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7/23/2019 Proyecto de Graduacion (1)
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PROYECTO DE GRADUACION
DISEO, IMPLEMENTACION Y MONITOREO DE UNSISTEMA DIDACTICO BASADO EN EL CONTROL DE
NIVEL DE UN TANQUE VIA RF, UTILIZANDO ELSCADA INTOUCH Y RSLOGIX500 CON EL PLCMICROLOGIX 1200 DE ALLEN BRADLEY
TEMA:
Integreantes: Juan Carlos OrtegaByron Rivera
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INTRODUCCION
Hoy en la actualidad con el avance de la tecnologa laIngeniera se ha visto en la necesidad de ayudarse de la
existencia de nuevos dispositivos de control como son PLC,Variadores de Frecuencia ,Transmisores, Sensores,
Actuadores neumticos, electro neumticos etc. utilizadospara la automatizacin de procesos industriales de tal
forma que su secuencia productiva sea ms eficiente.
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CAPITULO 11.-INFORMACION GENERAL Y ESPECIFICACIONES
TECNICAS DEL SISTEMA DIDACTICODescripcin del Proyecto
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Nuestro proyecto consiste en disear, implementary monitorear un sistema de control de nivel; ennuestro caso vamos a controlar el nivel de agua.Para lo cual vamos a comenzar con el diseo de
una primera estructura metlica en el cual va estarubicado el tanque de cristal de 1 metro de altura enla parte superior, y el reservorio de 40cm de alturaen la parte inferior .La bomba centrifuga va a estar
sobre el reservorio, y el sensor ultrasnico,transmisor de RF y fuente 12Vdc sobre el tanquede cristal.
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En la segunda estructura vamos a colocarun panel de control el cual va a tener unPLC Micrologix 1200 de Allen-Bradley,
Expansor Analgico IF2OF2, Variador PowerFlex 4 de Allen-Bradley, Guarda motor,modulo de RF( receptor) ,transformador decontrol, fuente 12 y 5 Vdc, pulsadores, luzpiloto, selector 3 posiciones , seccionadores,borneras.
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La comunicacin entre el PLC y el CPU lo haremos mediante un cable decomunicacin 1761-CBL-PM02 tal como se ve en la figura 1.1.
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1.2 COMPONENTES Y ESPECIFICACIONES TCNICAS1.2.1 VARIADOR DE FRECUENCIA POWER FLEX 4
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BLOQUE DE TERMINALES DE CONTROLPuente en el borne 01 a 11Cuando se utiliza SRC conun voltaje de 18-24 Vdc,
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BLOQUE DE TERMINALES DE POTENCIAEl variador de frecuencia power flex4 siendo un variador concapacidad para motores hasta de 5 Hp de potencia, puede serconectado con alimentacin monofsica o trifsica comose puede ver en la tabla 1.2a.
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CONEXIN A TIERRAEs necesario tener todos los equipos aterrizados a tierra para evitar corrientes defalla en el sistema.
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1.2.2 CONTROLADOR LGICO PROGRAMABLE (PLC)MICROLOGIX 1200Partes de Hardware
1.- Bloque de terminales (SALIDAS DISCRETAS)2.-Interfaz de Conector bus para expansores E/S3.-Leds de entradas.4.-Leds de salidas5.-Puerto de comunicacin DIN 96.-Led de estado7.-Puertas de terminales y etiquetas8.-Potenciometros canales 0 - 19.-Boton pulsador de comunicacin
10.-Puerto de modulo de memoria11.- Sujetadores de riel DIN12.-Puerto de programacin HMI
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DIAGRAMA DE CABLEADOConexin de Entrada
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Conexin de Salidas
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TERMINALES DE EXPANSOR ANALGICO IF2OF2El expansor analgico tiene internamente dosmicro switchpara la seleccin de corriente o voltaje segn
sea laaplicacin tal como se indica en la figura 1.2.2b
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1.2.3 MDULOS DE TRANSMISIN RFEste modulo de trasmisin inalmbrica
HM-TR transmisor de datos wireless. Estadiseado para aplicaciones que necesitentransmisin de datos a altas velocidades,de larga distancia, frecuenciasprogramables,
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PRINCIPALES CARACTERSTICAS.1.-Modulacin, alta interface de inmunidad2.- 2 vas de comunicacin halfduplex3.-Bandas 315/433/868/915 Mhz4.-Frecuencias Programadas
5.-Envio de controlador RF a protocolo de traslacin UART6.-Configuracion de formato UART con velocidad de datos de 300-19200 bps.7.-Usando el pin ENABLE para control duty-cycle, satisfaciendo diferentesrequerimientos en aplicaciones.8.-Larga transmisin con un rango de 300m en rea abierta.9.-Interface estndar de UART con TTL 0 RS-232 nivel lgico.
