Í ndice - Universidad de Sevillabibing.us.es/proyectos/abreproy/5276/fichero/Memoria.pdf ·...

Proyecto Fin de Carrera Desarrollo e implementación del sistema de control de la planta multiprocesos

9

Í ndice

Capítulo 1: Descripción de la planta y objetivos

1 Introducción .............................................................................................. 15

1.1 Antecedentes de partida .................................................................... 15

1.2 Objetivos y alcance del proyecto ........................................................ 15

2 Descripción ............................................................................................... 17

2.1 Introducción ....................................................................................... 17

Elementos estructurales ................................................................ 18 2.1.1

Sensores ....................................................................................... 22 2.1.2

Válvulas ........................................................................................ 26 2.1.3

2.2 Sistemas de adquisición de datos y control de procesos .................... 28

PLC ............................................................................................... 28 2.2.1

Pantalla de explotación Magelis HMI STU 655/855 ....................... 31 2.2.2

3 Descripción de las configuraciones ........................................................... 32

3.1 Diagramas P&ID ................................................................................ 32

3.2 Configuraciones diseñadas ................................................................ 34

Configuración 1 ............................................................................. 34 3.2.1

Configuración 2 ............................................................................. 35 3.2.2

Configuración 3 ............................................................................. 36 3.2.3

Configuración 4 ............................................................................. 37 3.2.4

Configuración 5 ............................................................................. 37 3.2.5

4 Referencias del capítulo 1 ......................................................................... 38

5 Índice de figuras del capítulo 1 .................................................................. 39

6 Índice de tablas del capítulo 1 ................................................................... 39

Capítulo 2: Solución adoptada y desarrollo

7 Introducción .............................................................................................. 43

8 Planteamiento del problema ...................................................................... 43

9 Solución adoptada .................................................................................... 43

10 Modos de conexión................................................................................ 47

11 Programación ........................................................................................ 47

11.1 Creación de variables y Nomenclatura ............................................... 47

Introducción y justificación .......................................................... 47 11.1.1

11.2 Programmable Logic Controller (PLC) ................................................ 50


10

Introducción ................................................................................ 50 11.2.1

Funcionamiento del sistema ........................................................ 50 11.2.2

Secciones ................................................................................... 52 11.2.3

Configuración adicional ............................................................... 73 11.2.4

11.3 Pantalla Magelis ................................................................................. 74

Introducción ................................................................................ 74 11.3.1

Funcionamiento .......................................................................... 74 11.3.1

Paneles ....................................................................................... 77 11.3.2

Acciones ..................................................................................... 77 11.3.3

Diagrama de estados .................................................................. 77 11.3.4

12 Conclusiones ......................................................................................... 80

13 Temas pendientes o acciones futuras ................................................... 81

13.1 Realización de calibraciones y comprobaciones online. (F4, F5, F6). 81

13.2 Cambiar los displays de FF por selecciones de variables .................. 81

13.3 Uso conjunto de las resistencias y las válvulas VR2 y VR3. ............... 81

14 Referencias del capítulo 2 ..................................................................... 82

15 Índice de figuras del capítulo 2 .............................................................. 83

Capítulo 3: Manual de usuario de la pantalla Magelis

16 Introducción ........................................................................................... 87

17 Pantalla Magelis .................................................................................... 87

17.1 Introducción ....................................................................................... 87

17.2 Modos de trabajo ............................................................................... 88

Manual Local ............................................................................... 88 17.2.1

Automático Local ........................................................................ 88 17.2.2

Remoto vía OPC ......................................................................... 88 17.2.3

17.3 Procedimiento de funcionamiento de la pantalla Magelis ................... 89

Ideas generales .......................................................................... 89 17.3.1

Inicialización de la pantalla .......................................................... 90 17.3.2

Inicio ........................................................................................... 91 17.3.3

Paneles de selección de configuración ....................................... 91 17.3.4

Modo de conexión/control ........................................................... 96 17.3.5

Modo pausa .............................................................................. 111 17.3.6

Fallo Leve ................................................................................. 112 17.3.7

Fallo Grave ............................................................................... 113 17.3.8

Esquema de paneles ................................................................ 114 17.3.9


11

17.4 Tipos de controladores ..................................................................... 116

Control monovariable: PID ........................................................ 118 17.4.1

Control multivariable: 2 PID independientes .............................. 118 17.4.2

Control multivariable: Cascada ................................................. 118 17.4.3

Feed Forward ............................................................................ 119 17.4.4

17.5 Propiedades de los PIDs internos del autómata ............................... 121

17.6 Comparativa de valores reales y normalizados ................................ 122

17.7 Casos de uso (A tener en cuenta) .................................................... 122

18 INDICE DE FIGURAS del capítulo 3 .................................................... 123

19 Índice de paneles del capítulo 3 .......................................................... 124

20 Referencias del capítulo 3 ................................................................... 125

Capítulo 4: Comunicación OPC y liberías de Matlab

21 OPC .................................................................................................... 129

21.1. Introducción ..................................................................................... 129

21.2. OPC en Unity XL .............................................................................. 130

21.2.1. Configurar dirección de red del autómata ................................... 130

21.2.2. Exportar variables ...................................................................... 131

21.3. OFS Configuration Tool.................................................................... 134

21.4. OPC Factory Server ......................................................................... 139

21.5. OPC en Matlab ................................................................................ 140

21.5.1. Utilizando Simulink ..................................................................... 140

21.5.2. Utilizando Código ....................................................................... 148

22 Procedimiento de configuración del sistema. ....................................... 150

23 Control de la planta desde Matlab ....................................................... 151

23.1 Introducción ..................................................................................... 151

23.2 Configuraciones ............................................................................... 151

Configuración 1: Control de nivel .............................................. 152 23.2.1

Configuración 2:Control en cascada ......................................... 152 23.2.2

Configuración 3: Control en cascada ........................................ 153 23.2.3

Configuración 4 y 5: Control multivariable ................................. 154 23.2.4

24 Problemas encontrados. ...................................................................... 155

25 Índice de figuras del capítulo 4 ............................................................ 156

26 Referencias del capítulo 4 ................................................................... 156


12


13

Capítulo 1

Descripción de la planta y objetivos


14


15

1 Introducción

El objetivo de este proyecto consiste en el desarrollo de la programación y la

implementación de la comunicación y el sistema de control de la planta, llamada

multiprocesos, desarrollada por el departamento de Ingeniería de Sistemas y

Automática para su uso académico y/o para la investigación. El proyecto abarca desde

la estructuración del programa que gobierna el autómata hasta las comunicaciones

entre autómata y la pantalla de explotación, y entre el autómata y cualquier elemento

externo para la realización de procesos de control.

La planta multiprocesos, por sus características y flexibilidad, es una

herramienta útil para la explicación de la teoría del control automático y la

automatización desde los primeros niveles de enseñanza hasta en su profundidad,

proveyendo de más posibilidades de aprendizaje al alumno. Su aplicación en

proyectos de investigación puede ser interesante al poner en funcionamiento una

planta con una gran flexibilidad para adaptarse a distintas configuraciones físicas y

poder conectar cualquier herramienta que el usuario necesite utilizando un mismo

estándar de comunicación.

1.1 Antecedentes de partida

La planta multiprocesos ha sido ideada, diseñada y planificada por

componentes del departamento de Sistemas y Automática de la Universidad de Sevilla

para su uso académico. Consta de una serie de elementos de carácter hidráulico que,

según la configuración que tomen, forman un determinado circuito para poder

implementar diferentes arquitecturas de la teoría del control automático. Se dispone,

además, de una conexión con la planta de frío, situada en el tejado del edificio del

departamento, que sirve para poder realizar el control de la temperatura.

Para poder realizar el control de la planta se dispone de un Programmable

Logic Controller (en adelante PLC) del fabricante Schneider con las conexiones físicas

de los cables ya realizadas en sus correspondientes tarjetas de adquisición de datos.

El PLC se puede gestionar a través de una pantalla de explotación del mismo

fabricante ya conectada entre sí. Adicionalmente, se dispone de un equipo informático

no conectado con los programas informáticos necesarios.

Por otro lado, se dispone de las programaciones iniciales de la pantalla y el

PLC desarrollados previamente por un miembro del departamento y que pueden ser

utilizados total o parcialmente si se requiere. Esta programación sirve como ayuda

para entender los programas utilizados en profundidad y para tener una idea inicial de

cómo estructurar la programación.

1.2 Objetivos y alcance del proyecto

Partiendo de antecedentes, el objetivo de este proyecto es realizar el sistema

de control del PLC, y los paneles necesarios de la pantalla de explotación para que la

interacción entre ambos permita controlar la planta multiprocesos, siguiendo unas

normas básicas reflejadas en [1]. Durante el desarrollo hay que introducir una serie de

posibilidades de control como pueden ser control por cascada, control multivariable o

Feed Forward. Adicionalmente, hay que realizar un análisis de los posibles fallos que


16

pueden aparecer durante el funcionamiento de la planta y definir las respuestas

adecuadas.

Además, se desea tener una comunicación externa mediante el estándar de

comunicación OPC. Este estándar permite la comunicación entre cualquier número de

dispositivos o programas sin necesidad de tener un controlador para cada dispositivo

que se desea comunicar. Con esta idea se requiere realizar la configuración de dicha

comunicación para poder comunicar otros programas con el fin de poder aplicar

arquitecturas de control más complejas o de realizar un seguimiento del proceso de la

planta más preciso.

En la Figura 1.1 se muestra el esquema que se desea seguir para la

comunicación general de planta. La planta multiprocesos solo está conectada al

autómata para que este tenga el control íntegro de los procesos. A su vez la pantalla

de explotación y el autómata están conectados entre sí exclusivamente para realizar la

configuración de la planta. En la función control de la planta existen dos modos, el

primero a través de la pantalla, para aplicar un tipo de control preestablecido; y el

segundo modo a través del Servidor OPC para realizar cualquier tipo de control de

forma externa. El servidor OPC conecta los clientes deseados con el autómata de

forma virtual o inalámbrica.

Por último, se requiere tener un manual de uso de la planta multiprocesos para

poder ser usado por futuros usuarios.

Figura 1.1 Esquema de la comunicación de la planta multiprocesos


17

2 Descripción

2.1 Introducción

La planta multiprocesos se compone de distintos elementos físicos que,

colocados en un orden establecido, permiten realizar el control de esta. La descripción

de estos es necesaria para conocer el funcionamiento, las características dinámicas y

la respuesta que se puede esperar de cada elemento del sistema, además de servir de

antecedentes en caso de ampliarse su uso. Además, es interesante para tener los

manuales y datos técnicos de los elementos de la planta organizados.

Gran parte de la instrumentación utilizada en este proyecto se ha adquirido del

fabricante GUNT habiendo introducidos ciertos elementos de otros fabricantes para

ampliar las posibilidades de control de la planta multiprocesos, además de incluir

módulo de control del fabricante Schneider.

En anexo de especificaciones se encuentran todos los manuales y hojas de

especificaciones técnicas de los elementos que se describen en este capítulo.

Figura 2.1 Imagen real de la planta multiprocesos.


18

Elementos estructurales 2.1.1

Se entiende por elementos estructurales aquellos elementos que intervienen de

manera pasiva en el funcionamiento del proceso dentro de la planta. Las

especificaciones de los elementos vienen detalladas en [1], aunque en los

subapartados siguientes se detallarán algunos datos significativos para el uso de la

planta.

2.1.1.1 Depósito contenedor

Se trata de un depósito de sección circular con una altura útil de 0.44m,

transparente para poder hacer comprobaciones de nivel. Este dispositivo utiliza

medidores de presión y nivel que se explican en sus correspondientes apartados.

Este depósito está cerrado al ambiente por ambas caras del cilindro teniendo

como única vía de escape una válvula manual regulable para el control por presión o

por nivel. Tiene una entrada de caudal situada en la parte superior de tronco cilíndrico,

una salida de caudal en la base y una salida de seguridad en parte inferior del cilindro

que debe ser cerrada para el control por presión.

2.1.1.2 Depósito colector

Depósito cúbico y metálico que sirve para guardar el agua no utilizada durante

el proceso. Tiene un volumen superior al depósito contenedor puesto que está

calculado para tener suficiente líquido para llenar las tuberías y el depósito contenedor

y además mantener la bomba por debajo del su propio nivel.

Figura 2.2 Depósito contenedor


19

2.1.1.3 Bomba

Se emplea una bomba centrífuga de la marca comercial Lowara. Su

funcionamiento consiste en hacer circular el agua del circuito a un caudal constante

entre 1200 y 4200 L/h, controlando exclusivamente su encendido y apagado.

Se sitúa en la parte inferior izquierda de la planta, bajo el nivel del depósito que

le aporta el agua para mejorar sus prestaciones.

2.1.1.4 Tuberías

Las tuberías empleadas son de PVC suministradas por el fabricante GUNT. Se

han cortado en longitudes estimadas para el diseño de la planta.

2.1.1.5 Resistencias

Existen dos resistencias en la planta multiprocesos de diferente potencia que

se emplean para elevar la temperatura del fluido que pasa por ellas en los procesos de

control de temperatura. Se encuentran situadas en la parte derecha de la planta previo

a los intercambiadores de calor.

Figura 2.3 Depósito colector

Figura 2.4 Bomba centrífuga


20

La primera se muestra en la Figura 2.5, es del fabricante GUNT:

Esta resistencia incluye su termostato propio que hay que accionarlo según el

uso que se quiera hacer (Manual, Apagado, Automático).

La segunda se muestra en la Figura 2.6, de fabricante desconocido y

actualmente en reparación:

Figura 2.5 Resistencia térmica de GUNT (2kW)

Figura 2.6 Resistencia térmica de 4kW


21

2.1.1.6 Intercambiadores de calor

Se emplean dos intercambiadores de calor de idénticas características,

conectados en serie a las resistencias de la marca SWEP [4].

Es un intercambiador de 20 placas de flujo cruzado, que soporta un caudal

máximo de 7200L/h. El circuito principal empleado es el circuito de la planta

multiprocesos, mientras que el circuito de enfriamiento es el de la planta de frío.

2.1.1.7 Equipo de refrigeración

El equipo de refrigeración se emplea en el segundo circuito de los

intercambiadores como fuente fría de caudal. Se ha empleado el modelo MQH 06-18

de la empresa Airwell Air-Conditioning Co. ([7]).

El principio de funcionamiento se muestra en la Figura 2.8:

Se dispone de un depósito de agua una tubería de entrada y otra de salida

conectadas a los intercambiadores de la planta. En estas tubería hay una bomba

hacer circular el caudal a través de estás y una válvula de tres vía para regular la

temperatura. Adicionalmente en el depósito se introduce un serpentín y un sensor de

temperatura gobernados por la planta de producción de frío, la cual se encarga de

hacer circular por el serpentín el líquido refrigerante a la temperatura adecuada.

Figura 2.7 Ejemplo de intercambiador de calor

Figura 2.8 Esquema de funcionamiento del equipo de frío


22

Todo el equipo de frío dispone de su propio controlador ya ajustado,

permitiendo exclusivamente su encendido desde la planta multiprocesos.

2.1.1.8 Router

Adicionalmente, se ha utilizado un router para poder conectar todos los

dispositivos empleados en el proyecto. El router utilizado es el modelo USR-8054 del

fabricante US Robotics con 4 conexiones de Ethernet tipo LAN y una tipo WAN.

En la siguiente tabla se muestran las direcciones IP configuradas para cada

dispositivo conectado:

Dispositivo Dirección IP

Router 192.168.0.1

Modicon M340 192.168.0.4

Pantalla Magelis 192.168.0.12

Ordenador IP dinámica (14 generalmente) Tabla 2.1 Tabla de direcciones IP utilizadas en el router

Por otro lado, la conexión inalámbrica está activa y configurada para su

conexión.

Sensores 2.1.2

2.1.2.1 Caudalímetro electro-magnético

Se emplea para medir el caudal que existe en el punto donde está ubicado y

dependiendo de la configuración empleada. Lo suministra el fabricante GUNT y está

detallado en [1].

2.1.2.2 Rotámetro

El rotámetro es un instrumento de medida del caudal mediante inspección

visual alternativo al caudalímetro. Sirve, por tanto, para obtener una medida directa del

caudal que transita por la planta, y así poder compararlo el valor de caudal obtenido

por el caudalímetro electromagnético.

Se trata de un tubo transparente, de mayor diámetro que las tuberías

empleadas, colocado verticalmente, dentro del cual se ubica un objeto troncocónico

Figura 2.9 Caudalímetro electromagnético


23

con unas características particulares. El fluido al circular impulsa el cuerpo hacia arriba

venciendo la fuerza de la gravedad, a mayor caudal más sube la bola.

Una vez realizada la primera calibración se puede considerar que la medida no

varía en el tiempo debido a las características constructivas del sensor.

2.1.2.3 Sensor de nivel capacitivo

Es un sensor electromagnético compuesto de dos cilindros concéntricos de

diferentes radios. Se sitúa en el interior del depósito contenedor y sujeto a la parte

superior de este. El objetivo de este sensor es utilizarlo como sensor de medida para

controlar el caudal de entrada al circuito según la configuración seleccionada.

El principio de funcionamiento de este sensor consiste en medir la capacidad

del condensador que forman los dos cilindros concéntricos en función de las

propiedades dieléctricas de los fluidos que se encuentran entre las dos placas de

medida. Como las constantes dieléctricas de un fluido gaseoso y otro líquido son

diferentes, se determina como valor cero el valor de la carga cuando solo hay gas en

el interior del cilindro y medir la diferencia de la carga en función de este valor.

Figura 2.10 Rotámetro

Figura 2.11 Sensor de nivel capacitivo


24

El sensor tiene un tamaño de 45cm, el cual según GUNT es utilizable

completamente como rango de medición, pero según el fabricante el rango óptimo de

1 a 33 cm empezando por la parte inferior de este. Para obtener un valor exacto hay

que esperar al menos un minuto a que el sensor se estabilice y entonces pueda

obtener una muestra razonablemente buena. Se ha comprobado su funcionamiento

introduciendo un caudal constante de manera que el nivel se mantenga (caudal de

entrada igual al caudal de salida), siendo el resultado insatisfactorio. El valor obtenido

es claramente distinto al valor real. Se puede decir que la calibración ha fallado, pero

que se puede tomar como salida la medida del sensor aunque no tenga una

equivalencia en nivel (en parte debido al filtro que se ha implementado en la

programación, el cuál desarrolla en el capítulo 2).

2.1.2.4 Sensor de presión

El sensor de presión es el módulo RT450.31 del fabricante GUNT. El rango de

trabajo es de 0 a 2 bares que se distribuyen sobre una corriente medida de 4 a 20 mA,

y un tiempo de respuesta de 5ms.

El sensor de presión es un módulo separado individualmente que se ha

colocado justo por encima del autómata. La conexión física a la planta se realiza en la

parte superior del depósito colector, utilizando un orificio del depósito creado

específicamente. Se puede emplear también en la parte inferior del depósito en otra

conexión con similares características.

Figura 2.12 Sensor de presión


25

2.1.2.5 Sonda de temperatura

Estas sondas se sitúan en las entradas y salidas del intercambiador en la parte

del circuito del equipo de frío. Son sensores de humedad y temperatura del fabricante

CAREL, modelo Sondas DPD. Su rango de funcionamiento es de -20 °C a +70 °C.

2.1.2.6 Sensor de temperatura

El sensor de temperatura es un sensor PT100, suministrado por GUNT,

provisto de un rango de funcionamiento de 4 a 20 mA proporcionales a un rango de

medición, de 0 a 100ºC. Se pueden situar de distintos orificios existentes en la planta

específicamente en la parte de control por temperatura a la salida de las resistencias y

de los intercambiadores de calor.

El principio de funcionamiento es la intensidad que atraviesa una resistencia

térmica diseñada con dos conductores.

Figura 2.13 Sonda de temperatura CAREL

Figura 2.14 Sensor de temperatura RT450.36 de GUNT


26

Válvulas 2.1.3

2.1.3.1 Válvulas manuales

Modelo 751 del fabricante COMAP. Es una válvula de ajuste manual que tiene

una precisión para el ajuste de 4 vueltas completa de la tuerca. Se utiliza para regular

con precisión la salida del agua del depósito contenedor.

Como utilidad adicional se puede utilizar para introducir una perturbación en el

depósito. Por ejemplo, si se ajusta la válvula para que el control de nivel del proceso

se realice de forma que la válvula de regulación 1 se encuentre al 50% en el punto de

funcionamiento. Entonces si modificamos la válvula ajustable 1 se obtiene un aumento

o disminución del caudal evacuado del depósito, provocando que el punto de equilibrio

no se pueda alcanzar tan fácilmente.

Adicionalmente, se emplean válvulas manuales estándares para cerrar el paso

de líquido en ciertos puntos de la planta, como pueden ser a la salida de la bomba,

salida del depósito contenedor y entrada del rotámetro.

2.1.3.2 Válvulas Solenoides

Las válvulas solenoides se componen de un actuador térmico lineal del

fabricante Johnson Controls que acciona una válvula de tres vías.

Figura 2.15 Válvula de Ajuste VA1

Figura 2.16 Ejemplo de válvula solenoide: Actuador lineal y válvula de tres vías


27

Se dispone de una variable de entrada digital en el autómata para cada válvula

utilizada. El funcionamiento consiste en mantener el sentido del caudal recto en el

caso de estar apagado el actuador, mientras que si el actuador está activado el caudal

que pasa por la válvula sufre un giro de noventa grados manteniendo siempre el

sentido de la corriente.

Por último, el tiempo de carrera de este tipo de elementos es de 5 minutos.

2.1.3.3 Válvulas de regulación

2.1.3.3.1 Válvulas de regulación electro-neumática (VR1)

Esta válvula ha sido suministrada por GUNT y se emplea para la regulación del

caudal del circuito principal de la planta. Es una válvula electro-neumática que emplea

una corriente de 4 a 20 mA para producir el accionamiento neumático correspondiente.

Figura 2.17 Funcionamiento de las válvulas solenoides

Figura 2.18 Válvula de regulación 1


28

2.1.3.3.2 Válvulas de regulación eléctricas (VR2 y VR3)

Se emplean dos válvulas de regulación para el control por temperatura del

agua a la entrada del intercambiador en el circuito del equipo de refrigeración.

Para cada una de las válvulas de regulación se han empleado una válvula de

tres vías, modelo VG1805 de Johnson Controls, en conjunto con un actuador, modelo

M9216 de Johnson Controls.

La válvula de tres vías tiene el mismo funcionamiento que el explicado en

2.1.3.2 para las válvulas solenoides. Por otro lado el actuador es de accionamiento

eléctrico y tiene una señal de retorno de la posición alcanzada. El tiempo del actuador

para el cambio de sentido del caudal es de 30 segundos.

2.2 Sistemas de adquisición de datos y control de procesos

PLC 2.2.1

El sistema de control utilizado es un Modicon M340 del fabricante Schneider

([5]). El PLC Modicon M340 es un autómata programable muy extendido en la

industria, cuya función principal es realizar el control y la supervisión de la planta

durante el uso de esta, controlando en todo momento que los sensores estén dentro

de los rangos adecuados de funcionamiento y los actuadores no sobrepasen sus

rangos de uso.

Figura 2.19 Válvula de regulación 2 y 3

Figura 2.20 PLC Modicon M340 de Schneider


29

El PLC cuenta con una serie de tarjetas de adquisición de datos que han sido

previamente cableadas. El cableado se encuentra debidamente especificado y

documentado en el anexo de especificaciones. Las entradas y salidas se describen en

el apartado siguiente.

Se utiliza un módulo de procesador y de comunicaciones, modelo BMX P34

2020, el cual tiene un puerto USB y dos de Ethernet. Principalmente se utiliza un solo

puerto para comunicarse con el resto de dispositivos gracias al router instalado.

Adicionalmente, tiene una ranura para tarjeta de memoria tipo SD.

