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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 PROFIBUS-
DP”
AUTORES:
ANDRADE GÓMEZ WILLIAM FERNANDO
BRAVO CASTRO OSCAR FABRICIO
TUTOR:
ING. GABRIEL SANTIAGO GARCÍA VÁSQUEZ
GUAYAQUIL, NOVIEMBRE 2016
II
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
III
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
IV
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
V
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
VI
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.
VII
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.
VIII
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 valves. Design and
implementation of a development-oriented practical module.
IX
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
X
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
XI
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
XII
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
XIII
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
XIV
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
XV
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
XVI
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
1
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 ET-
200S, 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.
2
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 S7-
1200 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.
3
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.
4
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
5
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.
6
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.
7
Tabla 2 Cuadro comparativo sobre las redes industriales
BUS DE CAMPO
TOPOLOGÍA
MEDIO FÍSICO
VELOCIDAD
DISTANCIA SEGMENTO
NODOS POR
SEGMENTO
ACCESO AL MEDIO
P-NET Anillo Par
trenzado apantallado
76'8 Kbps 1.200 m 125
Paso de testigo
Maestro/esclavo
PROFIBUS
Bus lineal Anillo
Estrella Árbol
Par trenzado
apantallado Fibra óptica
Hasta 12Mbps
Hasta 9'6 Km y 90 Km
125
Paso de testigo
Maestro/esclavo
HART Bus lineal Cable 2
hilos 1'2Kbps 3.000 m 30
Maestro/esclavo
MODBUS Bus lineal Par
trenzado Hasta
19'2Kbps 1Km 248
Maestro/esclavo
AS-i Bus lineal
Árbol - Estrella
Cable 2 hilos
167 Kbps Hasta 200 m 32-62 Maestro/es
clavo
CAN Bus lineal Par
trenzado Hasta 1 Mbps
Hasta 1.000m
127-64
CSMA/CD con
arbitraje de bit
DEVICENET Bus lineal Par
trenzado Hasta 500
Kbps Hasta 500 m 64
CSMA/CDBA
CONTROL NET
Bus lineal Árbol
Estrella
Coaxial Fibra óptica
5 Mbps Hasta
3.000m 48 CTDMA
8
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.
9
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.
Fuente: Los autores
5Figura 5 Tablero diseñado en Sketchup
6Figura 6 Planta diseñado en Sketchup
10
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.
11
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)
12
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)
13
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)
14
• 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)
15
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).
16
• 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
17
(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
18
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)
19
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)
20
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)
16Figura 16 Módulo de Interfaz IM151-1 Standard
21
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
22
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
23
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
24
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)
25
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)
26
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
27
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
28
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.
29
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.
30
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
31
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 manual-
automático 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.
32
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
33
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
34
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
35
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
36
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.
37
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
38
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
39
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
40
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
Fuente. Los autores
41Figura 41 Diseño de los elementos de la planta industrial
41
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.
42
Fuente. Los autores
44Figura 44 Implementación de recorrido de mangueras por la válvula proporcional
Fuente. Los autores
43Figura 43 Implementación de recorrido de mangueras
43
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
44
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.
Fuente. Los autores
49Figura 49 Puesta en marcha de elementos en la planta industrial
45
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.
46
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.
47
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
51Figura 51 Bloque PID_Compact
48
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 “ ”.
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.
53Figura 53 PID conexión online
49
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
50
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
51
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
52
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
53
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
54
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
55
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
56
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
57
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
58
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
59
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.
60
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
61
76Figura 76 Control Automático
Fuente: Los autores
En el segmento 2 se hizo la lógica de control Automático se tuvo el selector manual-
automático 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
62
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
63
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).
64
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
65
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
66
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)
67
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)
68
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.
Fuente: Los autores
Segundo tablero constara de una ET-200S con comunicación PROFIBUS-DP, fuente
sitop, brecker, borneras porta fusibles etc.
84Figura 84 Moduló de control
69
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)
PRÁCTICA #1
MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS
LABORATORIO
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL
CARRERA INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL
PRÁCTICA #1
70
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
71
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.
72
88Figura 88 Agregar PLC 1214ac/DC/RL-Et 200S
Listado de señales de control
Fuente: Los autores
6 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
73
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)
Fuente: Los autores
90Figura 90 DIRECCIÓN ETHERNET PLC
74
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
75
PRÁCTICA #2
MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS
LABORATORIO AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL CARRERA INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL PRÁCTICA #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.
76
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
77
PRÁCTICA #3
MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS
LABORATORIO AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL CARRERA INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL PRÁCTICA #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.
