UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA

SEDE GUAYAQUIL

CARRERA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

PROYECTO TÉCNICO PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE:

INGENIERO ELECTRÓNICO

TEMA:

“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROCESO A ESCALA DE UN TUBO

DE REACCIÓN PARA SOLUBILIZACIÓN MEDIANTE UNA RED PROFIBUS-

DP”

AUTORES:

ANDRADE GÓMEZ WILLIAM FERNANDO

BRAVO CASTRO OSCAR FABRICIO

TUTOR:

ING. GABRIEL SANTIAGO GARCÍA VÁSQUEZ

GUAYAQUIL, NOVIEMBRE 2016

II

SALESIANA POLYTECHNIC UNIVERSITY

GUAYAQUIL HEADQUARTERS

ELECTRONIC ENGINEERING CAREERS

TECHNICAL PROJECT PRIOR TO OBTAINING THE TITLE:

ELECTRONIC ENGINEERING

THEME:

“DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A PROCESS SCALE REACTION TUBE FOR

RED BY SOLUBILIZATION PROFIBUS - DP"

AUTHORS:

ANDRADE GÓMEZ WILLIAM FERNANDO

BRAVO CASTRO OSCAR FABRICIO

TUTOR:

ING GABRIEL SANTIAGO GARCIA VASQUEZ

GUAYAQUIL, NOVEMBER 2016

III

CERTIFICADO DE RESPONSABILIDAD

Nosotros, Andrade Gómez William Fernando y Bravo Castro Oscar Fabricio,

autorizamos a la Universidad Politécnica Salesiana la publicación total o parcial de este

trabajo de grado y su reproducción sin fines de lucro.

Guayaquil, Noviembre del 2016

___________________________ ___________________________

Andrade Gómez William Fernando Bravo Castro Oscar Fabricio

CI. 0922938022 CI.0923081780

IV

CERTIFICADOS DE AUTORÍA

Declaramos que los conceptos y análisis desarrollados y las conclusiones del

presente trabajo son de exclusiva responsabilidad de los autores.

Guayaquil, Noviembre del 2016

___________________________ ___________________________

Andrade Gómez William Fernando Bravo Castro Oscar Fabricio

CI. 0922938022 CI.0923081780

V

DEDICATORIA

Dedico este proyecto ante todo a Dios por lo que he recibido a lo largo de mi vida de

estudios, por darme la oportunidad de compartir con mi familia y mis amigos.

William Andrade mi padre, por haberme educado, brindado la confianza en cada

momento, el apoyo en cada objetivo que quería lograr, a pesar de algunos errores

cometidos, nunca dejo de creer en mí, ¡Gracias por todo Papá!

Nieve Gómez mi madre, por los consejos, el apoyo que me ha brindado en los

momentos malos en mi vida estudiantil, muchas gracias por darme la vida. ¡Te quiero

mucho!

Maggie Mizhquiri la persona que ha sido mi apoyo y me ayuda día a día para que

pueda lograr mis metas con sus consejos, gracias.

A mis maestros, gracias por el apoyo y transmitir el conocimiento en el desarrollo de

mi vida profesional. ¡Gracias!

A mis amigos muchas gracias por todo este tiempo compartido, por el apoyo en los

buenos y malos momentos que he pasado, ¡Gracias!

William Andrade

VI

AGRADECIMIENTO

Agradezco a nuestro padre celestial por guiar mi camino y derramar sus

bendiciones en mi vida, dándome las fuerzas suficientes para no claudicar frente

a los obstáculos que se presentaron para obtener este anhelado logro.

A mi familia, fuente de apoyo constante e incondicional en mi Vida y en especial

en esta etapa de mi carrera.

A mi papá, Oscar Bravo Palma por ser un ejemplo de persona honesta, luchadora,

responsable, emprendedora y por enseñarme a vencer las adversidades. Un ser

especial en todas las etapas de mi vida, pilar fundamental, mi mamá, Ines Castro

Zurita por sus sabios consejos de perseverancia, por el esfuerzo, su sacrificio, su

demostrado cariño y amor. Mi Tia Hayde Castro, por ser una mujer de cualidades

excepcionales, por brindarme su desinteresado apoyo mediante sus capacidades

que junto a sus valores la hacen una persona y profesional única.

Agradecimiento sincero a mi tutor de tesis Ing. Gabriel García que con sus

facultades, profesionalismo, rigor académico me brindó acertados consejos, en

especial por su predisposición y disponibilidad absoluta.

Además a cada una de esas personas que de una u otra forma aportaron para

que este objetivo se logre. (Mendoza. M, Valenzuela. I)

Oscar Fabricio Bravo Castro.

VII

RESUMEN

El presente Proyecto Técnico “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN

PROCESO A ESCALA DE UN TUBO DE REACCIÓN PARA SOLUBILIZACIÓN

MEDIANTE UNA RED PROFIBUS-DP, PARA EL LABORATORIO DE

FABRICACIÓN FLEXIBLE DE LA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE

GUAYAQUIL” se basa en aplicaciones específicas de automatización mediante

una red de comunicación industrial.

El objetivo es ayudar a estudiantes a entender cómo realizar una red industrial

de comunicación PROFIBUS-DP mediante el software Totally Integrated

Automation Portal (2013).

El trabajo está complementado por un grupo de prácticas utilizando diferentes

sensores, válvulas e industriales que crean un proceso didáctico para el

estudiante de la Asignatura relacionadas con Redes III.

PALABRAS CLAVES

Redes Industriales. Automatización. Módulos de Comunicación. Software

Totally Integrated Automation Portal (2013). Sensores, válvulas Industriales.

Diseño e implementación de un módulo orientado al desarrollo de prácticas.

VIII

ABSTRACT

This Technical Project “DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A PROCESS SCALE OF

A TUBE OF REACTION TO SOLUBILIZATION THROUGH PROFIBUS -DP NETWORK

LABORATORY FLEXIBLE MANUFACTURING OF POLYTECHNIC UNIVERSITY

SALESIAN HEADQUARTERS GUAYAQUIL " is based on specific applications

automation through a network of industrial communication

The goal is to help students understand how to perform an industrial communication

network PROFIBUS- DP through the Totally Integrated Automation Portal (2013)

software.

The work is complemented by a group of practices using different sensors and

industrial valves create a learning process for the student of the subject related to

Networks III

KEYWORDS

Industrial networks. Automation. Communication modules. Totally Integrated

Automation Portal Software (2013). Sensors, Industrial valves. Design and

implementation of a development-oriented practical module.

IX

ÌNDICE DE CONTENIDO

Introducción ......................................................................................................... 1

PROBLEMA ......................................................................................................... 2

1.1 ANTECEDENTES .......................................................................................... 2

1.2 Importancia y Alcance. ................................................................................... 2

1.3.1 Delimitación Temporal. ............................................................................... 3

1.3.2 Delimitación Espacial. ................................................................................. 3

1.3.3 Delimitación Académica. ............................................................................. 3

1.3.4 Explicación del problema ............................................................................ 3

1.3.5 Innovación .................................................................................................. 3

1.3.6 Impacto. ...................................................................................................... 6

1.3.5 Funcionalidad. ............................................................................................ 8

OBJETIVOS ........................................................................................................10

2.1 Objetivos General .........................................................................................10

2.2 Objetivos Específicos ....................................................................................10

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA .........................................................................11