En la tabla se adjuntan las propiedades del procesador del autómata:

Característica Disponible

Funciones Número máximo

de

Entradas/salidas binarias

del bastidor

1.024

Entradas/salidas analógicas

del bastidor

256

Canales expertos 36

Canales Ethernet 3

Bus de campo AS-i 4

Comunicación simultánea

EF

16

Cantidad máxima

de módulos

USB 1

Puerto de enlace Modbus

serie incorporado

1

Puerto maestro CANopen

incorporado

-

Puerto Ethernet

incorporado

1

Reloj de tiempo real que puede guardarse Sí

Capacidad de memoria de los datos de aplicación que puede guardarse 256 Kb

Estructura de la aplicación Tarea MAST 1

Tarea FAST 1

Procesamiento de eventos 64

Velocidad de ejecución

del código de aplicación

RAM interna 100% booleano 8,1 Kins/ms

(1)

65% booleano + 35%

digital

6,4 Kins/ms

(1)

Tiempo de ejecución Una instrucción booleana básica 0,12 μs

Una instrucción digital básica 0,17 μs

Una instrucción de coma flotante 1,16 μs Tabla 2.2 Características del Procesador BMX P34 2020


30

2.2.1.1 Módulos de adquisición de datos

Los módulos empleados son los siguientes:

AMM0600

o Módulo con 4 canales analógicos de entrada y 2 canales de salida

analógicos configurados de 4 a 20 mA y 10V

o Entradas:

Nivel

Presión

Posición de VR2

Posición de VR3

o Salidas:

Referencia de VR2

Referencia de VR3

AMM0600

o Módulo con 4 canales de entrada analógicas y 2 canales de salida

analógicas configurados de 4 a 20 mA y 10V

o Entradas:

Carel Temperatura 4

Carel Temperatura 5

Carel Temperatura 6

Carel Temperatura 7

o Salidas:

Referencia de VR1

(Salida no utilizada)

AMI0410

o Módulo de 4 entradas analógicas rápidas de rango múltiple de 4 a 20 mA y

10V.

o Entradas:

Lectura de caudal

Temperatura 1

Temperatura 2

Temperatura 3

DDM16025

o Módulo de 8 entradas y 8 salidas, ambas digitales.

o Entradas

Seta de emergencia

Alimentación

Fusible

Confirmación de activación de la segunda resistencia

4 entradas no utilizadas.

o Salidas

Activación válvula solenoide 1






31

Activación resistencia 1

Activación resistencia 2

Activación bomba

Pantalla de explotación Magelis HMI STU 655/855 2.2.2

La pantalla empleada es el modelo Magelis HMI STU 655/855. Es una pantalla

táctil resistiva fabricada por Schneider, pensada para ser utilizada como periférico local

en autómatas o microcontroladores, con el fin de comprobar el estado del sistema en

cualquier momento. Funciona en comunicación con un autómata al menos, con el que

comparte variables e información de su estado.

Internamente posee una memoria independiente del autómata para guardar su

programación y sus propias variables. Tiene dos puntos de comunicación externa:

USB y Ethernet. La primera sirve para temas de programación, mientras que la

segunda conexión se ha utilizado exclusivamente para conectarse con el autómata

correspondiente mediante el router instalado.

A la derecha de la pantalla se habilitado un botón para su encendido y

apagado.

En este proyecto se usa como pantalla de explotación, interaccionando de

manera directa con el autómata para poner en funcionamiento la planta.

Figura 2.21 Pantalla Táctil Magelis


32

3 Descripción de las configuraciones

La planta se ha diseñado para poder realizar varias configuraciones con el

objetivo de poder implementar diferentes arquitecturas de control y de poder estar en

contacto directo con los principales procesos de la industrial de manera real, pudiendo

observar los fallos técnicos que pueden ocurrir, así como las perturbaciones que se

introducen.

3.1 Diagramas P&ID

En la Figura 3.1 se observa la posición de todos los elementos descritos en

apartados anteriores.

Hay que mencionar que los sensores de temperatura, descritos en 2.1.2.6, no

son fijos. Por tanto, las posiciones TT1, TT2, TT3, TT8 y TT9 son intercambiables

pudiendo utilizar un máximo de tres. A continuación se detalla la relación de sensores

y actuador y la posición:

FT: Caudalímetro

PT: Sensor de presión

LT: Sensor de nivel

TT1: Sensor de temperatura



TT4: Sonda CAREL de temperatura






VM1: Válvula manual de la bomba

VM2: Válvula manual de evacuación de agua

VM3: Válvula de entrada al rotámetro

VM4: Válvula de cierre del depósito contenedor al ambiente

VS1: Válvula solenoide de configuración





VR1: Válvula electro-neumática regulable

VR2: Válvula eléctrica regulable

VR3: Válvula eléctrica regulable

R1: Resistencia de 2 kW

R2: Resistencia de 4 kW


33

Fig

ura

3.1

Dis

eñ

o i

nic

ial d

e la

pla

nta

, p

lan

ific

ac

ión

de

la

po

sic

ion

es

de

las

tu

be

ría

s e

in

str

um

en

tos

uti

liza

do

s


34

3.2 Configuraciones diseñadas

Configuración 1 3.2.1

La configuración 1 está concebida para aplicar arquitecturas de control simples

en lazo cerrado. Las variables a controlar en esta configuración son la presión y el

nivel, las cuales se pueden regular en función de la válvula regulable 1.

La estructura de control que se recomienda aplicar en esta configuración es un

controlador PID en bucle cerrado por realimentación de la salida.

Figura 3.2 P&ID configuración 1


35


Esta configuración añade, respecto a la primera, el conocimiento del caudal de

entrada al depósito, permitiendo la posibilidad de realizar controles en cascada

utilizando, por ejemplo, el nivel en el primer controlador para modificar el punto de

equilibrio del caudal del segundo controlador.

Figura 3.3 P&ID configuración 2

Figura 3.4 Control en cascada para la configuración 2


36


Esta configuración tiene los mismos sensores que la configuración anterior, sin

embargo este caso cambia la posición del caudalímetro, el cual ahora mide el caudal a

la salida del depósito en lugar de a la entrada.

En este caso la idea es realizar el control en cascada cambiando las posiciones

de las variables controlables. En esta configuración el caudal medido tiene una

dinámica más lenta que el nivel y, por tanto, el nivel es la variable a controlar en el

bucle esclavo del controlador en cascada.

Figura 3.5 P&ID de la configuración 3

Figura 3.6 Control en cascada de la configuración 3


37


Esta configuración se añade el uso de las resistencias, los intercambiadores y

la planta de frío para poder realizar control en temperatura.

En esta configuración se pueden implementar distintas formas de control, como

control monovariable, control en cascada o control multivariable hasta 5 variables a

controlar y 5 variables manipulables.


En esta configuración se cierra el circuito hidráulico de la planta, de manera

que el agua que exista en el depósito superior se suministra a la bomba directamente

y esta impulsa el agua para que vuelva a llegar al mismo depósito. El caudal de

entrada y de salida del depósito contenedor, salvo pérdidas hidráulicas, es el mismo.

El objetivo de este configuración es centrarse en el control de temperatura,

pudiéndose aplicar distintos algoritmos.




38

4 Referencias del capítulo 1

[1] Agencia ADEPA, Guía de Estudios de Modos de Marcha y Parada (GEMMA).

[2] Manual de instrucciones RT 450: Sistema Didáctico Modular para la Automatización de

Procesos. G.U.N.T. Gerätebau, Barsbüttel, 2013. http://www.gunt.de

[3] Manual RT450-04, resistencia térmica 2kW 230V, GmbH Kandel, Modelo 56905,

G.U.N.T. Gerätebau, 2013. http://www.gunt.de

[4] Manual del Intercambiador de calor B12MTx20 de S.W.E.P., en anexo de

especificaciones.

[5] Autómata Modicon M340, Schneider Electric, www.schneider-electric.com

[6] Bomba centrífuga 2HMS de LOWARA, http://www.lowara.com/multistage-

pumps_C2/hm-hms-hmz-horizontal-multistage-centrifugal-pumps_P2666/

[7] Manual de instalación y mantenimiento MQH 06-18, de Airwell Air-Conditionning Co. en

anexo de especificaciones

http://www.gunt.de/

http://www.gunt.de/

https://www.google.es/search?client=firefox-a&hs=mYB&rls=org.mozilla:es-ES:official&channel=fflb&q=www.schneider-electric.com&spell=1&sa=X&ei=SS36UYruMaaR7Abx24HAAw&ved=0CC4QvwUoAA

http://www.lowara.com/multistage-pumps_C2/hm-hms-hmz-horizontal-multistage-centrifugal-pumps_P2666/

http://www.lowara.com/multistage-pumps_C2/hm-hms-hmz-horizontal-multistage-centrifugal-pumps_P2666/


39

5 Índice de figuras del capítulo 1

Figura 1.1 Esquema de la comunicación de la planta multiprocesos .......................... 16

Figura 2.1 Imagen real de la planta multiprocesos. ..................................................... 17

Figura 2.2 Depósito contenedor .................................................................................. 18

Figura 2.3 Depósito colector ....................................................................................... 19

Figura 2.4 Bomba centrífuga ....................................................................................... 19

Figura 2.5 Resistencia térmica de GUNT (2kW) ......................................................... 20

Figura 2.6 Resistencia térmica de 4kW ....................................................................... 20

Figura 2.7 Ejemplo de intercambiador de calor ........................................................... 21

Figura 2.8 Esquema de funcionamiento del equipo de frío ......................................... 21

Figura 2.9 Caudalímetro electromagnético ................................................................. 22

Figura 2.10 Rotámetro ................................................................................................ 23

Figura 2.11 Sensor de nivel capacitivo ....................................................................... 23

Figura 2.12 Sensor de presión .................................................................................... 24

Figura 2.13 Sonda de temperatura CAREL ................................................................. 25

Figura 2.14 Sensor de temperatura RT450.36 de GUNT ............................................ 25

Figura 2.15 Válvula de Ajuste VA1 .............................................................................. 26

Figura 2.16 Ejemplo de válvula solenoide: Actuador lineal y válvula de tres vías ........ 26

Figura 2.17 Funcionamiento de las válvulas solenoides ............................................. 27

Figura 2.18 Válvula de regulación 1 ............................................................................ 27

Figura 2.19 Válvula de regulación 2 y 3 ...................................................................... 28

Figura 1.1 PLC Modicon M340 de Schneider .............................................................. 28

Figura 1.2 Pantalla Táctil Magelis ............................................................................... 31

Figura 3.1 Diseño inicial de la planta, planificación de la posiciones de las tuberías e

instrumentos utilizados ............................................................................................... 33

Figura 3.2 P&ID configuración 1 ................................................................................. 34


Figura 3.4 Control en cascada para la configuración 2 ............................................... 35

Figura 3.5 P&ID de la configuración 3 ......................................................................... 36

Figura 3.6 Control en cascada de la configuración 3................................................... 36



6 Índice de tablas del capítulo 1

Tabla 2.1 Tabla de direcciones IP utilizadas en el router ............................................ 22

Tabla 1.1 Características del Procesador BMX P34 2020 ........................................... 29


40


41

Capítulo 2

Solución adoptada y desarrollo


42


43

7 Introducción

En este capítulo se desarrolla la solución adoptada para el correcto

funcionamiento de la planta multiprocesos y de las comunicaciones del autómata con

la planta y la pantalla de explotación. Posteriormente, se aplica esta solución al

desarrollo de la programación del PLC, mientras que la programación de la pantalla de

explotación se desarrolla como apoyo para que el usuario pueda interactuar con la

planta.

En los primeros apartados se plantea la solución adoptada desde un punto de

vista teórico de cómo se ha de realizar toda la programación, explicando el desarrollo

realizado para la aplicación de la guía GEMMA y de los métodos de conexión.

Posteriormente se desarrolla la programación del autómata y de la pantalla de

explotación, explicando cómo se ha desarrollado y por qué se ha decidido implementar

ciertos elementos.

8 Planteamiento del problema

El problema planteado en este proyecto fin de carrera consiste la creación de

las comunicaciones y estructuración de la programación del autómata que gobierna el

funcionamiento de la planta, con el objetivo de poder aplicar distintas arquitecturas de

control mediante diferentes medios de conexión al autómata. Adicionalmente, hay que

desarrollar la programación de la pantalla de explotación para realizar la gestión de la

planta.

9 Solución adoptada

Para realizar la programación del autómata se ha utilizado el programa Unity de

Schneider en su versión XL y S [11]. Inicialmente se ha estudiado la Guía de Estudios

de Modos de Marcha y Parada [8] (en adelante guía GEMMA). Esta guía tiene como

objetivo definir los modos de funcionamiento, parada y fallo de forma general de

cualquier proceso que sea susceptible de ser automatizado. Como su nombre indica

es una guía orientativa de cómo ordenar la automatización de la producción.

La guía GEMMA define tres situaciones comunes en todo proceso: Parada,

Funcionamiento y Fallo. Cada estado tiene unos subestados correspondientes a

diferentes casos que pueden ocurrir. El estado de producción abarca la producción

normal, los chequeos de los elementos del proceso de producción y los casos de fallo

y parada en los que se pueda se seguir produciendo o se deba alcanzar primero una

producción determinada. Por tanto, como se muestra en la siguiente figura, el estado

de producción se considera una combinación de subestados de las tres situaciones

que se pueden con una mayor intervención del estado de funcionamiento.


44

Haciendo un análisis de esta guía para su aplicación al desarrollo de la planta

multiprocesos, hay que destacar los siguientes hitos:

La producción normal (F1) se considera que la conexión de la planta a

los elementos que ejercen el control es correcto, no que se use

realmente. Esto quiere decir que mientras el autómata permita aplicar

controladores el funcionamiento es normal, independientemente si se

está aplicando el control o no.

Debido a las características de la planta y en concreto a la

consideración de la producción hay varios estados que no se han

considerado necesarios.

En la siguiente figura se muestra la red de estados que quedaría aplicando la

teoría de la guía GEMMA:

Figura 9.1 Procedimiento de funcionamiento según la guía GEMMA


45

Comparando este diagrama con la Figura 9.1 se puede observar que en este

caso se ha considerado que la producción empieza cuando la configuración de la

planta termina. El resto de estados no se tienen en cuenta inicialmente debido a las

características de la planta.

Teniendo en cuenta lo explicado se ha tomado como diagrama de transición de

estados principal de la programación del autómata la Figura 9.2 adaptada al lenguaje

de programación correspondiente ([8]).

La programación del autómata y la pantalla de explotación se han estructurado

de forma que el PLC tenga siempre la prioridad en la ejecución de las acciones sobre

la pantalla. Esto significa que en la pantalla de explotación se pueden modificar datos

y realizar acciones sobre la planta, entre otras cosas, pero el PLC puede impedir la

realización de cualquier acción si lo estima conveniente, avisando al usuario de este

hecho. Por ejemplo, en la pantalla se puede estar diseñando las acciones oportunas

para activar las válvulas de actuación; si se pulsa la seta de emergencia, la pantalla se

ve modificada por este hecho y no se permite la actuación de control sino que el PLC

realiza la tarea de fallo grave.

Figura 9.2 Guía GEMMA aplicada a la planta


46

Para conseguir realizar correctamente las conexiones de la comunicación de

los distintos dispositivos que intervienen en la planta se ha decidido utilizar Ethernet.

Para ello se ha utilizado un router, del fabricante US Robotics ([10]), mediante el cual

se unen los cables del autómata, pantalla y ordenador. Además se puede disponer de

un cable adicional para conectar otro ordenador o incluso conectarse a través de la red

Inalámbrica del dispositivo.

Para la comunicación vía software se han utilizado las herramientas de OPC

que se incluyen con el programa Vijeo Citect para realizar SCADAs ([12]). Estas

herramientas permiten realizar la configuración de la comunicación OPC. Se ha

dedicado el capítulo 4 a su explicación en cada sistema empleado en el proyecto.

Volviendo a la programación, en este caso de la pantalla de explotación se ha

diseñado para que haga la tarea de periférico de aviso y actuación del usuario. Esto

significa que la pantalla no guarda datos relevantes del PLC sino que directamente

escribe, en caso de necesitarlo, directamente en las variables compartidas del

autómata, las cuales se guardan en el autómata.


47

10 Modos de conexión

Se han desarrollado tres modos de conexión para poder controlar la planta

multiprocesos: Modo manual local, modo automático local, modo remoto vía OPC.

Estos modos de conexión están explicados en el capítulo 3.

El modo manual local implica que se pueden manipular, mediante la pantalla de

explotación, la actuación de las válvulas y las resistencias de la planta según la

configuración seleccionada.

El modo automático local implica introducir arquitecturas de control para

realizar lazos en bucle cerrado. En primer lugar, hay que realizar la configuración de la

arquitectura de control que se desea; manteniendo, en el modo manual, los

actuadores necesarios para alcanzar el punto de equilibrio deseado. Posteriormente

se procede a la supervisión del controlador aplicado, pudiendo modificar los

parámetros de este/estos (ganancias, tiempos integrales y derivativos).

Dentro del modo automático local se han podido diseñar varias arquitecturas de

control como son control multivariable, control en cascada y Feed Forward. El

funcionamiento de estas también se explica en el capítulo 3.

Por otra parte el modo remoto a través de la conexión OPC permite la

comunicación con un dispositivo externo de los datos de los sensores y las variables

de los actuadores para realizar cualquier función externa.

11 Programación

11.1 Creación de variables y Nomenclatura

Introducción y justificación 11.1.1

Se ha decido hacer un inciso sobre la nomenclatura de las variables y su

creación debido al gran número de variables que se han manejado durante la

programación de los diversos dispositivos y programas que intervienen en el proyecto.

Hay dos tipos principales de variables: internas de cada sistema y externas.

Por variables internas se entiende las variables propias de cada sistema o dispositivo

que intervienen en el funcionamiento de la planta. En este caso, las empleadas para el

PLC y la pantalla Magelis. Por variables externas hay que entender las variables que

se comparten entre los dos dispositivos de los cuales se hace uso en el proyecto y el

estándar de comunicaciones OPC.


48

11.1.1.1 Variables internas

La estructura de las variables internas de ambos sistemas sigue la siguiente

nomenclatura:

Donde:

I: significa interna.

Nº: Número de la variable, no tiene un orden lógico.

Nombre: Nombre intuitivo de la variable.

Hay que señalar que las variables internas se guardan en cada dispositivo de

manera separada aunque tengan la misma estructura.

A continuación se expone un ejemplo para cada dispositivo:

PLC: I05_auxVR1

Pantalla: I05_c_ini_PID_01_var_man

Para el caso de las entradas y salidas de las tarjetas de adquisición del

autómata se ha realizado un tipo de nomenclatura distinta, como se observa a

continuación:

Dónde:

E/S: Tipo de pin de la tarjeta de adquisición de datos: Entrada (E),

Salida (S).

D/A: Tipo de datos del pin de la tarjeta de adquisición de datos: Digital

(D), Analógico (A).

Nº: Número de entrada o salida.

Nombre: Denominación del uso de la variable.

11.1.1.2 Variables externas

Como se ha comentado anteriormente, las variables externas refieren a las

variables que se comparten entre ambos dispositivos o las variables que se emplean

en el estándar de comunicaciones. Estas las variables externas se almacenan

exclusivamente en el PLC y el resto de elementos pueden modificarlas

independientemente de la autoridad del autómata.

Aunque las variables externas sean compartidas desde el PLC, estas hay que

definirlas en el sistema origen y en el de fin. Se ha tomado como referencia que todas

las variables se definen desde el punto de vista del autómata, o sea que una variable

externa tiene el mismo nombre en ambos sistemas pero hay que tener en cuenta que

se ha definido teniendo en cuenta que es el PLC es el dueño de la variable.

Para estas variables se ha definido una nomenclatura para asignar los nombres

correspondientes. Dicho nombre contiene toda la información posible de la variable

para que a la hora de programar dicha información esté disponible lo más rápido

posible. Se ha decidido numerar las variables puesto que es una manera sencilla y

rápida de encontrar una variable en los buscadores y listados de los programas.


49

La estructura seguida para la nomenclatura de las variables se puede explicar

con el siguiente ejemplo práctico:

Dónde:

Programa: programa para el que está dirigida la variable (OPC, VJ).

Tipo (de variable): Se define el tipo solo para el caso de compartir

variables con la pantalla. Pueden ser: word (W), enteros (int) o

booleanos (nada).

Dirección (de memoria): Número de la posición que ocupa la variable en

la memoria del autómata.

_rw_: lectura (_r_), escritura (_w_) o ambas (_rw_).


A continuación se exponen un par de ejemplos de las variables:

Compartida con la pantalla (VJ): VJW2_w_T2, VJ0_w_ED_EMER.

Compartida con OPC: OPC01_r_VR1.


50

11.2 Programmable Logic Controller (PLC)

Introducción 11.2.1

El PLC es un pequeño ordenador dotado de una serie de tarjetas de

adquisición de datos digitales y analógicos con el objetivo de realizar el control y la

supervisión de un proceso industrial. Se pueden controlar externamente o funcionar de

manera autónoma, avisando en caso de tener algún tipo de fallo.

La programación ha sido convenientemente detallada en el programa adjunto al

proyecto.

Funcionamiento del sistema 11.2.2

La programación de los autómatas es lineal y secuencial, esto quiere decir que

cada línea de código se compila una detrás de otra y que los datos que hayan sido

modificados en líneas anteriores, afectan a líneas siguientes. Por otro lado, el

programa se repite cíclicamente hasta que se apague el sistema.

El hecho que sea secuencial implica que un dato que sea modificado en una

instancia anterior se emplea ya modificado en las siguientes líneas de código que lo

pida. Teniendo en cuenta esto el orden de las secciones en las que se divide la

programación es muy importante. Atendiendo a este hecho se han colocado todas las

lecturas de variables de la planta en la primera parte de la ejecución del PLC y las

escrituras o variables de salida de la planta al final del programa. El orden del resto de

secciones también se ha tenido en cuenta y se ha decidido colocar en orden inverso al

orden de ejecución de las secciones según la red de Petri desarrollada. Esto quiere

decir que si llega un evento de cambio de un estado a otro en la red, el sistema

ejecutará dicho cambio en el siguiente ciclo del programa. En el ciclo previo al cambio

se ejecutará la sección del estado anterior mientras que en el siguiente la sección del

nuevo estado, eliminándose cualquier casuística de coincidencia de ambos estados

dentro del mismo ciclo.

El programa se ordena en función de unas hojas de código llamadas

secciones. Cada sección se puede realizar en distintos lenguajes de programación.

Existen distintos tipos de secciones según el uso de estas y se explican en apartados

posteriores.

La sección principal se llama GEMMA, es una Red de Petri escrita en lenguaje

SFC. Esta sección gobierna el funcionamiento del PLC, habilitando el resto de

secciones, a excepción de las secciones de entrada y salida, según el estado en el

que se encuentra el autómata dentro de la red. El paso inicial es G_A1_REPOSO, el

paso superior de la red según la Figura 11.1.


51

El autómata avanza en la red de Petri según la interacción del usuario con la

pantalla de explotación. El orden habitual de funcionamiento de la red sería el

siguiente:

1. G_A1_REPOSO

2. G_F2_1_INICIO_PREPARACION

3. G_F2_2_INICIO

4. G_F1_CONTROL

5. G_A2_PUESTA_REPOSO

Figura 11.1 Red de Petri:

GEMMA


52

El lenguaje principal utilizado en la programación de las secciones es el

lenguaje de contactos llamado Ladder (LD). Es un lenguaje gráfico de programación

en el que se emplean dibujos típicos de diagramas eléctricos para realizar la

programación. Adicionalmente, para las redes de Petri se utiliza el lenguaje SFC o

Grafcet. Este es un lenguaje muy simple para poder modelas las redes de Petri que se

emplean en la programación del PLC. Por último, se ha empleado el lenguaje ST para

ciertas partes en las que solo se necesita actualizar numerosas variables.

Secciones 11.2.3

Existe una sección por cada estado de la red de Petri del autómata y varias

secciones extras para el control y la supervisión de las variables de entrada y salida.

Además, hay una sección de condiciones de seguridad que, debido a las

características de la planta no se puede tener la realimentación de posibles fallos y,

por tanto, se ha decidido establecer dichas condiciones de seguridad para evitar

averías.

El orden de las secciones establecido en este proyecto es muy importante

debido a que las variables modificadas en una sección anterior pueden influir sobre

secciones siguientes durante la ejecución del código y como consecuencia de ello se

pueden obtener resultados no deseados. A continuación se muestra el orden

establecido para la ejecución de la programación:

Si se observa la Figura 11.2 se puede comprobar que el patrón seguido:

Entrada de variables

Secciones de los estados de la red de Petri general

o Secciones de los estados de la red de Petri secundaria

o Red de Petri secundaria

Red de Petri general

Salida de variables

Figura 11.2 Orden establecido de las secciones del programa


53

Como se puede observar, primero se realiza la ejecución de entradas desde la

planta y desde la pantalla para comprobar si se ha producido algún cambio. Luego se

realiza la ejecución del estado activo en la red de Petri general, y si el estado es de la

red de Petri secundaria, se realiza también el estado adicional que corresponda.