10.-Tamao compacto estndar 0.1, conector SIP y antena SMA.
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CONFIGURACIN DE PINES
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1.2.5 SENSOR ULTRASNICOEl Sensor ultrasnico marca sick modeloum30 13113, tiene un alcance deescaneo de 200 a 1300 mm con unafrecuencia de 200Khz de transmisin y unaresolucin de 0.36mm con un tiempo derespuesta 110 ms
CONEXIN DE SENSOR
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ESCANEO DE SENSOR
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1.2.6 PANEL DE CONTROL
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1.2.7 MOTOR Y BOMBAMotor trifsico SIEMENS de 220/440 Vac de 1800 rpm con HP y
bomba centrifuga ,eliminando el motor monofsico, debido a quees necesario en este proyecto bajar o subir el caudal cambiando lafrecuencia
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1.2.8 ESTRUCTURA METLICA
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CAPITULO 22.-DISEO DEL SISTEMA DIDACTICO
2.1.1 Estructura del Tanque , Reservorio y panel de control
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2.2.1 DISEO DEL CIRCUITO DE FUERZA
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CIRCUITO DE ENTRADAS DIGITALES
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CIRCUITO DE SALIDAS DIGITALES
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CIRCUITO DE CONTROL VARIADOR
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CIRCUITO DE EMISOR DE SEAL
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CIRCUITO RECEPTOR DE SEAL
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2.3 DISEO DEL SISTEMA DE BOMBEOH= 1.255 mh= 0.48 mA= 0.65 ma = 1.54 m
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DIMENSIONAMIENTO DE MOTOR
Potencia nominal del motor (Pm),
Potencia absorbida por el eje deacoplamiento (P)
Pm=% margen x P formula 2.3.1a
P= Pu/ formula 2.3.1b
Potencia de la bomba
Pu=.Q.AMT / 367 (kW) formula2.3.
= densidad del liquido en este caso es agua con 1,0 kg/dmQ=caudal dado en ( m/h.)AMT=altura manomtrica total (m).
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CALCULO DE POTENCIA DE LA BOMBA
Caudal
Q=V/t seg formula 2.3.1dQ=(0.09m3/ 1min)=23.77Gpm= 1.5Lt/seg=5.4 m3/h.
