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UNIDAD UNO
INTRODUCCIÓN
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1 Introducción
Debido a la creciente necesidad de las industrias y a sus necesidades primordiales
tales como reducción de costos de fabricación, la calidad constante en los mediosde producción, y la liberación del ser humano de tareas tediosas, peligrosas o
insalubres, se emplean métodos de automatización cada vez más complejos y de
alta confiabilidad siempre con un soporte de protección en el manejo dichos
mecanismos.
La automatización consiste en un conjunto de elementos y dispositivos
tecnológicos que aseguran su completo control y buen comportamiento, dentro de
la industria dichos automatismos se someten para soportar los grandes y rápidosprocesos de cambio en búsqueda de su adecuación a las demandas del mercado.
Los PLCs forman parte de estos mecanismos, que cada vez son más utilizados en
la industria para realizar distintas tareas, desde un simple control de un motor
hasta la automatización de grandes procesos y líneas de producción.
El presente trabajo se refiere a la automatización de un sistema de dosificación de
agua potable para pipas de diversas capacidades con un PLC SIEMENS de la
serie 1200 con interfaces para usuario en Visual Basic .NET y un sistema en PC
para administración.
Se aborda principalmente en la programación de cada uno de los componentes
del sistema y la comunicación entre dispositivos de hardware y software mediante
la comunicación OPC.
Antes de la realización de este proyecto el sistema se encontraba de la siguiente
manera: en cada estación hay tanques en los que se almacena agua potable, el
sistema cuenta con dos mangas de servicio en la que está instalado un sensor de
caudal que indica la cantidad de litros que salen del tanque y un PLC S7 200 que
lleva este registro, junto con el número de pipas que se han servido.
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1.1 Justificación
Es importante tener conocimientos sobre este tipo de temas, debido a las
necesidades de las industrias y a las diversas tecnologías de programación de los
PLCs cada una de ellas con características propias dependientes de su finalidad y
conocimientos del programador con el objetivo de facilitar la automatización.
El presente proyecto surge como respuesta a la necesidad de administrar,
almacenar y utilizar una base de datos para el manejo de un sistema de
dosificación de agua potable a través de un PLC con interfaz de usuario. Con la
finalidad de tener un mayor control en las ventas del pozo asegurando servir los
litros precisos y llevar un registro de los movimientos administrativos que serealizan.
Para ello se implementa la programación de un PLC el cual controlará los diversos
componentes del sistema; la base de datos, el scanner, la pantalla táctil y la
dosificación del agua.
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1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo general
Implementar un sistema de dosificación de agua potable generando mayor
efectividad en la administración de los recursos tanto materiales como
administrativos.
1.2.2 Objetivos específicos
Tener un mayor control en la ventas
Garantizar el suministro exacto de agua en las pipas
Reducir costos en personal
Facilitar el manejo del sistema
Hacer crecer el negocio proporcionando un sistema que `pueda funcionar
las 24 horas.
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1.3 Caracterización del área en la que se participó
El presente proyecto se realiza en el área de ingeniería de la empresa:
“Tecnología Avanzada ELECTROQUIM”, Es una empresa que fue creada en
1982, desde su inicio cumplió con el propósito de trabajar como proveedora de
equipos, materiales y servicios para laboratorios de las diferentes industrias,
especializándose en la instrumentación utilizada para las técnicas de control de
calidad e instrumentación analítica. Después de varios años de experiencia y con
el compromiso profesional de proyectar más crecimiento, se han aplicado
constantes procesos de reingeniería tecnológica y comercial que han resultado en
el mejor desempeño y capacidad de atención a nuestros clientes, inclusive
logrando poder introducirnos a nuevos mercados en el ámbito de la
Instrumentación de Automatización y Control con tecnología de punta.
Hoy, el objetivo principal de la empresa es ofrecer una completa e integrada línea
de productos y soluciones de Automatización y Control para Procesos de
Producción industrial, que en conjunto deee nuestra experiencia real de trabajo y
apoyo de nuestro aliado SIEMENS brindemos a nuestros clientes una atención
eficiente optimizando sus recursos y asegurando la calidad de su producto.
1.3.1Misión
Nuestra misión es que a través de la actualización e investigación ofrezcamos
soluciones y proyectos con la mejor tecnología de punta, alcanzado la
satisfacción total del cliente cubriendo sus necesidades en optimización de
recursos y procesos.
1.3.2 Visión
Nuestra visión es poder atender eficientemente los requerimientos de un mercado
en constante evolución, enfocados como Especialistas a brindar la mejor solución
en procesos industriales con un servicio de excelencia y de vanguardia que nos
lleve a lograr el reconocimiento de ser un proveedor eficiente y confiable en la
región Centro – Sur de México.
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1.3.3 Nuestras Áreas de Aplicación son
* Automotriz * Petróleo & Gas
* Plástica * Química * Farmacéutica * Alimentos y
Bebidas
* Textil * Agua
* Cemento * Azúcar
* Pulpas & Papel * Vidrio, Metal &
Minería
* Aguas Residuales
Brindamos el mejor asesoramiento técnico-comercial en
Automatización de líneas de producción.
Desarrollo de sistemas de SCADA (Registro de Datos y Control de
Supervisión)
Automatización en control.
Automatización en movimiento.
Migraciones de sistemas.
Generación de estaciones de trabajo o dispositivos de ensamble.
Programas de mantenimiento y surtido de refacciones.
Instrumentación para automatización.
Servicio y soporte a equipo SIEMENS de las divisiones anteriores.
Diseño de Ingeniería.
El servicio a otras marcas como ALLEN-BRADLEY, MODICOM, ABB,
FISHER, OMRON, FOXBORO, ROSEMOUNT, cuando el cliente asi lo
requiere o autoriza , llega a ser parte de nuestros servicios ,
principalmente para reprogramaciones o revaluación del software .