78
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
79
97Figura 97 Activado Válvula Presión Consigna Alcanzada T2
Fuente: Los autores
80
PRÁCTICA #4
MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS
LABORATORIO AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL CARRERA INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL
PRÁCTICA #4
a. TEMA TESTEO DE LAS SALIDAS DEL ET200
e. TEMA
TESTEO DE LAS SALIDAS DEL ET200
f. 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.
g. RECURSOS UTILIZADOS
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 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
TEMA:
FUNCIONALIDAD DEL PRESOSTATO DE ENTRADA & VÁLVULA
SOLENOIDE PARA UN SISTEMA DE LAZO CERRADO.
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
81
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
Fuente: Los autores
100Figura 100 Válvula De Inicio Apagada
82
PRÁCTICA#5
MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS
LABORATORIO AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL
CARRERA INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL
PRÁCTICA #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
83
REGISTRO DE RESULTADOS
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
101Figura 101 Activación De La Practica 5 En Bloque Main
84
Fuente: Los autores
105Figura 105 Calibración Y Escalamiento En La Tabla De Observación Y Forzado Al 25%
Fuente: Los autores
104Figura 104 Calibración Y Escalamiento En La Tabla De Observación Y Forzado Al 100%
85
PRÁCTICA #6
MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS
LABORATORIO AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL
CARRERA INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL
PRÁCTICA #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.
86
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
87
108Figura 108 Marcha Válvula Proporcional
Fuente: Los autores
109Figura 109 Escalamiento Salida Analógica –Consigna Válvula Proporcional
Fuente: Los autores
88
110Figura 110 Final Del Proceso
Fuente: Los autores
89
PRÁCTICA #7
MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS
LABORATORIO
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL
CARRERA INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL
PRÁCTICA #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
90
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
91
Fuente: Los autores
115Figura 115 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 2358%, Midiendo En La Salida Como Resultado 16 Psi
Fuente: Los autores
114Figura 114 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 2358%, Midiendo En La Salida
Como Resultado 16 Psi
92
PRÁCTICA #8
MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS
LABORATORIO
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL
CARRERA INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL
PRÁCTICA #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
93
REGISTRO DE RESULTADOS
116Figura 116 Activación De La Practica 8 En Bloque Main
Fuente: Los autores
117Figura 117 Control Paro Emergencia
Fuente: Los autores
94
Fuente: Los autores
119Figura 119 Marcha Regulador PID
Fuente: Los autores
118Figura 118 Marcha Válvula De Inicio
95
120Figura 120 Desactivación Del PID
Fuente: Los autores
121Figura 121 Consigna Alcanzada T2
Fuente: Los autores
96
122Figura 122 Válvula De Purga Desactivada
Fuente: Los autores
123Figura 123 Válvula De Purga Activada
Fuente: Los autores
97
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
98
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
99
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.
100
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.
101
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Catherin Marin Quintero, A. G. (2013). REDES INDUSTRIALES. Obtenido de
http://redesindustriales.over-blog.com/2014/10/redes-industriales.html
Crespo, W. (9 de Febrero de 2011). Automatización Industrial. Obtenido de
https://automatizacionindustrial.wordpress.com/2011/02/09/queeslaautomatizaci
onindustrial/
Katalogautomatyki. (2014). Obtenido de http://www.katalogautomatyki.pl/towar/simatic-
dp-wtyczka-fast-connect-do-sieci-profibus-maks-predkosc-12-mbits-wyjscie-
kabli-proste-pod-katem-180-st-wbudowany-rezystor-terminujacy-z-
izolacja.html?Symbol=6GK1500-0FC10&IdDostawca=17
Mac. (2016). Direct Industry. Obtenido de http://www.directindustry.es/prod/mac-
valves/product-7067-530982.html
Profibus. (s.f.). Profibus. Obtenido de 2001: http://www.profibus.com/pi-
organization/regional-pi associations/spain/tecnologia/profibus/normas/
Siemens. (2008). Soluciones de Red Profibus. Siemens, 2.
Siemens. (2013). Automatizacion Industrial. Obtenido de
http://w5.siemens.com/spain/web/es/industry/automatizacion/pages/automatizaci
on_industrial_default.aspx
Siemens. (2013). Direct Industry. Obtenido de http://www.directindustry.es/prod/siemens-
power-supplies/product-17494-862341.html
Siemens. (2016). Siemens TIA PORTAL. Obtenido de
http://w5.siemens.com/spain/web/es/industry/automatizacion/simatic/tia-
portal/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
102
Anexo 1: Tablas
128Tabla 3. Datos Técnicos
103
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)
80mA
104
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
Electrónico
LED verde
"ON"
105
131Tabla 6 datos técnicos de la unidad de mantenimiento
DATOS TÉCNICOS
Tamaño Micro
Conexión neumática 1,2) M5, M7.