Calculo de altura manomtrica total
AMT=AMA +AME formula 2.3.1e
Calculo de altura manomtrica de aspiracin
AMA=PRCA + SPPCA + h formula 2.3.1 f
Calculo de altura manomtrica de elevacinAME=PRCE + SPPCE + H formula 2.3.1h
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Calculando AMA;
Largo de la caera de aspiracin (a) = 0.65 mLa perdida por friccin en tubera 1 de PVC rgida es de (0.35) ver tabla TB-1.Entonces:PRCA =(0.35) x(0.65m)PRCA=0.23 m
La suma de prdida de presin en vlvula check, codo 90 grados,unin ver Tabla A,EntoncesSPPCA=(2.85 +0.76 +0.03)SPPCA=3.64mPor lo que aplicando la formula 2.3.1 f tenemos;
AMA=(0.23 +3.64 +0.48)m= 4.35m
AMA=PRCA + SPPCA + h
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Calculando AME;
La perdida por friccin en tubera de de PVC rgida es de 0 m,
ver Tabla TB-1La suma de prdida de presin en unin universal, vlvula de compuerta,check unidireccional ,codo de 90 grados,Entonces;SPPCE=(0.02+0.21+2.32+2(0.63)
SPPCE=3.81 mPor lo tanto aplicando la formula 2.3.1h tenemos;
AME= 0m + 3.810m + 1.255=1.293 m
Calculando AMT
AMT=4.35 + 1.29=5.64 m
Por lo tanto la potencia de la bombaes:Pu = .Q.AMT / 367=(1x5.4x5.64)/367=0.083 kW
AME=PRCE + SPPCE + H
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Aplicando la formula 2.3.1b encontraremosla potencia dado por eje de acoplamiento
P=Pu/=0.083kW/0.7=0.118 kW
Aplicando la formula 2.3.1a encontraremos lapotencia de motorPm=% margen x P ,
Debemos verificar que margen tiene, ver Tabla 2.3.1Pm=1.5 P=1.5x0.118=0.1770.2Kw=0.27Hp
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2..4 DISEO DE PRUEBASCircuito emisor
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Circuito receptor
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CAPITULO 33.-SISTEMA DE CONTROL DE PROCESO
3.1 Seleccin del PLC y Unidades de Periferia
3.1.1 Caractersticas del Micrologix 1200
El controlador MicroLogix 1200 cuenta con 6 K de memoria. .Matemtica de enteros con signo de 32 bitsE/S incorporadas, las cuales proporcionan entradas y salidas de alta velocidad optimizadasTres opciones base, incluyendo la configuraciones elctricas con:
entradas de CA o CC alimentacin de CA o CC salidas de rel o de estado slido
Dos potencimetros de ajuste analgico incorporados en el controlador.Capacidades PID incorporadasPuerto de comunicacin RS-232 adicional,
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3.2 SOFTWARE DE COMUNICACIN CON PLC3.2.1 CONFIGURACIN DEL MICOLOGIX 1200 UTILIZANDO EL RSLOGIX 500
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3.2.2 CONFIGURACIN RSLINX
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3.2.3 CREACIN DEL PROGRAMASeleccionar NEW para crear un nuevo archivo
Seleccionar controlador= BUL.1762 MicroLogix 1200 Serie CIngresar nombre de procesador =NIVEL
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DIRECCIONAMIENTO DE ENTRADAS/SALIDAS DISCRETAS
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PROGRAMA
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3.3.1 Representacin del Bloque de Funcin PID
El sensor proporciona una seal analgica
al controlador, la cualrepresenta el punto actual PV
Esta seal recibe el nombre de punto deconsigna o punto de referencia SP,
El controlador resta la seal de puntoactual a la seal de punto de consigna,obteniendo as la seal de error( E =PV-SP )
La seal resultante de la suma de estastres seales, que posteriormenteexplicaremos, se llama variablemanipulada CV
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SINTONIZACIN DEL CONTROLADOR PID :
Para sintonizar el PID (valores Kc, Ti, Td), utilizamos la regla deZiegler Nichols, en este caso utilizaremos el 2do mtodo.