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Fig. 1 Organigrama de Tecnología Avanzada Electroquim
1.3.4 Domicilio: Av. Tláxcala Norte No.
38- C,
Panzacola, Municipio de
Xicohténcatl,
Tlaxcala,
C.P. 90796
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1.4 Problemas a resolver
Adquirir equipo nuevo para la instalaciòn
Adquirir la licencia del programa PC ACCESS
Realizar la comunicación OPC a grandes distancias
Controlar de la mejor manera el flujo de datos tanto de clientes como de
litros servidos
Reducir al mínimo los tiempos muertos del proceso para obtener un mejor
rendimiento del mismo y un ahorro de energía.
Eliminar el error humano y de cálculos repetitivos y tediosos a través de la
automatización
1.4.1 Alcances y limitaciones
1.4.1.1 Alcances
Con el desarrollo de este proyecto el usuario podrá tener una mayor
seguridad en sus finanzas y suministro del recurso material
El usuario ahorrará costos en personal.
Con este proyecto se logra la optimización de los recursos ya que al contarcon una válvula de corte aseguramos que se suministre la cantidad exacta
de litros requeridos
1.4.1.2 Limitaciones
Para implementar la fase de automatización se requiere la fase
administrativa la cual es desarrollada por un proveedor externo, así que se
depende de la entrega de esa parte del programa.
Para implementar la segunda fase se requiere la aceptación y el pago del
cliente
Por parte de la empresa se requiere la licencia del programa PC ACCESS
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UNIDAD DOSMARCO TEÓRICO
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2 FUNDAMENTOS DE PLCs
2.1 ¿Qué es un PLC?
El término PLC proviene de las siglas en inglés para Programmable Logic
Controler, que traducido al español se entiende como “Controlador LógicoProgramable”. Se trata de un equipo electrónico, que, tal como su mismo nombre
lo indica, se ha diseñado para programar y controlar procesos secuenciales en
tiempo real. Por lo general, es posible encontrar este tipo de equipos en ambientes
industriales.
Para que un PLC logre cumplir con su función de controlar, es necesario
programarlo con cierta información acerca de los procesos que se quiere
secuenciar. Esta información es recibida por captadores, que gracias al programa
lógico interno, logran implementarla a través de los accionadores de la instalación.
2.1.1 Funciones del PLC
Reemplazar la lógica de relés para el comando demotores, máquinas, ...
Reemplazar temporizadores y contadores electromecánico
Controles sencillos de LA y/o LC
Interface computador/procesoControl y comando de tareas repetitivas o peligrosas
Detección de fallas y manejo de alarmas
Regulación de aparatos remotos posibilidad para ambientes peligrosos
2.1.2 Ventajas:
Menor cableado
Reducción de espacio
Facilidad para mantenimiento y puesta a punto
Flexibilidad de configuración y programación
Reducción de costos
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2.1.3 Estructura:
Fig. 2 Estructura del PLC
2.1.4 Características del PLC
Menor tiempo de respuesta de entrada y salida
Cuenta con entradas y salidas especialesTermocupla, RTD
Pulsos de alta velocidad
2.1.5 Tipos de PLC
Por construcción
Modular, integral
Por # de E/SNano (<64 E/S) (Telemecanique @ LE)
Micro (64 E/S) (Simatic @ LE)
Pequeño (65 a 255 E/S) (Modicon @ LIDME)
Mediano (256 a 1023 E/S)
Grande (>1024 E/S)
2.1.6Módulos inteligentes en el PLCBasic, C
PID
Posicionamiento
Computadora integrada
Comunicaciones (RS-232; RS-422)
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2.1.7 Lenguajes
Escalera (“ladder”)
Listado de instrucciones (mnemónicos)
Diagramas lógicosLenguajes de alto nivel (Grafcet, leng. De programación)
2.1.8 Programación del PLC
Operaciones Básicas
álgebra de Boole (AND, OR, NOT)
Operaciones Aritméticas
+, -, *, /, ln, sqr(.), sin, ...Comparadores
>, <, =, !=, ...
Control de flujo de programa
Saltos condicionales, saltos incondicionales, llamado de subrutinas, ...
Transferencia de datos
Dentro de un PLC o entre más de uno
Temporizadores y contadores
Temporizador de inicio demorado
Temporizador de terminación demorada
Temporizador activado por pulso
2.1.9 PLC 1200
Perfecta interacción entre microcontroladores, paneles HMI e ingeniería. La división
Industry Automation de Siemens presenta el nuevo microcontrolador Simatic S7-1200, un
micro-PLC que destaca por su versátil y flexible configuración aunada a alto rendimiento ytamaño muy compacto. El nuevo sistema de ingeniería Simatic Step 7 Basic permite
configurar tanto el controlador como los paneles básicos para HMI (interfaz hombre-
máquina). Esto garantiza actividades de programación, conectividad en red y puesta en
marcha particularmente rápidas y simples. Juntos, el nuevo controlador, los paneles de la
línea Basic Panels y el nuevo software constituyen una oferta coordinada para tareas de
automatización compactas y exigentes en la gama de Micro Automation.
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El micro-PLC Simatic S7-1200 es un nuevo controlador modular para aplicaciones
compactas en la gama baja inferior. Durante el desarrollo del controlador y el software se
ha prestado particular cuidado a una integración sin costuras y una perfecta interacción
del controlador, el panel HMI y el software.
El nuevo microcontrolador Simatic S7-1200 puede configurarse de forma escalable y
flexible, lo que permite resolver exactamente las tareas de automatización planteadas. La
CPU puede ampliarse flexiblemente con módulos de E/S y módulos de comunicaciones.
En este contexto son novedad las denominadas Signal Boards, tarjetas que pueden
enchufarse simplemente en el frente de la CPU; están disponibles con interfaces para dos
entradas o salidas digitales, resp., o para una salida analógica. Esto permite ocupar el
mínimo espacio en el caso de que sólo se procesen pocas señales. El nuevo micro-PLC
puede ampliarse con dos módulos de comunicaciones, con un puerto RS232 o con un
puerto RS485, para conexiones serie.