Posteriormente, se ejecuta la red de Petri general para comprobar si se ha activado

alguna condición de franqueo, y por último se envían las salidas.

Este orden es importante debido a la duplicidad de las condiciones de franqueo

en la asignación del control de ambas redes de Petri empleadas. Al activar un

diagrama de estados secundario con un estado de otro diagrama principal ocurre que

debemos tener las mismas condiciones de franqueo para salir de los estados

correspondientes en cada red. Si primero se ejecutase la red de Petri general está

identificaría, por ejemplo, la condición de franqueo de fin de control y pasaría al

siguiente estado: A2_puesta_en_reposo. Al hacer esto, la red secundaria no tiene la

posibilidad de franquear el paso de dicha condición debido a que su estado ya no está

activo. Por tanto, cuando se vuelva a tomar el control de la planta la red secundaria no

estaría en el estado correcto para asignar el control, sino que estaría en el último

estado de control asignado, o sea controlando.

Por otro lado hay que comentar la duplicidad de variables. Las variables

intercambiadas con elementos externos se pueden modificar en cualquier momento

desde el otro dispositivo, independientemente del estado o del proceso que realice el

autómata. Esto quiere decir que si desde la pantalla se decide activar una válvula y la

variable está conectada en todo momento con la variable correspondiente, entonces el

control de la válvula lo tiene la pantalla de explotación en lugar del autómata (caso a

evitar).

Por ello, se ha decidido duplicar especialmente las variables que acceden a los

actuadores de la planta y a las zonas de franqueo. Dicha variables duplicadas solo

pueden ser activadas en determinados estados de diagrama, de forma que, si se

modifica alguna variable de intercambio durante un estado en el que no se encuentra

activo la relación con los elementos de la planta el efecto es nulo. Generalmente, unas

de las variables duplicadas son internas del PLC y siempre están activas (las variables

de las válvulas, por ejemplo), las segundas, sin embargo, son variables compartidas

que solo se permite su relación con las primeras durante ciertos estados del proceso.

11.2.3.1 Sección A1: Reposo

Estado inicial de la red de Petri. No hay ninguna acción a realizar, la planta está

parada.

11.2.3.2 Sección F2.1: Inicio, preparación

Sección de configuración de la planta multiprocesos. Llega la variable de

configuración para activar las válvulas solenoides (VSi) adecuadas. Se tiene

introducen las condiciones de seguridad de parada de bomba y resistencias apagadas.


54

La condición de franqueo es la variable de confirmación desde la pantalla.

11.2.3.3 Sección F2.2: Inicio

Sección de espera para que se realice la configuración. No es necesario

mantener activo la condición de selección de variables del estado anterior puesto que

se mantiene de forma general en la programación del autómata debido a la duplicidad

de las variables.

La condición de franqueo es el tiempo de espera de configuración de la planta

(5 minutos).

11.2.3.4 Sección F1: Control

En este estado se habilita una red de Petri secundaria para determinar qué

conexión se realiza para el control de la planta. Las condiciones de franqueo llegan

desde variables compartidas con la pantalla.

Figura 11.3 Sección F2.1 Inicio preparación


55

Según se active un modo u otro también se activan sus correspondientes

secciones.

11.2.3.4.1 Sección F1: Conexión remota a través de OPC

En sección se habilita el intercambio de información para las variables de OPC.

Se escriben los valores de los sensores y se permite el control externo de las válvulas

y las resistencias de la planta.

La comunicación vía OPC no tiene un protocolo típico de señales, como el tipo

IIC en el cual el mensaje se codifica entre una serie de bits de control; sino que un

servidor conoce las variables que corresponden al standard OPC y el servidor realiza

las modificaciones de las variables. Consecuentemente, no se puede conocer si hay

algún sistema externo conectado a OPC. Por tanto, para solucionar este inconveniente

se ha diseñado un bloque de Unity que consiste tiene por objetivo conocer el estado

del sistema externo.

Figura 11.4 Red de Petri secundaria: Asignación del control


56

El bloque dispone de dos variables de control booleanas control, una de salida

y una de entrada la cual se lee continuamente. En caso de que la entrada cambie

constantemente, el bloque mantiene activa la salida OK y asigna el valor contrario al

de llegada a la salida de control booleana. Si, por el contrario, la entrada de control se

mantiene en el mismo valor durante un tiempo determinado (que se puede modificar

en la pantalla de explotación) el bloque activa la salida de FAIL, se bloquea la

comunicación con OPC y se activa el estado de Fallo Leve. Hay una parte adicional

para evitar el problema de la primera conexión del bloque.

11.2.3.4.2 Sección F1: Conexión manual local

En este modo se permite la manipulación de los actuadores a través de la

pantalla y también se puede visualizar los valores de todos los sensores de la planta.

La sección correspondiente a este modo alberga pulsadores para la variables

booleanas y asignaciones de los valores de las variables intercambiadas con la

pantalla en variables internas del autómata y viceversa.

11.2.3.4.3 Sección F1: Conexión automático local

En el modo automático local se permite la configuración previa y el diseño en

línea de varias arquitecturas de control desde la pantalla de explotación. Se accede

desde el modo el modo manual local y estando este todavía activo se realiza la

configuración de las arquitecturas de control que se quieren aplicar y de las

propiedades adicionales de los controladores.

Para introducir los valores de las propiedades se han habilitado dos opciones.

La primera opción es introducir los valores de las propiedades teniendo en cuenta su

magnitud física. Esto quiere decir que en el caso de activar Variables Ingenieriles se

debe introducir el valor físico de la propiedad. Por el contrario si se activa la opción

Variables Normalizadas el valor de las propiedades hay que introducirlos en tantos por

ciento. En el capítulo 3 aparece la tabla de conversión de las magnitudes físicas a

normalizadas.

En esta parte de la programación se han creado dos secciones. La primera se

utiliza el lenguaje ST para actualizar todas las propiedades y parámetros de diseño de

los controladores.

Figura 11.5 Vigilancia de la comunicación OPC


57

La segunda sección, en el lenguaje LD habitual, se utiliza para implementar los

PIDs y las variables necesarias para la utilización de las variables en valores

normalizados o valores ingenieriles. Esta sección se ha estructurado según el

siguiente orden:

1. Recepción de valores de las propiedades y de los parámetros.

En esta parte solo se realizan escalados de variables y asignaciones de

valores de propiedades.

Figura 11.6 Escalado de variables


58

2. Normalizado de variables

Obligatorio para todas las variables y dependiendo del tipo de control se

activan o no los bloques correspondientes.

Figura 11.7 Normalizado y asignación de las variables a controlar y de punto de equilibrio


59

3. Cálculo de la acción de control (PIDs)

Figura 11.8 Controladores y aplicación de la cascada


60

4. Conversión a variables ingenieriles (si procede)

Figura 11.9 Desescalado de las variables a controlar y de la acción de los PIDs


61

5. Adaptación de las variables para la visualización de las gráficas.

En el caso de las gráficas, las propiedades que restringen los valores del punto

de equilibrio y de la acción de control se utilizan para determinar el escalado de las

gráficas que se visualizan por la pantalla. Estas gráficas están siempre en rangos de

cero a cien. Por tanto, para realizar un ajuste exacto y coherente con las posibilidades

de las gráficas se realizan los escalados necesarios para establecerlo en esos rangos,

teniendo en cuenta los valores de las propiedades oportunas.

11.2.3.4.4 Sección A2: Puesta en reposo

En esta sección se finaliza el control de la planta. Para ello se resetean todas

las variables a sus valores iniciales.

La condición de franqueo es un breve intervalo de tiempo. No hace falta

esperar que las válvulas de configuración vuelvan a su estado inicial debido a que se

activan por calor y al apagarse se enfrían solas.

Figura 11.10 Escalado de las variables de gráficas


62

11.2.3.5 Secciones adicionales

11.2.3.5.1 Sección Congelar (Pausa)

A este estado se accede desde algún modo de conexión o desde el estado de

fallo leve. Se trata de un estado en el que se mantiene la configuración seleccionada

pero se paran los actuadores de la planta. Por último, el estado permite seleccionar si

parar la planta o por el contrario volver a algún modo de conexión.

11.2.3.5.2 Sección D3: Fallo Leve

Esta sección surge de la detección de algún fallo de carácter leve por parte del

autómata. En esta sección se mantiene la configuración de la planta mientras que los

actuadores son detenidos.

Esta sección se activa cuando en alguna otra sección se activa la variable

I73_COND_FALLO_LEVE. Para ello se ha empleado la duplicidad de variables de

manera que todo fallo leve que se produzca en la planta activa la misma señal de fallo

leve.

Por las características de la planta el único fallo leve que existe es la

desconexión de la comunicación en el modo remoto, el cual se activa con la activación

del fallo del Watchdog explicado en el apartado 11.2.3.4.1. Una vez eliminado dicho

fallo se puede volver al estado de control previo, ir al estado congelar o realizar la

parada de la planta.

El programa está diseñado para que en posteriores ampliaciones se pueda

implementar una sección con todos los fallos leves que se puedan producir en la

planta, de forma que se reproduzca durante todos los ciclos.

11.2.3.5.3 Sección D2: Fallo Grave

Al igual que ocurre en el fallo leve, la activación del fallo se realiza con la

variable I72_COND_FALLO_GRAVE y se puede activar desde cualquier otra sección.

Esta sección se activa cuando el PLC detecta algún fallo con dicha

consideración. Actualmente no se ha determinado ningún fallo, salvo la parada por

pulsación de la seta de emergencia, debido a que no existe ninguna realimentación

desde la planta de alguna característica de este tipo. En el caso de los sensores lo

habitual ha sido restringir la actuación en lugar de activar una alarma por fallo grave.

Para esta sección se puede realizar una sección especial que consista en

reconocer todos los fallos graves y activar la sección correspondiente. La sección se

ejecutaría durante todos los ciclos del programa.

11.2.3.5.4 Sección D1: Emergencia

Esta sección se activa como consecuencia de la activación de la seta de

emergencia y, por tanto, de la variable de entrada digital correspondiente. La

activación de la seta viene determina por el usuario a modo emergencia en caso de

detectar comportamientos anómalos en la planta.


63

11.2.3.6 Secciones de entrada

Las secciones de entrada son secciones específicas para gestionar las

entradas de variables desde la planta y desde la pantalla de explotación.

Para ello en la sección de entradas de variables de la planta se gestionan las

entradas analógicas de todos los sensores de la planta. En la Figura 11.11 se muestra

un ejemplo del tratamiento que hay que realizar para cada entrada analógica.

Básicamente se realiza un cambio de variable para adaptar la variable de entrada a la

exigencia del bloque de escalado. En este bloque se realiza el escalado de la variable

en función de la relación entre los valores que se obtienen del sensor y los valores

reales correspondientes.

Por otro lado, en la sección de recepción de variables de la pantalla de

explotación lo único que se reciben son variables booleanas de gran parte de las

condiciones de franqueo de la red de Petri que controla el autómata.

11.2.3.7 Sección de condiciones de seguridad

Esta sección se crea debido a la necesidad de control el uso de ciertos

elementos para que no se lleguen a situaciones en las cuales se genere un fallo grave.

Para ello se ha decidido restringir el uso de ciertos elementos físicos.

Figura 11.11 Ejemplo de variable de entrada analógica

Figura 11.12 Variables de intercambio entre la pantalla de explotación y el autómata


64

En la Figura 11.13 se ha diseñado una condición de seguridad para la bomba.

Para poner en funcionamiento la planta se deben tener dos variables distintos de cero.

El primero es tener activo el control de la bomba, que en cualquier modalidad de

conexión a la planta se activa automáticamente. La segunda variable necesaria es que

la válvula VR1, que regula el caudal de la bomba, esté abierta al menos un uno por

ciento.

Esta condición de seguridad se ha implantado para evitar que la bomba se

averíe en caso de estar funcionamiento sin desplazar caudal.

La segunda condición de seguridad implantada tiene relación con las

resistencias. Para evitar posibles averías por sobrecalentamiento de las resistencias

debido a la falta de movimiento de fluido a través de estas, se ha establecido la

condición que se observa en la Figura 11.14.

En la figura se comprueba que para que las resistencias se puedan encender,

la válvula solenoide número uno debe estar apagada (flujo en línea recta hacia la

entrada de las resistencias) y la bomba activada. Si se cumple esta condición significa

que al menos hay un pequeño flujo pasando por las resistencias y así evitar su

sobrecalentamiento.

Por último en este apartado, se ha diseñado una condición de reinicio de las

variables del PLC para los casos en los que se apague la planta sin realizar

debidamente los pasos necesarios explicados en el capítulo 3.

Figura 11.13 Condición de seguridad: Accionamiento de la bomba

Figura 11.14 Condición de seguridad para el encendido de las resistencias


65

Al encender por primera vez la planta se activa la variable del sistema %S21

durante un ciclo, esa variable activa la variable %S0, denominada arranque frío,

inicializa todas las variables y vuelve todo el programa al estado inicial del sistema.

11.2.3.8 Secciones de salida

Existen dos secciones de salida, una para las variables de actuación de la

planta y otra para las variables compartidas con la pantalla de explotación.

Las secciones de variables de salida son las correspondientes variables de los

actuadores de la planta y consta de tres tipos distintos: Variables de configuración de

la planta, variables de control de las válvulas regulables 1, 2 y 3; y variables de control

de las resistencias. La idea principal de esta sección es servir de intermediario entre

la variable externa que pide la acción del actuador y la variable que lo gobierna.

Las variables de configuración son variables booleanas que gobiernan el

estado de las válvulas solenoides. De forma general se activan durante el paso F2.1

de preparación de la planta y luego se mantienen encendidas hasta la finalización del

control.

Las variables de control de las válvulas regulables 1, 2 y 3 son variables de

salida analógicas. En el ejemplo de la Figura 11.17 se observa que para modificar la

variable de salida primero hay que realizar un escalado previo para enviar los datos

según los requerimientos del actuador. La transformación de real a entero es debido a

que la variable de escalado debe ser un real obligatoriamente.

Figura 11.15 Condiciones de reseteo de las variables tras el reinicio del PLC

Figura 11.16 Variables de configuración


66

Por último, las variables de control de las resistencias son salidas digitales. La

forma de controlarlas es utilizando un tren de pulso de encendido y apagado según la

Figura 11.18.

En la entrada PARA se introducen los parámetros de tiempo, mientras en IN se

introducen el porcentaje de ese intervalo que debe establecerse la salida a uno. Este

intervalo se repite de forma continuada durante la ejecución del programa.

Por otro lado, existe otra sección de salida de variables, pero en esta ocasión

es hacia la pantalla de explotación. En esta sección principalmente se intercambia los

valores de los sensores, el tiempo de espera para finalizar la configuración de la planta

y las señales de control del estado de la planta. Además, en la Figura 11.19, se

emplean dos bloques interesantes:

Figura 11.17 Ejemplo de variable regulable

Figura 11.18 Ejemplo de control de variable de una resistencia


67

La línea superior consiste en un bloque que mantiene la señal de fallo por

activación de la seta de emergencia durante un segundo. La utilidad de esto consiste

en que la planta se quede en estado D1 desde cualquier otro estado, estando para ello

habilitado el franqueo de todas las secciones previas en dicho caso. El segundo

bloque sirve para controlar la pantalla que se visualiza en la pantalla de explotación, se

explica en un apartado posterior.

Figura 11.19 Bloques de la sección de intercambio de variables entre el autómata y la pantalla de explotación


68

11.2.3.9 Bloques funcionales específicos

11.2.3.9.1 Bloque Selección de variable manipulable

Bloque empleado en el modo de conexión automático local para asignar la

acción de control obtenida de los PIDs a la variable de la planta oportuna.

Hay que destacar las entradas-salidas Ini para i=1, 2, 3, 4,5 son un tipo de

variables recursivas de los bloques que sirven para copiar la entrada en la salida pero

sin sobrescribirse siempre el mismo valor. Teniendo en cuenta esto, se ha decido usar

este tipo de entrada de los actuadores para mantener el valor que se asigne a cada

actuador en el modo de conexión manual local, para así mantener dicho valor durante

el uso del modo automático local (a menos que se use como variable a controlar).

Figura 11.20 Bloque de selección de las variables Manipulables


69

11.2.3.9.2 Bloque selección de variables a controlar

Bloque empleado en el modo automático local para asignar el valor de la

variable a controlar para un controlador del modo.

Hay que destacar que los parámetros de desescalado (tercera de las variables

de salida) se utilizan posteriormente para realizar las conversiones de las variables

normalizadas a ingenieriles, si proceden.

Figura 11.21 Bloque de selección de la variable a controlar


70

11.2.3.9.3 Bloque Caso selección de la configuración

Bloque empleado en el estado F2, inicio de preparación. El bloque recibe un

valor entero de uno a cinco. Las salidas son variables booleanas que activan los

actuadores correspondientes a cada configuración.

11.2.3.9.4 Bloque Filtro de nivel (Filtro_LT)

Este bloque ha sido empleado para eliminar los ruidos que introduce el sensor

de nivel. Es aplicable en otros sensores si es necesario.

El filtro realiza la media del número de muestras especificado en la variable

pública N_muestras, obteniendo a una velocidad unas diez muestras por segundo. La

segunda variable pública es dif_max_LT y sirve para determinar la diferencia máxima

admisible de un valor respecto al valor de la media.

Figura 11.22 Bloque de selección de la configuración de la planta

Figura 11.23 Filtro de los sensores


71

11.2.3.9.5 Bloque INT_TO_BOOL

Este bloque se ha diseñado para cumplir la condición de seguridad de

activación de la bomba. El bloque recibe un valor entero, el cual en caso de ser

positivo activa la salida a uno y en caso de ser negativo o cero la desactiva. El objetivo

de este bloque, por tanto, consiste en comprobar si la variable entre es un valor mayor

que cero.

11.2.3.9.6 Watchdog

Este bloque se explica en el modo automático local, apartado 11.2.3.4.3.

Figura 11.24 Bloque de conversión de entero a booleano

Figura 11.25 Bloque de Vigilancia de la comunicación OPC


72

11.2.3.9.7 Conexión pantalla

Este bloque se creado evitar perder la pantalla visualizada en el situaciones en

las que la pantalla se apague involuntariamente. El bloque recibe el tiempo que lleva

funcionando el panel y la identificación del panel actual. El bloque copia y pega la

identificación de entrada en la variable de salida. En el caso de que el tiempo no varíe

durante un tiempo mínimo se considera que la pantalla se ha apagado y se muestra el

último valor guardado antes de pararse la variable de tiempo. Esto se realiza así

puesto que la identificación del panel cambia al volver a encender la pantalla. Por

último, el tiempo mínimo se considera de varios segundos puestos que el encendido

del dispositivo no es instantáneo sino que existe un tiempo de carga de los datos

almacenados (intervalo en el cual no varía la variable de tiempo).

Figura 11.26 Conexión pantalla


73

11.2.3.9.8 Escalado de Variables Ingenieriles/Normalizadas

Este bloque se emplea fundamentalmente para el normalizado y la

reconversión de las variables empleadas en el modo de conexión automático local. El

bloque admite el escalado de dos variables a la vez. Tiene almacenado todos los

escalados que se realizan en la planta para los distintos sensores. La idea es poder

utilizar la misma variable de selección de variable a controlar y manipulable, asignadas

previamente en la pantalla de explotación, para asignar el escalado de la variable de

entrada, y así ser hacer más sencilla la programación.

Los valores de los parámetros de escalado se suponen que están

correctamente calibrados. Para realizar la calibración se debe modificar el valor del

parámetro adecuado en el programa Unity.

Configuración adicional 11.2.4

11.2.4.1 Dirección IP

Para configurar la dirección de IP en la que se establece el autómata hay que

crear la sección correspondiente como se explica en el capítulo 4, apartado 1.2.1. La

comunicación explicada en dicho apartado es la utilizada para la planta multiprocesos.

Figura 11.27 Bloque de escalado y desescalado de variables


74

11.3 Pantalla Magelis

Introducción 11.3.1

La pantalla Magelis es una interfaz hombre-máquina que permite la gestión y

visualización del estado de la misma.

El programa Vijeo Designer permite la creación de los paneles gráficos,

semejantes a los llamados HMI o SCADA, en los cuales se pueden implementar

diversos elementos, siendo útiles para el desarrollo de procedimientos de arranque,

funcionamiento y parada de la planta multiprocesos.

La programación realizada consta de una serie de paneles gráficos y acciones

con los que se han desarrollado toda la programación. Los paneles generalmente

muestran las posibilidades de trabajo o permiten la visualización de valores de los

sensores, actuadores o del estado de la planta y de las tareas que se deben

desarrollar para realizar un correcto funcionamiento de la planta. Las acciones se

utilizan para realizar cambios sobre la pantalla debido a la interacción de esta con el

autómata. Mientras que en los paneles suelen emplear elementos para ser activados,

las acciones son instrucciones que son activadas al llegar la variable correspondiente

desde el PLC.

En la programación de la pantalla Magelis se han empleado una serie de

paneles cuya explicación práctica se explica en el capítulo 3. En el anexo de

programación de la pantalla se incluyen todas las variables, acciones y paneles

utilizados en la pantalla de explotación.

Funcionamiento 11.3.1

La pantalla multiprocesos realiza, de manera continuada, la espera de cambios

que lleguen bien desde la pantalla o bien desde alguna acción activada externamente.

La respuesta suele ser un cambio de panel o la visualización de algún elemento

adicional o especial en el panel que se esté empleando.

El funcionamiento de la pantalla, de forma genérica para cada panel, consiste

en realizar la configuración requerida y activar la variable compartida con el PLC para

activar la condición de franqueo correspondiente y pasar al siguiente estado de la guía

GEMMA. Así por ejemplo en el primer panel, se activa la variable de franqueo

VJ25_r_EP_INTERRUPTOR para la sección de franqueo requerida. Dependiendo del

caso las condiciones de franqueo están ligadas con los cambios de panel en el mismo

elemento.

Se han empleado tres tipos de elementos en el desarrollo de la pantalla. De

forma general en cada elemento se pueden configurar las siguientes características:

Fuentes de color: Generalmente se han configurado varias fuentes

dependiendo de la necesidad.

Fuentes de texto: Estas se emplean para describir los elementos que se

hayan seleccionado previamente. Por ejemplo las configuraciones

adoptadas.


75

Etiquetas: Básicamente son los nombres que se asignan cada

elemento.

Visibilidad: si se activa esta característica implica que en el caso de

cumplirse la condición que se le puede asociar al elemento, entonces se

visualiza este.

Los elementos empleados en el desarrollo de la pantalla se describen a

continuación:

11.3.1.1 Botones

La característica principal de los botones es activar variables o asignar un valor

determinado a la variable que contengan. Tienen un uso fijo, o sea que cada botón es

asignado para que realice siempre las mismas acciones. Por ejemplo, en la Figura

11.28 se observa la configuración del botón Selección de configuración. En este caso

solo se ha configurado un cambio de panel y en la pestaña de visibilidad la condición

correspondiente para su visualización.

De forma general, se pueden configurar operaciones de cambios de panel,

activación o desactivación de variables para las señales booleanas, o asignación de

valores en el caso de variables enteras o reales.

Figura 11.28 Ejemplo de programación de los botones


76

11.3.1.2 Displays

Los displays son elementos utilizados para permitir la visualización de

instrucciones, valores de sensores y la configuración seleccionada, y para introducir

los valores de los actuadores o de propiedades.

Los displays en los cuales está habilitado la introducción de datos tiene

activada la función en su correspondiente pestaña de Input Mode en la configuración.

Por el contario en los botones de visualización solo se asigna la variable

correspondiente y la fuente de texto.

La fuente de texto de puede modificar pulsando sobre el botón habilitado justo

a la derecha de la selección de fuente de color, como se observa en la Figura 11.29.

Esto abre una pestaña en la que se permite la modificación fuentes de textos y de

colores. Estás fuentes se pueden utilizar para cualquier número de elementos con solo

asignar las fuentes de forma similar a la Figura 11.29.

Figura 11.29 Ejemplo de display


77

11.3.1.3 Gráficas

Para el desarrollo de las gráficas hay que abrir en inspector de propiedades del

programa en introducir las variables en el canal adecuado, modificando adicionalmente

tantos las escalas de los ejes como otras propiedades.

Paneles 11.3.2

La pantalla de explotación se compone de una sucesión de paneles y ventanas

emergentes donde se visualizan los distintos elementos gráficos que permiten realizar

diferentes acciones. Estos se pueden visualizar en el capítulo 3.

Acciones 11.3.3

Las acciones son tareas que se disparan al modificarse la variable supervisada.

