877A el valor de la temperatura del liquido donde esta sumergido, y que
finalmente va conectado al PLC, y a la vez la programación en el micro
controlador 16F877A.
II.- Objetivos concretos del proyecto.
Desarrollar un transductor de temperatura con un sensor PT100, para
censar la temperatura en el Sub-proceso de Control de Temperatura.
Desarrollar la comunicación entre el sensor y el PLC mediante un
Microcontrolador.
III.- Descripción de la solución propuesta y sus funcionalidades
DIAGRAMA DE BLOQUES
IV.- Aportes del proyecto (científicos, ingenieriles (obligatorio),
Tecnológicos, sociales, ecológicos, etc.).
2
SENSOR DE
TEMPERATURA
RESISTENCIA
SALIDA
DEL RELE
PIC16F877A
DISPLAY
PLC
En el plano ingenieril, el módulo será controlado mediante un PLC.
El aporte social, enfocado hacia el plano educativo específicamente al
ámbito universitario.
El aporte tecnológico, el uso del PLC para el control, con el uso del
software Visual Basic se realizará la comunicación PLC-PC.
Aporte ecológico, se usa agua potable y a la vez esta rotara por todo el
proceso sin ser cambiada
V.- Cronograma semanal de desarrollo del proyecto indicando lo
Avanzado (desde el examen parcial) y las actividades pendientes para
Proyecto de Ingeniería 1.
SEMANA RANGO DE FECHAS ACTIVIDAD
semana 1 02/08/10 - 08/08/10 Elección de Proyecto
semana 2 09/08/10 - 15/08/10 Investigación viabilidad del proyecto
semana 3 16/08/10 - 22/08/10Levantamiento de información del modulo, informe de estado del módulo actual
semana 4 23/08/10 - 29/08/10 Investigación de los temas involucrados en el proyecto
semana 5 30/08/10 - 05/09/10 Preparación del informe para la práctica 1
semana 6 06/09/10 - 12/09/10 Sustentación de la Práctica1
semana 7 13/09/10 - 19/09/10 Evaluación de Dispositivos Útiles del módulo
semana 8 20/09/10 - 26/09/10levantamiento de Observaciones y preparación para el examen parcial
semana 9 27/09/10 - 03/10/10 Sustentación del Examen Parcial
semana 10 04/10/10 - 10/10/10 Limpieza y preparación del módulo a utilizar
semana 11 11/10/10 - 17/10/10 Implementación de transductor para el PT 100
semana 12 18/10/10 - 24/10/10Preparación del modulo, Reparación de tuberías y Válvulas manuales a utilizar
semana 13 25/10/10 - 31/10/10 Preparación del informe para la Práctica 2
semana 14 01/11/10 - 07/11/10 Sustentación de la Práctica 2
semana 15 08/11/10 - 14/11/11 Implementación de Tuberías, válvulas manuales sobre el módulo.
semana 16 15/11/10 - 21/11/10 Preparación del informe para el Examen Final
semana 17 22/11/10 - 28/11/10 Sustentación de Examen Final
VI.- Descripción del Producto Final de Proyecto de Ingeniería 1
3
El objetivo final para este ciclo académico es el desarrollo total del subproceso
de control de temperatura, como la habilitación de las conexiones del flujo de
agua como el de los tanques, bombas y válvulas (manuales) situadas en sus
respectivos lugares.
VII.- Avances del Proyecto.
4
5.1 Avances del proyecto:
Avance 01: subsanación de observación del jurado Ing. Salomón Luque
a. Objetivo:
Informar sobre los módulos existentes realizados en la Universidad de San
Martin de Porres.
b. Informes:
LEVEL CONTROL – LEMON JUICE
Funcionamiento:
El proceso a realizar consiste en mostrar la mezcla de 2 componentes
diferentes en un tanque final, que en este caso será agua azucarada y
limón, los cuales se encuentran en dos tanques diferentes.
El tanque que contiene el agua azucarada posee un tanque que lo alimenta,
este tanque es controlado en su nivel alto y bajo, teniendo a la entrada de
éste una válvula proveniente del tanque de alimentación. El loop de control
sigue la siguiente secuencia: el electrodo de nivel bajo siempre estará
detectando líquido y servirá más que todo de seguridad, cuando el electrodo
de nivel alto no detecta agua abre la válvula de alimentación para que este
tanque tenga el liquido correspondiente, una vez que este electrodo detecta
líquido el controlador enviará la señal de cierre a la válvula.