3.1 Automatización Industrial ..............................................................................11

3.2 Pirámide de la Automatización .....................................................................11

3.3 Controlador SIMATIC S7-1200 .....................................................................12

3.3.1 Características Generales. ........................................................................13

3.4 RED PROFIBUS ...........................................................................................13

3.4.1 Introducción ...............................................................................................13

3.4.2 Características Especiales .........................................................................13

3.4.5 Opciones De Conectividad ........................................................................14

3.4.6 Características De La Red De Cobre .........................................................15

3.4.7 Ventajas De Profibus .................................................................................16

3.4.8 Normas Internacionales De Recubrimiento Profibus .................................16

3.5 MÓDULO DE COMUNICACIÓN PROFIBUS ...............................................16

3.5.1 Ejemplos De Configuración Para Profibus .................................................17

3.5.2 Software y Comunicación ..........................................................................18

3.6 SIMATIC ET200 ............................................................................................18

X

3.6.1 Características. ..........................................................................................19

3.7 Instrumento De Medición ..............................................................................20

3.7.1 Manómetro .................................................................................................20

3.8 Unidad De Mantenimiento ............................................................................22

3.9 Transmisor De Presión .................................................................................23

3.10 Ventajas ......................................................................................................23

3.11 Presostato ...................................................................................................24

3.12 Válvula Proporcional ...................................................................................24

3.13 Características ............................................................................................25

3.14 Fuente De Alimentación ..............................................................................25

3.15 Características ............................................................................................26

MARCO METODOLÓGICO ................................................................................27

4.2 Diseño del Proyecto ......................................................................................27

4.3 Implementación del Proyecto ........................................................................28

4.3.2 Diseño del Módulo Didáctico del PLC ........................................................28

RESULTADOS ...................................................................................................32

5.1 Implementación Del Proceso Industrial .........................................................32

5.2 Desarrollo Del Tablero De Control Principal .................................................32

5.2.1 Materiales tablero de control. .....................................................................32

5.3 Diseño Del Tablero De Control Principal ......................................................32

5.4 Implementación ............................................................................................33

5.5 Conexionado De Los Elementos De Control ................................................34

5.6 Desarrollo Del Tablero Dela Planta Industrial ...............................................34

5.6.1 Materiales del tablero dela planta industrial. ..............................................34

5.6.2 Diseño del tablero de la planta industrial. ..................................................35

5.6.3 Conexionado de los elementos de control. ................................................37

5.7 Desarrollo Planta Industrial ...........................................................................39

5.7.1 Materiales planta industrial. .......................................................................39

XI

5.8 PID COMPACT .............................................................................................45

5.8.1 Pasos para realizar el bloque PID_Compact ..............................................45

5.9 Optimización PID Inicial Y Final ....................................................................48

5.9.1 Optimización PID inicial y final. ..................................................................48

5.10 Programación Del Proyecto ........................................................................53

5.10.1 Software TIA PORTAL .............................................................................58

Análisis de Resultados........................................................................................66

6.1 Análisis del Proyecto .....................................................................................66

6.1.2 Plc S7-1200 ...............................................................................................66

6.1.3 Módulo de comunicación PROFIBUS ........................................................66

6.1.3 Et-200S ......................................................................................................66

6.1.4 Manómetro .................................................................................................67

6.1.5 Transmisor de presión ...............................................................................67

6.1.6 Presostato ..................................................................................................67

6.1.7 Válvula proporcional ..................................................................................67

6.1.8 Fuente de alimentación ..............................................................................67

6.2 Resultado ......................................................................................................68

CONCLUSIONES ...............................................................................................95

RECOMENDACIONES .....................................................................................100

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .................................................................101

Anexo 1: Tablas ................................................................................................102

Anexo 1.1: Presupuesto General ......................................................................107

Anexo 2: Planos Mecánicos y Eléctricos ..................................................................... 110

Anexo 3: Planos Eléctricos ...............................................................................113

XII

ÌNDICE DE FIGURAS

Figura 1 Sistema de comunicación Profibus-DP .................................................. 4

Figura 2 Maqueta del proceso Industrial .............................................................. 4

Figura 3 ET-200S IM151-1 STANDARD .............................................................. 6

Figura 4 Materiales y equipos usados en la planta .............................................. 8

Figura 5 Tablero diseñado en Sketchup .............................................................. 9

Figura 6 Planta diseñado en Sketchup ................................................................ 9

Figura 7 Automatización Industrial ......................................................................11

Figura 8 Pirámide Industrial ................................................................................11

Figura 9 Controlador Simatic S7-1200 ................................................................12

Figura 10 Configuración De Red Profibus De Cobre ..........................................14

Figura 11 Cables Profibus Con Conectores ........................................................15

Figura 12 Profibus FastConnect Stripping Tool ..................................................15

Figura 13 Módulo De Comunicación Profibus .....................................................17

Figura 14 Ejemplo De Configuración Con Cm 1243-5 Como Maestro Profibus .18

Figura 15 Periferia Descentralizada Simatic Et-200S .........................................18

Figura 16 Módulo de Interfaz IM151-1 Standard ................................................20

Figura 17 Manómetro..........................................................................................21

Figura 18 Simbología de un Manómetro .............................................................21

Figura 19 Unidad De Mantenimiento ..................................................................22

Figura 20 Sitrans P200/P210/P220 ....................................................................23

Figura 21 Presostato...........................................................................................24

Figura 22 Válvula De Control Proporcional .........................................................25

Figura 23 Fuente SITOP .....................................................................................26

Figura 24 Materiales Tablero de control Principal ...............................................32

Figura 25 Diseño del tablero de control ..............................................................32

Figura 26 Estructura del Tablero de control principal .........................................33

Figura 27 Ejecución de perforaciones y montajes de equipos al tablero de

control. ................................................................................................................33

Figura 28 Conexionado entre elemento de control. ............................................34

Figura 29 Materiales Tablero Planta Industrial ...................................................34

Figura 30 Diseño del Tablero de Planta Industrial. .............................................35

Figura 31 Marcación y perforación en el tablero .................................................35

XIII

Figura 32 Estructura del tablero de planta industrial ...........................................36

Figura 33 Ejecución del calado para colocar implementos de alimentación. .....36

Figura 34 Colocación de elementos de control en el tablero de la planta

industrial .............................................................................................................37

Figura 35 Conexionado entre elementos tablero de planta industrial .................37

Figura 36 Presentación del tablero con sus respectivas luces pilotos y

pulsadores ..........................................................................................................38

Figura 37 Energización del tablero planta industrial ...........................................38

Figura 38 Materiales de la planta industrial ........................................................39

Figura 39 Materiales de soporte de la planta industrial ......................................39

Figura 40 Estructura de la mesa para el proceso Industrial ................................40

Figura 41 Diseño de los elementos de la planta industrial ..................................40

Figura 42 Ubicación de elementos en la planta industrial ...................................41

Figura 43 Implementación de recorrido de mangueras ......................................42

Figura 44 Implementación de recorrido de mangueras por la válvula proporcional

............................................................................................................................42

Figura 45 Colocación de tag en la unidad de mantenimiento .............................43

Figura 46 Colocación de tag en el Presostato ....................................................43

Figura 47 Colocación de tag en la Válvula Proporcional.....................................43

Figura 48 Colocación de tag en la válvula solenoide ..........................................44

Figura 49 Puesta en marcha de elementos en la planta industrial .....................44

Figura 50 Árbol de Proyecto ...............................................................................46

Figura 51 Bloque PID_Compact .........................................................................47

Figura 52 Ajuste de parámetros del PID .............................................................47

Figura 53 PID conexión online ............................................................................48

Figura 54 Sintonización del PID ..........................................................................49

Figura 55 Ingreso de Kp, Ti, Td. .........................................................................49

Figura 56 Ingreso de Variable .............................................................................50

Figura 57 Importación de Valores .......................................................................50

Figura 58 Grafica Real ........................................................................................51

Figura 59 Grafica de Estabilidad .........................................................................51

Figura 60 Primera Estimación .............................................................................52

Figura 61 Grafica de Estimación .........................................................................52

Figura 62 Estimación Supera el 60% ..................................................................53

XIV

Figura 63 Aumento de Zeros y Polos..................................................................53

Figura 64 Porcentaje de estimación ...................................................................54

Figura 65 Función de Transferencia ...................................................................54

Figura 66 Grafica antes del ajuste ......................................................................55

Figura 67 Bloque PID..........................................................................................55

Figura 68 Lineamiento de la planta .....................................................................56

Figura 69 Ajuste del PID .....................................................................................56

Figura 70 Modificación del sistema de una manera suave .................................57

Figura 71 Valores del PID ...................................................................................57

Figura 72 Grafica después del Ajuste .................................................................58

Figura 73 Creación de tablas de Variables .........................................................59

Figura 74 Calibración y Escalamiento de Señales ..............................................60

Figura 75 Main programa Sweep (Cycle) ...........................................................60

Figura 76 Control Automático .............................................................................61

Figura 77 Lógica de control Automático..............................................................61

Figura 78 Lógica de Accionamientos de la Válvula de inicio .............................62

Figura 79 Bloque Move para dar paso a la Válvula Proporcional .......................62

Figura 80 Comparación de lógica para apertura de válvula proporcional ...........63

Figura 81 Control Apertura o Cierre de Válvula Purga .......................................64

Figura 82 Tabla de Variable de uso General ......................................................64

Figura 83 Tabla de observación y forzado permanente ......................................65