En ocasiones la activación no depende de una acción realizada por el usuario sino que

el autómata modifica la variable de supervisión para disparar la tarea.

Las acciones están comentadas en el anexo de la programación de la pantalla

de explotación.

Diagrama de estados 11.3.4

A continuación se va a desarrollar una gráfica que relaciona el movimiento de

un panel a otro con la variable que desencadena dicho movimiento para mostrar,

desde una perspectiva global, el desplazamiento entre paneles.

Los estados de la pantalla son los paneles de esta. Cada panel tiene un

objetivo concreto. A continuación se explican los estados de cada panel para,

posteriormente, explicar el diagrama. Para homogeneizar la correspondencia con los

paneles desarrollados en el capítulo 3 para el manual de usuario se va a emplear la

Figura 11.30 Ejemplo de gráficas


78

numeración utilizada en ese capítulo (ejemplo: PMU #) y entre paréntesis la

numeración del panel correspondiente del archivo de la programación de la planta

multiprocesos marcado para diferenciarlos de los primeros (ejemplo: PProg #’):

PMU 1 (PProg 1’): Panel inicial del programa.

PMU 3 (PProg 6’): Selección de configuración.

PMU 4, 5, 6, 7, 8 (Conjuntos Popup Windows 2): Ventanas emergentes de

configuraciones.

PMU 9, 10, 11, 12, 13 (PProg 2’): Panel de instrucciones de cada

configuración.

PMU 14 (PProg 7’): Selección de la conexión.

PMU 15 (PProg 10’): Modo de conexión local.

PMU 17 (PProg 11’): Modo de conexión remota.

PMU 19, 20 (PProg 13’): Modo remoto activado.

PMU 21 (PProg 13’): Modo remoto desactivado, fallo leve.

PMU 22 (PProg 13’): Modo remoto desactivado, Condición de fin desde OPC

PMU 23, 24 (PProg 15’): Modo manual local

PMU 26, 27 (PProg 9’): Configuración del modo automático local.

PMU 28 (PProg 20’): Selección de la variable manipulable PID 01

PMU 29 (PProg 19’): Selección de la variable a controlar PID 01

PMU 30 (PProg 22’): Diseño de los controladores

PMU 33 (PProg 28’): Configuración de las propiedades del PID 01

PMU 34 (PProg 25’): Configuración de las propiedades del PID 02

PMU 35 (PProg 23’): Propiedades para configuración de control Feed Forward

PMU 36 (PProg 9’): Configuración del modo automático local

PMU 37, 38, 39 (PProg 32’): Control automático local en funcionamiento

PMU 40,41 (PProg 8’, 14’, 18’, 31’): Gráficas

PMU 42 (PProg 16’): Puesta en reposo

PMU 44 (PProg 12’): Modo Pausa

PMU 45 (PProg 17’): Fallo Leve

El diagrama de estados mostrado a continuación describe el flujo de paneles

que se ha implementado, indicando en línea gruesa el camino habitual. En la parte

inferior de cada panel se han señalado los estados antes comentados mientras que en

las flechas se indica la variable que se ha de modificar para acceder al siguiente panel,

si no se indica quiere decir que se puede realizar el cambio de panel sin que haya

condición de franqueo.


79

Fig

ura

11

.31

Dia

gra

ma

de

esta

do

s d

e l

as p

an

tall

as d

e

ex

plo

tac

ión


80

12 Conclusiones

Los objetivos de la planta se han desarrollado de manera apropiada al alcance

un proyecto fin de carrera, estableciendo puntos de continuación en numerosos casos

debido a la amplitud de un proyecto de esta envergadura. Este proyecto ha empezado

con la planta ya lista diseñada y construida íntegramente, sin embargo el trabajo

desarrollado ha sido muy completo.

El desarrollo de la estructura de control del autómata ha tenido sus dificultades

para lograr realizar todas las actividades convenientes, pero ha sido un éxito.

La comunicación vía OPC ha quedado desarrollada tanto en la pantalla como

en el ordenador de la planta, pudiendo ser aprovechada para desarrollar cualquier tipo

de actividad posterior. Han aparecido problemas a la hora de realizar el sistema de

vigilancia de la comunicación debido a la combinación de los temporizadores de la

autómata con los tiempos de ciclos del autómata, pero se han solucionado

satisfactoriamente.

En cuanto a la instrumentación de la planta. De la sensórica hay que destacar

negativamente el funcionamiento del sensor de nivel el cual emite unos datos con una

alta variación en la medida. Después de la calibración explicada por el fabricante y de

la aplicación de un filtro se ha conseguido obtener unos resultados más aceptables en

cuánto a la variación de los valores obtenidos pero son muy complicados de correlar

con la medida real, teniendo que realizar una calibración previa si se desea obtener

datos reales en el momento de su uso. Si no se realiza dicha calibración, se pueden

emplear las medidas que se obtengan del sensor de forma relativa a su valor y no en

términos absolutos, o sea que aunque la medida sea errónea se puede realizar el

control respecto a la medida que se obtenga.

Respecto al aprendizaje, el desarrollo del proyecto ha servido para profundizar

en muchos temas como pueden ser programación de autómatas, de pantallas de

explotación, aplicación de las directrices de estructuración de la automatización,

manipulación de sensores y actuadores, comunicación TCP/IP y OPC y aplicación real

de algoritmos de control, entre otros. También se han desarrollado aptitudes como

pueden ser organización y gestión del trabajo en solitario, creación de documentación

clara y con contenidos precisos, sentido del orden y planificación del trabajo a realizar.


81

13 Temas pendientes o acciones futuras

13.1 Realización de calibraciones y comprobaciones online. (F4, F5, F6).

Se propone completar los posibles estados de error que hayan en la planta con

el fin realizar una mejor supervisión del control de la planta, incluyendo el desarrollo de

secciones propias para la detección de errores y mejorar el tratamiento de estos.

Se deja como idea adicional, implementar el resto de estado de la guía

GEMMA no considerados para este proyecto.

13.2 Cambiar los displays de FF por selecciones de variables

Para realizar un mejor uso del control Feed Forward, se propone realizar un

cambio respecto al uso actual. Actualmente está diseñado de forma que se introduzca

la medida de la perturbación manualmente. Esto implica la asunción de que la

perturbación es una magnitud constante.

Se propone cambiar la entrada de la medida de la perturbación por una

variable medible de la planta y no seleccionada para los controladores. De esta forma

se puede emplear valores conocidos de la planta, pero debido a estos valores puede

ocurrir que no se pueda determinar qué parte de la medida es real y qué parte es

perturbación. Para resolverlo se propone tabular las medidas de los sensores de forma

que la medida utilizada para el Feed Forward se compare con la medida tabulada y en

caso haber una gran discrepancia se considere la diferencia como medida de Feed

Forward.

13.3 Uso conjunto de las resistencias y las válvulas VR2 y VR3.

Se propone añadir otras variables manipulables adicionales que sean el uso

conjunto de las resistencias por un lado y de las válvulas VR2 y VR3 por otro. Debido

a las características de la planta, el uso conjunto sería muy recomendado para obtener

unos resultados de control por temperatura más claros y se simplificaría el control que

hay que realizar.


82



[9] Manual de uso del autómata Modicon M340, Schneider Electric, www.schneider-

electric.com

[10] Router USR-8054 de US Robotics www.usrobotics.com

[11] Unity ediciones XL o S, de Schneider Electric: http://www.schneiderelectric.es/

[12] OFS configuration tools, OPC Factory Server incluidos en Vijeo Citect 7.1, de Schneider

electric: http://www.schneiderelectric.es/



http://www.usrobotics.com/

http://www.schneiderelectric.es/

http://www.schneiderelectric.es/


83


Figura 1.1 Esquema de la comunicación de la planta multiprocesos .......................... 16

Figura 2.1 Imagen real de la planta multiprocesos. ..................................................... 17

Figura 2.2 Depósito contenedor .................................................................................. 18

Figura 2.3 Depósito colector ....................................................................................... 19

Figura 2.4 Bomba centrífuga ....................................................................................... 19

Figura 2.5 Resistencia térmica de GUNT (2kW) ......................................................... 20

Figura 2.6 Resistencia térmica de 4kW ....................................................................... 20

Figura 2.7 Ejemplo de intercambiador de calor ........................................................... 21

Figura 2.8 Esquema de funcionamiento del equipo de frío ......................................... 21

Figura 2.9 Caudalímetro electromagnético ................................................................. 22

Figura 2.10 Rotámetro ................................................................................................ 23

Figura 2.11 Sensor de nivel capacitivo ....................................................................... 23

Figura 2.12 Sensor de presión .................................................................................... 24

Figura 2.13 Sonda de temperatura CAREL ................................................................. 25

Figura 2.14 Sensor de temperatura RT450.36 de GUNT ............................................ 25

Figura 2.15 Válvula de Ajuste VA1 .............................................................................. 26

Figura 2.16 Ejemplo de válvula solenoide: Actuador lineal y válvula de tres vías ........ 26

Figura 2.17 Funcionamiento de las válvulas solenoides ............................................. 27

Figura 2.18 Válvula de regulación 1 ............................................................................ 27

Figura 2.19 Válvula de regulación 2 y 3 ...................................................................... 28

Figura 1.1 PLC Modicon M340 de Schneider .............................................................. 28

Figura 1.2 Pantalla Táctil Magelis ............................................................................... 31

Figura 3.1 Diseño inicial de la planta, planificación de la posiciones de las tuberías e

instrumentos utilizados ............................................................................................... 33



Figura 3.4 Control en cascada para la configuración 2 ............................................... 35


Figura 3.6 Control en cascada de la configuración 3................................................... 36



Figura 9.1 Procedimiento de funcionamiento según la guía GEMMA .......................... 44

Figura 9.2 Guía GEMMA aplicada a la planta ............................................................. 45

Figura 11.1 Red de Petri: GEMMA .............................................................................. 51

Figura 11.2 Orden establecido de las secciones del programa ................................... 52

Figura 11.3 Sección F2.1 Inicio preparación ............................................................... 54

Figura 11.4 Red de Petri secundaria: Asignación del control ...................................... 55

Figura 11.5 Vigilancia de la comunicación OPC .......................................................... 56

Figura 11.6 Escalado de variables .............................................................................. 57

Figura 11.7 Normalizado y asignación de las variables a controlar y de punto de

equilibrio ..................................................................................................................... 58

Figura 11.8 Controladores y aplicación de la cascada ................................................ 59

Figura 11.9 Desescalado de las variables a controlar y de la acción de los PIDs ....... 60

Figura 11.10 Escalado de las variables de gráficas .................................................... 61

Figura 11.11 Ejemplo de variable de entrada analógica .............................................. 63


84

Figura 11.12 Variables de intercambio entre la pantalla de explotación y el autómata 63

Figura 11.13 Condición de seguridad: Accionamiento de la bomba ............................ 64

Figura 11.14 Condición de seguridad para el encendido de las resistencias .............. 64

Figura 11.15 Condiciones de reseteo de las variables tras el reinicio del PLC ............ 65

Figura 11.16 Variables de configuración ..................................................................... 65

Figura 11.17 Ejemplo de variable regulable ................................................................ 66

Figura 11.18 Ejemplo de control de variable de una resistencia ................................. 66

Figura 11.19 Bloques de la sección de intercambio de variables entre el autómata y la

pantalla de explotación ............................................................................................... 67

Figura 11.20 Bloque de selección de las variables Manipulables ................................ 68

Figura 11.21 Bloque de selección de la variable a controlar ....................................... 69

Figura 11.22 Bloque de selección de la configuración de la planta ............................. 70

Figura 11.23 Filtro de los sensores ............................................................................. 70

Figura 11.24 Bloque de conversión de entero a booleano .......................................... 71

Figura 11.25 Bloque de Vigilancia de la comunicación OPC ....................................... 71

Figura 11.26 Conexión pantalla .................................................................................. 72

Figura 11.27 Bloque de escalado y desescalado de variables .................................... 73

Figura 11.28 Ejemplo de programación de los botones .............................................. 75

Figura 11.29 Ejemplo de display ................................................................................. 76

Figura 11.30 Ejemplo de gráficas................................................................................ 77

Figura 11.31 Diagrama de estados de las pantallas de explotación ............................ 79


85

Capítulo 3

Manual de usuario de la pantalla Magelis


86


87

16 Introducción

En este manual se explica el funcionamiento del programa desarrollado para la

pantalla Magelis, la cual se encuentra ubicada en la planta multiprocesos.

El objetivo principal del proyecto, que engloba el uso de la pantalla Magelis, es

desarrollar los modos de conexión del usuario a la planta. Este objetivo influye

directamente en el diseño y desarrollo de los diferentes paneles que se incluyen en el

software de la pantalla. Por ello en el trabajo previo se definieron los modos de

funcionamiento de la planta.

La planta tiene tres modos de funcionamientos programados: Remoto OPC,

Manual local y Automático local. Hay que tener en cuenta que el modo automático

local solo se puede acceder configurándolo previamente desde modo manual local. El

modo remoto OPC, como su nombre indica, permite la conexión del PLC que gobierna

la planta multiprocesos mediante el estándar de comunicación OPC con un ordenador,

en el que se ejecuta Matlab para que este pueda realizar el control de la planta.

17 Pantalla Magelis

17.1 Introducción

El programa desarrollado para la pantalla Magelis interacciona con el autómata

que gobierna la planta con el objetivo de conseguir realizar las conexiones deseadas

entre el usuario y la planta multiprocesos.

El procedimiento que se ha seguido para la estructuración del proceso está

reflejado en la guía GEMMA ([1]) explicada en capítulos anteriores, según la cual se

debe estructurar el desarrollo de la programación según tres conceptos:

Arranque/Parada, Funcionamiento, y Fallo.

En el modo Arranque/Parada, el objetivo prioritario consiste en realizar las

tareas necesarias para que el sistema pueda entrar en funcionamiento correctamente.

Para la planta multiprocesos se debe configurar, en primer lugar, las válvulas que

Figura 16.1 Esquema de la comunicación realizada


88

determinan el circuito que el usuario desea utilizar. Posteriormente, antes de entrar en

funcionamiento, se debe elegir el modo de conexión que se desea, ya sea remoto o

local.

En el modo Funcionamiento, se considera que la planta está perfectamente

configurada y se pasa a la manipulación de la planta. Durante este procedimiento el

PLC comprueba que no ocurra ningún fallo ni que el botón de la seta de emergencia

haya sido pulsado. Cuando el usuario indique que se ha finalizado el modo de

funcionamiento, el autómata procede a la parada de la planta.

El modo Fallo se ejecuta cuando ocurren tres tipos de fallos distintos: Fallo

Leve, Fallo Grave, Seta de Emergencia. El Fallo Leve es un tipo de fallo en el cual no

es necesario parar la planta para repararla, debido a que la producción no se ve

afectada. Para la planta multiprocesos significa que no es necesario realizar la

configuración del circuito deseado de nuevo en caso de ocurrir este tipo de fallo. En el

caso de Fallo Grave la planta se para completamente y se lleva a un modo en el que

se sugiere el posible fallo ocurrido. Una vez resuelto se debe volver a realizar el

arranque de la planta. Por último, en el caso de la activación de la Seta de Emergencia

en la pantalla aparece la ventana emergente de la Figura 17.10 y se aparece la opción

de parar la planta evitar mayor problemas.

17.2 Modos de trabajo

Manual Local 17.2.1

El modo manual local responde a la necesidad de realizar un ajuste previo al

control automático de la planta con el fin de alcanzar las condiciones de

funcionamiento necesarias para cada tipo de control. Por ello en este modo se

permiten realizar cambios en los actuadores habilitados según el circuito seleccionado.

Automático Local 17.2.2

A este modo se accede desde el modo manual local. En este modo primero se

configura el tipo de control que se desea utilizar y las condiciones de funcionamiento

del mismo y posteriormente se realiza el control. Para la realización de la configuración

previa el sistema tiene que alcanzar antes el punto de funcionamiento deseado y

posteriormente mantener los actuadores activados mientras se configuran los

controladores. Esto es necesario porque el modo automático local no se aplica

instantáneamente, y por ello el modo manual local se prolonga durante la

configuración del modo automático local.

Remoto vía OPC 17.2.3

Este modo es el que menos trabajo requiere desde la pantalla. Una vez

activado este modo la pantalla solo refleja el estado de la conexión con el ente externo

que se conecta al PLC.

Para realizar una correcta conexión a este modo se recomienda ejecutar en

primer lugar el sistema externo que se desea conectar al autómata para

posteriormente permitir la dicha conexión desde la pantalla. Se recomienda hacerlo de

esta forma por dos sencillas razones. La primera es que si se conecta primero Matlab,

este programa no reporta ningún fallo ni se detiene en caso de no estar conectado. Al


89

ser un cliente de OPC recibe y envía al servidor, el cual luego se encarga luego de

transmitir los cambios al autómata. La segunda razón es que el PLC tiene un tiempo

máximo para detectar la conexión OPC y si se excede ese tiempo sin realizarse dicha

conexión se incurre en un fallo leve, el cual se puede subsanar sin problemas pero es

desaconsejable que esto ocurra.

17.3 Procedimiento de funcionamiento de la pantalla Magelis

En este apartado se va a explicar detenidamente los paneles que intervienen

en el funcionamiento de la pantalla. Para ello se va a explicar todo el procedimiento

desde el punto de vista del usuario enfrentado a la pantalla y las posibilidades que

puede aprovechar este de la pantalla.

Ideas generales 17.3.1

Antes de empezar a usar la pantalla Magelis hay que tener una serie de ideas o

formas de proceder claras para entender todas las posibilidades que tiene el programa

realizado.

El diseño de la pantalla consta de una serie de paneles en los que se expone la

información de la planta o las opciones disponibles según la configuración del

autómata. Hay que mencionar que aunque se hable de distintos paneles en ocasiones

se trata del mismo panel pero se realiza un cambio significativo en la pantalla.

En primer lugar, hay dos tipos de botones principales: botones que mueven de

un panel a otro y botones de activación/desactivación. En la Figura 17.1 se puede

observar los diferentes tipos de botones. A la izquierda, en tono anaranjado, se

ejemplifica los botones que sirven para ir de un panel a otro. A la derecha, en tonos

verde y rojo, aparecen los botones de activación y desactivación respectivamente.

En ciertos casos existen también otro tipo de botones a caballo entre la

tipología de botones anteriores y que sirven para avanzar a siguientes paneles de

configuración, pero en caso de volver al panel anterior resaltan la última opción

seleccionada (Figura 17.2 Botones recordatorio de configuración).

Figura 17.1 Tipología de botones creados para la pantalla Magelis

Figura 17.2 Botones recordatorio de configuración


90

Hay dos tipos de displays numéricos: azules y grises. Los azules solo muestran

datos de la variable que representan; mientras que los grises son solo asignables, esto

quiere decir que se pueden pulsar para desplegar un panel numérico e introducir el

valor apropiado a cada elemento.

Inicialización de la pantalla 17.3.2

La pantalla muestra una serie de paneles de configuración propios de la

pantalla en los cuales se gestionan como se muestran en la Figura 17.4:

A continuación de estos paneles puede ocurrir dos cosas: si es la primera inicialización

de la pantalla, el primer panel que aparecerá será el Panel 1. En el caso de que el PLC

estuviera encendido y la pantalla apagada, el primer panel que aparecerá será el panel

que se estuvo manipulando durante el último uso de la planta. Este último caso sirve

para

Figura 17.3 Displays numéricos de lectura y escritura y panel numérico

Figura 17.4 Paneles de inicialización de la pantalla


91

Inicio 17.3.3

Panel 1

Panel inicial del programa:

CONFIG: accede a la configuración de la pantalla

APAGAR: apaga la pantalla

Inicio PLC: Inicia el PLC y pasa al Panel 2

Panel 2

Panel inicial del programa:

CONFIG: accede a la configuración de la pantalla

APAGAR: apaga la pantalla

Selección de configuración: accede al panel para la selección de la configuración explicada en 17.3.4

Paneles de selección de configuración 17.3.4

Panel 3

Selección de la configuración inicial: En esta pantalla se muestran las posibles configuraciones explicando cuáles son las Variables Controlables (VC) y variables manipulables (VM) de cada una:

C1, C2, C3, C4, C5: activa la ventana emergente correspondiente a cada configuración. (Para más información véase el siguiente apartado o el capítulo 1.3)


92

17.3.4.1 Ventanas emergentes de cada configuración

En cada panel mostrado a continuación se muestran las configuraciones que

toman la planta y los principales elementos que intervienen en ella o que se pueden

emplear en ella:

Panel 4

Configuración 1:

VC: Presión (PT) y Nivel (LT) VM: Válvula Regulable 1 (VR1) Botones

Continuar: Avanza al Panel 9

: Cierra la ventana emergente (vuelve al Panel 3)

Panel 5

Configuración 2: VC: Presión (PT), Nivel (LT) y Caudal (FT) VM: Válvula Regulable 1 (VR1) Botones



Panel 6

Configuración 3:

VC: Presión (PT), Nivel (LT) y Caudal (FT) VM: Válvula Regulable 1 (VR1) Botones




93

Panel 7

Configuración 4:

VC: Presión (PT), Nivel (LT), Caudal (FT) y Temperaturas (TT1, TT2, TT3, TT4, TT5, TT6, TT7, TT8 y TT9) VM: Válvulas Regulables 1,2 y 3 (VR1, VR2 y VR3) Botones



Panel 8

Configuración 5:

VC: Presión (PT), Nivel (LT), Caudal (FT) y Temperaturas (TT1, TT2, TT3, TT4, TT5, TT6, TT7, TT8 y TT9) VM: Válvulas Regulables 1, 2 y 3 (VR1, VR2 y VR3) Botones




94

17.3.4.2 Indicaciones de cada configuración

Panel 9

Instrucciones de la CONFIGURACIÓN 1

Modificar manualmente:

Válvula Ajustable 1 (VA1)= 2.75

CERRAR Válvula Manual 3 (VM3)

Válvula de bomba ABIERTA

CERRAR válvula de evacuación

Botones:

Volver a la selección de configuración: Vuelve al Panel 3 para volver a seleccionar la configuración deseada

¿Confirmar configuración?: Se acepta definitivamente la configuración y continua hacia el Panel 14, selección de la conexión

Panel 10




Válvula Manual 3 (VM3) ABIERTA

Válvula de bomba ABIERTA


Botones:



Panel 11





Válvula de la bomba ABIERTA

CERRAR válvula de evacuación Botones:




95

Panel 12





COMPROBAR posición de las Válvulas Regulables 2 y 3 (VR2, VR3)

Seleccionar modo automático de las resistencias


CERRAR válvula de evacuación Botones:



Panel 13


Modificar:



COMPROBAR posición de las Válvulas Regulables 2 y 3 (VR2, VR3)

Seleccionar modo automático de las resistencias



Botones:




96

Modo de conexión/control 17.3.5

En las siguientes pantallas se muestran, en tono azulado, la configuración que

se ha seleccionado y el tiempo que hay que esperar, en segundos, para que la

configuración seleccionada se haya completado correctamente.

Panel 14

Selección del tipo de conexión Botones: Conexión Remota: Selecciona la

conexión remota al autómata. Avanza al Panel 17. Si el tiempo ha llegado a cero, la pantalla pasa al Panel 18.

Conexión Local: Selecciona la conexión local al autómata. Avanza al Panel 15. Si el tiempo ha llegado a cero la pantalla pasa al Panel 16.

Panel 15

Modo de conexión local Pantalla de espera del modo local. Cuando el tiempo de espera llega a cero aparece un botón en la esquina inferior izquierda como se muestra en el Panel 16. Botones:

Volver a selección de control: vuelve al Panel 14

Panel 16

Modo de conexión local Pantalla de espera del modo local. Tiempo de espera finalizado. Botones:


Confirmar conexión: Se confirma definitivamente el tipo de conexión. Avanza al Panel 23


97

Panel 17

Modo de conexión remota a través de OPC Pantalla de espera del modo remoto. Cuando el tiempo de espera llega a cero aparece un botón en la esquina inferior izquierda como se muestra en el Panel 18. Botones:


Panel 18

Modo de conexión remota a través de OPC

Pantalla de espera del modo local. Tiempo de espera finalizado. Botones:


Confirmar conexión: Se confirma definitivamente el tipo de conexión. Avanza al Panel 19


98

17.3.5.1 Conexión Remota

En todos los paneles pertenecientes a la conexión remota se muestra la misma

información:

Configuración seleccionada: muestra la configuración seleccionada

previamente.

El tiempo máximo sin comunicación permitido(s): indica el tiempo

máximo que el autómata permite no tener conexión con el sistema externo.