5
TANK 1: SUGAR WATER TANK1 SUGAR WATER: HIGH LEVEL
Los tanques de agua azucarada y limón poseen dos válvulas de salida
respectivamente, lo cual hace que cuando inicie el proceso con el PLC
(pulsador) abran estas válvulas y llene el tanque donde se producirá la
mezcla (lemon juice). En este tanque se controla nivel alto y bajo haciendo
que cuando el PLC detecte estos dos niveles cierren las válvulas y empiece
el proceso de mezclado activando un motor que servirá para girar una
paleta, luego de un tiempo transcurrido (timer) programado en él se apagará
el mezclador y activará la válvula de salida de este, una vez que el PLC ya
no detecte nivel bajo en este tanque, por medio de un sensor capacitivo,
hará que la válvula de salida cierre, finalmente el proceso iniciará el
nuevamente.
TANK 3: BLEND – LEMON JUICE: LOW LEVEL.
TANK 3: BLEND – LEMON JUICE:
HIGH LEVEL
6
ESQUEMA GRÁFICO Y MATERIALES
Los materiales empleados para la realización del proyecto, mostrado en el
siguiente esquema gráfico, se enumeran a continuación:
Materiales Utilizados
7
1 PLC Siemens Simatic S7-200 CPU 224
1 Controlador de Nivel
2 Electrodos
1 Transformador 220/24 VAC
1 Transformador 220/110 VAC
2 Sensores Capacitivos
4 Válvulas Solenoides
Módulo de Nivel, Presión, Flujo y Temperatura
El módulo didáctico, que a continuación se presenta, es utilizado para
implementar una Serie de sistemas, donde se puede controlar: nivel, presión,
flujo, temperatura. Similar al modulo industrial de la escuela de ingeniería
electrónica, pero con diferencia que este modulo cuenta con una válvula
neumática proporcional la cual regula y controla el caudal del liquido, además
cuenta con un flujómetro (rotativo).
MATERIALES UTILIZADOS:
nombre descripción uso cantidad
PLC Especificación: PLC nano SIEMENS Controlar el proceso 1sensor de temperatura PT100
PT-100 (sensor de temperatura basado en La variación de la resistencia de un conductor con la temperatura)
censar la temperatura del tanque
1
sensor de nivel sensor de nivel por electrodos censar el nivel del tanque 1
sensor de presiónsensor piezorresistivo esta en contacto con un fluido hidráulico
censar la presión del tanque
1
sensor de flujo flujómetro rotativo censar el flujo 1
presostatoabre o cierra un circuito eléctrico dependiendo de la lectura de presión de un fluido
interruptor de presión 1
motobomba motor de succión de 1/2 de HP a 220 Vcasucciona e impulsa el liquido en modulo
1
válvula actuadora válvula proporcionalválvula que controla el flujo de liquido
1
resistencia eléctrica
potencia de 1500Wpara calentar el liquido del tanque
1
válvula de drenaje válvulas manuales para drenar el liquido 7
válvula check válvula de seguridad evita el retorno del liquido 1
válvula de alivio válvula de seguridaddeja drenar el liquido a una presión determinada
1
DIAGRAMA GENERAL:
8
Sensor de Presion(2)
Sensor de Nivel (1.1) Sensor de Temperatura (3)
Medidor de Caudal
Válvula Actuadora
Presostato PR-01
Motobomba
Sensores de Nivel LT-01 (1.2)Tanque de succión TQ-01
Resistencia Eléctrica 1500W R-01
Válvula de alivio
Manómetro
Válvula check
Válvula cebadora
Válvula de Drenaje
9
c. Comentarios y conclusiones respecto al avance y resultados
obtenidos.
Se encontró diferentes aplicaciones realizadas sobre el módulo de
control.
Existen otros módulos que realizan el censado de las mismas variables
de control en la universidad.
Con la ayuda de la información obtenida, se desarrollara un módulo con
mejores prestaciones.
Avance 02: Subsanación de Observaciones del jurado Ing. Juan Puerta
Arce:
a. Objetivos:
Mejorar el desarrollo del proyecto.
b. Sustento y Criterio:
- Justificar mejor algunos aspectos como la automatización e
intervención del alumno en el manejo del módulo.
El módulo inicialmente estará automatizado para cumplir un proceso
específico servirá para demostración en la universidad, como ejemplo del
manejo de la carrera de ingeniería Electrónica en el área de Control
Industrial.
Las actividades que realizará el alumno sobre el módulo, aún están en
desarrollo puesto que con las observaciones que se recibe de nuestros
profesores, se van archivando nuevas ideas, las cuales al final se decidirán
por las mejores para ofrecer un buen rol de actividades.