Figura 84 Moduló de control ...............................................................................68

Figura 85 Vista del Portal ....................................................................................70

Figura 86 Configurar un Dispositivo ....................................................................70

Figura 87 Agregar PLC/ET200S .........................................................................71

Figura 88 Agregar PLC 1214ac/DC/RL-Et 200S .................................................72

Figura 89 Asignación De Variables .....................................................................73

Figura 90 DIRECCIÓN ETHERNET PLC ...........................................................73

Figura 91 Vista Del Proyecto ..............................................................................74

Figura 92 Vista de Redes ...................................................................................76

Figura 93 Conexión Punto a punto del Maestro al Esclavo ................................76

Figura 94 Activación De La Practica 3 En Bloque Main ......................................78

Figura 95 Activado Válvula Inicio ........................................................................78

XV

Figura 96 Activado Válvula Proporcional Encendida ..........................................78

Figura 97 Activado Válvula Presión Consigna Alcanzada T2 .............................79

Figura 98 Activación De La Practica 4 En Bloque Main ......................................81

Figura 99 Marcha Válvula De Inicio ....................................................................81

Figura 100 Válvula De Inicio Apagada ................................................................81

Figura 101 Activación De La Practica 5 En Bloque Main ....................................83

Figura 102 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 100% .............83

Figura 103 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 25% ...............83

Figura 104 Calibración Y Escalamiento En La Tabla De Observación Y Forzado

Al 100% ..............................................................................................................84

Figura 105 Calibración Y Escalamiento En La Tabla De Observación Y Forzado

Al 25% ................................................................................................................84

Figura 106 Activación De La Practica 6 En Bloque Main ....................................86

Figura 107 Marcha Válvula De Inicio ..................................................................86

Figura 108 Marcha Válvula Proporcional ............................................................87

Figura 109 Escalamiento Salida Analógica –Consigna Válvula Proporcional .....87

Figura 110 Final Del Proceso .............................................................................88

Figura 111 Activación De La Practica 7 En Bloque Main ...................................90

Figura 112 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 0%, Midiendo

En La Salida Como Resultado 0 Psi ...................................................................90

Figura 113 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 0%, Midiendo

En La Salida Como Resultado 0 Psi ...................................................................90

Figura 114 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 2358%,

Midiendo En La Salida Como Resultado 16 Psi .................................................91

Figura 115 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 2358%,

Midiendo En La Salida Como Resultado 16 Psi .................................................91

Figura 116 Activación De La Practica 8 En Bloque Main ..................................93

Figura 117 Control Paro Emergencia .................................................................93

Figura 118 Marcha Válvula De Inicio ..................................................................94

Figura 119 Marcha Regulador PID .....................................................................94

Figura 120 Desactivación Del PID ......................................................................95

Figura 121 Consigna Alcanzada T2 ....................................................................95

Figura 122 Válvula De Purga Desactivada .........................................................96

Figura 123 Válvula De Purga Activada ...............................................................96

Figura 124 Finaliza Proceso ...............................................................................97

XVI

Figura 125 Sistema SCADA el Proceso Industrial ..............................................97

Figura 126 Llenado del tanque 2 ........................................................................98

Figura 127 Vaciado del Tanque 2 .......................................................................98

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1.Cuadro comparativo de protocolos ASI y PROFIBUS ..……………….....5

Tabla 2. Cuadro comparativo sobre las redes industriales……………………..….7

Tabla 3. Datos Técnicos ................................................................................... 102

Tabla 4. Datos técnicos del módulo de interfaz IM151-1 Standard ................... 103

Tabla 5. Datos técnicos del módulo de interfaz IM151-1 Standard ................... 104

Tabla 6 datos técnicos de la unidad de mantenimiento .................................... 105

Tabla 7. Detalles del Transmisor de Presión .................................................... 106

Tabla 8. Presupuesto General .......................................................................... 107

Tabla 9. Lista de Señales………………………………………………………...…101

ÍNDICE DE ANEXO

Anexo 1: Tablas ................................................................................................ 102

Anexo 1.1: Presupuesto General ...................................................................... 107

Anexo 2: Planos Mecánicos y Eléctricos .......................................................... 110

Anexo 3: Planos Eléctricos ............................................................................... 113

1

Introducción

En la actualidad la UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA SEDE GUAYAQUIL,

de acuerdo a la malla curricular de la carrera Ingeniería Electrónica mención en Sistemas

Industriales se dieron a conocer las materias de Automatización Industrial 1 y 2 y Redes

de computadoras III.

En la misma se da a conocer sobre la importancia de una red industrial conocido como

dispositivos en contacto directo con el sistema, sensores, actuadores y los esquemas de

control por medio de comunicaciones industriales.

Para la materia de Redes de Computadora III se ha dado a conocer sobre una red de

comunicación industrial (Red Profibus-DP) pero no incluye la implementación de las ET-

200S, que le permita conocer su funcionamiento.

El presente trabajo tiene como objetivo contribuir a que los futuros profesionales de

las Carreras de Ingeniería Electrónica se familiaricen con una herramienta de aplicación

técnica, empleando los conceptos adquiridos durante su formación en la planta didáctica

que proponemos.

El sistema que se utilizara nos ayudará a realizar las prácticas de configuración de la

red Industrial. El estudiante realizara prácticas de direccionamiento de estaciones como

Profibus actual.

Nos ayudará a adquirir conocimiento experimental estudiantil en el uso de TIA

PORTAL

Concentrador de señales ET-200S.

El actual Proyecto contiene un módulo en el cual consta de un proceso a escala

empleando la red de comunicación industrial Profibus DP, en unión se usará el equipo

PLC S7-1200 (Programador Lógico Controlable) ya que este equipo solo cuenta con una

sola comunicación que es Ethernet. Los datos son enviados mediante un cable morado

(Profibus), se utilizó los dispositivos de Tecnologías como son las ET-200S, como módulo

de Entrada/Salida necesarios para el funcionamiento de la red de comunicación Industrial

Profibus DP.

Estos datos serán observados y analizados mediante el programa Totally Integrated

Automation Portal para el monitoreo o supervisión de la red de comunicación Profibus

Dp.

2

PROBLEMA

1.1 ANTECEDENTES

Se observó y se determinó en la Universidad Politécnica Salesiana Sede Guayaquil

en la Carrera Ingeniería Electrónica, la necesidad de los estudiantes y profesores en la

realización de prácticas académicas en el Laboratorio de Fabricación Flexible con

referencia a la Materia Redes Industriales, acerca del sistema de control del PLC S7-

1200 y la ET-200s, comportamientos de válvulas proporcionales y electroválvulas de aire

comprimido, Presostato, transmisor de presión, unidad de mantenimiento que regula el

paso de aire.

Los equipos que se encuentran en los laboratorios no cubren la necesidad de poder

realizar prácticas con redes de comunicación industrial, estas redes son muy utilizadas

en el ámbito industrial; esta red antes mencionada, es impartida en clases de manera

teórica pero no se llega a la práctica ya que no existe una Red Profibus en el laboratorio.

Como resultado el desarrollo del proyecto significa un aporte de manera práctica a la

comprensión de los conceptos impartidos en la materia de Redes III, con este Proceso a

Escala se pretende cubrir en parte la necesidad de realizar prácticas que contengan la

comunicación Profibus ya que en la actualidad es utilizado en las industrias.

1.2 Importancia y Alcance.

Con este trabajo de titulación se diseñó e implemento la red PROFIBUS-DP, mediante

ET-200S para su correcta automatización que a su vez se proyectó un proceso de

solubilización empleando un tubo de reacción, se realizó un control capaz de evitar daños

a equipos y a la vez optimizar tiempos de reparación.

Los beneficiarios de esta propuesta serán los estudiantes que cursen la materia de

Redes de Computadoras III en el Laboratorio Fabricación Flexible, así como también los

docentes al impartir sus clases.

Se aspira que los estudiantes puedan comprobar un proceso real, empleando la

pirámide de automatización y la red industrial PROFIBUS-DP y hacer prácticas de

manera didáctica con este tipo de red ya que este sistema de comunicación es muy

empleado a nivel industrial.

3

Es importante la integración de conocimiento teóricos y prácticos a pequeña escala,

por tal motivo se elaboró un banco de pruebas al cual se le modifiquen su sistema de

control con la implementación de redes de comunicación que contribuyan con la

formación del estudiante y logren el desarrollo de conocimiento, habilidades y destrezas

cognitivas para ayudar a fortalecer el aprendizaje tanto teórico como práctico.