El Simatic S7-1200 dispone de una interfaz Profinet integrada para simple conectividad en
red y comunicación entre sistema de ingeniería, controladores y HMI, por ejemplo para
actividades de programación y de comunicación entre CPU y CPU. A través de dicha
interfaz se conectan también los paneles de la gama Simatic HMI Basic Panels para fines
de visualización. Para la conexión en red de varios controladores o paneles de HMI está
disponible el módulo de ampliación CSM 1277, que es un switch Ethernet/Profinet no
gestionado con 4 puertos.
Para resolver tareas tecnológicas exigentes están integradas de serie funciones para
contaje, medición, regulación y control de movimiento. Por otro lado, y comparado con el
modelo anterior, el Simatic S7-200, el nuevo microcontrolador dispone de un procesador
más rápido y una memoria de mayor tamaño que además puede repartirse flexiblemente
entre datos de programa y de aplicación.
El nuevo software Simatic Step 7 Basic permite realizar toda la ingeniería tanto para el
controlador como para los paneles Simatic HMI Basic Panels. Simatic Step 7 Basic V10.5
con WinCC Basic integrado para tareas de visualización facilita la labor del usuariomediante editores intuitivos y orientados a tareas para una mayor facilidad de manejo y
eficiencia en la ingeniería.
La oferta coordinada de controlador y sistema de ingeniería se complementa con una
gama de paneles HMI (Basic Panels) que ofrecen alto grado de protección, IP65, e
interfaz Profinet integrada. Los paneles disponen de displays gráficos de entre cuatro y
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quince pulgadas de diagonal con pantalla táctil y teclas de función táctiles. Todos los
paneles de la línea tienen la misma funcionalidad en términos de sistemas de avisos,
gestión de recetas y funciones de representación de curvas.
El microcontrolador Simatic S7-1200 es versátil en su aplicación y es idóneo para la
automatización racional de pequeñas máquinas, transportadores y otros equipos de
manutención al igual que el calidad de componentes distribuido de regulación dentro de
sistemas de mayor jerarquía.
Fig. 1ª presentación S7 1200 de SIEMENS
Tabla 1 Comparación entre PLCs de la familia S7
S7 200 S7 1200 S7 300 S7 400
CPU226XM
CPU
1214C
CPU
319
ENTRADAS 128 512 512 65528
SALIDAS 128 512 512 65528
MEMORIA
16384
bytes 24 Mb 85Kb 660K
TIEMPO
DEEJECUCIÓN
0.37 us 0.1 us 0.01us .0001us
TIPO DE
INTERFACEPPI PROFINET MPI MPI
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2.2 OPC (OLE Process Control)
Especifica parámetros para comunicación en tiempo real entre diferentes
aplicaciones y diferentes dispositivos de control de diferentes proveedores
2.2.1Historia
1990 Windows 3.0
1992 OLE 2.0 y WinSEM
1995 OPC Task Force
1996 OPC versión 1.0 y OPC Foundation
1998 Ámbito más amplio para OPC (OPC DA 2.0)
2.2.2Propósito
Las aplicaciones necesitan una manera común de acceder a los datos de
cualquier fuente, como un dispositivo o una base de datos.
Fig. 3 Propósito del OPC
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2.2.3 Ventajas
Los fabricantes de hardware sólo tienen que hacer un conjunto de
componentes de programa para que los clientes los utilicen en sus
aplicaciones.
Los fabricantes de software no tienen que adaptar los drivers ante cambios
de hardware.
2.2.4Problema y solución OPC
Fig. 4 El problema sin tecnología OPC.
Fig.5 La solución al problema al contar con tecnología OPC.
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2.2.5 Situación
Con OPC, la integración de sistemas en un entorno heterogéneo se tornará
simple.
Fig.6 Arquitectura
2.2.6Arquitectura OPC cliente/servidor
Fig. 7 Arquitectura cliente servidor
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2.2.7 Bases de OPC 2.2.7.1 Objetos e interfaces
Un cliente OPC se puede conectar a servidores OPC proporcionados por más de
un "proveedor".
Fig.8 Acceso de Datos OPC
Fig.9 Acceso de datos OPC
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Compuesto por varios elementos:
- El servidor (server)
- Mantiene información sobre el servidor
- Sirve como container para objetos del grupo OPC
- El grupo (group)
- Mantiene información sobre sí mismo
- Provee mecanismos para contener/organizar lógicamente items
- El elemento (item)
- Representan conexiones a fuentes de datos dentro de un servidor
2.2.7.2 Gestión de Alarmas y Eventos
- Alarma:
- Es una condición anormal; caso especial de condición.
- Una condición es un estado concreto del Servidor de Eventos OPC o de uno de
los objetos contenidos por dicho servidor, que puede resultar de interés para sus
clientes.
- Evento:
- Es un suceso detectable que es significativo para un servidor OPC, para el
aparato al que representa y para sus Clientes OPC
- Puede estar o no asociado a una condición
2.2.7.3 Acceso a Datos Históricos
Distintos tipos de servidores históricos:
- Servidores de datos simples- ofrecen solo capacidad de almacenar datos
- Servidores de análisis y compresión de datos complejos
- ofrecen capacidad de compresión y almacenaje de datos
- ofrecen funciones de análisis de datos
- pueden actualizar datos y tener un resumen de actualizaciones
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2.2.8 Aplicaciones OPC
Diseñado principalmente para acceder a datos de un servidor en red.
Distintas aplicaciones:
- nivel más bajo pueden coger datos de aparatos físicos y llevarlo a SCADA o
DCS, o de un servidor SCADA o DCS a una aplicación.
Fig.10 Esquema de aplicación 2.2.9 Arquitectura General y Componentes
2.2.9.1 Dos tipos de interfaces
Interfaces Custom (obligatorio, C /C++)
Interfaces de Automatización (opcional, VB)
OPC especifica la interfaz COM, como: “Lo que la interfaz es y su aplicación y no
su implementación”. Especifica el comportamiento esperado que proporciona la
interfaz ante el uso y/o aplicaciones del cliente.