Primero establecemos Ti=infinito y Td=0, usando solo la accinen control proporcional, luego incrementamos el Kc de 0 aun valor critico Kcr donde el sistema comience a teneroscilaciones sostenidas
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3.4 DESCRIPCIN DEL PROGRAMA DE VISUALIZACIN INTOUCH3.4.1 Caractersticas
Mayor confiabilidad en el monitoreo de procesosDiseo del proceso con simulaciones para mejor entendimientoPermite el interface entre hombre maquinaUn proceso ms optimo en funcionamiento
3.4.2 Administracin de Variables
De acuerdo al tagname se van administrando las variables,
pero si es necesario ir definiendo que tipo de variable esdigital o anloga como indica en la figura 3.4.2
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3.4.3 DISEO DE PANTALLASPantalla de control de nivel
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Pantalla de Panel de Control
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Pantalla de curvas
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3.4.4 COMUNICACIN CON ALLEN-BRADLEYEs necesario configurar el topic name,
para tener acceso al programa de Rslogic500
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3.5.1 PARAMETRIZACION DEL VARIADOR
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3.5.2 CDIGO DE FALLA
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3.6 SENSOR ULTRASNICOCalibracin
Conecte el sensor
Presione P1 andP2
simultaneamente
por 3 s, D1 y D2
flash yellow
Alinie el sensor
Alimente con
voltaje
Operacion Normal
Operacion Normal
Sett rango
analogico
Seleccione
maximo y minimo
analogico. D1 y
D2 flash yellow
alternately
Maximo punto. D1
lights yellow
Minimo punto. D2
lights yellow
P1 y P2 short P1 y P2 short
P1 short P2 short
TANQUE
VACIO
TANQUE
FULL
Operacion Normal
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MICROCONTROLADORDIAGRAMA DE UN SISTEMAMICROCONTROLADOR
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PIC 16F877Modulador PWM, Puertas entrada/salida
digitales, Comparador analogico, Puertasde comunicacion.
Especial :
Memoria de programa reescribir1.000veces
8 Converidores A/D
5 puertos IN/OUT bidireccional
3 timers
Rx y Tx
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PIC 16F877Reloj
T. ejecuta instruccion, se llama ciclo instrucion
1 ciclo de instrucion, emplea 4 periodos reloj
APLICACIONES:
Automotrices, Industriales.
Equipos e Instrumentos programables
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PIC 16F877Lenguaje de programacion : Mikro code studio
Genera codigo assembler para el PIC
PIC no lee assembler Compilador , transforma .hex
Ic-prog
PIC 16F877
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MODULO DE TRANSMISION RF MODEM-RS232
YS1020 serie modulo RF de baja potenciaPara sistemas UART en la transm.corto
alcanzeTexas InstrumentsBanda frecuencia ISM, half duplex (Tx and Rx)
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MODULO DE TRANSMISION RF MODEM-RS232
ISM(Industrial,Scientific and Medical), sonbandas reservadas internacionalmentepara uso no comercial de RFelectomagnetica.
Areas: Industrial, Cientifica y Medica
El uso de estas bandas estan abiertas entodo el mundo, sin necesidad de licenciarespetando las regulaciones que limitanlas potencias transmitidas
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MODULO DE TRANSMISION RF MODEM-RS232 Posee cierta tolerancia frente a errores
Los modulos pueden conectarsedirectamente con PC, dispositivos RS485y otros componentes con UART RS232,
RS485 y UART/TTL interfaz de puerto. El interfaz transparente de datos, la
desnudez y el diseo hace que este
modulo sea llevado en aplicacionesindustriales ya sea en el interior o al airelibre, en nuestro caso al aire libre.
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MODULO DE TRANSMISION RF MODEM-RS232 Los modulos pueden conectarse
directamente con PC, dispositivos RS485 yotros componentes con UART RS232,
RS485 y UART/TTL interfaz de puerto. El interfaz transparente de datos, la
desnudez y el diseo hace que este modulo
sea llevado en aplicaciones industriales yasea en el interior o al aire libre, en nuestrocaso al aire libre.
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SOFTWARE HUAWEI TRANSCEIVER
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CONFIGURACION DE TRANSMISION
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PUERTO SERIAL USARTPermite realizar comunicacion en SERIEpara la transmision de DATOS : Asincrona-Sincrona
VENTAJAS : Economica.- Pocas lineas de transmision
Confiable.- Los estndares actuales permitentransmitir datos con bits de paridad y a niveles
de Voltajes o Corrientes que lo hace pocosensible a ruidos externos.
Versatil.- No esta limitada a usar conductoreselectricos como medio de Tx,usar :Fibra Aire Vacio.
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COMUNICACION SERIE
DESVENTAJA.- Los bits de DATOS se envia de unopor uno (8bits),en PARALELO envia en 1 ciclodato de 8 bits.