1.3 Delimitación

1.3.1 Delimitación Temporal.

El Proyecto planteado para el diseño desarrollo y construcción se lo realizó en el año

2015-2016

1.3.2 Delimitación Espacial.

El proyecto se lo aplicara en la Universidad Politécnica Salesiana sede Guayaquil, en

el Laboratorio Fabricación Flexible con referencia a la asignatura de Redes III.

1.3.3 Delimitación Académica.

En este proyecto se pondrá en práctica todos los conocimientos adquiridos durante el

periodo de formación como Ingeniero Electrónico con Mención en Sistemas Industriales

dando énfasis a temas relacionados con Automatización Industrial proyectos de control

automático entre otros.

1.3.4 Explicación del problema

¿Qué aspectos están incidiendo para que en los laboratorios no exista una red de

comunicación industrial Profibus-DP para las prácticas de los estudiantes en la materia

Redes III?

1.3.5 Innovación

El proyecto implementado como novedad la utilización de la red industrial por medio

de Profibus debido a que transmite pequeñas cantidades de datos, es de fácil

configuración, bajo costes y cableado, está diseñada especialmente para la

comunicación entre los sistemas de control de automatismo y de E/S distribuidas en

procesos de manufacturas.

4

Este sistema de comunicación consiste en un plc o pc como sistemas de control,

varios dispositivos de E/S como:

E/S digitales o analógicas.

Accionamiento AC o DC.

Válvulas magnéticas o neumáticas.

1Figura 1 Sistema de comunicación Profibus-DP

Fuente: (Profibus, s.f.)

En comparación a otros tipos de redes industriales, como la red ASI tiene una longitud

máxima de cable de 100 m, uniendo todos los tramos, o hasta 300 m con repetidores.

Mientras que la red Profibus utiliza un par de cobre trenzado apantallado, y permite

velocidades entre 1.5 kbit/s y 12 Mbit/s. Hasta 32 estaciones, o más si se utilizan

repetidores.

2Figura 2 Maqueta del proceso Industrial

Fuente: Los autores

5

Tabla 1 Cuadro comparativo de protocolos ASI y PROFIBUS:

PROFIBUS

Topología Lineal

Número máximo de Nodos Recomendado 126

Procedimiento de acceso Hibrido(Maestro/Esclavo y

Maestro/Maestro

Velocidad Transmisión 1,5Mbps-900 metros

12Mbps-100 metros

Detección de errores Código Distancia 4

Interface Eléctrico Rs-485

ASI

Topología Lineal

Procedimiento de acceso Maestro asi/esclavo asi

Velocidad Transmisión Transmite 4bits/esclavo/maestro. Todos los

esclavos son llamados especialmente por

maestro y recibe 4 bits de dados. Cada

esclavo responde inmediatamente con 4 bits

de dados.

Detección de errores En la transmisión y supervisión del correcto

funcionamiento de los esclavos por parte del

maestro de la red.

También se utilizó como una herramienta innovadora tecnología de comunicación

Industrial la ET 200S que es un módulo de periferia descentralizada altamente escalable

y flexible que permite conectar las señales del proceso a un controlador central a través

de un bus de campo. La ET 200S soporta los buses de campo PROFIBUS DP.

6

3Figura 3 ET-200S IM151-1 STANDARD

Fuente: Los autores

Características del ET 200S:

● Conecta el ET 200S con PROFIBUS DP a través de la interfaz RS485.

● La longitud máxima de parámetros es de 198 bytes.

● El área máxima de direccionamiento es de 88 bytes para entradas y 88

bytes para salidas.

● Funcionamiento como esclavo DPV0

● Con el IM151-1 BASIC se pueden utilizar 12 módulos como máximo.

● La longitud máxima del bus es de 2 m.

Debido a la UPGRADE de las nuevas tecnologías de las comunicaciones industriales

se hizo un cuadro comparativo de los Buses existentes en el mercado haciendo

referencia a sus características técnicas más importantes.

1.3.6 Impacto.

La elaboración de una nueva estación para un proceso industrial a escala en el

laboratorio de fabricación flexible en la Universidad Politécnica Salesiana sede

Guayaquil, ayudará a los estudiantes puedan desarrollar, configurar y comprobar las

diferentes aplicaciones utilizadas con una red maestro-esclavo mediante el protocolo

Profibus DP, además de manipular instrumentos de campos como transmisores de

presión, Presostato, Válvulas de control, Solenoide y demás dispositivos encontrados en

la industria.

7

Tabla 2 Cuadro comparativo sobre las redes industriales

BUS DE CAMPO

TOPOLOGÍA

MEDIO FÍSICO

VELOCIDAD

DISTANCIA SEGMENTO

NODOS POR

SEGMENTO

ACCESO AL MEDIO

P-NET Anillo Par

trenzado apantallado

76'8 Kbps 1.200 m 125

Paso de testigo

Maestro/esclavo

PROFIBUS

Bus lineal Anillo

Estrella Árbol

Par trenzado

apantallado Fibra óptica

Hasta 12Mbps

Hasta 9'6 Km y 90 Km

125

Paso de testigo

Maestro/esclavo

HART Bus lineal Cable 2

hilos 1'2Kbps 3.000 m 30

Maestro/esclavo

MODBUS Bus lineal Par

trenzado Hasta

19'2Kbps 1Km 248

Maestro/esclavo

AS-i Bus lineal

Árbol - Estrella

Cable 2 hilos

167 Kbps Hasta 200 m 32-62 Maestro/es

clavo

CAN Bus lineal Par

trenzado Hasta 1 Mbps

Hasta 1.000m

127-64

CSMA/CD con

arbitraje de bit

DEVICENET Bus lineal Par

trenzado Hasta 500

Kbps Hasta 500 m 64

CSMA/CDBA

CONTROL NET

Bus lineal Árbol

Estrella

Coaxial Fibra óptica

5 Mbps Hasta

3.000m 48 CTDMA

8

4Figura 4 Materiales y equipos usados en la planta

Fuente: Los autores

La idea fundamental en la culminación del proyecto es que los estudiantes tenga

conocimientos teóricos prácticos en las redes industriales, fortaleciendo los desarrollos

impartidos en clase logrando como objetivo fijado el desarrollo de aplicaciones

habilidades reales implementadas en la industria.

1.3.5 Funcionalidad.

En el desarrollo del presente proyecto se procedió al diseño e implementación de un

proceso a escala para un tubo de reacción mediante una red Profibus-DP, que se basa

en un proceso electro neumático donde primeramente se diseñó el proceso de la red de

comunicación Industrial Profibus entre maestro esclavo usando una salida ET-200S

teniendo en cuenta las especificaciones adecuadas para su correcto funcionamiento.

En la ejecución de la planta a escala se hizo un modelado CAD, sobre el modelo de la

mesa del proceso con las medidas respectivas, se lo efectúo con la herramienta de

software para diseño gráfico (SKETCHUP) y en el cual estarán los equipos del moduló

didáctico. El módulo didáctico cuenta con dos tableros pequeños eléctricos el primero

será destinado al controlador (MASTER), el mismo contiene al PLC, BREAKERS, y la

salidas por comunicación Profibus maestro, mientras que el segundo tablero será

consignado para la ET-200S que trabajara como esclavo, también contendrá borneras

fusileras para la protección de las tarjetas E/S, fuente de poder SITOP para alimentar los

equipos.

9

Fuente: Los autores

Un logro alcanzado con la culminación del proyecto es contribuir con módulos de

nuevas tecnologías para los alumnos que cursen la materia de Redes de Computadoras

III en el laboratorio Fabricación Flexible y puedan practicar, conocer de forma física y

virtualmente cómo se maneja dicha comunicación en las industrias.

Se desarrolló un manual de prácticas para que el estudiante y docente puedan hacer

uso del prototipo a escala para que el estudiante conozca sobre cada aplicación,

comunicación y programación que se puede hacer a nivel industrial.

Fuente: Los autores

5Figura 5 Tablero diseñado en Sketchup

6Figura 6 Planta diseñado en Sketchup

10

OBJETIVOS

2.1 Objetivos General

Diseñar e implementar un proceso a escala de un tubo de reacción para solubilización

empleando la Red de comunicación PROFIBUS-DP Para el laboratorio de fabricación

flexible de la Universidad Politécnica Salesiana Sede Guayaquil.