Por defecto, el tiempo se establece en 10 segundos.

Estado de la conexión: muestra el estado actual de la conexión en cada

caso. La pantalla actualiza automáticamente el estado de dicha conexión.

Panel 19

Modo remoto ACTIVADO Estado de la conexión: todavía no se ha realizado la primera conexión. Se espera a la realización independientemente del tiempo de espera introducido. Botones:

Ir a modo pausa: Finaliza el control que realizado. Avanza al Panel 44

Parar planta: Detiene el funcionamiento de la planta. Avanza al Panel 42

Panel 20

Modo remoto ACTIVADO Estado de la conexión: La conexión se ha realizado correctamente. En caso de fallo, el sistema pasa automáticamente al Panel 21. Botones:

Ir a modo pausa: Finaliza el control que realizado. Avanza al Panel 44

Parar planta: Detiene el funcionamiento de la planta. Avanza al Panel 42

Panel 21

Modo remoto DESACTIVADO Estado de la conexión: En este caso se ha producido un fallo en la conexión y, por tanto, el autómata a fallo leve. Botones:

Detectado fallo leve. Pulsar para ir a opciones: Se para el control del sistema debido a un fallo leve. Se avanza al Panel 45.


99

Panel 22

Modo remoto DESACTIVADO Estado de la conexión: Se ha desactivado la conexión desde el dispositivo conectado vía OPC. Se procede al modo reposo establecido en el autómata. Botones:

Detectada condición de fin externa. Ir a modo Reposo: accede al Panel 42

17.3.5.2 Conexión Manual Local

El modo manual local consiste en accionar los actuadores y obtener medidas

de los sensores directamente desde la pantalla. Este modo está concebido para

realizar la preparación previa del modo automático local y también para realizar

pruebas controladas de los actuadores y los sensores.

Este modo se inicia en el Panel 23. A la izquierda se sitúan las variables

manipulables o los actuadores de la planta, mientras que a la derecha se encuentran

los valores de los sensores. El valor de cada actuador se puede modificar pulsando

sobre el recuadro del actuador y modificando el valor utilizando el panel numérico que

se despliega.

Dependiendo de la configuración elegida aparecen los actuadores y sensores

apropiados. El Panel 23, por ejemplo, muestra los elementos que intervienen en las

configuraciones 4 y 5. Por otro lado, en el Panel 24 se encuentran disponibles menos

sensores y actuadores para las configuraciones 1, 2 y 3 puesto que los que no

aparecen no intervienen en estas.

Panel 23 Modo manual local para configuración 4 y 5


100

A continuación se explican los botones de esta configuración:

Ir a modo pausa: finaliza el control que realizado. Avanza al Panel 44

Modo automático local: avanza al Panel 26. Se inicia la configuración del

modo automático local. Mientras los actuadores de la planta siguen

funcionando conforme se hayan asignado en el modo manual local.

Parar planta: detiene el funcionamiento de la planta. Avanza al Panel 42.

Por último, en la esquina superior derecha aparece el símbolo . Este

elemento identifica la configuración seleccionada previamente. Aparece en todo

momento para no perder esta información durante la manipulación de la planta.

17.3.5.3 Conexión Automático Local

En este modo hay que realizar dos pasos. El primer paso consiste en

configurar correctamente la planta de acuerdo con el tipo de control que se desea

realizar. En el apartado 17.3.5.3.1 se explica cómo hacer la configuración de este

modo.

En los apartados 0 y 0 se explica el modo automático local y las gráficas que se

muestran en la pantalla.

17.3.5.3.1 Configuración del modo automático

En el Panel 25 se muestra la pantalla de configuración del modo automático

local. En el podemos visualizar varios botones que llevan a otros tantos paneles para

configurar las distintas posibilidades de control que existen.

Panel 24 Modo manual local para las configuraciones 1, 2 y 3


101

De forma general hay varios puntos a tener en cuenta:

Desde este modo no se puede parar la planta. Para ello hay que volver al modo

manual local.

La configuración se realiza previamente durante el modo manual local. Una vez

configurados los controladores y sus propiedades si se desea hacer alguna

corrección se debe volver a realizar la configuración completa. Solo los

parámetros se pueden volver a configurar.

Panel 25 Configuración del modo automático local


102

17.3.5.3.1.1 Botones de activación /desactivación

En la pantalla principal de configuración existen diversos botones de activación

o desactivación de propiedades de interés según el tipo de control que se realice.

En primer lugar, en la Figura 17.5, se observa el efecto de activar el segundo

PID. Los botones “VC2” y “VM2” se habilitan para poder seleccionar las variables

correspondientes.

Adicionalmente, se puede pulsar el botón destinado para el control tipo

cascada. En la Figura 17.6 se observa el efecto de activar el modo cascada. En el

apartado 17.4.3 se explica cómo funciona este tipo de controlador y se determina cuál

es el PID que manipula la variable que actúa sobre la planta y cuál es el PID que actúa

sobre el punto de equilibrio.

Por último, el botón de “Variables NORMALIZADAS/INGENIERILES activas”

tiene como función permitir al usuario introducir los valores de la variables según dos

tipos: Variables Normalizadas y Variables Ingenieriles (Véase apartado 0). La

diferenciación de un tipo u otro de variable se hace mediante el definiendo como

Normalizado o Ingenieril a la variable correspondiente o por las abreviaturas V.I. y V.N.

En las siguientes figuras (Figura 17.7) se observa el efecto de activar un tipo de

variable u otro.

Figura 17.5 Botón PID 02 activado/DESactivado

Figura 17.6 Activación del controlador en cascada


103

A partir de aquí se sigue el esquema estándar de las explicaciones de las

pantallas:

Panel 26

Configuración del modo automático local Botones:

VC1: Avanza a la selección de la variable controlable del PID 1 (Panel 29)

VM1: Avanza a la selección de la variable manipulable del PID 1 (Panel 28)

PID 02 DESactivado/Activado: Botón de activación y desactivación del PID 2. Avanza al Panel 27.

Parámetros: Accede al panel de configuración de los parámetros de diseño de ambos PIDs (Panel 30)

Configuración PID 01: Accede a la configuración adicional y necesaria del PID 1 (Panel 33). Dentro de este panel se puede acceder a la configuración del PID 2.

FF: Accede a la configuración de control Feed Forward (Panel 35).

Cascada DESactivada/activada: Botón de activación y desactivación del controlador tipo cascada.

Volver a control manual: Botón para volver al modo manual local. Retrocede al Panel 23.

Var. NORMALIZADAS/INGENIERILES activas: Cambia el modo en el cual el autómata interpreta los datos.

Figura 17.7 Diferenciación entre V.N. y V.I.


104

Panel 27

Configuración del modo automático local Este panel aparece cuando se pulsa PID 02 DESactivado/Activado en el Panel 26 Botones adicionales al Panel 26:

VC2: Avanza a la selección de la variable controlable del PID 2 (similar al Panel 29)

VM2: Avanza a la selección de la variable manipulable del PID 2 (similar al Panel 28)

PID 02 DESactivado/Activado: Botón de activación y desactivación del PID 2

Una vez seleccionada las variables

controladas y manipulables e introducidos los valores de los parámetros de diseño de los controladores activados, se avanza al Panel 36.

Panel 28

Selección de la variable manipulable PID 01 Este panel es válido tanto para VM1 como para VM2. Seleccionar la variable deseada como variable manipulable:

VR1: Válvula Regulable 1



R1: Resistencia 1

R2: Resistencia 2

Volver: Retrocede al Panel 27, Panel 28.

Panel 29

Selección de la variable a controlar PID 01 Este panel es válido tanto para VC1 como para VC2. Seleccionar la variable deseada como variable controlable:

PT: Sensor de presión.

LT: Sensor de nivel.

FT: Sensor de caudal.

TT1…TT9: Sensores de temperatura

Volver: Retrocede al Panel 27, Panel 28.

Panel 30

Diseño de los controladores Del Panel 26. En este panel introducen los parámetros de diseño de los controladores según cada columna. Según la estructura que se explica en el apartado17.4.1. y según el tipo de variable seleccionado:

Kp (V.N. /V.I.): Ganancia del controlador.

Ti (ms): Tiempo integral.

Td (ms): Tiempo derivativo.

Set Point (V.N. /V.I.): punto de equilibrio deseado de la variable controlable.


105

Uo (V.N. /V.I.): punto de equilibrio deseado de la variable controlable.

Confirmar controlador: Se confirman los valores del controlador. Avanza al Panel 31.

En caso de haber activado el modo

cascada aparece el Panel 32.

Panel 31

Diseño de los controladores Similar al Panel 30. En este caso se ha confirmado por primera vez los parámetros de diseño del controlador y, consecuencia de ello, aparece el siguiente botón:

Volver: retrocede al Panel 27/Panel 28.

Panel 32

Diseño de los controladores, caso cascada Similar al Panel 30. En este caso se tiene en cuenta el controlador tipo cascada. Cuando se confirma el controlador aparece el botón Volver, de forma similar al Panel 31.

Panel 33

Configuración de las propiedades del PID 01 Del Panel 27/Panel 28. En este panel se introducen las propiedades implícitas de los controladores (Para más información consultar el apartado 17.5), siendo estas:

Límite PV superior Normalizado/Real

Límite PV inferior Normalizado/Real

Límite superior acción PID Normalizado/Real

Límite inferior acción PID Normalizado/Real

Acción DIRECTA/INVERSA activada

AntiWindUp activado/DESactivado

Uso diferencia/Real

Ir a configuración PID 02: Avanza al Panel 34 para poder modificar las propiedades del segundo controlador.


106

Volver: Retrocede al Panel 27/Panel 28.

Panel 34

Configuración de las propiedades del PID 02 Del Panel 33. Similar a dicho panel para el segundo controlador.

Panel 35

Propiedades para configuración de control Feed Forward Del Panel 28/Panel 29. Por defecto no hay actuación de dicho tipo de controlador. Para más información véase el aparatado17.4.4.

Límite superior entrada (V.N.)/(V.I.)

Límite inferior entrada (V.N.)/(V.I.)

Límite superior salida (V.N.)/(V.I.)

Límite inferior salida (V.N.)/(V.I.)

Perturbación medida (V.N.)/(V.I.)

Volver: Retrocede al Panel 28/Panel 29.

Panel 36

Configuración del modo automático local Del Panel 28/Panel 29. En el panel principal de la configuración del modo automático local aparece el botón confirmar control al introducir por primera vez las variables controlables necesarias y el valor de los parámetros de diseño de los controladores deseados.

Botón adicional:

Confirmar control: Activa el modo automático local. Avanza al Panel 37.

'


107

17.3.5.3.2 Funcionamiento

El modo automático local entra en funcionamiento desde el momento que se

confirma el control. En los paneles siguientes se explica cómo interactúa la pantalla y

el autómata.

Panel 37

Control automático local en funcionamiento: Un solo PID. Del Panel 27/Panel 28. Las variables seleccionadas aparecen en los cuadros en tono azulado. Si corresponde, aparece el PID 2 como se muestra en el Panel 38 o en el Panel 39 para el modo cascada. Botones:

Parámetros: Accede al Panel 31, para poder modificar los parámetros en línea.

Gráficos: Accede al Panel 40.

Ir a modo pausa: Avanza al Panel 44.

Volver a manual: Retrocede al Panel 23. Restablece las variables controlables y manipulables y los valores de los parámetros de los PIDs.

Panel 38

Control automático local en funcionamiento: Control multivariable. Del Panel 37. Versión del panel automático local en funcionamiento para el caso en el que se usen los dos controladores de forma independiente. Uso similar al explicado en el Panel 37.

Panel 39

Control automático local en funcionamiento: Control cascada. Del Panel 37. Versión del panel automático local en funcionamiento para el caso en el que se usen los dos controladores en cascada. Uso similar al explicado en el Panel 37.


108

17.3.5.3.2.1 Gráficas

Las gráficas que se explican a continuación son para el primer controlador pero

se aplica de manera análoga al segundo.

En el Panel 40 se muestra las gráficas para el valor de la variable controlada y

el punto de equilibrio seleccionado. Los valores están siempre normalizados (0-

100%) para el eje de ordenadas independientemente de la variable seleccionada,

mientras que el eje de abscisa es el número de muestreos que se realizan, siendo el

número de muestreos por segundos 1 y tiempo total 5 minutos.

En los displays numéricos en tono azulado se representan los valores que se

obtienen de la variable a controlar seleccionada y del punto de equilibrio según se

haya seleccionado variables normalizadas o reales en la configuración del modo.

Por otra parte, el punto de equilibrio se puede modificar el valor del display en

tono grisáceo teniendo en cuenta el si el tipo de variable elegido (V.N. o V.I.)

Botones:

Pantalla principal: Retrocede a la pantalla principal del modo automático local:

Panel 37,Panel 38.

Gráfica VM1: Accede a la gráfica de la variable manipulable 1 (acción PID, Panel

41)

Gráfica PID2 (si está disponible): Accede a las gráficas de la variable controlada y

del punto de equilibrio del segundo controlador (similares al Panel 40).

En el Panel 41 se muestra la gráfica para la acción del controlador. Los valores

del eje de ordenadas están siempre normalizados (0-100%), siendo el eje de

abscisas el eje temporal y caracterizado para el mismo intervalo y tiempo de muestreo

que la gráfica anterior.

Panel 40 Gráficas de la variable controlada y el punto de equilibrio deseado


109

Botones:

Pantalla principal: Retrocede a la pantalla principal del modo automático local:

Panel 37, Panel 38.

Gráfica VM1: Vuelve a las gráficas de la variable controlada y el punto de

equilibrio (Panel 40)

Panel 41 Gráfica de la acción del controlador


110

Explicación estándar:

Panel 39

Gráfica VC y Set Point: Gráficas siempre normalizadas respecto al tipo de variable seleccionada. El valor de los displays azulados también depende de la selección de tipo de variables realizada (V.I. /V.N.). Se puede introducir el punto de equilibrio en el único recuadro de tono grisáceo existente.

Botones:

Pantalla principal: Retrocede a la pantalla principal del modo automático local: Panel 37, Panel 38.

Gráfica VM1: Accede a la gráfica de la variable manipulable 1 (acción PID, Panel 41)

Gráfica PID2 (si está disponible): Accede a las gráficas de la variable controlada y del punto de equilibrio del segundo controlador (similares al Panel 40).

Panel 40

Gráfica de VM: Gráficas siempre normalizadas (0 - 100%) respecto al tipo de variable seleccionada.

Botones:

Pantalla principal: Retrocede a la pantalla principal del modo automático local: Panel 37,Panel 38.

Gráfica VM1: Vuelve a las gráficas de la variable controlada y el punto de equilibrio (Panel 40)


111

17.3.5.4 Finalización de la conexión/control

Al pulsar el característico botón de “Parar planta” la pantalla avanza al Panel

41. Tras esto, la pantalla y el autómata interaccionan de forma que se reinicia todo el

proceso desarrollado. Esto quiere decir que se inicializan todas las variables, se borran

los registros de intercambio de datos y se imponen las condiciones iniciales a todos los

actuadores de la planta.

Panel 42

Puesta en reposo en proceso. En este panel el autómata está reinicializando todos los registros y actuadores. Al terminar pasa al panel inferior.

Panel 43

Puesta en reposo completada se puede volver al panel inicial. Botones:

Volver a pantalla inicial: Vuelve al primer panel de la pantalla

Modo pausa 17.3.6

El modo pausa se emplea cuando se desea cambiar de conexión o cuando se

ha detectado un fallo leve. En ambos casos la configuración seleccionada para la

planta multiprocesos se mantiene mientras que los actuadores se desactivan.

Panel 44

Modo Pausa Planta parada. Se mantiene la configuración seleccionada. Botones:

A modo reposo: Avanza al Panel 42.

Volver a selección de control: Retrocede al Panel 14.


112

Fallo Leve 17.3.7

En este panel se aparecen los fallos leves que hayan ocurrido en la planta y se

muestran las posibilidades para solucionarlo. Generalmente, la solución es volver al

último momento antes de que ocurriera el fallo leve, pero puede ocurrir que se deban

realizar otras acciones que requieran parar la planta o realizar acciones de

mantenimiento internamente.

Panel 45

Panel de fallo leve Caso FALLO DE CONEXIÓN OPC. Significa que el autómata ha detectado un error en la comunicación del modo remoto local y ha decidido para el funcionamiento de la planta para prevenir que haya posibles fallos graves. Soluciones posibles:

Ir a modo pausa: Para cambiar el modo de conexión.

Reset Fallo Leve: Vuelve al modo de conexión utilizado y con la misma configuración que se ha seleccionado inicialmente.

FALLO GRAVE: El usuario estima oportuno que la planta ha sufrido un fallo grave y el autómata inicia el protocolo para fallos graves.

Adicionalmente a los paneles, se han empleado una serie de ventanas

emergentes con el objetivo de evitar o resaltar ciertos tipos de fallos.

En primer lugar, se ha introducido una ventana emergente para avisar de que

no se ha encendido la alimentación de la planta:

Figura 17.8 Ventana emergente de aviso de fallo en la alimentación


113

Esta ventana puede aparecer en cualquier momento que ocurra este problema,

aunque se recomienda no toca el actuador de encendido de la planta una vez

activado, a menos que se quiera apagar la planta.

La segunda venta emergente aparece cuando el PLC ha sido reiniciado:

En este caso suele ocurrir que el autómata y la pantalla se reinician a la vez, lo

que conlleva a que aparezca generalmente en el primer panel de la pantalla de

explotación.

Fallo Grave 17.3.8

Por fallo grave se define cualquier problema, avería o error que detecte el

autómata y que deba obligar a detener la planta multiprocesos. Debido a las

características de la planta los fallos graves se reducen al pulsador de la seta de

emergencia, debido a que la detección de estos es de forma visual. Por tanto, en la

siguiente figura se muestra el comportamiento de la planta en caso de pulsar la seta

de emergencia:

En este caso aparece una ventana emergente que avisa de la activación del

botón. Hasta que no se desactive la seta de emergencia no aparece el botón de la

Figura 17.9 Ventana emergente de aviso de reinicio del PLC

Figura 17.10 Ventana emergente en caso de activación de la seta de emergencia.


114

figura de la derecha. Pulsado el botón la planta pasa al estado de reposo (apartado 0).

La planta se puede volver a iniciar.

Esquema de paneles 17.3.9

Se deja como ayuda el esquema de los movimientos entre paneles para tener

una idea global del uso de la pantalla. Este esquema tiene como objetivo aportar una

visión global de los movimientos que se realizan, dejando claro qué parte de los

paneles corresponde al inicio de la planta, a la conexión remota, a la conexión local y a

la finalización. En línea gruesa están marcados los paneles que se activan en caso de

realizar el movimiento habitual de estos.


115

Fig

ura

17

.11

Es

qu

em

a d

e m

ovim

ien

to e

ntr

e p

an

tall

as


116

17.4 Tipos de controladores

Para diseñar un controlador PID en el PLC se ha decidido utilizar algún diseño

preprogramado existente en el programa asociado al autómata. Para ello se ha

recurrido a usar el bloque PIDFF del explorador de la librería de tipos del programa

Unity Implementados para el PLC Modicon M340.

Este bloque sigue el siguiente diagrama para realizar la configuración:

Las entradas SP y PV son las entradas del punto de equilibrio para la variable a

controlar (SP, set point) y valor de la variable a controlar (VC). Se utilizan para generar

la acción de control. Para la acción proporcional y la acción integral se utilizan la

diferencia entre el valor de la variable a controlar (VC) y el punto de equilibrio (SP).

Para el caso de la acción derivativa se puede utilizar la opción de la diferencia

explicada o usar solo el valor PV. Por otro lado, el parámetro outbias es el punto de

equilibrio para la acción de control.

Para el valor del punto de equilibrio (SP) existen las restricciones pv_sup y

pv_inf que son los límites superior e inferior de este respectivamente. Estos límites se

introducen siempre normalizados al bloque PIDFF, sin embargo hay que observar

detenidamente las propiedades que se muestren en la pantalla puesto que los valores

se pueden introducir normalizados o en valores ingenieriles. De forma análoga se

pueden introducir los valores out_max y out_min, los valores máximos y mínimos de la

acción de control respectivamente.

El tipo de acción del controlador (directa o inversa) es una propiedad del

controlador que sirve para cambiar el signo de la acción de control en los casos en los

cuales al aplicar la acción de control, el valor de la variable a controlar debe disminuir

en lugar de aumentar. Esta propiedad se aplica después del determinar la acción de

control y antes de aplicar el valor de Feed Forward.

En este esquema se puede observar el funcionamiento interno del PID. Para

comparar las variables mostradas con las propiedades mostradas en Panel 33 y Panel

34 (propiedades de los PIDs) y Panel 35 (propiedades del Feed Forward), se ha

desarrollado la siguiente figura:

Figura 17.12 Esquema del controlador PID


117

Se puede observar en esta figura las asignaciones de las propiedades que se

realizan. Hay que comentar que en este caso el cálculo del error se hace al revés que

en el esquema anterior. La diferencia está en que el esquema seguido por el bloque

de Unity realiza la aplicación de la acción directa/inversa antes y luego si lo necesita la

deshace.

En la parte superior del diagrama aparece la entrada de control Feed Forward,

el cual se explica en el apartado 0. El efecto de este se introduce una se ha generado

la acción de control.

La ecuación del controlador empleada es la siguiente:

(

)

Dónde:

Kp, ti, td son los valores de diseño del PID

Kd es la ganancia del polo rápido del término derivativo para que este

sea implementable. Se ha definido en 0.03

Figura 17.13 Esquema de acutalizado del controlador PID


118

Control monovariable: PID 17.4.1

Este es el controlador más común y básico que se puede aplicar. Se utiliza el

bloque PIDFF comentado anteriormente.

En la Figura 17.14 se observa el controlador. Como se ha explicado en el

diagrama del bloque PIDFF se emplea la diferencia entre VC y SP para calcular el

valor de VM teniendo en cuenta las propiedades que aplicadas.

Control multivariable: 2 PID independientes 17.4.2

En este caso se utilizan dos controladores como el explicado en el apartado 0

de forma completamente independiente. Cada controlador tiene sus propiedades,

punto de equilibrio y gráficas.

Control multivariable: Cascada 17.4.3

El control en cascada es un caso especial de control puesto que toma valores

de dos variables distintas, sin embargo solo aplica una acción de control a una variable

real a controlar; la otra acción de control se aplica al punto de equilibrio de la acción

aplicada a dicha variable real a controlar.

En la Figura 17.16 se explica se muestra el esquema del controlador en

cascada disponible en la pantalla multiprocesos:

Figura 17.14 Controlador PID

Figura 17.15 Control multivariable

Figura 17.16 Control en cascada


119

Generalmente, el controlador 2 se utiliza para controlar dinámicas que sean

relativamente lentas respecto a la dinámica que controla el PIDFF1.

Feed Forward 17.4.4

El control Feed Forward es tipo de control cuando hay perturbaciones que

consiste en anticipar los efectos de que estas ocurran. La única condición existente es

que la perturbación debe ser más lenta que el sistema

El control Feed Forward se puede aplicar a los controladores antes explicados

con solo introducir los valores de la tabla existente en este apartado.

Límite superior entrada (V.N.)/ (V.I.). Valor máximo que puede tener la perturbación de entrada. Máximo error de dicha perturbación que puede ser corregido

Límite inferior entrada (V.N.)/(V.I.) Valor mínimo que puede tener la perturbación de entrada. Mínimo error de dicha perturbación que puede ser corregido

Límite superior salida (V.N.)/(V.I.) Valor máximo de la acción Feed Forward.

Límite inferior salida (V.N.)/(V.I.) Valor mínimo de la acción Feed Forward.

Perturbación medida (V.N.)/(V.I.) Medida de la perturbación que afecta al sistema.

El bloque de programación PIDFF implementa el módulo de Feed Forward

según la ecuación siguiente:

(( )

)

Dónde

Límite superior entrada: Lse

Límite inferior entrada : Lie

Límite superior salida: Lss

Límite inferior salida: Lis

Perturbación medida: FF

Figura 17.17 Controlador en cascada


120

Si el valor de FF es superior al límite de entrada establecido, entonces el valor

de FF es el valor de ese límite superior. De forma análoga ocurre con el Límite de

entrada inferior. Si se recolocan los términos de la fórmula:

Esta fórmula se puede entender como un valor constante más un valor

proporcional a la medida de la perturbación, teniendo el máximo y el mínimo en los

valores de salida mencionados anteriormente.