G1/8,Qs-4,Qs-6
Mini Midi Maxi
Construcción unidad de filtro
y regulador, con
o sin
manómetro
G 1/8,G
1/4,G 3/8,
G 1/4,G
3/8,G 1/2,G
3/4,
G 1/2,G
3/4,G 1
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
salida
Aire
comprimido
según ISO
8573-
1:2010[6:8:-
](grado filtración
5um)
40
Aire
comprimido
según ISO
8573-
1:2010[7:8:-
](grado filtración
40um)
Gases inertes
Protección del depósito del
filtro
Depósito
metálicos
Purga del condensado Manual con giro
106
132Tabla 7. Detalles del Transmisor de Presión
Desviación de la curva
característica
≤ 0,25 %
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
Semiautomática
Seguridad contra
accionamiento involuntario
Botón giratorio
con
enclavamiento
Automática
Botón giratorio
con cerradura
integrada
Margen de regulación de la
presión [bar]
0.5…7
0.5….7
0.5….12
Histéresis máxima de la
presión
0.3 0.2 0.4
Indicador de presión [bar] con manómetro
M5 en
preparación
G 1/8 en
preparación
G 1/4 en
preparación
G 1/4 en
preparación
Cantidad máx. de condensado 3 22 43 80
107
Anexo 1.1: Presupuesto General
133Tabla 8. Presupuesto General
MATERIALES REQUERIDOS
CANT
UNID DESCRIPCION
PRECIO
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
PROFIBUS DP
$500.00 $500.00
1 U Convertidor de Voltaje a Corriente $300.00 $300.00
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
108
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 $4,626.70
IVA $647.74
$647.74
$647.74
TOTAL $5,274.44
4
109
3Tabla 9 Listado de señales de control
CANAL TAG DESCRIPCIÓ
N T. CONTROL PLANTA INDUSTRIAL
I2.0 S0 PULSADOR
1
PARO EMERGENCIA
I2.1 S1,S2 PULSADOR
2
AUTOMÁTICO/MANUAL
I3.0 S3 PULSADOR
3
VÁLVULA INICIO
I3.1 S4 PULSADOR
4
VÁLVULA PURGA
S5 PULSADOR
5
POTENCIÓMETRO
IW256 S5 PULSADOR
5
TX PRESIÓN
QW256 S6 PULSADOR
6
CONSIGNA PROPORCIONAL
IW258 S7 SWITCH 1 RETROALIMENTACIÓN
Q2.0 H1 LUZ PILOTO FALLA
Q2.1
H3 LUZ PILOTO VÁLVULA INICIO ENCENDIDA
Q3.0 H4 LUZ PILOTO VÁLVULA PURGA ENCENDIDA
Q3.1 H5 LUZ PILOTO VALV.PROR.ENCENDIDA
H6 LUZ PILOTO PRESIÓN ALTA TK1
H7 LUZ PILOTO PRESIÓN BAJA TK2
H8 LUZ PILOTO PRESIÓN CONSIGNA TK2
H9 LUZ PILOTO PRESIÓN BAJA TK2
110
134Anexo 2: Planos Mecánicos y Eléctricos
136Vista Isometrica Izquierda
135Vista Superior
111
137Vista Frontal
112
139Vista Superior Izquierda Del Módulo de Control
138Vista Superior Izquierda del Módulo de la Planta Industrial
112
140Vista Frontal de la Mesa
113
141Anexo 3: Planos Eléctricos
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
M0+
SALIDA ANALOGICA #1 0AB0-4MB00-1346ES77SLOTA0200S-ETSIEMENS
M0-
PROPORCIONALVALULA
20mA-4
AN
ALOG
ICASALIDA
L+
L-
M1+
M1-
L+
L-
129
M0+
ENTRADA ANALOGICA 1
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
M0-
1 3 2 4
P R E S I O N
DETR
AN
SD
UC
TO
R
L+
L-
M1+
5
M1-
6
L+
7
L-
8
130
131
132
%IX0.0
X0:I0
%IX0.1
X0:I1
%IX0.2
X0:I2
%IX0.3
X0:I3
%IX0.4
X0:I4
%IX0.5
X0:I5
%IX0.6
X0:I6
%IX0.7
X0:I7
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
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