2.2 Objetivos Específicos

Diseñar una red PROFIBUS-DP Industrial entre maestro y esclavo

utilizando una salida ET200.

Diseñar una planta industrial a escala para la simulación de procesos

reales.

Contribuir con la asignatura Redes III empleando el módulo de Red

PROFIBUS -DP.

Realizar un manual de usuario para la materia de Redes III, con esto

facilitar el entendimiento, realización de prácticas y aplicaciones con el

Protocolo PROFIBUS-DP.

11

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

3.1 Automatización Industrial

La Automatización Industrial es la aplicación de diferentes tecnologías para controlar

y monitorear un proceso, maquina, aparato o dispositivo que por lo normal cumple

funciones o tareas repetitivas, haciendo que opere automáticamente, reduciendo al

mínimo la intervención humana.

Lo que se busca con la Automatización industrial es crear la mayor cantidad de

producto, en el menor tiempo posible, con el fin de reducir los costos y garantizar una

uniformidad en la calidad. (Crespo, 2011)

7Figura 7 Automatización Industrial

Fuente. Bibliográfica (Siemens, Automatizacion Industrial, 2013)

3.2 Pirámide de la Automatización

8Figura 8 Pirámide Industrial

Fuente.(Catherin Marin Quintero, 2013)

12

Nivel De Gestión: Se componen de sistema de Gestión integral (ERP)

Nivel De Control: incluye los dispositivos controladores como ordenadores, PLCs,

PIDs,

etc.

Nivel De Campo: incluye los dispositivos físicos presentes en la industria, como los

actuadores y sensores.

3.3 Controlador SIMATIC S7-1200

Este controlador nos permite controlar una amplia variedad de dispositivo que forma

parte de la automatización. (Siemens)

El diseño compacto, configuración flexible y potente conjunto de flexible y potente

conjunto de instrucciones se combinan para hacer que el S7-1200 sea la solución

perfecta para el control de una amplia variedad de aplicaciones. (Siemens)

9Figura 9 Controlador Simatic S7-1200

Fuente. (Siemens)

13

3.3.1 Características Generales.

El Simatic S7-1200 ofrece a los profesionales de la instalación un amplio abanico de

características técnicas entre las cuales cabe destacar las siguientes:

Alta capacidad de procesamiento. Cálculo de 64 bits.

Interfaz Ethernet / PROFINET integrado.

Entradas analógicas integradas.

Bloques de función para control de ejes conforme a PLCopen.

Programación mediante la herramienta de software STEP 7 Basic v13 para

la configuración y programación no sólo del S7-1200, sino de manera

integrada los paneles de la gama Simatic Basic Panel.

3.4 RED PROFIBUS

3.4.1 Introducción

PROFIBUS es el bus de campo abierto y exitoso que puede utilizarse en un amplio

campo de aplicaciones para conseguir una producción rápida y rentable. (Siemens,

2008)Los dispositivos de automatización, tales como PLC, PC, equipos HMI, sensores o

actuadores, pueden comunicarse a través de un bus unificado. Esto permite utilizar una

amplia gama de productos PROFIBUS de Siemens y de otros fabricantes para solucionar

tareas de automatización que pueden funcionar conjuntamente en una red PROFIBUS.

(Siemens, 2008)

3.4.2 Características Especiales

• PROFIBUS es un sistema de bus potente, abierto y robusto que brinda una

comunicación sin perturbaciones(Siemens, 2008)

• Es un sistema completamente normalizado que permite conectar de forma

sencilla componentes normalizados de diferentes fabricantes.(Siemens, 2008)

• La configuración, la puesta en marcha y la búsqueda de averías se pueden

realizar desde cualquier punto. Así, las relaciones de comunicación de libre

elección son muy flexibles y fáciles de aplicar en la práctica y de

modificar.(Siemens, 2008)

• Seguridad para las inversiones gracias a desarrollos y perfeccionamientos

compatibles(Siemens, 2008)

14

• Componentes de red para el uso en entorno industrial rudo

• Conectorizado y puesta en marcha rápidos a pie de máquina mediante el

sistema de cableado FastConnect(Siemens, 2008)

3.4.5 Opciones De Conectividad

La red eléctrica o de cobre utiliza un cable bifilar trenzado y apantallado. El puerto

RS485 trabaja con diferencias de tensión. Por tanto, es más inmune a perturbaciones

que una interfaz que trabaja con niveles de tensión o corriente. (Siemens, Soluciones de

Red Profibus, 2008)

En PROFIBUS, las estaciones se conectan al bus a través de un terminal o un

conector de bus (máx. 32 estaciones por segmento). (Siemens, Soluciones de Red

Profibus, 2008)

10Figura 10 Configuración De Red Profibus De Cobre

Fuente. (Siemens, Soluciones de Red Profibus, 2008)

15

11Figura 11 Cables Profibus Con Conectores

Fuente: (Katalogautomatyki, 2014)

12Figura 12 Profibus FastConnect Stripping Tool

Fuente (Siemens, Soluciones de Red Profibus, 2008)

3.4.6 Características De La Red De Cobre

• Método de transmisión para la automatización universal (PROFIBUS FMS/DP)

según IEC 61158/EN 50170 y para zonas de seguridad intrínseca (PROFIBUS

PA) según IEC 61158-2

• Cable de bus de alta calidad.

• Método de transmisión: RS485 (según EIA).

16

• Topología de bus con terminales y conectores para conectar las estaciones

PROFIBUS.

• Red inmune a perturbaciones con cables de pantalla doble y sistema de montaje

y puesta a tierra simple y homogénea.

• Montaje sencillo y rápido de conectores gracias a FastConnect.

3.4.7 Ventajas De Profibus

Transmite pequeñas cantidades de datos

Cubre necesidades de tiempo real

Número reducido de estaciones

Fácil configuración

Bajos costes de conexión y cableado

3.4.8 Normas Internacionales De Recubrimiento Profibus

La Normalización Internacional es una base importante para el diseño, desarrollo y

uso.

Estas normas sustentan la interoperabilidad y garantizan un rendimiento consistente

y de alta calidad para los usuarios finales. (Profibus, s.f.)

PROFIBUS está normalizado bajo una serie de normas internacionales, las más

importantes son:

IEC 61158/IEC 61784-1 para el protocolo de comunicación (Profibus, s.f.)

IEC 61784-5 and IEC 61918 para conectores (Profibus, s.f.)

3.5 MÓDULO DE COMUNICACIÓN PROFIBUS

La comunicación PROFIBUS de los CM S7-1200 está basada en el protocolo

PROFIBUS DP-V1. (Siemens, Automatizacion Industrial, 2013)

El modulo CM 1243-5, un maestro Profibus DP, permite conectar hasta dieciséis

esclavos DP, por ejemplo, módulos Simatic ET 200, a Simatic S7-1200. También se

soporta la comunicación S7 y PG/OP con otros controladores, así como con equipos HMI

17

(Human Machine Interface) y programadoras (PG). El CM 1242-5 permite operar el

Simatic S7-1200 como esclavo. Soporta servicio de comunicación S7 de tipo PUT/GET

donde el maestro actúa como cliente servidor y PC/OP donde se puede recibir y enviar

datos desde un PC. Los posibles interlocutores para comunicación OP son paneles HMI

PC, sistemas SCADA. (Siemens, Automatizacion Industrial, 2013)

Admite una velocidad de transferencia de 9.6 kbits/sg a 12Mbits.

13Figura 13 Módulo De Comunicación Profibus

Fuente. (Siemens, Automatizacion Industrial, 2013)

Profibus DP, para su conexión a cualquier maestro Profibus DP. Ambos módulos de

comunicación se colocan a la izquierda de la CPU y se comunican fácilmente a través

del bus interno del S7-1200. (Siemens, Automatizacion Industrial, 2013)

3.5.1 Ejemplos De Configuración Para Profibus

A continuación, encontrará ejemplos de configuraciones en las que se utilizan el CM

1243-5 como maestro DP

18

14Figura 14 Ejemplo De Configuración Con Cm 1243-5 Como Maestro Profibus

Fuente: (Siemens, Soluciones de Red Profibus, 2008)

3.5.2 Software y Comunicación

El sistema de ingeniería totalmente integrado SIMATIC STEP 7 Basic con SIMATIC

WinCC Basic está orientado a la tarea, es inteligente y ofrece editores intuitivos para

una configuración eficiente de SIMATIC S7-1200 y de los paneles de la gama SIMATIC

HMI Basic Panels.