Implementación de funciones de interfaces
Obligatorio: Funcionalidades indispensables
Opcional : Funcionalidades añadidas
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Fig. 11 Diferencias de interface
La arquitectura OPC es un modelo Cliente-Servidor donde el Servidor OPC
proporciona una interfaz al objeto OPC y lo controla. Una aplicación cliente OPC
se comunica a un servidor OPC a través de un cliente OPC específico por medio
de una interfaz de automatización. El servidor OPC lleva a cabo la interfaz cliente,
y opcionalmente lleva a cabo la interfaz de automatización
2.2.10 Servidores locales y remotos
Dos alternativas:
Los clientes se deben conectar siempre a un servidor local que hará uso de
un esquema de red existente.
El cliente se puede conectar al servidor local/remoto que desee.
Una aplicación cliente OPC, puede conectarse por medio de una red, a varios
servidores OPC proporcionados por uno o más fabricantes. De esta forma no
existe restricción por cuanto a tener un Software Cliente para un Software
Servidor, lo que es un problema de interoperabilidad que hoy en día se aprecia
con sistemas del tipo propietario. Sistemas de control supervisorio como lo son
SCADA o DCS pueden comunicarse con un Servidor OPC y proveer a este,
información de los dispositivos de campo asociados. De esta forma, aplicaciones
cliente OPC de otros fabricantes tendrán acceso a estos datos por medio del
servidor.
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2.2.11 Servidor de Acceso a Datos OPC
A un alto nivel, está compuesto por los objetos:
Servidor: Mantiene la información sobre sí mismo, y unifica los Datos
dentro de un Grupo.
Grupo: Dota de un mecanismo que contiene en forma lógica los
ítemes. Se clasifican en público o Local.
Ítem: Es un valor, una condición y permanece o varía en el tiempo.
Es una dirección específica de los datos y no la fuente de datos.
2.2.12 Servidor de Alarmas, Condiciones y Eventos OPC
Provee de Interfaces, donde Clientes OPC son notificados de Sucesos.
Estos mecanismos se definen como:
Alarma: Condición anormal de un sistema, por lo que es un caso
especial de esta.
Condición: Estado nombrado evento por contener condiciones
asociadas a una etiqueta como HighAlarm, Normal, LowAlarm.
Evento: Ocurrencia perceptible, de importancia al servidor OPC, delos dispositivos que representa o de sus dispositivos OPC.
2.2.13 Servidor de Acceso a Datos Históricos OPC (OPC HDA)
Provee de una interfaz Cliente OPC de Acceso a Datos Históricos, que facilita el
uso de aplicaciones de acceso a datos. Características: Arquitectura de
comunicación abierta y eficaz, concentrada en el acceso a datos y no en los tipos
de datos. Propósito: Permite que aplicaciones (MS Office, Objetos WWW)accedan a datos de un dispositivo o un banco de datos “In process”. Facilita el
desarrollo de aplicaciones sin sacrificar la funcionalidad de la Interfaz Cliente.
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2.2.14 Intercambio de Datos OPC (OPC DX)
Define un conjunto de interfaces que permiten el intercambio de datos, así como la
comunicación "server to server" entre dispositivos y controladores conectados a
Ethernet, que utilizan distintos protocolos. OPC-DX permite a los servidores OPC-
DA intercambiar directamente datos sin la exigencia de un cliente OPC intermedio.
La mejor manera de pensar en un servidor OPC-DX es como un servidor OPC-DA
que se puede configurar para intercambiar datos con otros servidores OPC-DA.
Como es el caso de otros servidores OPC, el cliente aún se utiliza para configurar,
controlar y vigilar este intercambio de datos.
2.2.15 Acceso de Datos XML (OPC XML DA)
Se está convirtiendo en el método estándar para el intercambio de datos entre las
aplicaciones de empresa y son cada vez más un proceso de control de entornos.
OPC XML-DA salió a la luz en 2003 tras varios años de desarrollo, y ofrece un
interfaz Simple Object Application Protocol (SOAP) para los objetos OPC DA
2.0/3.0. Esto permite a las aplicaciones cliente ser escritas en Java, Perl, Python, y
otros idiomas que soporta SOAP. SOAP y XML Web Services utiliza Protocolo detransferencia de hipertexto (HTTP) y los mecanismos de transporte y, además,
proporciona una plataforma neutral más adecuado para el tráfico con base en
Internet, en comparación con tecnologías como DCOM. Sin embargo, debido a las
limitaciones de rendimiento posible, OPC XML-DA es poco probable que se utilice
para aplicaciones en tiempo real, a pesar de que normalmente se usa de puente
entre la empresa y la red de control.
2.2.16 Arquitectura Unificada OPC (OPC UA)
Refleja el objetivo de Microsoft de retirar DCOM en favor de .NET y arquitecturas
orientadas a servicio. OPC UA integra la funcionalidad de las anteriores
especificaciones (OPC DA, OPC-HDA, OPC A & E, OPC-DX, etc). OPC UA
abandona COM / DCOM en favor de dos transportes: SOAP / HTTP (S) y un
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mensaje binario codificado en la parte superior de TCP. Es prematuro evaluar la
seguridad de OPC UA en relación con DCOM, ya que la API OPC UA de
seguridad aún está en desarrollo. Sin embargo, dado que ahora existe una mayor
conciencia en la OPC Foundation, proveedores OPC, y Microsoft para la
necesidad de seguridad, hay poca duda de que .NET proporcionará una base mássegura que COM / DCOM. También hacen mucho más sencillo el desarrollo de
clientes y servidores OPC en plataformas que no sean de Microsoft.
2.2.16.1 Seguridad
Existen tres niveles de seguridad OPC:
Seguridad Inválida: Libre acceso entre Cliente/Servidor.
Seguridad DCOM: Clientes seleccionados tienen acceso limitado a
servidores OPC. No hay un control total sobre sistemas operativos
como Linux, Unix.
Seguridad OPC: El Servidor OPC sirve como un regulador de control
de acceso a fabricantes de sistemas operativos como Linux y Unix
sobre objetos específicos de acceso restringido que son expuestos
por el Servidor OPC.