En la siguiente figura se puede observar, de manera orientativa, cómo influye el

funcionamiento del Feed Forward:

El control Feed Forward se puede traducir como que la acción de control adicional se

comporta como una ecuación de primer entres los intervalos que restringen el

funcionamiento de este. En caso de que se sobrepase algún límite la acción de control

se mantiene en dicho límite sin superarlo.

Figura 17.18 Efecto de la perturbación Feed Forward


121

17.5 Propiedades de los PIDs internos del autómata

Las propiedades de los controladores de los paneles Panel 33 y Panel 34 se

muestran en la siguiente tabla

Límite PV superior Límite superior de entrada de la variable a controlar al controlador

Límite PV inferior Límite inferior de entrada de la variable a controlar al controlador

Límite acción PID superior Límite superior de la acción del controlador

Límite acción PID inferior Límite inferior de entrada de la acción del controlador

Acción DIRECTA/INVERSA activada Modalidad de funcionamiento. Verde: Acción directa (0 internamente) Rojo: Acción inversa (1 internamente)

Anti WindUp Activación o desactivado del Anti WindUp

Uso de la diferencia/Uso valor Real Para la componente derivativa del PID, uso de la diferencia entre el valor de la referencia (Set Point) y el valor de entrada del PID (PV); o uso del valor real de entrada (solo PV).

La fórmula empleada para el Anti Windup es:

( ( ) ( ))

Dónde:

OUT (old): Valor real de la acción del PID en el instante anterior.

OUTc(old): Valor calculado de la acción del PID en el instante anterior

(sin saturar)

Este término se añade al resto de términos que caracterizan el controlado. Esta

ecuación quiere decir que el error que de anti Windup es igual al error acumulado

durante todos los ciclos en los que el controlador saturaba.


122

17.6 Comparativa de valores reales y normalizados

Atendiendo a los cambios de variables que se realizan en el modo automático

local, se ha definido en la siguiente tabla los valores que se han utilizado para realizar

dichos cambios.

Variable Parámetro Real

Nivel(cm) Superior 33

Inferior 1

Presión (Pa) Superior 0

Inferior 100

Caudal(L/h) Superior 610

Inferior 0

Temperatura (ºC) Sensor Carel Superior 90

Inferior -30

Temperatura (ºC) PT100 Superior 100

Inferior 0

17.7 Casos de uso (A tener en cuenta)

La activación de la bomba depende de la apertura de la válvula

regulable 1 (VR1). Esto quiere decir que si la válvula se cierra la bomba

se para como medida de seguridad y si dicha válvula se abre entonces

la bomba empieza a funcionar

De manera similar, las resistencias (R1 y R2) se pueden encender

cuando la bomba esté encendida y la válvula solenoide 1 (VS1) esté en

la posición adecuada (VS1=0). Esto es una medida de seguridad para

evitar que las resistencias se vean afectadas.

Se ha decido introducir una medida de seguridad para los casos en los

que la pantalla se apague involuntariamente. En estos casos, al volver a

encender la pantalla, esta vuelve al último panel que se visualizó, sin

que haya consecuencia en el proceso de la planta.


123

18 INDICE DE FIGURAS del capítulo 3

Figura 16.1 Esquema de la comunicación realizada ................................................... 87

Figura 17.1 Tipología de botones creados para la pantalla Magelis ............................ 89

Figura 17.2 Botones recordatorio de configuración ..................................................... 89

Figura 17.3 Displays numéricos de lectura y escritura y panel numérico .................... 90

Figura 17.4 Paneles de inicialización de la pantalla .................................................... 90

Figura 17.5 Botón PID 02 activado/DESactivado ...................................................... 102

Figura 17.6 Activación del controlador en cascada ................................................... 102

Figura 17.7 Diferenciación entre V.N. y V.I. .............................................................. 103

Figura 17.8 Ventana emergente de aviso de fallo en la alimentación ........................ 112

Figura 17.9 Ventana emergente de aviso de reinicio del PLC ................................... 113

Figura 17.10 Ventana emergente en caso de activación de la seta de emergencia. . 113

Figura 17.11 Esquema de movimiento entre pantallas .............................................. 115

Figura 17.12 Esquema del controlador PID .............................................................. 116

Figura 17.13 Esquema de acutalizado del controlador PID ....................................... 117

Figura 17.14 Controlador PID ................................................................................... 118

Figura 17.15 Control multivariable ............................................................................ 118

Figura 17.16 Control en cascada .............................................................................. 118

Figura 17.17 Controlador en cascada ....................................................................... 119

Figura 17.18 Efecto de la perturbación Feed Forward .............................................. 120


124

19 Índice de paneles del capítulo 3

Panel 1 Panel inicial del programa .............................................................................. 91

Panel 2 Panel inicial del programa .............................................................................. 91

Panel 3 Selección de la configuración inicial ............................................................... 91

Panel 4 Configuración 1. Representación ................................................................... 92





Panel 9 Instrucciones para la configuración 1 ............................................................. 94

Panel 10 Instrucciones para la configuración 2 ........................................................... 94




Panel 14 Selección del tipo de conexión ..................................................................... 96

Panel 15 Modo conexión local .................................................................................... 96

Panel 16 Modo conexión local .................................................................................... 96

Panel 17 Modo conexión remota a través de OPC ..................................................... 97

Panel 18 Modo conexión remota a través de OPC ..................................................... 97

Panel 19 Modo remoto ACTIVADO ............................................................................. 98

Panel 20 Modo remoto ACTIVADO ............................................................................. 98

Panel 21 Modo remoto DESACTIVADO ..................................................................... 98

Panel 22 Modo remoto DESACTIVADO ..................................................................... 99

Panel 23 Modo manual local para configuración 4 y 5 ................................................ 99

Panel 24 Modo manual local para las configuraciones 1, 2 y 3 ................................. 100

Panel 25 Configuración del modo automático local ................................................... 101



Panel 28 Selección de la variable manipulable PID01 ............................................. 104

Panel 29 Selección de la variable a controlar PID01 ................................................. 104

Panel 30 Diseño de los controladores ....................................................................... 104

Panel 31 Diseño de los controladores ....................................................................... 105

Panel 32 Diseño de los controladores, caso cascada ............................................... 105

Panel 33 Configuración de las propiedades del PID 01 ............................................ 105

Panel 34 Configuración de las propiedades del PID 02 ............................................ 106

Panel 35 Propiedades para la configuración del control Feed Forward ..................... 106

Panel 36 Configuración del modo automático local. Finalización .............................. 106

Panel 37 Control automático local. Un solo PID ........................................................ 107

Panel 38 Control automático local. Control multivariable .......................................... 107

Panel 39 Control automático local. Control en cascada ............................................ 107

Panel 40 Gráficas de la variable controlada y el punto de equilibrio deseado ........... 108

Panel 41 Gráfica de la acción del controlador ........................................................... 109

Panel 42 Puesta en reposo en proceso .................................................................... 111

Panel 43 Puesta en reposo completada. Vuelta a la pantalla inicial .......................... 111

Panel 44 Modo pausa ............................................................................................... 111

Panel 45 Panel de fallo leve...................................................................................... 112


125



[2] Manual de usuario Magelis HMI STU 655/855 de Schneider

www.schneiderelectric.com

http://www.schneiderelectric.com/


126


127

Capítulo 4

Comunicación OPC y librerías de Matlab


128


129

21 OPC

21.1 Introducción

OPC (OLE (Object Linking and Embedding) for Process Control) es un estándar

de comunicación en el campo del control y supervisión de procesos industriales,

basado en una tecnología de Microsoft, que ofrece una interfaz común para la

comunicación de componentes Software y Hardware entre sí. La comunicación OPC

se realiza a través de una arquitectura Cliente-servidor. El servidor OPC es la fuente

de datos (como un dispositivo hardware a nivel de planta) y cualquier aplicación

basada en OPC puede acceder a dicho servidor para leer/escribir cualquier variable

que ofrezca el servidor. Es una solución abierta y flexible al clásico problema de los

drivers propietarios.

En los siguientes apartados se explica cómo se ha de configurar cada sistema

que se ha empleado el desarrollo de la planta multiprocesos. A continuación, se

explica el procedimiento de conexión que se debe desarrollar cada vez que se

necesite cambiar las variables compartidas en OPC. Por último, se explican algunos

problemas que se han encontrado.


130

21.2 OPC en Unity XL

En este apartado se comentan las acciones que son importantes realizar en el

archivo de Unity XL que se suministra al PLC. En concreto hay que realizar dos

acciones: Configurar la dirección de red y exportar las variables.

Configurar dirección de red del autómata 21.2.1

En primer lugar, se debe establecer el tipo de conexión y la dirección en la está

ubicada el dispositivo. Para ello dentro del explorador de proyectos de Unity XL se

abre la carpeta “Comunicación” que, a su vez, contiene una subcarpeta llamada

“Redes”.

En la Figura 21.1 a la izquierda se observa el menú de opciones que se despliega al

pulsar con el botón derecho. En la imagen derecha de la figura se encuentra la

ventana que se abre al seleccionar “Nueva red…”, en la cual se selecciona la red

disponible que para la planta multiprocesos es “Ethernet”. En la casilla inferior se

puede cambiar el nombre y en la pestaña “Comentarios” se puede escribir la

información extra que se desee.

A continuación aparece el siguiente icono dentro de la subcarpeta “Redes”:

El siguiente paso es abrir la conexión pulsando dos veces en el icono. A

continuación, se abrirá una ventana dentro del programa la cual permite realizar la

configuración de la conexión. En la Figura 21.3 Ventana de configuración de red se

muestra dicha ventana y la configuración que hay que realizar:

Figura 21.1 Vista del explorador de proyectos de Unity XL a la izquierda y de la ventana de creación de nueva red a la derecha.

Figura 21.2 Icono de la configuración de red de Unity XL


131

Concretamente, hay que seleccionar el modelo “CPU 2020, CPU2030 (>= V02.00),

PARA 0100” y aceptar la siguiente ventana emergen que explica que se cambiaran

algunos datos de la configuración. También hay que modificar la dirección IP:

“192.168.0.4” y la máscara subred: “255.255.0.0”. El resto de parámetros no es

necesario modificarlos para este proyecto.

Exportar variables 21.2.2

La exportación de las variables se realiza una vez que el programa esté

desarrollado completamente y, por tanto, todas las variables que intervienen en él

están creadas y en uso.

Se pueden exportar dos tipos de ficheros: “.stu” o “.xvm” según el archivo del

cual se pueda disponer del archivo o de si la versión de Unity utilizada permite la

creación de los dos o solo de uno. “.xvm” es un fichero en el cual se guardan solo las

variables del proyecto mientras que “.stu” es un archivo en el cual se guardan todos

los datos del proyecto.

Existen varias opciones para exportar. La primera consiste en exportar desde el

explorador de proyectos todas las variables del sistema. Como se muestra en la Figura

21.4, se pueden seleccionar los distintos tipos de variables que se utilizan en el

proyecto o la carpeta entera:

Figura 21.3 Ventana de configuración de red


132

A continuación se despliega una ventana común de Windows para guardar el

archivo. Se elige el lugar y el nombre a elección y se determina el tipo de datos como

“.xvm”

La segunda opción que se plantea consiste en exportar solo las variables

deseadas de forma que solo se pueden modificar dichas variables desde cualquier

cliente OPC. Este caso es más recomendable para el correcto funcionamiento de la

planta puesto que solo se encuentran compartidas las variables de OPC

Para realizar la exportación de manera seleccionada, en primer lugar, se abre

el editor de variables. Posteriormente, se seleccionan las variables deseadas. Se

recomienda utilizar algún tipo de nomenclatura de forma que se pueda hacer uso del

filtro del programa y facilitar la selección. Por último, como se muestra en la Figura

21.5, se selecciona la opción “Exportación seleccionada”.

Figura 21.4 Exportación completa de variables

Figura 21.5 Exportación seleccionada


133

A continuación, aparece una ventana emergente similar a la ventana del primer

método. Las variables se guardan de forma similar, hay que subrayar la importancia

del tipo de archivo es “.xvm”. Los otros formatos son para otros programas.


134

21.3 OFS Configuration Tool

Para configurar el Servidor de OPC se selecciona la aplicación “OFS

Configuration Tool” desde un acceso directo o desde Inicio como se muestra en la

Figura 21.6.

Al abrir se despliega una ventana de comandos como se muestra en la Figura 21.7,

en la cual aparecen tres subventanas, una primera en vertical con las diferentes

pestañas de opciones y otras dos pestañas que se modifican en función de la pestaña

que se marque.

Al abrir la aplicación aparece marcada la pestaña “Devices/Devices Overview”.

En la ventana superior de la derecha si se pulsa con el botón derecho del botón

aparece la opción de “New Device Alias”. Se elige esta opción para configurar el

servidor. A continuación aparece junto al resto de iconos de esta ventana uno de la

forma que aparece en la Figura 21.8.

Figura 21.7 Ventana del "OFS Configuration Tool"

Figura 21.6 Icono y raíz de la aplicación "OFS Configuration Tool"


135

Se cambia el nombre a elección, para este manual se ha elegido el nombre de

“Proyecto”, y se marca el icono mencionado en la Figura 21.8 para que se muestren

en la sub-ventana inferior las características del servidor. En primer lugar se pulsan

los puntos suspensivos en “Device address” para abrir la ventana que se muestra en la

Figura 21.9.

Para el proyecto aquí expuesto se ha decidido utilizar únicamente la conexión

“Ethernet- TCP/IP” mediante el uso de un dispositivo de gestión de direcciones IP

comúnmente conocido como router. Tanto para configurar el P.L.C. real como para

configurar el simulador se elige “DIRECT/TCP IP” y se introduce la dirección en la

línea de “TCP/IP” tal como se muestra en la Figura 21.9, para el P.L.C. empleado en la

planta se ha determinado la dirección IP: “192.168.0.4”. A continuación, se elige el

sistema desde el que se crea la programación del P.L.C., en este caso Unity y no se

marca la casilla “NOE/NOM/NWM”. La línea de “Gateway MODBUS index” se deja en

blanco. Por último se pulsa “Ok” y se vuelve a la pantalla anterior.

Figura 21.8 Icono que aparece al pulsar "New Devices Alias"

Figura 21.9 Ventana de "Device address"


136

Ahora se debe configurar las variables que se comparten entre los distintos

clientes que se conecten al servidor. Para ello se debe haber realizado previamente el

apartado 21.2.2 y conocer la ubicación del archivo que se ha importado. Se pulsan los

puntos suspensivos de la línea “Symbol table file” para acceder al buscador de

archivos común de Windows en el que se selecciona el archivo correspondiente como

se indica en la Figura 21.10.

Una vez que seleccionado el documento, la subventana inferior derecha de la

Figura 21.7 Ventana del "OFS Configuration Tool" cambia las propiedades de la

pestaña “General” quedando como se muestran en la Figura 21.11. Lo expuesto es

válido tanto para la simulación como para cuando el PLC se encuentre conectado al

PC.

El resto de propiedades de “Devices/Device overview” no es necesario

modificarlas.

Figura 21.11 Propiedades de la pestaña "General" en la ventana de "OFS Configuration Tool"

Figura 21.10 Buscador de archivos de Windows para indicar el lugar del archivo que contiene las variables del PLC


137

El siguiente paso es configurar la pestaña “OFS Server settings/ Diagnostic”. Al

picar en esta pestaña se cambia la parte derecha de la ventana de configuración. En la

Figura 21.12 se muestra la configuración que debe tener la pestaña, en la línea de

“Diagnostic” se debe introducir una dirección en la que se quiera guardar el historial de

lo que ocurre en el servidor.

En la Figura 21.13 se muestra la pestaña “OFS server setting/Simulation”. En

esta pestaña es importante NO tener marcada la casilla de “Simulator mode” para que

no se use el simulador propio de Unity XL.

La siguiente pestaña que aparece es la de “OFS server setting/Symbols” en la

que se muestran los distintos ficheros que se aceptan y el índice que mantiene el

programa. No es necesario modificar esta pestaña.

La Figura 21.14 muestra la configuración de la pestaña “OFS server

setting/PLC Software” en la cual hay que marcar la casilla de “Reload Database” que

sirve para que se reinicien los valores de las variables cada vez que se vuelve a

ejecutar OPC de una sesión a otra.

Figura 21.12 Pestaña "OFS Server settings/Diagnostic"

Figura 21.13 Pestaña "OFS Serve settings/Simulation"


138

La Figura 21.15 muestra la configuración de la pestaña "OFS Server

settings/Communication" donde hay que destacar dos características de la

configuración. La primera es marcar “Rate adapt” en “Communication overrun

behavior” para que se adapten los tiempos de comunicación, y la segunda es

“Sampling rate on reception” para configurar los tiempos de muestreo de recepción del

servidor de OPC, tiempos que deben ser tenidos en cuenta en los programas que se

conectan a este.

Por último, la Figura 21.16 muestra la configuración de la pestaña "OFS Server

settings/Options" en la que se deben desmarcar ambas opciones de la pestaña

“Features”.

Figura 21.14 Pestaña "OFS Serve settings/PLC Software"

Figura 21.15 Pestaña "OFS Serve settings/Communication"

Figura 21.16 Pestaña "OFS Serve settings/Options"


139

21.4 OPC Factory Server

“OPC Factory Server” es el programa que ejerce de Servidor de OPC entre el

PLC y los demás programas asociados, Matlab, SCADA, etc. Hay que comentar que el

programa actúa como servidor o maestro de las comunicaciones y que si el programa

se cierra, la comunicación de los programas clientes con el PLC se pierde.

El programa se inicia pulsado el icono que aparece en la Figura 21.17 o

haciendo uso de una ruta similar a la explicada en el apartado 21.3.

En la Figura 21.17 se muestra la ventana inicial en la que se presentan las

estadísticas instantáneas y totales de los hechos que hayan ido ocurriendo durante el

tiempo en el cual el programa ha estado ejecutándose. Hay que destacar el contador

de “Clients connected” que señala el número de sistemas que están conectados al

servidor, el PLC no se cuenta porque se supone siempre conectado al servidor (como

si el PLC y el Servidor fueran un único programa).

Figura 21.17 Icono del programa "OPC Factory Server" y ventana inicial


140

21.5 OPC en Matlab

La conexión a Matlab se puede realizar mediante el toolbox Simulink y

utilizando un fichero “.m”. A continuación se detalla la forma de realizar dicha

conexión. Hay que comentar que este Toolbox está únicamente disponible para las

instalaciones de Matlab en 32-bits.

Utilizando Simulink 21.5.1

Para realizar la configuración mediante bloques de Simulink se deben utilizar

los bloques que se detallan en los siguientes apartados. Los bloques se hallan dentro

de la pestaña correspondiente en la biblioteca de Simulink, en la pestaña “OPC

Toolbox”.

21.5.1.1 Bloque “OPC Configuration”

Este bloque sirve para configurar Matlab como cliente de OPC, conectarse al

servidor y desconectarse. El proceso de configuración es sencillo pero hay que tener

cuenta que se requiere desconectar el sistema de OPC antes de cerrar el archivo que

se está usando. El no hacerlo puede ocasionar que Matlab colapse el ordenador.

Para realizar la configuración, en primer lugar, se abre la ventana de

parámetros del bloque como se muestra en la Figura 21.18, en la cual se puede

modificar variables la velocidad del tiempo real de Matlab y se puede habilitar el

“latency port” para comprobar la latencia o retraso que se produzca en el tiempo real

de Matlab.

Figura 21.18 Bloque OPC Configuration de Simulink y parámetros del bloque


141

Pulsando el botón “Configure OPC Clients…” se abrirá una ventana como la

que aparece en la Figura 21.19:

En esta ventana se pulsa el botón “Add…” para configurar la conexión,

apareciendo la ventana de la izquierda de la Figura 21.20. A continuación se pulsa el

botón de “Select…” en dicha ventana para que aparezca la ventana de la derecha de

la Figura 21.20.

Se selecciona “Schneider-Aut. OFS.2” para el caso de la planta multiprocesos.

Al aceptar aparece en la ventana anterior el servidor seleccionado. Por último, se

pulsa “OK” para volver al gestor de clientes de OPC de la Figura 21.21.

Figura 21.19 Ventana de Configure OPC Clients…

Figura 21.20 Izquierda: Ventana de OPC Server Properties Derecha: Ventana deVentana para seleccionar el Servidor


142

En esta figura se puede observar el servidor elegido y si está conectado o no.

En caso negativo solo hace falta pulsar el botón “Connect” para hacerlo. Una vez se

ha terminada la configuración se pulsa el botón “Close”.

Figura 21.21 Gestor de servidores: Servidor elegido


143

21.5.1.2 Bloque “OPC Read”

Se selecciona dicho bloque del Toolbox de OPC y se abren las propiedades del

bloque apareciendo la ventana de parámetros de la Figura 21.22.

En la ventana se pueden leer diversos elementos configurables, por ejemplo el

botón “Configure OPC Clients…” que sirve para realizar la configuración que se ha

hecho en el apartado 21.5.1.1. En este apartado para seleccionar la variables a leer

desde el programa cliente, primero hay que escogerlas pulsando el botón “Add

items…”. A continuación, se abrirá la ventana que se muestra en la Figura 21.23.

Figura 21.22 Bloque OPC Read y ventana de parámetros


144

En la columna izquierda debe aparecer el nombre del servidor seleccionado en

el apartado anterior y justo debajo la configuración de los diferentes servidos que se

hayan configurado en el apartado 21.3. Entre ellos se selecciona el adecuado, en este

caso el servidor con el nombre “Proyecto”, se abre la lista de variables, se escoge las

variables de lectura deseadas. Por ejemplo, según la Figura 21.24, se ha escogido la

variable “SA_4_5”, luego se ha pulsado el botón “>>” marcado en verde y en

consecuencia la variable ha aparecido en el cuadro marcado en negro en la columna

derecha. Nótese la nomenclatura que se utiliza para designar a una variable, usando

dicha nomenclatura se puede introducir mediante teclado la variable deseada en el

recuadro marcado en amarillo pulsado posteriormente la tecla “>>” situada a la

derecha. Este método es útil para determinar una variable más rápidamente puesto

que Matlab no muestra las variables ordenadas de ninguna forma coherente, sin

embargo hay que tener cuidado de no introducir erróneamente el nombre completo de

la variable puesto que el sistema puede no encontrar la variable señalada.

Figura 21.23 Ventana de selección de variables


145

Repitiendo el proceso se añaden las variables necesarias al grupo. Para crear

otro grupo se debe utilizar otro bloque de “OPC Read”. Una vez añadidas todas las

variables deseadas se pulsa “OK” para volver a la ventana anterior.

Figura 21.24 Ventana de selección de Variables. Variable seleccionada


146

En la ventana de propiedades ahora debe aparecer la variable añadida como

se muestra en la Figura 21.25. Cuando se hayan añadido todas las variables se pulsa

“OK”.

Figura 21.25 Ventana de propiedades del bloque OPC Read. Variable añadida


147

21.5.1.3 Bloque “OPC Write”

Para escribir en una variable existente en el archivo de variables que se

importa en el apartado 21.3 se debe escoger el bloque de Simulink “OPC Write” y abrir

la ventana de parámetros como se muestra en la Figura 21.26.

El resto del proceso para asignar las variables de escritura se realiza de la

misma forma que se ha explicado en el apartado 21.5.1.2 para el bloque de lectura de

variables.

Figura 21.26 bloque de Simulink y ventana de parámetros del bloque “OPC Write”


148

Utilizando Código 21.5.2

Para este apartado se ha hecho uso de la explicación de ¡Error! No se

ncuentra el origen de la referencia.. A continuación se introduce un fragmente de

dicho proyecto para realizar la configuración mediante código de Matlab. Se deja el

texto original puesto que no se ha hecho uso de esta forma de comunicación durante

la realización del proyecto.

Una vez que las variables de Unity están exportadas a OPC, se deben importar

desde MATLAB. Se detallan aquí los pasos a seguir para futuros proyectos.

Declarar una variable global por cada variable que se vaya a importar. Por

ejemplo, para importar la variable asociada a la válvula de recirculación

creamos una variable global llamada “ValvulaRecir”:

global ValvulaRecir;

Se deben declarar también como globales las variables de la conexión y del

grupo de trabajo que se vayan a usar:

global da grupo;

Definir una conexión con OPC y conectar. En general el identificador del

servidor de OPC es para Unity es “Schneider-Aut.OFS.2”. La conexión se

hace así:

da=opcda('127.0.0.1','Schneider-Aut.OFS.2'); %definir conexión da

connect(da); %conectar a la conexión da

Si el identificador del servidor fuera otro, se podría conocer el nombre de éste

así:

servidores = opcserverinfo('127.0.0.1'); %buscar todos los servidores de OPC

allservers=cliente.ServerID %(sin “;”)

Al hacer esto se mostrará la lisa de servidores de OPC. De entre todos ellos se

deberá identificar el de la aplicación.