3.6 SIMATIC ET200

15Figura 15 Periferia Descentralizada Simatic Et-200S

Fuente: (Siemens, Soluciones de Red Profibus, 2008)

19

3.6.1 Características.

El módulo de interfaz IM151-1 STANDARD tiene las siguientes características:

● Conecta una ET 200S al bus PROFIBUS DP vía la interfaz RS485

● Asociado a un SIMATIC S7 (en modo DPV1) la longitud máxima de parámetros

es de

240 bytes por slot.

● El área de direccionamiento máxima es de 244 bytes de entradas y 244 bytes

de salidas.

● Operación como esclavo DPV0 o DPV1.

● El IM151-1 STANDARD funciona con un máximo de 63 módulos.

● La longitud máxima del bus es de 2 m.

● Rango de temperatura extendido, de 0 a 55 °C, en posición de montaje vertical.

● Soporta la función Control de configuración (Configuración futura) y el byte de

estado Para módulos de potencia.

● Actualización del firmware posible vía PROFIBUS DP usando STEP 7

● Datos de identificación (con DS248 o DS255)

20

Fuente. (Siemens, Soluciones de Red Profibus, 2008)

3.7 Instrumento De Medición

3.7.1 Manómetro

El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos,

generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local.

(VILLA, 2002)

16Figura 16 Módulo de Interfaz IM151-1 Standard

21

17Figura 17 Manómetro

(Cankař, 2004)

El símbolo que se utiliza en los circuitos para el manómetro depende del tipo.

18Figura 18 Simbología de un Manómetro

22

3.8 Unidad De Mantenimiento

19Figura 19 Unidad De Mantenimiento

Fuente: (Festo, 2015)

Filtro, regulador y lubricador en una unidad

Gran caudal y eficiencia de retención de partículas de suciedad

Buenas características de regulación con baja histéresis

Cabezal bloqueable para asegurar los valores ajustados

Botón giratorio con cerradura integrada

Dos márgenes de regulación de la presión: 0,5 … 7 bar y 0,5 … 12 bar

Dos conexiones para manómetros para una instalación más versátil

Con purga manual, semiautomática o automática del condensado

Cartuchos de 5 μm o 40 μm

Nuevos cartuchos filtrantes 30 Datos

23

3.9 Transmisor De Presión

20Figura 20 Sitrans P200/P210/P220

Fuente: (Siemens, Lista de precios Siemens Ecuador, 2014)

Los SITRANS P200, P210 y P220 son transductores de medida compactos de un

rango para medir la presión absoluta y relativa.

Dentro de esta serie se utilizan dos tipos de sensores de presión: dos sensores de

acero inoxidable y un sensor con membrana cerámica. De este modo se facilita la

medición de la presión de proceso, la presión absoluta y la presión hidrostática. La

presión determinada por los sensores se transforma en una señal de 4-20 mA o de 0-10

V, según se prefiera.

3.10 Ventajas

Alta precisión de medida

Carcasa robusta de acero inoxidable

Gran resistencia a sobrecarga

Para fluidos agresivos y no agresivos

Para medir la presión de líquidos, gases y vapores

Construcción compacta

24

3.11 Presostato

El Presostato, también muy conocido por otro nombre interruptor de presión, es un

aparato que se encarga de abrir o de cerrar un circuito eléctrico en función de la lectura

de presión de un fluido.

21Figura 21 Presostato

Fuente: (Ingeniería, 2014)

Su funcionamiento es muy sencillo. El fluido ejerce presión sobre un pistón interno en

el Presostato, de modo que al aumentar la presión dicho pistón se mueve y se unen dos

contactos, cerrando el circuito. En cambio, cuando la presión baja el pistón se empuja en

sentido contrario y los contactos se separan. En la imagen siguiente se puede ver esta

explicación en forma gráfica para que sea más fácil de entender.

3.12 Válvula Proporcional

El regulador proporcional de la presión del MAC, es un producto innovador que

convierte una señal eléctrica en una salida neumática proporcional. (Mac, 2016)

El PPC es transductores convencionales desemejantes de I/P o de V/P. Ofrece mucho

más en términos de funcionamiento, características, y confiabilidad. (Mac, 2016)

25

22Figura 22 Válvula De Control Proporcional

Fuente: (Mac, 2016)

3.13 Características

Fluido: para aire

Tipo: diferencial

Número de etapas:

Mono etapa

Aplicaciones: neumático

Otras características: proporcional

3.14 Fuente De Alimentación

Las nuevas fuentes de alimentación tecnológicas monofásicas SITOP PSU8200 de la

línea de productos SITOP modular tienen unas necesidades de espacio mínimas en el

perfil porque son extremadamente compactas. (Siemens, Direct Industry, 2013)

La versión de 10 A, de solo 55 mm, es incluso la fuente de alimentación más estrecha

en su clase de potencia. El elevado grado de rendimiento de hasta el 94% supone un

bajo consumo de energía. También ahorra energía la función "Remote On/Off", que

permite conectar la fuente de alimentación sin consumo. Cuando, por el contrario, se

precisa un mayor consumo de corriente, como en el caso de corrientes de conexión, la

elevada capacidad de sobrecarga concede un 50% de "potencia extra". (Siemens, Direct

Industry, 2013)

26

23Figura 23 Fuente SITOP

Fuente. (Siemens, Direct Industry, 2013)

3.15 Características

Tipo: AC/DC

Tecnología: conmutadas, convertidor

Montaje: cerrada

Otras características: modular

Tensión de entrada: Mín.: 120 V

Máx.: 500 V

Tensión de salida: 24 V

27

MARCO METODOLÓGICO

4.1 Análisis del Proyecto

En la Universidad Politécnica Salesiana, Carrera Ingeniería Electrónica Sede

Guayaquil en el Laboratorio Fabricación Flexible no cuenta con un equipo que contenga

la Red de Comunicación Profibus-DP, por lo que los estudiantes que estén cursando las

asignaturas de informática industrial y redes de comunicación III, no tenga el acceso de

poder realizar su prácticas de manera física de redes de comunicación industrial, por lo

tanto se proyectó realizar el DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROCESO A

ESCALA DE UN TUBO DE REACCIÓN PARA SOLUBILIZACIÓN MEDIANTE UNA RED

PROFIBUS-DP, este proyecto le servirá al estudiante para el conocimiento de un Proceso

Industrial.

4.2 Diseño del Proyecto

Para el diseño del proceso se debe tener las especificaciones correctas para su

respectivo funcionamiento, desarrollar una definición exacta de las funciones que el

sistema debe realizar, de ese modo tener resultados beneficiosos en término económico

y de tiempo, tener un diseño del sistema más confiable para el proceso.

Los equipos físicos a utilizar para el proyecto son:

2 tanques de presión de aire comprimido

Cable Profibus - DP

Compresor

Electroválvula

ET-200S

Fuente Sitop

Llave de paso

Mangueras 8mm

Manómetro

Mesa del proceso

PLC

Presostato

28

Tablero de control y Planta Industrial

Transmisor de Presión

Unidad de Mantenimiento

Válvula proporcional

Válvula Solenoide

4.3 Implementación del Proyecto

4.3.1 Diseño la Mesa del Proceso

Se procedió a diseñar la mesa para el proceso industrial a escala con las medidas

respectivas, se lo realizo mediante un software de diseño gráfico (SKETCHUP) y en el

cual estarán los equipos del moduló didáctico.

4.3.2 Diseño del Módulo Didáctico del PLC

El tablero de control será el componente que contiene al PLC, breacker y la

comunicación Profibus.

Para la respectiva instalación, ubicación y conexión de los componentes en el módulo

didáctico se considera los elementos que intervienen en el proyecto para satisfacer la

aplicación y asegurar un correcto funcionamiento.

4.3.3 Ubicación de equipos y materiales dentro del tablero de Control (PLC)

Se tendrá como resultado el diseño de la red PROFIBUS-DP Industrial entre maestro

y esclavo utilizando una salida ET200.

El tablero de control cuenta con un plc S7-1200 y a su costado el módulo de

comunicación PROFIBUS DP-MAESTRO (CM 1243-5), el tablero de la planta industrial

está conformada por la ET-200S que va a ser el esclavo, fuentes sitop, borneras, relés

de contacto y porta fusibles. Cada una de estas tarjetas está conectadas en serie por

medio de unas borneras fusileras el cual protege las entradas y salida tanto análogas

como digitales.