- Implementar un manual
Se implementará un manual de las características técnicas del módulo a
desarrollar, indicando lo que hará y las limitaciones del mismo, como
también aspectos técnicos, y actividades a realizar según guía de
actividades para el estudiante.
10
Se tiene en cuenta que la interactividad con el módulo es vital, se
presentarán los objetivos principales que se va a enseñar, la información
sobre lo que se realizará, se ofrecerán ejercicios de práctica y repaso, y por
último se prueba al estudiante para constatar el logro de los objetivos
planteados.
- Hacer que el alumno intervenga mas en el manejo de modulo.
Estos aspectos de intervención del alumno en el modulo se irá trabajando
mientras se desarrolle el modulo, según las propuestas ya realizadas el
alumno podrá manipular la programación del PLC, como también podrá
resolver algunos problemas de interferencia en el módulo.
- ¿Cuál cree usted que es el principal aporte de su proyecto?
El principal aporte del proyecto es la interacción que el alumno tendrá con
el modulo para resolver problemas usando la teoría aprendida en clase
específicamente en los cursos de control, ingeniería de control, control
digital. Como también la nueva tecnología usada en la universidad como la
programación y conexión del PLC y la programación sobre el software
Visual Basic.
- ¿Automático? ¿el modulo va poder programar el PLC?
Automático para demostraciones. Se podrá programar cualquiera de los 2
sub procesos existentes en el módulo o como también todo el proceso de
control.
c. Comentarios y conclusiones respecto al avance y resultados
obtenidos.
Se concreto la idea de desarrollar un manual de uso al final del proyecto
Se realizara guías de laboratorio para el desarrollo de las actividades sobre
el módulo.
11
Avance 04: Subsanación de Observación del jurado Ing. Jorge López:
a. Objetivos:
Investigar sobre interferencias en el módulo.
Investigar sobre Otros modos de control sobre el Módulo.
b. Sustento y Criterio:
- Verificar bien el precio del gasto
Gasto por materiales: 2,356.00
Mano de obra: 500.00
Costo total: 2,856.00
Margen: 30%
Costo de venta: 4,080.00 (2856/(1-30%))
Redondeo: S/. 4,100.00 Nuevos Soles
- Añadir interferencia para control PID
Existen 2 tipos de interferencias:
Control de procesos: (se llaman perturbaciones):
Las perturbaciones del proceso, son aquellas que afectan el control del
proceso. Dan siempre fluctuaciones en la señal de salida del proceso, no
importando si el sistema está realimentado o no. Normalmente es una tarea
primordial del sistema de control el que los disturbios tengan tan poco
efecto negativo como sea posible en la señal de salida. Con respecto a su
punto de influencia, pueden entrar en ciertas partes del proceso.
Para el subsistema de control de temperatura: añadir un ventilador el cual
interfiera la medición de temperatura en el tanque de agua.
Para el sub-sistema de dosificación: añadir una válvula mariposa (simular
una fuga), el cual interfiera en las medidas de nivel del liquido en el tanque.
12
Control lógico:
Se puede simular fallas directamente con el PLC.
Por ejemplo detener la planta en cierto punto, el cual el estudiante tenga
que apoyarse del sistema SCADA del computador y buscar la falla en la
mini planta.
- Añadir opción otro tipo de control (analógico, digital, software)
Todos los sensores y actuadores irán directamente a una caja de paso
antes de pasar a interactuar con el PLC, este tendrá una llave el cual
permitirá el modo de uso es decir, por defecto, se usará solamente con el
PLC, pero para esto se tendrá que girar la llave para habilitar los sensores
y actuadores.
Avance 05: Limpieza y preparación del módulo a utilizar:
a. Objetivos:
Prepara el módulo para la implementación.
Selección de componentes útiles existentes en el módulo.
b. Sustento y Criterio:
Se encontraron los siguientes componentes en el módulo:
02 Bombas de Agua Servible
05 Válvulas Solenoides Revisar o cambiar parte mecánica
01 Motor 110 VAC Servible
01 Componentes Electrónicos Algunos Servibles
Se realizó la limpieza de tanques y la extracción de tuberías dañadas, el
desmontaje de todo el cableado, como también la limpieza de todo el
módulo. A continuación una foto antes y después del trabajo desarrollado.