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2.2.16 PC ACCESS
Fig. 12 Presentación PC ACCESS
2.3Caudalímetro Un caudalímetro es un instrumento de medida para la medición de caudal o gasto
volumétrico de un fluido o para la medición del gasto másico. Estos aparatos
suelen colocarse en línea con la tubería que transporta el fluido. También suelen
llamarse medidores de caudal, medidores de flujo o flujómetros.
Existen versiones mecánicas y eléctricas. Un ejemplo de caudalímetro eléctrico lo
podemos encontrar en los calentadores de agua de paso que lo utilizan para
determinar el caudal que está circulando o en las lavadoras para llenar su tanque
a diferentes niveles.
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2.3.1 Tipos de caudalímetros
Mecánicos visuales (de área variable) (rotámetros)
Se trata de un cono transparente invertido con una bola plástica en su base. El
fluido al circular impulsa la bola hacia arriba, a mayor caudal más sube la bola. La
gravedad hace bajar la bola al detenerse el flujo. El cono tiene unas marcas que
indican el caudal.
Generalmente empleado para medir gases en lugares donde se requiere conocer
el caudal con poca precisión. Un ejemplo lo podemos ver en los hospitales, unidos
de la llave del suministro de oxígeno.
Fig. 13 Caudalímetros mecánicos visuales
Una modificación de este modelo permite medir la capacidad pulmonar de una
persona que haya sufrido alguna lesión recogiendo una exhalación a través de un
adaptador para los labios.
A continuación podemos ver dos caudalímetros para agua indicando los caudales.
2.3.1.1 Mecánico de molino
Consisten en un molino cuyas aspas están transversales a la circulación de fluido.
El flujo hace girar el molino cuyo eje mueve un contador que acumula lecturas.
Un ejemplo de este uso son los contadores de agua de las viviendas o los
antiguos contadores de gas natural.
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2.3.1.2 Electrónicos de molino
Sus partes mecánicas consisten en un molino con aspas transversales a la
circulación de flujo, el molino tiene en un extremo un imán permanente. Cuando
este imán gira genera un campo magnético variable que es leído por un sensor de
efecto de campo magnético (Hall Effect Switch), después el circuito electrónico lo
convierte en pulsos que transmite a través de un cable.
En otra versión de este tipo de caudalímetro se instalan imanes en los extremos
de las aspas. Al girar los imanes pasan cerca de un reed switch que cuenta los
pulsos. La desventaja de este diseño está en la limitación de las RPM que puede
alcanzar a leer un reed switch.
2.3.1.3 Electrónicos de turbina
Una turbina colocada de frente al flujo, encapsulada en las paredes de un tubo,
rota proporcionalmente al caudal. La turbina, fabricada con un compuesto de
resina y polvo de alnico, genera un campo magnético que es leído y codificado por
un Hall-Effect switch.
2.3.1.4Tipo venturi
Los más comunes. La tubería disminuye su diámetro levemente (por ejemplo, con
un plato de orificio) y después regresa a su diámetro original. El fluido obligado a
circular por esta reducción disminuye su presión a la salida. La diferencia de
presión de antes y después es medida de manera mecánica o electrónica. A
mayor diferencia de presión mayor es el caudal.
Existen otras variantes pero todas basadas en la diferencia de la lectura depresión antes y después. Un ejemplo es el se observa en los motores de
combustión interna a la entrada del aire del motor. Parámetro que necesitan las
computadoras de los automóviles para determinar que cantidad de aire está
entrando al motor para logar una mezcla (aire-combustible) ideal.
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2.3.1.4 V-CONE
El medidor de flujo de presión diferencial V-Cone es una tecnología patentada de
medición de flujos con alta precisión, aplicable a gran variedad de fluidos, todo tipo
de condiciones y un amplio intervalo de números de Reynolds. Utiliza el mismo
principio físico que otros medidores de flujo de presión diferencial: el teorema de
conservación de la energía del flujo de fluidos a través de una tubería. No
obstante, las características de desempeño del V-Cone, muy notables, son el
resultado de su exclusivo diseño, que incluye un cono central en el interior del
tubo.
El cono interactúa con el flujo del fluido, modificando su perfil de velocidad para
crear una región de presión más baja inmediatamente aguas abajo del cono. Ladiferencia entre la presión estática de la línea y la presión más baja creada aguas
abajo del cono se mide a través de dos tomas piezosensibles. Una de las tomas
se coloca inmediatamente aguas arriba del cono y la otra se coloca en la cara
orientada aguas abajo. Después, la diferencia de presión se puede incluir en una
derivada de la ecuación de Bernoulli para determinar el régimen de flujo. La
posición central del cono en la línea optimiza el perfil de velocidad del flujo en el
punto donde se hace la medición, asegurando mediciones de flujo altamente
precisas y confiables, sin importar la condición del flujo aguas arriba del medidor.
La Tecnología V-Cone es desarrollada en el mundo por McCrometer.
2.3.1.5 Vortex
Está basado en el principio de generación de vórtices. Un cuerpo que atraviese un
fluido generará vórtices flujo abajo. Estos vórtices se forman alternándose de un
lado al otro causando diferencias de presión, esta son censadas por un cristal
piezoeléctrico. La velocidad de flujo es proporcional a la frecuencia de formación
de los vórtices.
Son equipos de bajo mantenimiento y buena precisión.
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2.3.1.6 Desplazamiento positivo
Separan el líquido en porciones que llenan un recipiente mientras se desplaza.
Después cada porción es contada para medir el caudal. Existen muchas variantes
de este sistema. De tornillo, de engranajes, pistones, etc
Fig. 14 Interior de un equipo.
2.3.1.7 Engranajes
Consiste en dos engranajes encontrados que hacen un sello perfecto, el fluido
debe circular entre los dos engranajes forzándolos a girar. Es movimiento se
puede medir de forma electrónica o mecánica. Cada uno de los engranajes tiene un imán permanente que se usa para enviar
información a la parte electrónica del equipo (se instala arriba mediante tornillos), y
se detecta el paso del imán mediante un Hall-Effect switch.