29

4.3 Montaje De Los Tanques E Instrumentación

Una vez culminada la mesa se procedió con el montaje de los tanques y de los

equipos de instrumentación.

Se procedio a relizar el recorrido de las mangueras utilizando el material correcto como

son los racores de 8mm para asi generar el ciclo de fluido de aire comprimido para el

llenado de los tanques.

Los tableros de control y de la planta fueron agregados a la mesa como parte del

módulo didáctico ya que son los principales elementos para automatizar el proceso.

Se culminó el proceso escala y el siguiente paso es marquillar cada uno de los

elementos de instrumentación y tableros de control principal y campo.

Funcionamiento.

El proyecto se basa en hacer la comunicación maestro esclavo Profibus por medio de

una ET-200S IM 151-1 que es un esclavos y como maestro se utilizó el módulo de

comunicación Profibus CM-1243 y a su lado tendremos el S7-1200 CPU 1214 AC/DC/RL

el cual se conectara a la computadora para la respectiva configuración y automatizado

del proceso.

Se conectó el cable Profibus DP del módulo de comunicación hacia la ET-200S. Este

equipo cuenta con unas tarjeta electrónica Cómo entrada y salida digitales, entradas y

salidas analógicas todas estas tarjetas están conectadas a unas borneras porta fusible

para la protección de las señales que envían a los elementos de campo como transmisor

de presión válvula solenoide electroválvula Presostato la válvula proporcional cuenta

adicional un convertidor de 4-20mA a 0-10V ya que el producto viene desde fabrica con

dicha característica.

Inicio del Proceso en Modo Manual.

Para el inicio del proceso industrial cuenta con dos tipos funcionamiento de manual y

automático se seleccionó el modo manual al presionar el botón de encender válvula inicio

comenzará a circular aire comprimido desde el compresor llegará al primer elemento

llamado Presostato que va a ser la presión entrada de todo el sistema de la planta se

encenderá la luz piloto de la presión entrada.

Luego pasará por la unidad de mantenimiento el cual va a ser regulada a una cierta

presión y pasará por una válvula solenoide on/off que se accionará manualmente desde

el tablero de la planta industrial.

30

Llenado de primer tanque.

Después el paso por la válvula inició comenzar a llenar el primer tanque este

recipiente tiene un manómetro que indicara al valor de presión que ingresa

momentáneamente.

En el tablero mostrará el estado de presión, su presión de ajustes a los 60 Psi ya que

contará con un Presostato que cuando llegué a la presión de ajustes se abrirá el contacto

y se encenderá la luz presión alta T.1.

Regulación de la válvula proporcional en manual.

Una vez llenado primer tanque ya presurizado se procede hacer el llenado del tanque

2 por medio de la válvula proporcional el paso de aire se lo hizo con un potenciómetro

que al regular apertura poco a poco del 0 al 100%.

Llenado del tanque 2.

Al aperturar la válvula proporcional hace el llenado del tanque 2 la presión que ingresa

debe ser de 60 psi se trabaja como un depósito ya que el primer tanque quedará

completamente vacío al pasar a la siguiente etapa del proceso, Así mismo tendrá un

sensor de presión lo cual convertida un valor de presión a un valor de lectura dicho datos

se lo toma desde el plc, tendrá un manómetro que indicará la presión que ingresa y una

llave de paso cuando requieras expulsar aire se lo abrirá manualmente, adicional contará

con una válvula de purga para El desfogue del aire, este se accionara con el botón de

encender válvula purga para que el aire salga del tanque doy la presión bajara a medida

que de desfogue el aire.

Inicio del Proceso en Modo Automático.

Para comenzar con el inicio del programa se declaró cuáles van a ser las entradas y

salidas analógicas y digitales donde habrá una tabla declarando variables como las

entradas I2.0, I2.1, I3.1 y como salida tenemos Q2.0, Q2.1, Q3.0, Q3.1.

Se tomó en cuenta las entradas digitales como el paro de emergencia,

Automático/Manual, Presostato de entrada lo cual indicara que hay presión de aire y el

Presostato de tanque 1 que nos mostrara por medio de un manómetro el nivel de presión.

Como entradas analógicas se encuentra el trasmisor de presión y la consigna de la

válvula proporcional ya que se direcciono con IW256 para transmisor y QW256 para la

consigna de la válvula.

Luego de declarar las variables se procedió ir al árbol de proyecto y abrir el bloque

main lo siguiente que se hizo es agregar un nuevo bloque donde aparece una ventana

31

se elige el bloque FC donde se hace el respectivo escalamiento para la consigna de la

válvula proporcional se hizo los ajustes para la apertura de la válvula desde 0% a 100%,

se agregaron dos bloques NORM_X que se obtiene datos reales y en ese mismo dato

se creó una variable para la salida y se la llama y obtiene un escalamiento tipo real a

entero donde la salida es QW256 y en SCALE_X tenemos datos de real a entero.

El Main es la organización principal donde se debe llamar cada bloque hecho sea

FC o DB para que se puedan ejecutar dichos programas creados en cada bloque.

Se creó un nuevo bloque FC para el control automático para este caso realizo la

programación del paro de emergencia (Lógica de Seguridad) usando como entrada I2.0

y bloques como SR y MOVE.

En el segmento 2 se hizo la lógica de control Automático tenemos el selector manual-

automático que al forzar I2.1 nos va a mandar un bits a la variable de uso general.

En el segmento 3 Con el bits enviado a variable de uso general se puede observar en

la figura 57 consta de un contacto cerrado que es el bits de uso general, una entrada I3.1

que es contacto cerrado que pertenece al Presostato de entrada que nos permite indicar

si hay Presión, se tiene una válvula de purga como salida es el que nos permite desfogar

el aire cuando ya tenga su presión max o presión que se le haya asignado y la válvula de

inicio que se activara después que haya pasado por la unidad de Mantenimiento y va a

dar el paso de aire para el primer tanque .

El bloque move nos permite dar El Paso de aire para el tanque 2 por medio de la

válvula Proporcional Este bloque tiene Como entrada 50 que es el porcentaje de la

apertura de la válvula y se creó una variable de consigna para la salida del MOVE y así

activar la salida Q3.0.

Para el control de apertura o cierre de la válvula purga se utilizó bloques como SR,

TON, adicional para la comprobación consta con un contacto cerrado y una comparación

tipo real para set y reset, se usó un temporizador TON para poder activar la salida

Q2.1(Válvula de purga).

Al añadir el bloque DB1 se procedió hacer la tabla de variables de uso general esto

nos permite tener estos datos momentáneamente para hacer pruebas ya que este tipo

de bloque no guardan información.

En la figura podemos observar una tabla de variables donde consta de todo el Sistema

automático podemos forzar cada uno de estos parámetros dando valores como la válvula

proporcional que se abre y cierra en forma regulada.

32

RESULTADOS

5.1 Implementación Del Proceso Industrial

5.2 Desarrollo Del Tablero De Control Principal

5.2.1 Materiales tablero de control.

Los materiales utilizados para la implementación de este tablero son los ilustrados en

la figura

24Figura 24 Materiales Tablero de control Principal

Fuente: Los autores

5.3 Diseño Del Tablero De Control Principal

25Figura 25 Diseño del tablero de control

Fuente: Los autores

33

Una vez hecho los planos del tablero se procedió a fabricarlas con las medidas que

se ha estipulado en el diseño de control.

5.4 Implementación

La estructura está construido de acero negro este pequeño y didáctico gabinete nos

brinda una superficie lisa para el pintado de la estructura.

26Figura 26 Estructura del Tablero de control principal

Fuente: Los autores

Se realizó las perforaciones al interior del tablero y plafon, para asi colocar el riel,

canaleta y montar los equipos.

27Figura 27 Ejecución de perforaciones y montajes de equipos al tablero de control.

Fuente. Los autores

34

5.5 Conexionado De Los Elementos De Control

Se realizó el conexionado eléctrico del equipo plc a su vez se acoplo el módulo de

comunicación Profibus dp maestro.

28Figura 28 Conexionado entre elemento de control.