Crear un grupo de trabajo y definir las variables del mismo. Las variables

del grupo son estructuras en las que se guardan los valores de las variables

importadas.

grupo = addgroup(da); %Añadir conexión “da” al grupo de trabajo “grupo”

ValvulaRecir=additem('127.0.0.1', 'planta_!VAL_RECIRCULACION_MAT');

En este ejemplo se asocia la variable “VAL_RECIRCULACION_MAT” (de

Unity) a la estructura “ValvulaRecir” de MATLAB. Como la estructura es una variable

global, cualquier función de MATLAB podrá tener acceso a ella. No se pueden asociar

a MATLAB las variables de entrada o salida del autómata, sino solamente las marcas

internas.


149

Para leer y escribir en estas variables, se usan las funciones read y write.

Por ejemplo, si se desea leer el valor de la válvula de recirculación, se

ejecuta lo siguiente:

ValorLeido=read(ValvulaRecir);

ValorLeido será una estructura con los campos ItemID, Value, Quality,

TimeStamp y Error. El valor se almacena en Value. El instante de lectura se almacena

en TimeStamp (lo cual es útil si se desea historiar el tiempo de ejecución de un

algoritmo). Quality y Error indican la calidad de lectura y los errores producidos. ItemID

contiene el nombre de la variable original (con el prefijo de OPC y un signo de

exclamación). Así pues, en este ejemplo la apertura de la válvula de recirculación es:

V8=ValorLeido.Value;

Si por el contrario se quiere escribir un valor en una variable, sólo es necesario

proporcionar este valor (no se necesita el resto de la estructura):

write(ValvulaRecir, 30);

Para desconectar MATLAB de OPC de forma segura antes de cerrar la

aplicación, se debe utilizar la función disconect:

disconnect(da);

Una vez hecho esto, se recomienda eliminar las variables globales:

clear global ValvulaRecir da grupo;


150

22 Procedimiento de configuración del sistema.

La conexión OPC requiere realizar ordenadamente una serie de pasos para

funcionar satisfactoriamente. Atendiendo primero a los pasos explicados en el capítulo

3 para el desarrollo del software de la pantalla de explotación Magelis, a continuación

se explican los pasos a desarrollar:

1. Configuración del modo remoto OPC en la pantalla de explotación

En primer lugar, se debe configurar la planta a través de la pantalla para que el

modo de conexión sea remoto. Una vez realizado esto hay un periodo de espera de

unos cinco minutos para que la planta se configure . Tiempo que se puede utilizar para

comprobar la conexión física entre el autómata y el ordenador al que se desea realizar

la conexión y configurar el programa que se quiere conectar vía OPC

La configuración física consiste en realizar una inspección visual de las

conexiones de los cables correspondientes o comprobar la conexión al router si la

conexión se realiza inalámbricamente.

2. Extracción de variables de OPC

Si no se realiza ningún cambio en el programa del autómata que gobierna la

planta se puede no hace falta realizar este paso

Antes de ejecutar el programa se deben exportar las variables como se explica

en el apartado 21.2.2 y configurar el servidor de OPC, como se explica en el apartado

21.3. El archivo de la programación del autómata en Unity no es necesario tenerlo,

basta con conectar el ordenador al autómata y exportar el programa desde este. En

este caso es posible que haya que exportar el fichero de variables “.stu” en lugar

fichero “.xvm” debido a diferencias de la versión del programa.

3. Ejecución del programa de Matlab

Para la configuración del ordenador destinado a conectarse con la planta se

debe abrir el programa que contiene el bloque de Simulink destinado a la configuración

seleccionada en la pantalla de explotación. Automáticamente o cuando se inicie por

primera vez el archivo se abrirá el programa “OPC Factory Server” , explicado en el

apartado 21.4. Durante el uso del archivo de Matlab este programa tiene que estar

abierto para realizar la conexión.

4. Confirmación del control remoto en la pantalla

Una vez que el programa que se conecte al cliente de OPC está funcionando,

se utiliza la pantalla Magelis para ceder el control de la planta al sistema conectado

remotamente, como se explica en el capítulo 3.

5. Finalización

Cuando se termine de usar la conexión remota, se selecciona la opción

correspondiente en la pantalla y, cuando la pantalla muestre el fin de la conexión, se

puede cerrar los clientes conectados a “OPC Factory Server” y, por último, este

programa.


151

23 Control de la planta desde Matlab

23.1 Introducción

En este apartado se explican los bloques característicos desarrollados en

Matlab para cada configuración y un ejemplo de aplicación cada bloque.

23.2 Configuraciones

Los bloques de las configuraciones desarrollados para el proyecto tienen una

serie de características comunes:

La variables manipulables son las entradas de cada bloque y están

colocadas en la parte izquierda del bloque, mientras que las variables

controlables son variables que se reciben desde el servidor OPC y están

situadas a la derecha.

Se ha diseñado una condición de fin de la conexión remota desde Matlab.

Esta entrada permanece a cero durante todo el proceso hasta que el

usuario decida finalizar la conexión, entonces se debe poner a uno. Por otra

parte, se ha introducido una salida del bloque que permite el conocimiento

de la latencia de la conexión. Esta variable indica el tiempo que le falta o le

sobra al programa para realizar las recepciones y los envíos de las

variables compartidas en OPC.

Una de las salidas consiste en proporcionar todos los datos que han

obtenido en los experimentos realizados mediante una estructura de Matlab

que puede ser manipulada externamente.

La composición de la estructura de datos es la siguiente:

Latency= datos.signals.values(:,1);

VR1=datos.signals.values(:,2);

LT=datos.signals.values(:,3);

PT=datos.signals.values(:,4);

FT=datos.signals.values(:,5);

TT1=datos.signals.values(:,6);







VR2_POS=datos.signals.values(:,13);

VR3_POS=datos.signals.values(:,14);

VR2_REF=datos.signals.values(:,15);

VR2_REF=datos.signals.values(:,16);

R1=datos.signals.values(:,17);

R2=datos.signals.values(:,18);

tiempo=datos.time;


152

Configuración 1: Control de nivel 23.2.1

En esta configuración se ha realizado un control mono variable del nivel

Configuración 2:Control cascada 23.2.2

Se propone de ejemplo la realización de un controlador en cascada teniendo en

cuenta que el caudal es la dinámica rápida y el nivel la lenta:

Figura 23.1 Ejemplo de control de la configuración 1

Figura 23.2 Ejemplo de la configuración 2


153

Configuración 3: Control en cascada 23.2.3

En esta ocasión se propone utilizar las mismas variables para el control, pero

esta vez cambiando de lugar caudal y nivel debido a que en esta configuración el nivel

es la dinámica rápida y el caudal la lenta.



154

Configuración 4 y 5: Control multivariable 23.2.4

Se propone utilizar un control multivariable para ambas configuraciones,

teniendo en cuenta que en la quinta configuración no se puede controlar el nivel.




155

24 Problemas encontrados.

En el caso usar OPC en Matlab, cuando se finalice el uso del programa se

debe cerrar siempre en primer lugar el fichero de Matlab que se haya utilizado y luego

el “OPC Factory Server”. En caso contrario, Matlab absorbe todos los recursos del

ordenador, impidiendo que se pueda incluso guardar archivo alguno.

El segundo problema encontrado para esta sección es la comunicación de

OPC con un autómata virtual o simulado. En el programa de Unity se puede ejecutar el

modo simulación en el que poder ejecutar el programa sin necesidad de conectar el

autómata real al ordenador. Sin embargo, si se desea probar la comunicación vía OPC

no se puede emplear este simulador para comprobarlo solamente cambiando la

dirección de IP. Para ello habrá que realizar una configuración que no se ha

conseguido encontrar.


156


Figura 22.1 Vista del explorador de proyectos de Unity XL a la izquierda y de la

ventana de creación de nueva red a la derecha. ....................................................... 130

Figura 22.2 Icono de la configuración de red de Unity XL ......................................... 130

Figura 22.3 Ventana de configuración de red ........................................................... 131

Figura 22.4 Exportación completa de variables......................................................... 132

Figura 22.5 Exportación seleccionada ...................................................................... 132

Figura 22.6 Icono y raíz de la aplicación "OFS Configuration Tool" .......................... 134

Figura 22.7 Ventana del "OFS Configuration Tool" ................................................... 134

Figura 22.8 Icono que aparece al pulsar "New Devices Alias" .................................. 135

Figura 22.9 Ventana de "Device address" ................................................................. 135

Figura 22.10 Buscador de archivos de Windows para indicar el lugar del archivo que

contiene las variables del PLC .................................................................................. 136

Figura 22.11 Propiedades de la pestaña "General" en la ventana de "OFS

Configuration Tool" ................................................................................................... 136

Figura 22.12 Pestaña "OFS Server settings/Diagnostic" ........................................... 137

Figura 22.13 Pestaña "OFS Serve settings/Simulation" ............................................ 137

Figura 22.14 Pestaña "OFS Serve settings/PLC Software" ...................................... 138

Figura 22.15 Pestaña "OFS Serve settings/Communication" ................................... 138

Figura 22.16 Pestaña "OFS Serve settings/Options" ............................................... 138

Figura 22.17 Icono del programa "OPC Factory Server" y ventana inicial ................. 139

Figura 22.18 Bloque OPC Configuration de Simulink y parámetros del bloque ......... 140

Figura 22.19 Ventana de Configure OPC Clients… .................................................. 141

Figura 22.20 Izquierda: Ventana de OPC Server Properties .................................... 141

Figura 22.21 Gestor de servidores: Servidor elegido ................................................ 142

Figura 22.22 Bloque OPC Read y ventana de parámetros ....................................... 143

Figura 22.23 Ventana de selección de variables ....................................................... 144

Figura 22.24 Ventana de selección de Variables. Variable seleccionada .................. 145

Figura 22.25 Ventana de propiedades del bloque OPC Read. Variable añadida ...... 146

Figura 22.26 bloque de Simulink y ventana de parámetros del bloque “OPC Write” . 147

Figura 24.1 Ejemplo de control de la configuración 1 ................................................ 152

Figura 24.2 Ejemplo de la configuración 2 ................................................................ 152



Figura 24.4 Ejemplo de la configuración 5 ............................................................... 154


[3] Manual de uso de “OFS Confirutation Tools” de Schneider Electric


157


158

Anexo de variables


159


160

Tabla de contenido

1. INTRODUCCIÓN ................................................................................. 161

1.1. Introducción y justificación ............................................................... 161

2. Variables internas ................................................................................ 161

2.1. Creación .......................................................................................... 161

2.2. Variables de Salida Digital ............................................................... 162

2.3. Variables de Entrada Digital ............................................................. 162

2.4. Variables de Salida Analógica .......................................................... 162

2.5. Variables de Entrada Analógica ....................................................... 163

2.6. Internas del PLC .............................................................................. 163

2.7. Internas de la pantalla de explotación .............................................. 165

3. Varaibles externas ............................................................................... 170

3.1. Variables compartidas PLC-Pantalla ................................................ 170

3.2. Variables compartidas con OPC ..................................................... 179


161

1. INTRODUCCIÓN

En este anexo se adjuntan todas las variables que intervienen el control de

planta en sus distintas configuraciones cómo guía para futuras ampliaciones del

proyecto. Trata de explicar la nomenclatura seguida en cada uno de los programas

que intervienen en el proyecto y de las variables que se comparten entre todos.

1.1. Introducción y justificación

Se ha decido hacer un inciso sobre la nomenclatura de las variables y su

creación debido al gran número de variables que se han manejado en la programación

de los diversos dispositivos y programas que intervienen en el proyecto.

Hay dos tipos principales de variables: internas de cada sistema y externas.

Por variables internas se entiende las variables propias de cada sistema o dispositivo

que intervienen en el funcionamiento de la planta. En este caso, las empleadas para el

PLC y la pantalla Magelis. Por variables externas hay que entender las variables que

se comparten entre los dos dispositivos de los cuales se hace uso en el proyecto y el

estándar de comunicaciones OPC.

27 Variables internas

1.2. Creación

La estructura de las variables internas de ambos sistemas sigue la siguiente

nomenclatura:

Donde:

I: significa interna.

Nº: Número de la variable, no tiene un orden lógico.


Hay que señalar que las variables internas se guardan en cada dispositivo de

manera separa aunque tengan la misma estructura.

A continuación se expone un ejemplo para cada dispositivo:

PLC: I05_auxVR1

Pantalla: I05_c_ini_PID_01_var_man

Para el caso de las entradas y salidas de las tarjetas de adquisición del

autómata se ha realizado un tipo de nomenclatura distinta, como se observa a

continuación:

Dónde:

E/S: Tipo de pin de la tarjeta de adquisición de datos: Entrada (E),

Salida (S).


162

D/A: Tipo de datos del pin de la tarjeta de adquisición de datos: Digital

(D), Analógico (A).

Nº: Número de entrada o salida.

Nombre: Denominación del uso de la variable.

1.3. Variables de Salida Digital

Nombre Dirección de

memoria Tipo Descripción

SD0

EBOOL SALIDA DIGITAL módulo 1 canal 16

SD01_VS1 %Q0.1.16 EBOOL SALIDA DIGITAL válvula solenoide 1





SD06_R1 %Q0.1.21 EBOOL SALIDA DIGITAL RESISTENCIA 1

(pwm)

SD07_R2 %Q0.1.22 EBOOL SALIDA DIGITAL RESISTENCIA 2

(pwm)

SD08_BOMBA %Q0.1.23 EBOOL SALIDA DIGITAL BOMBA Tabla 27.1 Variables de salida digital de las tarjetas de adquisición

1.4. Variables de Entrada Digital

Nombre Dirección

de memoria

Tipo Descripción

ED01_EMER %I0.1.0 EBOOL ENTADA DIGITAL SETA DE EMERGENCIA (1 Sin pulsar)

ED02_S1 %I0.1.1 EBOOL ENTADA DIGITAL contacto 1 del Selector de Panel (para la

posición de las PT100 )

ED03_S2 %I0.1.2 EBOOL ENTADA DIGITAL contacto 2 del Selector de Panel (para la

posición de las PT100 )

ED04_ALIM %I0.1.3 EBOOL ENTADA DIGITAL Señal de alimentación 24V del cuadro

ED05_FUSIBLE %I0.1.4 EBOOL ENTADA DIGITAL Señal que indica si el fusible rearmable ha

saltado

ED06_CONFIR_R2 %I0.1.5 EBOOL ENTADA DIGITAL CONFIRMACIÓN DE ACTUACIOR DE R2

ED07 %I0.1.6 EBOOL ENTADA DIGITAL módulo 1 canal 6

ED08 %I0.1.7 EBOOL ENTADA DIGITAL módulo 1 canal 7 Tabla 27.2 Variables de entrada digital de las tarjetas de adquisición

1.5. Variables de Salida Analógica

Nombre Dirección de

memoria Tipo Descripción

SA01_VR1 %QW0.4.4 INT Válvula de regulación. SALIDA ANALOGICA módulo 3 canal 4


163

SA02_REF_VR2 %QW0.3.4 INT SALIDA ANALOGICA REFERENCIA POSCICION DE LA VALVULA VR2

SA03_REF_VR3 %QW0.3.5 INT SALIDA ANALOGICA REFERENCIA POSCICION DE LA VALVULA VR3

SA04_4_5 %QW0.4.5 INT SALIDA ANALOGICA módulo 3 canal 5 Tabla 27.3 Variables de entrada analógica de las tarjetas de adquisición

1.6. Variables de Entrada Analógica

Nombre Dirección

de memoria

Tipo Descripción

EA01_FT %IW0.2.0 INT ENTRADA ANALOGICA CAUDAL FT

EA02_TT1 %IW0.2.1 INT ENTRADA ANALOGICA PT1OO TT1



EA05_LT %IW0.3.0 INT ENTRADA ANALOGICA Nivel.

EA06_PT %IW0.3.1 INT ENTRADA ANALOGICA Presión del tanque.

EA07_POS_VR2 %IW0.3.2 INT ENTRADA ANALOGICA POSICION DE LA VALVULA

VR2

EA08_POS_VR3 %IW0.3.3 INT ENTRADA ANALOGICA POSCICION DE LA VALVULA

VR3

EA09_TT4 %IW0.4.0 INT ENTRADA ANALOGICA TT4



EA12_TT7 %IW0.4.3 INT ENTRADA ANALOGICA TT7 Tabla 27.4 Variables de entrada digital de las tarjetas de adquisición

1.7. Internas del PLC

Nombre Tipo Descripción

I01_A_CONGELAR EBOOL Condición de franqueo de estado en la red de Petri

principal

I02_A_SELECCION_DE_CONTROL EBOOL Condición de franqueo de sección de transición en la

red de Petri principal

I03_accion_PID_final_01 REAL Acción de control obtenida del PID 01 (0-100)

I04_accion_PID_final_02 REAL Acción de control obtenida del PID 02 (0-100)

I05_auxVR1 REAL auxiliar de escalado entre 0.0 y 10000.0



I08_caudal_aux REAL variable auxiliar de caudal sin escalar

I09_COND_AUTO_LOCAL EBOOL Condición de franqueo de estado en la red de Petri de

asignación de control

I11_LT_aux_03 REAL Variable auxiliar para la lectura de nivel

I12_COND_FIN_CONTROL EBOOL Condición de franqueo de estado en la red de Petri de

asignación de control

I13_INTERRUPTOR EBOOL Interruptor general

I14_LT_aux REAL auxiliar de escalado de nivel

I15_FT REAL caudal escalado entre 0 y 100


164

I16_Control_BOMBA EBOOL Variable de SEGURIDAD para el control de la bomba

I17_SEG_VR1 BOOL Variable de seguridad para la válvula VR1

I18_Seleccion_config_confirmada BOOL Variable auxiliar de confirmación de selección de

configuración

I19_set_point_graf_aux REAL Valor auxiliar para pintar el punto de equilibrio en las

gráficas

I20_setpoint_01 REAL Valor del punto de equilibrio a la entrada SP del PID

01

I21_setpoint_01_aux REAL Variable auxiliar para el punto de equilibrio en el

control en cascada

I22_setpoint_02 REAL Valor del punto de equilibrio a la entrada SP del PID

02

I23_Td_aux_01 TIME Variable auxiliar para la asignación del término

derivativo en el PID 01

I24_Td_aux_02 TIME Variable auxiliar para la asignación del término

derivativo en el PID 02

I25_Ti_aux_01 TIME Variable auxiliar para la asignación del término

integral en el PID 01

I27_Ti_aux_02 TIME Variable auxiliar para la asignación del término

integral en el PID 02

I33_NIVEL REAL NIVEL escalado (en cm)

I34_POS_VR2 REAL Posición leída de la electroválvula VR2 escalada 0-

100%

I35_POS_VR2_aux REAL auxiliar de escalado de VR2

I36_POS_VR3 REAL Posición leída de la electroválvula VR3 escalada 0-

100%

I37_POS_VR3_aux REAL auxiliar de escalado de VR3

I38_PT REAL PRESION escalada en bar

I39_PT_aux REAL auxiliar de escalado de PRESION

I40_setpointRes0_100_R1 REAL Setpoint de la resistencia 1 entre 0 y 100

I41_setpointRes0_100_R2 REAL Setpoint de la resistencia 2 entre 0 y 100

I42_TT1 REAL temperatura escalada TT1

I43_TT1_aux REAL auxiliar de escalado de TT1














165

I56_TT8 REAL Variable interna del PLC que guarda el valor real de la

medida de la temperatura 8

I57_TT8_auX REAL Variable auxiliar para la medida de la temperatura 8

I58_TT9 REAL Variable interna del PLC que guarda el valor real de la

medida de la temperatura 9

I59_TT9_aux REAL Variable auxiliar para la medida de la temperatura 9

I62_var_ac_aux_01 REAL Variable auxiliar para la entrada de PV del PID 01

I63_var_ac_aux_02 REAL Variable auxiliar para la entrada de PV del PID 01

I64_VR1 REAL referencia de la válvula neumática 1 entre 0.0_100.0

I65_VR2 REAL referencia de la electroválvula 2 entre 0.0_100.0

I66_VR3 REAL referencia de la electroválvula 3 entre 0.0_100.0

I67_VS1 EBOOL Valor interno de la variable VS1





I72_COND_FALLO_GRAVE EBOOL Condición fallo grave

I73_COND_FALLO_LEVE EBOOL Condición fallo leve

I74_COND_FIN_PUESTA_REP EBOOL Condición de fin de puesta en reposo

I75_COND_MANUAL_LOCAL EBOOL Condición de paso a manual

I76_COND_RECON_FALLO EBOOL Condición de fin de diagnóstico de fallo

I77_COND_REMOTO_OPC EBOOL Variable interna de asignación del control remoto

I78_COND_REPOSO EBOOL Condición de paso de congelación a puesta en reposo

Tabla 27.5 Variables internas de la pantalla de explotación

Adicionalmente se añaden los parámetros empleados para ciertos bloques. Las

condiciones iniciales que aparecen son las de las variables de estos parámetros que

necesitan ser inicializadas

Nombre Tipo de

parámetro Descripción Parámetros internos

parametros_PIDFF_01 Para_PIDFF Parámetros de configuración del PID

01 rev_dir:=0

bump:=0

ovs_att:=0.0

mix_par:=0

en_rcpy:=0

aw_type:=1

dband:=0.0

gain_kp:=0.0

ff_inf:=0.0

ff_sup:=1.0

out_min:=0.0

out_max:=100.0


166

outrate:=99999999.0

pv_dev:=1

outbias:=50.0

otff_inf:=0.0

otff_sup:=1.0

kd:=0.03

pv_inf:=-10.0

pv_sup:=900000.0

out_inf:=0.0

out_sup:=100.0

parametros_PIDFF_02 Para_PIDFF Parámetros de configuración del PID

02 out_inf:=0.0

out_sup:=100.0

mix_par:=0

en_rcpy:=0

kd:=0.03

dband:=0.0

gain_kp:=0.0

ovs_att:=0.0

outbias:=0.0

out_max:=100.0

out_min:=0.0

outrate:=99999999.0

rev_dir:=0

ParaPWM Para_PWM1 Parámetros del PWM de las

resistencias in_max:=100.0

t_min:=t#100ms

t_period:=t#4s

esca100_10000 Para_SCALING parámetro escalado de 0.0 100.0 a

0.0 y 10000.0 in_min:=0.0

in_max:=100.0

out_min:=0.0

out_max:=10000.0

clip:=1

esca10000_100 Para_SCALING parámetro escalado de 0.0 y

10000.0 a 0.0 100.0 in_min:=0.0

in_max:=10000.0

out_min:=0.0

out_max:=100.0

escaCAREL Para_SCALING parámetro para termómetros CAREL escalado de 0.0 y 10000.0 a -30...90

in_min:=0.0

in_max:=10000.0

out_min:=-30.0

out_max:=90.0

escaCAUDAL Para_SCALING parámetro escalado de CAUDAL in_min:=0.0

in_max:=4070.0


167

out_min:=0.0

out_max:=610.0

escaNIVEL Para_SCALING parámetro escalado de NIVEL in_min:=8460.0

in_max:=10000.0

out_min:=1.0

out_max:=33.0

clip:=1

escaPRESION Para_SCALING parámetro escalado de PRESION in_min:=0.0

in_max:=10000.0

out_min:=0.0

out_max:=100.0

para_desnormalizado_01 Para_SCALING Parámetro para realizar el escalado inverso de la variable A CONTROLAR

seleccionada para el PID 01 in_min:=0.0

in_max:=100.0

clip:=1

para_desnormalizado_02 Para_SCALING Parámetro para realizar el escalado inverso de la variable A CONTROLAR

seleccionada para el PID 02 in_min:=0.0

in_max:=100.0

out_min:=0.0

out_max:=100.0

clip:=0

paramVC01_graf Para_SCALING Escalado de los datos para la variable A CONTROLAR del PID 01 utilizada en

las gráficas de la pantallita out_max:=100.0

out_min:=0.0

paramVC02_graf Para_SCALING Escalado de los datos para la variable A CONTROLAR del PID 02 utilizada en

las gráficas de la pantallita out_min:=0.0

out_max:=100.0

paramVM01_graf Para_SCALING Escalado de los datos para la variable MANIPULABLE del PID 01 utilizada en

las gráficas de la pantallita in_min:=0.0

in_max:=100.0

out_min:=0.0

out_max:=100.0

clip:=0

paramVM02_graf Para_SCALING Escalado de los datos para la variable MANIPULABLE del PID 02 utilizada en

las gráficas de la pantallita in_min:=0.0

in_max:=100.0

out_min:=0.0

out_max:=100.0

clip:=0

Tabla 27.6 Parámetros utilizados en los bloques de la programación del autómata


168

1.8. Internas de la pantalla de explotación

Nombre Tipo Descripción C.I.