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2.3.1.8 Pistones
El agua entra por el puerto A y comienza a desplazar el pistón amarillo mientras
llena el espacio C. El agua que sigue entrado ahora llena el espacio B y sigue
forzando al pistón amarillo a girar hasta que el agua que ocupaba el espacio C
sale por el puerto D. Posteriormente el agua que ocupa el espacio B igualmente
saldrá por el puerto D al momento de comenzar otro ciclo. El agua entre los
puertos de entrada y salida (A y D) está aislada por la barrera E. La oscilación del
pistón G (magnético) traza un círculo que rodea al eje F. Un medidor de campo
colocado fuera del caudalímetro mide estas oscilaciones y las convierte el pulsos.
Fig.15 Caudalímetro de pistones
2.3.1.9 Ultrasónicos Son alimentados eléctricamente, y es posible encontrar dos tipos según su
principio de medición: de Efecto Doppler y de Tiempo de Tránsito; este último
consiste en medir la diferencia entre el tiempo que le toma a dos señales atravesar
una misma distancia, pero en sentido contrario utilizando como medio un fluido. Si
el caudal del fluido es nulo, los tiempos serán iguales, pero cuando hay flujo los
tiempos serán diferentes, ya que las velocidades de las señales serán afectadas
por la del fluido cuyo caudal se desea determinar; esta diferencia de tiempo más el
conocimiento sobre la geometría de la cañería y la velocidad del sonido en el
medio permiten evaluar la velocidad del fluido o el caudal.
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Los de Tiempo de Tránsito son más exactos que los de efecto efecto doppler, pero
para obtener lecturas se requiere que los fluidos tengan un bajo porcentaje de
impurezas; en caso contrario, los de efecto doppler son de utilidad y entregan una
muy buena señal, ya que su principio de funcionamiento se basa en el cambio de
frecuencia de la señal reflejada sobre algún elemento que se mueve con elfluido.La exactitud de estos sistemas de medición es muy dependiente del
cumplimiento de los supuestos de flujo laminar.
2.3.1.10 Diferencial de temperatura
Se colocan dos termistores y en el centro de ellos una pequeña resistencia
calentadora. Si ambos termistores leen la misma temperatura el fluido no está
circulando. Según aumenta el flujo uno de los termistores lee la temperatura inicialfluido mientras que el otro lee el fluido calentado. Con este sistema no solo se
puede leer el caudal, sino que además se sabe el sentido de circulación.
La ventaja de este tipo de caudalímetro es que se puede conocer la cantidad de
masa del fluido que ha circulado y las variaciones de presión en el fluido; afectan
poco a la medición.
2.3.1.11 Medidor de Coriolis
Los medidores de Coriolis se basan en el principio de las fuerzas inerciales que
son generadas cuando una partícula en un cuerpo rotatorio se mueve con
respecto al cuerpo acercándose o alejándose del centro de rotación. Si una
partícula de masa dm se mueve con velocidad constante en un tubo T que esta
rotando con una velocidad angular w con respecto a un punto fijo P adquiere 2
componentes de aceleración Coriolis.
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2.3.1.12 Magnéticos
Esta familia de sensores bridados basa su
funcionamiento sobre el Principio de
Faraday, por el cual un conductor que
atraviesa un campo magnético genera un
potencial orientado perpendicularmente al
mismo campo. En este caso la tuberìa de
pasaje realizada en acero inoxidable AISI
304 està equipada con bridas de acero al
carbono o inoxidable, tiene instalados dos
bobinas en la parte superior o inferior; el
campo magnètico, generado por la corriente eléctrica que atraviesa la bobina
induce en lo electrodos una diferencia de potencial proporcional al caudal.
Con el objeto de poder medir tal potencial de valores muy bajos, el interior de la
tuberìa de mediciòn està aislado eléctricamente, por lo tanto el lìquido de proceso
no està màs en contacto ni con el material ni con aquel de la brida.
El convertidor utilizado genera la corriente que alimenta la bobina, adquiere la
diferencia de potencial de los electrodos, elabora la señal para calcular el caudaly administra la comunicaciòn con el exterior.
El sensor entero cuando està instalado el la versiòn separada, tiene un grado de
protecciòn IP68 apto para la inmersiòn permanente en agua hasta una
profundidad de di 1.5 m, gracias a una estructura de chapa soldada que contiene
la bobina y los electrodos.
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Tabla 2 especificaciones técnicas MAG FLO 600 SIEMENS
Precisiòn de mediciòn
Caudal
aconsejado
0,5...5 m/s
0,2%
Conexiòn al proceso
Dimensiones DN15...DN400
Conexiònes Con bridas
Clase de
presiòn
PN16…PN64 / ANSI150…ANSI600
otros bajo pedido
Materiales
Recubrimiento
interior PTFE, Ebanita
Electrodos 3 elet. HastelloyC, Titanium,
Tantalium, Platinum
Cuerpo Acero al carbono, AISI304, AISI316
Temperatura de proceso
Versiòn
compacta -25…80 C° : -13… 176 °F
Versiòn
separada -25…200 C° : -13… 392 °F
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2.4 Visual Basic .NET
Visual Basic .NET (VB.NET) es un lenguaje de programación orientado a objetos
que se puede considerar una evolución de Visual Basic implementada sobre el
framework .NET. Su introducción resultó muy controvertida, ya que debido a
cambios significativos en el lenguaje VB.NET no es compatible hacia atrás con
Visual Basic, pero el manejo de las instrucciones es similar a versiones anteriores
de Visual Basic, facilitando así el desarrollo de aplicaciones más avanzadas con
herramientas modernas.
La gran mayoría de programadores de VB.NET utilizan el entorno de desarrollo
integrado Microsoft Visual Studio en alguna de sus versiones (Visual Studio .NET,
Visual Studio .NET 2003 o Visual Studio 2005), aunque existen otras alternativas,como SharpDevelop (que además es libre).