13
Avance 06: Subsanación de Observaciones Dr. Guillermo Kemper
a. Objetivos:
Mejora de la presentación del proyecto de Ingeniería 1
b. Sustento:
2.2.- Definición del Problema
Dentro de la escuela profesional de Electrónica en la Universidad de San
Martin de Porres, se necesita un módulo de control industrial, puesto que
los estudiantes de la escuela, no cuentan con un sistema físico el cual
afianzar mejor las teorías aprendidas en clase. Es por este motivo que el
resultado de este proyecto es la implementación de un módulo de control
industrial que tendrá la capacidad de censar 4 variables de control
industrial, permitirá supervisar estas variables por una PC, y permitirá
interactuar a los estudiantes. De esta manera los estudiantes de la escuela
de electrónica, podrán afianzar mejor las teorías aprendidas en clase y
practicarlas sobre el módulo. Este módulo también será demostrativo, para
eventos organizados por la universidad, por ejemplo el Open House.
En el desarrollo del proceso del módulo se contará con diferentes
tecnologías, como el manejo y uso del controlador programado PLC, y el
sistema SCADA desarrollado en el software Visual Basic. Para la
realización del proyecto se presentan diferentes problemas como, el
acondicionamiento de la señal proporcionada por el sensor y que tendrá
como destino el controlador programable PLC, se utilizara circuitos de
protección de electrónica de potencia para separar la parte de control de la
de potencia, Microcontroladores PIC y OPAM para realizar el
acondicionamiento de la señal y la digitalización de la misma. Otro
problema que se presentara, es la realización del sistema SCADA para
supervisión por la PC, el software que se utilizará es el Visual Basic, las
señales las tomará del puerto RS-232 del PLC, y se creará un sistema
14
OPC para realizar la comunicación de ambos equipos. Y al final, la
sincronización de todos los sensores de acuerdo a lo programado en el
PLC.
4.1.2.- Proceso a realizar:
El proceso industrial a desarrollar se centra en el control de tanques de
líquidos, en este proceso el líquido circulará por todo el módulo una y otra
vez. El proceso se realizará con agua potable, ya que estas variables de
Control, pueden ser fácilmente aplicables al agua o cualquier otro líquido,
ya que si se utilizara otro proceso donde controlar estas variables,
incrementaría el costo final y lo deseado es la reducción de los mismos.
Tanque 1(inicio del proceso): este abastece al tanque 2, mediante la
bomba de agua 1, ubicada debajo de este tanque. También es la última
etapa del proceso, pues el líquido regresará a la posición inicial.
Tanque 2 (subproceso de Temperatura): una vez culminado el llenado del
tanque, el sensor de nivel dará la orden de parada del mismo, para seguir
con el siguiente proceso. La resistencia calentará el agua hasta una
temperatura establecida, el cual se censará por una termocupla PT-100.
Una vez llegada a la temperatura deseada, se preparará el líquido para el
siguiente proceso.
Tanque 3 y 4: en esta etapa estos dos tanques simularán ser dos
ingredientes diferentes, los cuales se usarán en el siguiente proceso, el
llenado de tanques se controlará mediante un sensor de presión ubicado
por cada tanque.
Tanque 5 (subproceso de Dosificación): en este tanque se realizará el
proceso de dosificación y mezcla, se abastecerá por los tanques 3 y 4, una
dosis establecida en el controlador, luego se procede a mezclar por un
tiempo fijado. Al final el líquido regresará al tanque número 1 para repetir el
proceso.
15
0v 0vVf/R1
Vf/R2
Vx = -Rpt100/R1 * Vf
Rpt100/(R1*R3) * Vf
Avance 07: Implementación de Transductor de Temperatura con PT-100
a. Objetivos:
Desarrollar medidor de temperatura para censar la temperatura existente
en el tanque de agua.
b. Sustento Teórico:
En primer lugar usando la teoría de amplificadores operacionales, ubicamos los puntos de tierra o 0v.Luego Hallamos la corriente que circula por las resistencias R1 y Rpt100:
V=I x RVf=Io x R1 IR1= VfR1
Con la corriente Io hallada, ahora hallaremos el voltaje en el nodo, Vx:
0−Vx= VfR1xRpt 100
Vx=−VfR1
x Rpt 100
16
Hallamos ahora la corriente en R2:
V=I x RVf=IR2 x R2 IR2= VfR2
Como también la corriente en R3:
0−Vx=IR3 x R3
IR3= Rpt 100R1 x R3
x Vf
Aplicando la ley de corrientes de kirchhoff, hallamos la corriente restante:
I o=IR2−IR3
Io= VfR2
− Rpt 100R1x R3
xVf
Lo que se quiere hallar es el voltaje de salida Vs, entonces:
Vs=−Io x R 4
Vs=R4 x Vf x ( Rpt 100R1 x R3
− 1R2
)
c. Criterios de diseño aplicados:
Debido a que el sensor de temperatura es un RTD, se opto por
desarrollar un puente wheatstone, pues este actúa variando su
resistencia de acuerdo a la temperatura que este censando según tabla.
