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FABRICIO TIPANTOCTA
FABRICIO TIPANTOCTA












Contenido

PROYECTO FINAL DE AUTOMATIZACIÓN

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA


Se plantea un sistema de un tanque reservorio de agua que tiene un ingreso y una salida del líquido, el sistema funciona llenando el líquido por medio del ingreso del líquido con una bomba de agua que lo suministra, llenando el tanque reservorio hasta un cierto nivel que lo llamaremos el nivel máximo, y para vaciar el tanque se coloca una bomba de agua que extrae el líquido hasta un cierto nivel mínimo como se muestra en la siguiente imagen:


El sistema tiene que mantenerse en ciclo de histéresis desde el mínimo hasta el máximo.

OBJETIVO

El objetivo del sistema es simular cada uno de los pasos de llenado de agua del reservorio desde un nivel máximo hasta un nivel mínimo, señalando con indicadores y ayudándonos con controladores para el correcto funcionamiento del sistema.


PROCEDIMIENTO DE SOLUCIÓN

1. Software de Utilización

El proyecto a realizar se lo desarrollará desde el software de diseño de sistemas PLC conocido como el TIA PORTAL, ya que presta una gran cantidad de información acerca de plc´s y puede hacer conexión con el sistema conocido como WINCC para realizar un sistema de monitoreo como un sistema SCADA.

2. Sistema de Control y Monitoreo

El sistema de control está diseñado de tal manera que se pueda manipular desde una pantalla programada desde WINCC, el sistema de funcionamiento de control de las dos bombas instaladas y la medición de dos niveles está diseñada para que sea una simulación completa con los siguientes pasos.


a)

El sistema de control como se muestra en la figura está diseñado para tener control de todo el proceso con dos pulsadores uno de marcha (pulsador de marcha) y otro de paro (pulsador de paro), también se ha incluido dos switch de estado de emergencia, uno destinado a interrumpir completamente el programa (switch de emergencia) y el otro para rearmar el proceso (switch de rearme).

b)

El proceso y los actuadores están compuestos de de dos bombas de agua uno de ingreso de líquido y otro de salida de líquido, también esta compuesto de un tanque reservorio de agua que en este caso precisamente se ha escogido un tanque que por simulación se llena y de agua y tiene un cierto nivel máximo que es de 10 uinidades volumétricas y se lo puede revisar en la siguiente gráfica.


c)

El control de llenado y vaciado del líquido se lo realiza con dos switch uno de llenado automático y otro de vaciado manual, se lo puede ver en la siguiente gráfica.

d)

El sistema solución de nuestro proceso de nivel de líquido se lo encuentra como sigue:

e)

El sistema de visualización se lo hizo con led de aviso de cada evento pero se ha integrado una pantalla extra que es la de visualización de las variables principales como son el nivel máximo, el mínimo y el nivel del tanque en tiempo real, se ha integrado esta visualización para ver cómo cambia el nivel en el tiempo y como realiza el control de llenar el reservorio desde un nivel mínimo seteado hasta un nivel máximo seteado, se la puede ver en el siguiente gráfico.



f)

Un último evento de solución es dar un aviso de peligro que se ha incorporado en esta pantalla, avisando que se sobrepasado un cierto nivel que en este caso esta desde 80 a 100 unidades volumétricas y se la puede observar en la siguiente figura.



DESARROLLO DEL PROGRAMA DE CONTROL

El desarrollo del programa de control del PLC está realizado en lenguaje de programación en ladder y está separado en segmentos con los comandos de control para la lógica completa y enlace del HMI con marcas, con esta función de los PLC se puede enlazar tranquilamente cualquier parte del programa



a)

El Encerado de variables y el inicio del programa se lo realiza en la primera sección, con la función move se ingresa datos de constantes iniciales a las marcas de máximo, mínimo y nivel inicial del tanque, esto se lo logra realizar cuando presionamos el pulsador de marcha que es uno de los elementos de control vistos anteriormente. Y se lo visualiza en el siguiente esquema.



b)

En los segmentos 2 3 y 4 se colocan las variables de los pulsadores de paro, swith de emergencia y switch de rearme.



c)

El uso de funciones en cualquier lenguaje de programación es bastante útil, en el lenguaje ladder no es la excepción, en nuestro programa se utiliza funciones para realizar la parte del programa que nos da señales de reloj diseñados exclusivamente con temporizadores para simular el llenado rápido del tanque y y el vaciado lento del mismo. En los siguientes gráficos se muestra como es el uso de una función y que se encuentra dentro de la función.