Al igual que con todos los lenguajes de programación basados en .NET, los
programas escritos en VB .NET requieren el Framework .NET o Mono para
ejecutarse.Este ambiente de programación nos permite crear Interfaces Hombre
Máquina de una forma muy sencilla haciendo aplicaciones de botones y
animaciones.
Fig.17 Creación de la interface con VB
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UNIDAD TRES
DESARROLLO DE
ACTIVIDADES
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3.1 Diagrama a bloques del proceso
En la siguiente página se muestra el diagrama a bloques del proceso.
Como se puede observar el proceso inicia desde la expedición de los
tickets de compra, en esta área se cuenta con una computadora donde está
instalada una base de datos con la información de los clientes, nombre
dirección y capacidad de la pipa.
Una vez que el cliente cuenta con su ticket procede al área de despacho
donde se procesará la información que nos brinda el ticket.
Cuando el ticket es válido envía la validez y la cantidad de litros solicitada a
la interfaz PC ACCESS para que el PLC lo lea y realice el despacho.
La interfaz le envía directamente la validez y la cantidad de litros al DB1 delPLC.
Al ser válida la información el PLC abre la válvula y despacha los litros.
Hace un comparativo de los litros medidos y cierra al llegar a la cantidad
deseada.
Finalmente envía la cantidad total de litros servidos y un bit de “proceso
terminado” para que el ticket sea cancelado en la base de datos.
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3.2 Diagrama de flujo
A continuación se presenta el diagrama de flujo del programa en el PLC para tener
uan idea más precisa de lo que realizará el autómata.
Como Inicio el PLC se encuentra en espera de la validación y la cantidad de litrosque va a servir.
Una vez que recibe la validación, consulta los litros a servir.
Abre la válvula de corte y comienza el conteo de los litros, en cada ciclo compara
los litros servidos.
Al detectar 1000 litros antes de finalizar los litros solicitados comienza a cerrar
lentamente la válvula.
Al terminar de servir los litros manda el último pulso para terminar de cerrar la
válvula.
Finalmente envía la cantidad real de los litros que despachó y un bit que indica
que termino de realizar la carga, para que el ticket sea cancelado.
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NO
si
Fig.18 a Diagrama de flujo del proceso
INICIO
Válido
Consulta
“”LITROS”
Abre
válvula de
corte
Inicia
contador
de litros
Cierra
válvula de
corte
Envía dato
“CONCLUIDO”
Envía litros
servidos
“TOTAL”
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3.3 Configuración del PLC 1200 y S7 200 PC ACCESS
3.3.1 ¿Cómo acceder a un PLC 1200 mediante PC ACCESS y que se debe tener
en cuenta?
Descripción
Se puede establecer una conexión entre un PC Access y el PLC del S7-1200. Sin
embargo, hay una serie de restricciones que hay que tener en cuenta.
Consideración
Aunque el establecimiento de una conexión entre un PLC del S7-1200 y el
SIMATIC NET OPC no está permitido de forma oficial por parte de Siemens, este
FAQ describe una solución. En los siguientes capítulos, puede encontrar una
descripción de cómo establecer este tipo de conexión.
Restricciones
Hay ciertas restricciones que se han de tener en cuenta debido a que el PC
Access se pensó originalmente para acceder a un PLC de la gama S7-200:
Sólo se puede acceder a variables contenidos en el bloque de datos DB1
del PLC del S7-1200 ya que el S7-200 sólo tenía un bloque de datos.
El DB1 en el PLC del S7-1200 tiene que no ser simbólico. Se ruega no
marcar la opción de "Sólo acceso simbólico" cuando se cree el DB1 (figura
1).
Requisitos
Los siguientes elementos constituyen los requisitos de hardware y de software:
PLC S7-1200
Cable Ethernet
STEP 7 Basic V10.5
PC Access V1.0.4.10 (SP4)
Crear tags en el bloque de datos DB1 en el proyecto de PLC del S7-1200
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No. Crear tags en el bloque de datos DB1 en el proyecto de PLC del S7-1200
1. Añadir el bloque de datos DB1 en el proyecto
Navegar en el "árbol del proyecto" y pulsar sobre el elemento "Añadir nuevo
bloque". Pulsar sobre el botón de "Bloque de datos (DB)". Quitar la selección
de "Sólo acceso simbólico". Pulsar en el botón "Aceptar".
Fig. 18 Crear DB1
2. Asignar los tags en STEP 7 Basic
Hacer doble click sobre el DB1. Añadir los tres tags siguientes bajo "nombre" y
"tipo de dato" y darles un "valor inicial".
Item_01: "Byte"
Item_02: "Int"Item_03: "DWord"
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Fig. 19 Se crea los datos en el bloque de datos uno
Pulsar sobre el elemento "Guardar proyecto" en la barra de herramientas.
Transferir el proyecto pulsando sobre el botón de transferencia que se
encuentra en la barra de herramientas.
3
.
Supervisar los tags en STEP 7 Basic
Para hacer una comprobación cruzada de los valores de las variables, usar la
función de tabla de visualización del STEP 7 Basic. Navegar en el "árbol del
proyecto" para localizar el elemento "Añadir nueva tabla de visualización" y
rellenarla con el "Nombre" y "Dirección" de las variables pertinentes.
En este ejemplo, añadir las tres variables siguientes:
Item_01: "DB1.DBB0"
Item_02: "DB1.DBW2"
Item_03:"DB1.DBD4"
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Fig 20 Observación de las variables en el PLC
No. Crear un nuevo proyecto de PC Access y acceder a los tags
1. Crear un nuevo proyecto
Navegar por la barra de menú y seleccionar "Archivo > Nuevo". Se creará un
proyecto nuevo.
Fig.21 Creación de un nuevo proyecto en PC ACCESS
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2.
Añadir un nuevo PLC
Seleccionar la entrada "MicroWin(TCP/IP)" en el "árbol del proyecto".