Serie le toma mas de 8 ciclos (requiere enviarbits de sincronismo)
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SINCRONIZACION DE CARACTERAlgunos sistemas utilizan lineas adicionales queenvian impulsos, para indicar inicio de un
bloque de caracteres. Sistemas que norequieren lineas adicionales son:
M.Asincrono .- Cada caracter va con 2 bits.Inicio y fin
M.Sincrono.- Cada bloque va precedido de unos
caracteres de sincronismo
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OBSERVACION El usuario normalmente debe configurar:
1. Tipo de comunicacion (asincrona,sincrona)
2. Velocidad de Tx en Baudios (bits porsegundos)
3. Longitud de los datos
4. Bits de paridad, etc
INSTALACION DEL SISTEMA DE TRANSMICION
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RF CON ELSENSOR ULTRASONIDOEMISOR
Ultrasonido : 0-10V. 4-20mA.
Pic : 5V. max
R= 250 ohmios
Corriente (genera), V=I*RRangos : 1 5V. (emisor)
Modulo RF Tx 0-256bits
INSTALACION DEL SISTEMA DE TRANSMICION
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RF CON ELSENSOR ULTRASONIDORECEPTOR
Modulo RF (Rs232), Max 232 envia datos al PortB reflejada en 5V. Max TTL.
Mediante un DAC0808 con Ref=10V. Resolution
Opamp (seguidor de voltaje) Proteccion
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MONTAJE Y CONEXIONES DE COMPONENTES DECONTROLSENSOR ULTRASONIDO SICK
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ACOPLAMIENTO MOTOR Y BOMBAEl acoplamiento elastico LOVEJOY: Tipo L 0.75 2 mangones 1 elemento forma estrella
Los mangones disponen de aletas,quedaintercalado el elemento elastico.Significa que es acoplamiento trabaja acompresion.Rotura elastico, el sistema continua acoplado
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ACOPLAMIENTO MOTOR Y BOMBA
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MEDICIONES El sistema se estabilizo :
Kc=20
Ti=300
Td=0
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MEDICIONESAlcance a transmitir (Bajo voltaje-emisor)
Alcance a transmitir (Alto voltaje-emisor)
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MEDICIONES GENERALES
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ANALISIS RESULTADOS El voltaje OUT (Receptor) no es elesperado 10V, DAC 0808 (Resolucion)
sino 9.96V
La eficiencia no fue la de placa, en cuantoel motor es trifasico (110V, 3 fases). Perosuministramos (110V, 2 fases) Facilidad
de prueba
Conforme aumentamos la distancia Tx yRx, la signal no cae, siempre a linea devista.
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CONCLUSIONES
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CONCLUSIONES
Al desarrollar el sistema de transmisininalmbrica utilizando antenasprogramables y Micro controladores para la
conversin de seal, se programo la salidacon un PWM, este a su vez nos generoproblemas en el monitoreo de bits ya que la
seal oscilaba, ocasionando variacin denivel
CONCLUSIONES
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CONCLUSIONES
Para realizar el monitoreo se utilizo scadaintouch realizando la comunicacin conRslogix 500 que es el software de
programacin para los PLC Micrologix 1200,utilizando el software de comunicacinRsLinx Classic Lite entre PLC y PC este no
nos permiti conectarnos ya que no manejael protocolo DDE,por lo que utilizamos elRslinx Classic Gateway
CONCLUSIONES
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CONCLUSIONES
La seal emitida por el sensor ultrasnicopuede ser afectada por la perturbacin, porlo que se recomienda disear un sistema
que evite la perturbacin del lquido al sereste llenado en el tanque.
RECOMENDACIONES
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RECOMENDACIONES
Recomienda que el motor este bienacoplado y alineado a la bomba con el fin deque no genere vibracin afectando el
escaneo del sensor ultrasnico, dando a lavez mediciones errneas.
RECOMENDACIONES
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RECOMENDACIONES
Se recomienda lo mnimo del tiempo defrenado y de aceleracin de tal manera quese genere una respuesta rapida en seg con
el fin de que el Bloque PID realice el controlde aceleracin y desaceleracin lo msrpido. Evitando un retardo de ejecucin