Se utilizó la teoría de amplificadores operacionales para amplificar y
acondicionar la señal proveniente del sensor Pt-100.
Se utilizó la programación de un PIC para convertir la señal de Analógico
a Digital, para que el PLC pueda desarrollar las tareas a programas.
17
d. Implementación.
e. Mediciones
Vf Vs R1 R2 R3 Rpt1005 5 470 470 100 0
138.5R41220.77922
f. Comentarios y conclusiones respecto al avance y resultados obtenidos.
Se desarrollo el transductor de Pt100 a Microcontrolador.
Para desarrollar el circuito acondicionador se necesitaron
potenciómetros de precisión, así como resistencias de bajo valor para
reducir el error porcentual que vienen por defecto.
18
Se utilizo los conocimientos desarrollados en Arquitectura de
computadores II para el desarrollo de la programación en el
microcontrolador.
Los resultados obtenidos en la simulación en Proteus, muestran la
veracidad de las formulas matematices obtenidas al desarrollar el
cálculo.
VIII.- Informe financiero y económico: Incluir los bienes, servicios, materiales y componentes utilizados y adquiridos hasta la fecha. Incluir también los que aún falta por adquirir con las debidas indicaciones.
nombre descripción uso cantidadCosto
unitarioCosto total
Proveedor Nacional / Extranjero
Termocupla PT-100
Sensor de Temperatura
Censar temperatura del tanque 2
1 150.00 150.00 CICE SAC Nacional
Sensor de Contacto
Sensor del tipo ON-OFF
Sensor de Nivel para cada uno de los tanques
3 5.00 15.00Válvulas Neumáticas Lima Nacional
Sensor de Presión FPM07PG
Circuito integrado especialmente para medir presión
Censado de Presión para tanques 3 y 4
2 6.00 12.00SingapurElectronics
Nacional
Válvulas Solenoides
Válvulas solenoides de tipo Encendido-Apagado
Abrir y cerrar flujo de agua
6 88.00 528.00Válvulas Neumáticas Lima Nacional
ResistenciaResistencia que emite calor
Para calentar el liquido del tanque 2
1 15.00 15.00BJV Resistencias Eléctricas
Nacional
PLC Siemens s7 200 CPU226
Controlador Programable
Controlador total del Proceso
1 850.00 850.00Mercado Libre Nacional
Válvulas ManualesVálvulas Abierto-Cerrado
Controla el acceso de líquidos de forma manual
2 23.00 46.00Válvulas Neumáticas Lima Nacional
Componentes PVC (Tubos, Codos, Ts)
Armado de conexiones de paso del liquido
1 50.00 50.00 SODYMAC Nacional
Componentes Electrónicos(Resistencias, Capacitores, Microcontroladores, opamp)
Armado de circuitos acondicionadores de señal y otros
1 300.00 300.00Singapur Electronics Nacional
Varios(teflón, pintura, masilla, pernos, clavos, etc)
Componentes varios
1 50.00 50.00 SODYMACNacional
19
TOTAL: S/. 2,016.00
IX.- Conclusiones y comentarios finales.
Los conocimientos empleados en el desarrollo del circuito acondicionar
de señal de temperatura para el cálculo de los valores exacto de las
resistencias y como las múltiples pruebas en el circuito, permitieron
incrementar nuestras habilidades practicas y académicas.
Con el desarrollo del proyecto se está aprendiendo diversas
características de ciertos componentes que serán utilizados en el
proyecto como ahora el PT 100.
Es importante conocer las características del PT100, pues si le damos
un uso indebido podemos dañar dicho sensor y obtener cálculos
inexactos que a la larga pueden dañar el trabajo que se está realizando.
Debemos además de conocer de ciertas formulas y leyes en las que
tengamos que vaciar los datos de medición para obtener resultados
confiables y por consiguiente, un optimo trabajo.
20
X.- Referencias Bibliográficas.
[1] ‘LEVEL CONTROL – LEMON JUICE’ por: Gamarra Galván, Gytko;
Merino Alvarez, Adriana; Ríos Reyes, Andrés; Rojas Padilla, Tatiana.
[2] Módulo de Nivel, Presión, Flujo y Temperatura, módulo industrial de la
escuela profesional de ingeniería Industrial.
[3] Sensores y Acondicionadores de Señal - Ramón Pallas Areny
[4] Compilador C CCS e Simulador Proteus para Microcontroladores Pic -
Libro de García Breijo, Eduardo Marcombo
[5] Apuntes de Clase Circuitos Electrónicos 3 y Arquitectura de
Computadores 2.
21
top related