Navegar por la barra de menú y seleccionar "Editar > Nuevo > PLC". Se
añadirá un objeto "NuevoPLC" y se abrirá la ventana del cuadro de diálogo
"Propiedades del PLC" del nuevo PLC. Introducir los siguientes parámetros enlos campos de entrada de esta ventana:
Nombre: "S7-1200_PLC"
Dirección IP: "192.168.0.11" (dirección IP del PLC del S7-1200)
TSAP Local: "10.00." (TSAP en el PLC del S7-1200)
TSAP Remoto: "03.01." (TSAP del PC Access)
Pulse el botón "Aceptar".
Fig.22 Configurar dirección IP del PLC
3. Añadir un nuevo elemento
Marcar sobre el PLC del S7-1200 en el "árbol del proyecto". Navegar por la
barra de menú y seleccionar "Editar > Nuevo > Elemento". Se abrirá laventana del cuadro de diálogo "Propiedades de elemento".
Para acceder a datos en el PLC del S7-1200 hay que realizar los siguientes
pasos:
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Introducir un nombre de elemento en el campo de entrada "Nombre:".
Introducir la dirección de la variable en el campo de entrada
"Dirección:".
Seleccionar el tipo de dato en el campo de entrada "Tipo de dato:".
Adicionalmente, se puede restringir el acceso a la dirección de memoria
para sólo "lectura" o sólo "escritura".
Pulse el botón "Aceptar".
Fig. 23 Agregar I tems
Consideración
Se ruega consultar la lista de los elementos accesibles dada al final de este
documento en la tabla "tags y elementos accesibles".
4. Guardar el proyectoNavegar por la barra de menú y seleccionar "Archivo > Guardar" para guardar
el proyecto.
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Fig.24 Guardar el proyecto
Nota
Cada vez que se abra o edite un proyecto de PC Access, se debe hacer click
en el botón "Guardar" para enviar configuraciones de variables al servidor.
Fig. 25 Aviso
5. Supervisar elementos a través del Cliente de Prueba
Seleccionar los elementos que se desean supervisar y pulsar sobre el botón
"Añadir elementos actuales al cliente de prueba" en la barra de herramientas.
Seleccionar entonces los elementos que se añadirán al cliente de prueba.
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Fig. 26 Vigilar la variable con cliente prueba_ 6. Iniciar el cliente de prueba
Pulsar sobre el botón "Inicicar cliente de prueba" en la barra de herramientas.
El cliente de prueba se pondrá en línea y accederá a los datos designados.
En la columna "Valor" se pueden ver los valores actuales de los elementos
enumerados. Si está conectado al PLC del S7-1200, la "Calidad" del elemento
se designará como "Buena".
Fig. 27 Iniciar cliente prueba
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Crear un nuevo proyecto de PC Access y acceder a los tags
Seguir estas instrucciones para establecer una conexión entre el PC Access y el
PLC del S7-1200 para acceder a los datos del PLC.
Elementos accesibles
La tabla siguiente muestra todos los elementos accesibles, incluyendo ejemplos
de direccionamiento.
Tabla 3 Datos en PC ACCESS
Elemento Ejemplo de direccionamiento
tags "VB0", "VX1.0", "VW2", "VD4" etc.
marcas "MB8", "MX9.2", "MW10", "MD12" etc.
entradas "I0.0", "AI0" etc.
salidas "Q1.3", "AQ0" etc.
Versión de PC Access necesaria
La versión necesaria de PC Access es la V1.0.4.10 (SP4) o superior .
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UNIDAD CUATRO
RESULTADOS Y
CONCLUSIONES
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4.1 Resultados
Se hicieron pequeñas modificaciones en la instalación del gabinete para función
del sistema. Prácticamente la modificación fue en software.
Únicamente se hizo el cableado de la válvula de corte que mostramos en lasiguiente imagen.
Fig. 28 Válvula de control
A continuación se muestra el gabinete donde se encuentra el PLC
Fig.29 Gabinete del PLC
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En la siguiente imagen se muestra la pantalla de monitoreo de consumo en esta
pantalla el administrador puede consultar fácilmente la cantidad de pipas y litros
servidos como resultado de el sistema administrativo. Cuando el administrador
necesita un reporte más detallado de las ventas puede imprimir el reporte
completo con la fecha, hora, número de cliente, y los litros que se le sirvieron.
Fig. 30 Computadora de despacho
Fig.31 Despacho de pipa
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A continuación se muestra las líneas del programa en las que se hace el
intercambio de información
Fig.32 DB1 PLC 1200
En el bloque de datos UNO es donde se introducen las variables para el
intercambio entre programas.
En la siguiente imagen podemos observar la pantalla de PC ACCESS que es la
interfaz de software entre el PLC y Visual Basic.NET
Fig.33 Vista PC ACCESS
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4.2 Conclusiones
Como conclusión de este proyecto se tiene la versatilidad de poder comunicar un
autómata en este caso S7 1200 de SIEMENS con casi cualquier software, lo queproporciona una reducción de costos muy significativa. Ya que un sistema
administrativo de este nivel sería excesivamente costoso y poco productivo ya que
la necesidad de automatización es básica. Pero se necesita una gran cantidad de
sistema en cuanto a administración se refiere y aunque a nivel autómata contamos
con WINCC, un sistema así sería bastante rudimentario y muy complicado de
realizar.
Este proyecto es la base de abrir un nuevo mercado a la pequeña y medianaindustria que no tiene el capital para sustentar un gran sistema y así satisfacer sus
necesidades de automatización siempre y cuando se requiera de una base
administrativa.
4.3 Recomendaciones
Este proyecto puede crecer aún mas ya que gracias a la confiabilidad que se tieneen el autómata se puede llegar a alcanzar una automatización completa haciendo
del lugar una estación de carga de 24 HRS sin necesidad de presencia humana en
el lugar.
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Bibliografía
S7 Controlador programable S7-1200Manual de Sistema
SIEMENS
CONFIGURACIÓN PC ACCESS-1200http://support.automation.siemens.com
SENSORESSITRANS F M MAGFLOElectromacnetics Flow MAG 5000-6000Manual de operación
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ANEXO A
DIAGRAMA
ELÉCTRICO DEL
PROYECTO