Funciones


Temporizadores




d)

El método de llenado y vaciado se lo almacena directamente con una marca tipo INT que aumenta o disminuye según los eventos de un contador, en la figura siguiente se muestra como es el contador up/down.



e)

El sistema de comparación del nivel se lo realiza con comparadores y utilizando la variable del nivel del tanque.


f)

El último de los segmentos es una función que incrementa la variable del valor máximo y la variable del valor mínimo, dentro de esta función se encuentra la función ADD que permite sumar valores de variables entre si, para nuestro caso suma o resta el valor de 1 y así se puede incrementar el valor máximo y el valor mínimo en las variables.





ENLACES

En este enlace se encuentra el proyecto completo de TIA PORTAL:

[1]

El archivo PDF del proyecto como anexo es el siguiente:

[2]

El resumen en documento de word se encuentra en el siguiente archivo:

[3]

CONCLUSIONES

1) El software TIA PORTAL es una herramienta poderosa para la simulación de sistemas SCADA y manipulación de PLC's.


2) El diseño de procesos industriales da un mejor entendimiento de como dar una solución a un sistema con las herramientas de software que se tiene hoy en día.


3) La aplicación de todo lo aprendido en el curso de automatización enseña como poder potencializar el software TIA PORTAL



*********Fin del Proyecto****************




PROYECTO 1

Máquina Estampadora Semiautomática de Piezas

PROCESO

Este proceso tiene como función estampar; cuenta con un sensor detector de la pieza, al detectarla se extiende un cilindro A el cual distribuye y sujeta la pieza, luego se extiende el cilindro B el cual se encarga de estampar la pieza, después de estampar regresa, el cilindro A regresa siempre y cuando el cilindro B lo haya hecho primero después de estampar, para expulsar la pieza es accionado un cilindro C que se acciona cuando ninguno de los dos cilindros anteriores esta afuera.

SECUENCIA DE FUNCIONAMIENTO

El proceso tiene la siguiente secuencia:

      A+;B+;B-;A-;C+;C- 

Cada cilindro está especificado para que realice cada acción, siendo 3 cilindros se los ha denominado como A, B,C respectivamente y la secuencia se cumple como en el enunciado del proceso. Para cada secuencia se esquematiza el proceso con la herramienta de software conocida como Automatio Studio, separada por cuatro diagramas que se los identificará como:

  •ElectroNeumatica
  •Potencia
  •Interface
  •Control

ElectroNeumática

Para el primer esquema conocido como ElectroNeumatica se detalla la secuencia dicha anteriormente con el siguiente gráfico en donde por orden secuencial se ve como por pasos (1) el cilindro A dispensa la pieza,(2) el cilindro B estampa, (3) regresa el cilindro B, (4) el cilindro A regresa, (5) el cilindro C retira la pieza y (6) el cilindro C regresa.

POTENCIA

El esquema de potencia, es la representación de el accionamiento de preactuadores como en este caso son las electroválvulas que son accionadas por contactos de reles que se conectan a una fuente de energía de 24V DC. Cada contacto esta directamente accionando a una electroválvula como se muestra K1 acciona a la electroválvula VA, K2 acciona a la electroválvula VB, K3 acciona a la electroválvula VC, este diagrama es uno de los esquemas más simplificados de conexión de un sistema de reles, conforme se presentará la información se verá como estan relacionados estos dispositivos a el sistema del PLC que se encuentra en el esquema de Interface.