I01_Aux_lamp_fin_control BOOL Variable auxiliar de generación de animación

I02_c_ini_PID_01_var_ac BOOL Variable de confirmación de la selección de la variable A CONTROLAR para el PID 01

I03_c_ini_PID_02_var_ac BOOL Variable de confirmación de la selección de la variable A CONTROLAR para el PID 02

I04_c_ini_PID_02_var_man BOOL Variable de confirmación de la selección de la variable MANIPULABLE para el PID 02

I05_c_ini_PID_01_var_man BOOL Variable de confirmación de la selección de la variable MANIPULABLE para el PID 01

I06_CONFIRMAR_CONTROLADOR BOOL Variable auxiliar para confirmar los parámetros de los PIDs

I07_Control_cascada BOOL Variable que indicar la activación control en cascada

I08_FIN_CONTROL BOOL Variable de activación de la acción de FIN de CONTROL para la finalización del uso de la planta

I09Kp_aux_01 REAL variable auxiliar de la ganancia del PID 01 0

I10_Kp_aux_02 REAL variable auxiliar de la ganancia del PID 02 0

I11_MANUAL_LOCAL BOOL Variable de activación del modo manual local

I12_Remoto_OPC BOOL Variable auxiliar para activar el modo remoto vía OPC

I13_SD_VS1 BOOL Variable interna para la activación de los esquemas de las configuraciones





I18_selecc_var_ac_01 DINT Variable auxiliar para la selección de la variable A CONTROLAR para el PID 01

0

I19_selecc_var_ac_02 DINT Variable auxiliar para la selección de la variable A CONTROLAR para el PID 02

0

I20_selecc_var_man_01 DINT Variable auxiliar para la selección de la variable MANIPULABLE para el PID 01

0

I21_selecc_var_man_02 DINT Variable auxiliar para la selección de la variable MANIPULABLE para el PID 02

0

I22_SELECCION_CONFIG_Aux DINT Variable auxiliar para la selección de la configuración seleccionada de la planta

0

I23_Td_aux_01 REAL Variable auxiliar para definir el tiempo DERIVATIVO para el PID 01

0


169

I24_Td_aux_02 REAL Variable auxiliar para definir el tiempo DERIVATIVO para el PID 02

0

I25_Ti_aux_01 REAL Variable auxiliar para definir el tiempo INTEGRAL para el PID 01

0

I26_Ti_aux_02 REAL Variable auxiliar para definir el tiempo INTEGRAL para el PID 02

0

I27_seta_emer_aux BOOL Variable auxiliar. En caso de activación de la seta de emergencia evita que aparezca la ventana emergente de fallo de alimentación

I28_Confirmacion_fin_ext BOOL Variable de confirmación de la llega de finalización externa del control

Existe una variable con características especiales:

_CurPanelID

Es una variable del sistema y como tal tiene la característica de poder asignar

una variable en la que escriba su valor (VJW150_r_panel_actual) y se le puede asignar una

variable de la que lea su valor (VJW154_w_panel_a_colocar).


170

28 Variables externas

Como se ha comentado anteriormente, las variables externas refieren a las

variables que se comparten entre ambos dispositivos o las variables que se emplean

en el estándar de comunicaciones. Estas las variables externas se almacenan

exclusivamente en el PLC y son el resto de elementos los encargados de modificar las

variables. El autómata también puede modificar las variables si así lo requiere.

Aunque las variables externas sean compartidas desde el PLC, estas hay que

definirlas en el sistema origen y en el de fin. Se ha tomado como referencia que todas

las variables se definen desde el punto de vista (o supuesto punto) del autómata, o

sea que una variable externa tiene el mismo nombre en ambos sistemas pero hay que

tener en cuenta que se ha definido suponiendo que es el PLC es el dueño de la

variable.

Para estas variables se ha definido una metodología para asignar los nombres

correspondientes. Dicho nombre contiene toda la información posible de la variable

para que a la hora de programar dicha información esté disponible lo más rápido

posible. Se ha decidido enumerar las variables puesto que es una manera sencilla y

rápida de encontrar una variable en los buscadores de los programas.

La estructura seguida para la nomenclatura de las variables se puede explicar

con el siguiente ejemplo práctico:

(1)

dónde:

Programa: programa para el que está dirigida la variable (OPC, VJ).

Tipo (de variable): Se define el tipo solo para el caso de compartir

variables con la pantalla. Pueden ser: Word (W), enteros (int) o

booleanos (nada).

Dirección (de memoria): Número de la posición que ocupa la variable en

la memoria del autómata.

_rw_: lectura (_r_), escritura (_w_) o ambas (_rw_).


A continuación se exponen un par de ejemplos de las variables:

Compartida con la pantalla (VJ): VJW2_w_T2, VJ0_w_ED_EMER.

Compartida con OPC: OPC01_r_VR1.

1.9. Variables compartidas PLC-Pantalla

Nombre Dirección

de memoria

Tipo Descripción C. I.

VJ0_w_ED_EMER %M0 EBOOL Variable de intercambio con Vijeo Designer escritura de activación

del pulsador de emergencia


171

VJ1_w_ED_S1 %M1 EBOOL variable de intercambio de Vijeo

Designer ED_S1

VJ10_w_SD_VS3 %M10 EBOOL variable de intercambio de Vijeo

Designer SD_VS3

VJ11_w_SD_VS4 %M11 EBOOL Variable de intercambio de

SD_VS4

VJ12_w_SD_VS5 %M12 EBOOL Variable de intercambio de

SD_VS5

VJ13_w_SD_R1 %M13 EBOOL Variable de intercambio de

SD_R1

VJ14_w_SD_R2 %M14 EBOOL Variable de intercambio de

SD_R2

VJ15_w_SD_BOMBA %M15 EBOOL Variable de intercambio de

SD_BOMBA

VJ16_w_G_A1_REPOSO %M16 EBOOL Variable de intercambio de Vijeo

Designer G_REPOSO

VJ17_w_G_F2_2_INICIO %M17 EBOOL variable de intercambio de

G_INICIO

VJ18_w_G_F1_CONTROL %M18 EBOOL variable de intercambio de

G_CONTROL

VJ19_w_G_MANUAL_LOCAL %M19 EBOOL variable de intercambio de

G_MANUAL_LOCAL

VJ2_w_ED_S2 %M2 EBOOL Variable de intercambio con Vijeo Designer escritura de activación

de S2

VJ20_w_G_D1_EMERGENCIA %M20 EBOOL variable de intercambio de

G_EMERGENCIA

VJ21_w_G_D2_FALLO_GRAVE %M21 EBOOL variable de intercambio de

G_FALLO_GRAVE

VJ22_w_G_D3_FALLO_LEVE %M22 EBOOL variable de intercambio de

G_FALLO_LEVE

VJ23_w_G_A2_PUESTA_REPOSO %M23 EBOOL variable de intercambio de

G_PUESTA_REPOSO

VJ24_w_G_A3_CONGELAR %M24 EBOOL variable de intercambio de

G_CONGELAR

VJ25_r_EP_INTERRUPTOR %M25 EBOOL Variable de intercambio de

activación del botón inicial de la pantalla

VJ26_r_EP_REC_FALLO %M26 EBOOL Variable de intercambio de -origen pantalla- REC_FALLO

VJ27_r_EP_MANUAL_LOCAL %M27 EBOOL Variable de intercambio de paso

a control MANUAL

VJ28_r_EP_A_REPOSO %M28 EBOOL Variable de intercambio de -origen pantalla- condición de

paso A_REPOSO

VJ3_w_ED_ALIM %M3 EBOOL Variable de intercambio con escritura de activación de la


172

alimentación

VJ37_r_Confirm_config_selec %M37 EBOOL Variable de intercambio de

Confirmación de la CONFIGURACIÓN seleccionada

VJ38_r_REMOTO_OPC %M38 EBOOL Variable de intercambio de paso

a control REMOTO vía OPC

VJ39_r_AUTOMATICO_LOCAL %M39 EBOOL Variable de intercambio de paso

a control MANUAL

VJ4_w_ED_FUSIBLE %M4 EBOOL Variable de intercambio con

escritura de activación del fusible

VJ40_r_FIN_CONTROL %M40 EBOOL Variable de intercambio de lectura de finalización del conexión para el control

VJ41_w_G_REMOTO_OPC %M41 EBOOL Variable de intercambio de

escritura del estado REMOTO OPC

VJ42_w_G_AUTOMATICO_LOCAL %M42 EBOOL variable de intercambio de

G_AUTOMATICO_LOCAL

VJ43_w_OPC_COND_FIN %M43 EBOOL variable de escritura del PLC para

compartir con: Fin del control externo vía OPC

VJ44_w_WD_FAIL %M44 EBOOL Variable de intercambio de aviso

de FALLO en la vigilancia de la conexión remota

VJ45_w_WD_OK %M45 EBOOL Variable de intercambio de aviso de conexión remota CORRECTA

VJ47_r_a_congelar %M47 EBOOL Variable de intercambio de, paso

del PLC a modo congelar

VJ48_r_reset_fallo_leve %M48 EBOOL Variable de intercambio con Vijeo

Designer para eliminar el fallo leve producido

VJ49_r_volver_selecc_control %M49 EBOOL Variable de intercambio con Vijeo Designer para ir a modo selección

de control otra vez

VJ5_w_ED_CONFIR_R2 %M5 EBOOL Variable de intercambio con escritura de activación del a

confirmación de la 2ª resistencia

VJ50_w_FIN_CONTROL_EXT %M50 EBOOL Variable de intercambio de Vijeo Designer aviso de finalización de

control REMOTO

VJ51_r_acc_PID_01 %M51 EBOOL

Variable de intercambio de Vijeo Designer lectura de la acción directa o inversa: 0": acción

directa (x(-1)) del controlador PID, "1": acción inversa (x(1)) del

controlador PID"

0


173

VJ53_r_aw_type_01 %M53 EBOOL Variable de intercambio de Vijeo

Designer lectura de activación Anti Wind Up del PID01

-1

VJ55_r_pv_dev_01 %M55 EBOOL

Variable de intercambio de Vijeo Designer lectura de activación

uso de PV o de diferencia PV-SP en el control DERIVATIVO del PID

01

-1

VJ56_r_bump_01 %M56 EBOOL

Variable de intercambio de Vijeo Designer lectura del tipo de

conmutación manual-automático del PID 01: 1: Brusca, 0: suave

0

VJ58_r_TR_S_01 %M58 EBOOL

Variable de intercambio de Vijeo Designer lectura de la acción de inicialización del control del PID

01

-1

VJ59_r_reinicio_PLC %M59 EBOOL Variable de intercambio de Vijeo

Designer del reinicio del PLC

VJ6_w_ED6 %M6 EBOOL Variable de intercambio con Vijeo Designer escritura de activación

de la entrada digital 6

VJ61_r_escalado_VI_VN %M61 EBOOL Variable de intercambio de Vijeo Designer de selección del tipo de

variable utilizado: 1: VI, 0: VN 0

VJ62_r_TR_S_02 %M62 EBOOL Variable de intercambio de Vijeo

Designer de lectura de la activación de la acción de control

-1

VJ64_r_bump_02 %M64 EBOOL

Variable de intercambio de Vijeo Designer lectura de la acción de inicialización del control del PID

02

0

VJ65_r_aw_type_02 %M65 EBOOL Variable de intercambio de Vijeo

Designer lectura de activación Anti Wind Up del PID02

-1

VJ66_r_acc_PID_02 %M66 EBOOL

Variable de intercambio de Vijeo Designer lectura acción directa o inversa: 0": acción directa (x(-1)) del controlador PID, "1": acción

inversa (x(1)) del controlador PID"

0

VJ67_r_pv_dev_02 %M67 EBOOL

Variable de intercambio de Vijeo Designer lectura de activación

uso de PV o de diferencia PV-SP en el control DERIVATIVO del PID

02

-1

VJ68_r_cascada %M68 EBOOL Variable de intercambio de Vijeo Designer lectura de activación del

control en cascada


174

VJ7_w_ED7 %M7 EBOOL Variable de intercambio con Vijeo Designer escritura de activación

de la entrada digital 7

VJ71_r_PID02_en %M71 EBOOL Variable de intercambio de Vijeo

Designer lectura del PID 02 0

VJ72_rw_fallo_GRAVE %M72 EBOOL Variable de intercambio de Vijeo Designer lectura o aviso de fallo

GRAVE


Designer SD_VS1


Designer SD_VS2

VJint101_r_EP_REF_VR1 %MW101 INT Variable de intercambio de Vijeo

Designer REF_VR1


Designer REF_VR2


Designer REF_VR3

VJint104_r_SELECCION_CONFIG %MW104 INT

Variable de intercambio de Vijeo Designer lectura de la

configuración de la planta seleccionada

VJW0_w_T1 %MW0 REAL Variable de intercambio de Vijeo

Designer Temp T1 en ºC



VJW106_r_pv_inf_02 %MW106 REAL

Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura del valor mínimo

del punto de equilibrio para el PID 02

(0.0)

VJW108_r_otff_inf_02 %MW108 REAL

Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura del valor mínimo de acción Feed Forward posible

para el PID 02

(0.0)

VJW110_r_pv_sup_02 %MW110 REAL

Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura del valor

máximo del punto de equilibrio para el PID 02

(100.0)

VJW112_r_otff_sup_02 %MW112 REAL


máximo de acción Feed Forward posible para el PID 02

(1.0)

VJW114_r_outrate_02 %MW114 REAL

Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura del valor cambio de la acción de control mínimo

para el PID 02

(999.0)

VJW118_r_ff_inf_02 %MW118 REAL Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura del valor mínimo

de perturbación Feed Forward (0.0)


175

posible para el PID 02



VJW120_r_ff_sup_02 %MW120 REAL


máximo de perturbación Feed Forward posible para el PID 02

(1.0)

VJW122_w_segundos %MW122 TIME

Variable de intercambio con Vijeo Designer escritura del tiempo de

preparación transcurrido de la configuración de la planta

VJW128_r_outbias_02 %MW128 REAL

Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura del valor del

punto de equilibrio para la acción de control del PID 01

VJW134_w_salida_y_01_graf %MW134 REAL

Variable de intercambio con Vijeo Designer escritura para el valor

normalizado de la variable A CONTROLAR del PID 01 para la

GRÁFICA

VJW136_w_setpoint_01_graf %MW136 REAL


normalizado del PUNTO DE EQUILIBRIO del PID 01 para la

GRÁFICA

VJW138_w_VM_01_graf %MW138 REAL

Variable de intercambio con Vijeo Designer escritura para el valor de la variable MANIPULABLE del

PID 01 para la GRÁFICA

VJW14_w_PT %MW14 REAL Variable de intercambio de Vijeo

Designer Presión en bar

VJW140_w_salida_y_02_graf %MW140 REAL


normalizado de la variable A CONTROLAR del PID 02 para la

GRÁFICA

VJW142_w_setpoint_02_graf %MW142 REAL


normalizado del PUNTO DE EQUILIBRIO del PID 02 para la

GRÁFICA

VJW144_w_VM_02_graf %MW144 REAL

Variable de intercambio con Vijeo Designer escritura para el valor de la variable MANIPULABLE del

PID 01 para la GRÁFICA

VJW146_w_setpoint_01_graf_num %MW146 REAL


del PUNTO DE EQUILIBRIO del PID 01 para la display numérico de las

GRÁFICAS


176

VJW148_w_setpoint_02_graf_num %MW148 REAL


del PUNTO DE EQUILIBRIO del PID 02 para la display numérico de las

GRÁFICAS

VJW150_r_panel_actual %MW150 DINT

Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura del valor del panel actual de la pantalla de

explotación

-1

VJW152_r_variable_almacena_seg %MW152 DINT Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura de los segundos

que lleva en el panel actual

VJW154_w_panel_a_colocar %MW154 DINT Variable de intercambio con Vijeo

Designer escritura del último panel activo conocido

-1

VJW16_w_LT %MW16 REAL Variable de intercambio de Vijeo

Designer Nivel en cm

VJW18_w_FT %MW18 REAL Variable de intercambio de Vijeo

Designer caudal en l/s



VJW20_w_VR1 %MW20 REAL Variable de intercambio de Vijeo

Designer VR1 SERVOVALVULA





VJW26_r_Kp_01 %MW26 REAL Variable de intercambio con Vijeo

Designer: Ganancia del controlador

(10.0)

VJW28_r_Ti_01 %MW28 REAL Variable de intercambio con Vijeo

Designer: Tiempo integral del controlador

(1000.0)

VJW30_r_Td_01 %MW30 REAL Variable de intercambio con Vijeo Designer: Tiempo derivativo del

controlador (1000.0)

VJW32_r_selec_va_ac_01 %MW32 INT Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura de la variable A

CONTROLAR para el PID 01

VJW34_r_Selecc_var_man_01 %MW34 INT

Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura de la variable

MANIPULABLE seleccionada para el PID 01

VJW36_r_SET_POINT_01 %MW36 REAL

Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura del punto de

equilibrio (SP) seleccionada para el PID 01

(50.0)

VJW38_r_pv_inf_01 %MW38 REAL Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura del valor mínimo

del punto de equilibrio para el (0.0)


177

PID 01



VJW40_r_pv_sup_01 %MW40 REAL


máximo del punto de equilibrio para el PID 01

(100.0)

VJW42_r_out_sup_max_01 %MW42 REAL


de la acción de control posible para el PID 01

(100.0)

VJW44_r_out_inf_min_01 %MW44 REAL


máximo de la acción de control posible para el PID 01

(0.0)

VJW50_r_outbias_01 %MW50 REAL

Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura del valor del

punto de equilibrio para la acción de control del PID 01

(50.0)

VJW52_r_out_sup_max_02 %MW52 REAL


de la acción de control posible para el PID 02

(100.0)

VJW54_r_out_inf_min_02 %MW54 REAL


máximo de la acción de control posible para el PID 02

(0.0)

VJW56_r_outrate_01 %MW56 REAL

Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura del valor cambio de la acción de control mínimo

para el PID 01

(999.0)

VJW58_r_ff_inf_01 %MW58 REAL


de perturbación Feed Forward posible para el PID 01

(0.0)



VJW60_r_ff_sup_01 %MW60 REAL


máximo de perturbación Feed Forward posible para el PID 01

(0.0)

VJW62_r_otff_inf_01 %MW62 REAL

Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura del valor mínimo de acción Feed Forward posible

para el PID 01

(0.0)

VJW64_r_otff_sup_01 %MW64 REAL


máximo de acción Feed Forward posible para el PID 01

(1.0)

VJW68_w_valor_salida_PID_01 %MW68 REAL Variable de intercambio con Vijeo


178

Designer escritura del valor de salida de la acción del PID 01

según el tipo de escalado seleccionado

VJW70_r_tiempo_watchdog %MW70 REAL Variable para modificar el tiempo

de watchdog (10.0)

VJW72_r_setpoint_R1 %MW72 REAL Variable de intercambio con Vijeo

Designer lectura del valor de la resistencia R1

VJW74_r_setpoint_R2 %MW74 REAL Variable de intercambio con Vijeo

Designer lectura del valor de la resistencia R2

VJW76_w_SALIDA_Y_01 %MW76 REAL

Variable de intercambio con Vijeo Designer escritura del valor actual de la variable A CONTROLAR del PID 01, según el tipo de variable

seleccionado



VJW80_r_perturbacion_FF_01 %MW80 REAL

Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura del valor de la

perturbación introducida para el PID 01

VJW82_r_SET_POINT_02 %MW82 REAL

Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura del punto de

equilibrio (SP) seleccionada para el PID 02

(50.0)

VJW84_r_perturbacion_FF_02 %MW84 REAL

Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura del valor de la

perturbación introducida para el PID 02

VJW86_w_SALIDA_Y_02 %MW86 REAL

Variable de intercambio con Vijeo Designer escritura del valor actual de la variable A CONTROLAR del PID 02, según el tipo de variable

seleccionado

VJW88_r_selec_va_ac_02 %MW88 INT

Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura de la variable A

CONTROLAR seleccionada para el PID 02

VJW90_r_Selecc_var_man_02 %MW90 INT

Variable de intercambio con Vijeo Designer lectura de la variable

MANIPULABLE seleccionada para el PID 02

VJW92_w_valor_salida_PID_02 %MW92 REAL

Variable de intercambio con Vijeo Designer escritura del valor de salida de la acción del PID 02

según el tipo de escalado seleccionado

VJW94_r_Kp_02 %MW94 REAL Variable de intercambio con Vijeo (10.0)


179

Designer: Ganancia del controlador

VJW96_r_Td_02 %MW96 REAL Variable de intercambio con Vijeo Designer: Tiempo derivativo del

controlador (1000.0)

VJW98_r_Ti_02 %MW98 REAL Variable de intercambio con Vijeo

Designer: Tiempo integral del controlador

(1000.0)

Tabla 28.1 Variables compartidas PLC-Pantalla

1.10. Variables compartidas con OPC

Estas variables físicamente se encuentra en el P.L.C. pero el servidor de

O.P.C. permite su utilización como variables compartidas entre el P.L.C. y el

programa-cliente que se conecte a O.P.C.

Nombre Tipo Descripción

OPC01_r_VR1 REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Lectura de la variable VR1

OPC02_r_REF_VR2 REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Lectura de la variable VR2

OPC03_r_REF_VR3 REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Lectura de la variable VR3

OPC04_r_R1 REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Lectura de la variable Resistencia 1

OPC05_r_R2 REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Lectura de la variable Resistencia 2

OPC06_r_BOMBA EBOOL Variable de intercambio PLC-OPC. Lectura de la variable de activación de la bomba

OPC07_r_COND_FIN EBOOL Variable de intercambio PLC-OPC. Lectura de la variable de finalización de la conexión remota

OPC08_r_SINEWAVE_WD EBOOL Variable de intercambio PLC-OPC. Lectura de la variable de comprobación de la conexión (WatchDog)

OPC09_r_4_5 EBOOL Variable de intercambio PLC-OPC. Lectura de la variable 4_5 (sin uso actual)

OPC10_w_LT REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Escritura del valor de NIVEL en la variable

OPC11_w_PT REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Escritura del valor de PRESIÓN en la variable

OPC12_w_FT REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Escritura del valor de Caudal en la variable

OPC13_w_TT1 REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Escritura del valor de Temperatura 1 en la variable




180





OPC20_w_POS_VR2 REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Escritura del valor de Posición de VR2 en la variable

OPC21_w_POS_VR3 REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Escritura del valor de Posición de VR3 en la variable

OPC22_w_ALIM REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Escritura del estado de la alimentación del cuadro de 24V en la variable

OPC23_w_CONFIR_R2 REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Escritura de la realimentación del estado de la Resistencia 2 en la variable

OPC24_w_ED6 REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Escritura (sin uso actual)

OPC25_w_ED7 REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Escritura (sin uso actual)

OPC26_w_EMER REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Escritura del estado de la seta de emergencia en la variable

OPC27_w_FUSIBLE REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Escritura del estado del fusible de rearme en la variable

OPC28_w_S1 REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Escritura (sin uso actual)

OPC29_w_S2 REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Escritura (sin uso actual)

OPC30_w_SINE_WAVE_SENT EBOOL Variable de intercambio PLC-OPC. Escritura del estado en la variable

OPC31_r_R1_0 REAL Variable de intercambio PLC-OPC. Lectura de la variable Resistencia 1 (sin uso actualmente)

VJ38_r_REMOTO_OPC EBOOL Variable de intercambio de Vijeo Designer paso a control REMOTO vía OPC

VJ41_w_G_REMOTO_OPC EBOOL Variable de intercambio de Vijeo Designer escritura del estado REMOTO OPC

VJ43_w_OPC_COND_FIN EBOOL variable de escritura del PLC para compartir con Vijeo Designer: Fin del control externo vía OPC

Tabla 28.2 Variables compartidas de OPC

Í ndice - Universidad de Sevillabibing.us.es/proyectos/abreproy/5276/fichero/Memoria.pdf ·...

Documents

Transcript of Í ndice - Universidad de Sevillabibing.us.es/proyectos/abreproy/5276/fichero/Memoria.pdf ·...