INTERFACE

El tercer esquema conocido como interface, muestra el sistema de conexión de ingreso y salida de señales conectadas a un PLC, por ende para explicar el esquema se ha separado el diagrama en dos partes 1) entradas y 2) salidas.

Entradas

Las entradas al PLC están destinadas a dar las señales que harán que la lógica de control responda adecuadamente al proceso requerido, la señales están dadas por segmentos del proceso como:

  PULSADOR DE MARCHA (P1)
  PARO DE EMERGENCIA  (PE)
  SWITCH DE REARME (R)
  SENSOR DE PRESENCIA CILINDRO A+ 
  SENSOR DE PRESENCIA CILINDRO A-
  SENSOR DE PRESENCIA CILINDRO B+
  SENSOR DE PRESENCIA CILINDRO B-
  SENSOR DE PRESENCIA CILINDRO C+
  SENSOR DE PRESENCIA CILINDRO C-
  SENSOR DE PRESION  (P)
  SENSOR DE PRESENCIA DE PIEZA (PRES)

Cada señal de ingreso al PLC tiene una conexión de 24V DC y se utilizó 11 entradas del PLC, originalmente este PLC tiene solamente 8 entradas, pero con una propiedad del mismo se puede expander a 16 o 32 entradas.

Salidas

La conexión de salida esta dada para que el PLC accione el sistema de reles, y así relacionar los diagramas anteriores con su accionamiento ya que al conectar el sistema de relés se logra accionar las electroválvulas conectadas en el diagrama de ElectroNeumatica y el diagrama de Potencia. Cuando se colocan nombres similares en Automation Studio son relacionados sus accionamientos por el nombre que lleva el instrumento. La conexión esta dada a 24V DC ya que las electroválvulas generalmente se alimentan con ese tipo de energía.



CONTROL

El último esquema es el de control, en este esquema se presenta la solución lógica al proceso, resolviendo las secuencias de utilización de los cilindros, en el primer esquema se presenta la solución general y en los siguientes gráficos se presenta la solución por partes como sigue:

Para comenzar con la lógica de control se toma en cuenta la secuencia A+;B+;B-;A-;C+;C-, la señal de entrada de inicio de ciclo y un posible fallo del sistema por presión. Se toma en cuenta estos aspectos antes del diseño ya que estos son los puntos mas relevantes de nuestro proceso.


Como primer paso se coloca memorias que nos ayudarán en todo el sistema para cuando surja una secuencia tener en claro en que parte del proceso se encuentra el programa del PLC. Conforme se desarrolla el programa se toma en cuenta el accionamiento de presencia de cada uno de los cilindros, dándonos la posición en la que se encuentran los mismos.

Como se muestra en el primer esquema la señal de entrada inicia la secuencia siempre y cuando se encuentre una pieza de estampado, el sistema inicia disparando al cilindro A sujetando a la pieza, y en la siguiente etapa cuando ha salido A, hace que salga el cilindro B.

En este diagrama se muestra como el cilindro B al salir, estampa a la pieza y el siguiente paso regresa el cilindro B, cuando ha regresado B, el sistema hace que por el sensor de presencia de B regrese el cilindro A. Cuando ha regresado A el sensor de presencia de A ingresado hace que salga el cilindro C.

En el último gráfico regresa el cilindro C y borra toda las memorias accionadas inicialmente. El sistema de control de presión actua sobre el cilindro B y cuando supera el estado de presión lógica se dispara el presostato y regresa el cilindro B. El sistema de apagado de emergencia para todo el proceso hasta que se rearme todo e circuito.


Conclusiones

1.- El software Automation Studio, es una herramienta poderosa ya que el método de utilización de variables como presión, voltaje, caudal se puede manipular en todo el sistema y cualquier uso de aplicación para la automatización.

2.- Los procesos de accionamiento con sensores y actuadores son una aplicación muy útil para la enseñanza cognitiva del estudiante, dándole herramientas para las situaciones de automatización en una empresa.

3.- La utilización de herramientas de programación son muy útiles para el desempeño de los estudiantes y ayudas fundamentales a la hora de entregar informes.

Herramientas personales