Fuente. Los autores

5.6 Desarrollo Del Tablero Dela Planta Industrial

5.6.1 Materiales del tablero dela planta industrial.

Los materiales utilizados para la implementación de este tablero son los ilustrados en

la figura

29Figura 29 Materiales Tablero Planta Industrial

Fuente. Los autores

35

5.6.2 Diseño del tablero de la planta industrial.

Para Este tipo de tablero se hizo un diseño al igual que el tablero anterior con las

especificaciones y medidas necesarias para sus respectivos componentes.

30Figura 30 Diseño del Tablero de Planta Industrial.

Fuente. Los autores

Después hecho el diseño en CAD se procedió a fabricar el tablero con las medidas

estipuladas en el diseño, y así poder implementar la estructura deseada.

Se realizó la marcación y con un taladro se procedió a perforar el tablero.

31Figura 31 Marcación y perforación en el tablero

Fuente. Los autores

36

Luego de su respectiva perforación se colocaron las luces pilotos y pulsadores.

32Figura 32 Estructura del tablero de planta industrial

Fuente. Los autores

Una vez finalizado el calado de la estructura del tablero de control, se realizó las

perforaciones al interior del tablero y plafon, para asi colocar el riel, canaleta y montar los

equipos.

33Figura 33 Ejecución del calado para colocar implementos de alimentación.

Fuente. Los autores

Una vez hecho las perforaciones se comenzó a instalar los equipos de control en el

tablero tales como: breacker, relés de contacto, ET-200S, borneras simples, etc.

Adicional se colocaron luces pilotos, pulsadores, paro de emergencia y selector tipo

hongo.

37

34Figura 34 Colocación de elementos de control en el tablero de la planta industrial

Fuente. Los autores

5.6.3 Conexionado de los elementos de control.

Una vez montado los elementos de control se realizó el respectivo Cableado

eléctrico de los equipos de control.

35Figura 35 Conexionado entre elementos tablero de planta industrial

Fuente. Los autores

38

36Figura 36 Presentación del tablero con sus respectivas luces pilotos y pulsadores

Fuente. Los autores

5.6.4 Prueba del tablero de planta industrial.

Para esta prueba se procedió alimentar el tablero de control y así poder verificar el

correcto funcionamiento de las señales de las tarjeta Simatic Et-200 tanto como

entrada/salidas como pulsadores, luces pilotos, una vez cerrado el breacker del tablero.

37Figura 37 Energización del tablero planta industrial

Fuente. Los autores

39

5.7 Desarrollo Planta Industrial

5.7.1 Materiales planta industrial.

Los materiales utilizados para la implementación de este tablero son los ilustrados

en la figura.

38Figura 38 Materiales de la planta industrial

Fuente: Los autores

5.7.2 Diseño e implementación del módulo didáctico.

El modelo que se plantea para la base de los equipos e instrumentos en lo

principal era diseñar una estructura estable para el soporte de los elementos.

39Figura 39 Materiales de soporte de la planta industrial

Fuente. Los autores

40

Una vez listo el material se procedió a implementar dicho diseño, la estructura

esta hecho de material acero inoxidable lo cual se ve un acabado muy bonito y

compacto.

40Figura 40 Estructura de la mesa para el proceso Industrial

Fuente. Los autores

5.7.3 Diseño de la planta industrial.

El diseño de la distribución de los elementos sobre la estructura de la planta

industrial se lo muestra en la figura

Fuente. Los autores

41Figura 41 Diseño de los elementos de la planta industrial

41

5.7.4 Ubicación de equipos y sensor en la planta industrial

Se procedió a ubicar los soportes para los tanques, válvula proporcional, válvula

solenoide, Presostato y unidad de mantenimiento.

42Figura 42 Ubicación de elementos en la planta industrial

Fuente. Los autores

5.7.5 Recorrido de mangueras y conexionado de instrumentos

Se procedio a relizar el recorrido de las mangueras utilizando el material correcto

como son los racores de 8mm para asi generar el ciclo de fluido de aire comprimido

para el llenado de los tanques.

Luego se realizó a conectar los elementos de instrumentación: transductor de

presión ,manometro, valvula solenoide, valvula de purga, presostato los cuales se

enconraban en campo y se debian conectar al tablero de la planta industrial para

realizar el debido control.

42

Fuente. Los autores

44Figura 44 Implementación de recorrido de mangueras por la válvula proporcional

Fuente. Los autores

43Figura 43 Implementación de recorrido de mangueras

43

5.7.6 Colocacion de Marquillas a los elementos de la planta industrial.

45Figura 45 Colocación de tag en la unidad de mantenimiento

Fuente. Los autores

46Figura 46 Colocación de tag en el Presostato

Fuente. Los autores

47Figura 47 Colocación de tag en la Válvula Proporcional

Fuente. Los autores

44

48Figura 48 Colocación de tag en la válvula solenoide

Fuente. Los autores

5.7.7 Alimentacion de la Planta Industrial.

Luego de haber finalizado la construccion de la estructura y base para la planta

industrial se procedio a conectar el tablero de la planta industrial con el tablero de control

principal por medio del cable PROFIBUS, donde se puede obvservar cada una de las

señales como entradas y salidas de las tarjetas de la ET-200S.

Fuente. Los autores

49Figura 49 Puesta en marcha de elementos en la planta industrial

45

5.8 PID COMPACT

En el software TIA Portal se utiliza el objeto tecnológico PID_Compact para realizar

el control de procesos técnicos con variables continuas de entrada como el transductor

presión del tanque 2 y salida como válvula proporcional.

La instrucción PID que se usó, puede calcular u optimizar (inicial o final) las

acciones P, I y D; proporcionando la facilidad de poder ingresar los valores de forma

manual.

Para esto se realizaron diferentes pruebas y así obtener los valores deseados.

El valor de salida del regulador PID está formado por tres

acciones:

● P (proporcional): cuando se calcula con la acción "P", el valor de salida

es proporcional a la diferencia entre la consigna (set point) y el valor de proceso

(valor de entrada).

● I (integral): cuando se calcula con la acción "I", el valor de salida aumenta

en proporción a la duración de la diferencia entre la consigna (set point) y el valor

de proceso (valor de entrada) para corregir la diferencia al final.

● D (derivativo): cuando se calcula con la acción "D", el valor de salida crece

como una función de la tasa de incremento de cambio de la diferencia entre la

consigna (set point) y el valor de proceso (valor de entrada). El valor de salida se

corrige a la consigna lo más rápido posible.

5.8.1 Pasos para realizar el bloque PID_Compact

Se ejecutan los siguientes pasos para realizar el control PID obteniendo los valores

de forma automática usando la herramienta de optimización del software TIA Portal.

46

Seleccionamos en el árbol del proyecto “Bloques de programa”, se hace doble

click.

“Agregar nuevo bloque”

50Figura 50 Árbol de Proyecto

Fuente. Los autores

Seleccionar “Bloque de organización (OB)” y como tipo se elige “Alarma cíclica”.

Para el lenguaje de programación seleccionar el diagrama de funciones "FUP". La

numeración (OB200) es automática. El tiempo de ciclo fijo lo dejamos en 100 ms. Se

confirman los parámetros con “Aceptar

A continuación se agrega el bloque regulador “PID_Compact” al segmento. Se lo

activará cuando el selector se encuentre en modo automático. En el árbol de

instrucciones, se hace click en “Tecnología” en la parte de “PID Control – Compact

PID” se lo arrastra hasta el segmento.

47

Fuente. Los autores

Aquí es necesario configurar los “Ajustes básicos”, como el tipo de regulación,

definir la variable de entrada y de salida, la estructura interna del regulador. En

este caso la entrada escalada del transductor de presión y la salida escalada

hacia valvula proporcional de control varían desde 0 – 10 V.

52Figura 52 Ajuste de parámetros del PID

Fuente. Los autores

51Figura 51 Bloque PID_Compact

48

Una vez ajustado los parámetros básicos de control se realiza la carga al PLC junto

a la programación necesaria para realizar el PID. Haciendo clic con el ratón en el

símbolo Activar/desactivar observación, puede vigilar el estado de los bloques

y de las variables durante la comprobación del programa. La primera vez que se

arranca la CPU, el regulador "PID_Compact" todavía no está optimizado. Para realizar

la optimización se tiene que iniciar la preparación haciendo clic en el símbolo “ ”.

Fuente. Los autores

5.9 Optimización PID Inicial Y Final

5.9.1 Optimización PID inicial y final.

En una pantalla de mando, la opción “Medición Inicial” permite mostrar en una

tendencia el comportamiento del valor real, la magnitud manipulada y el setpoint.

Después de cargarlo por primera vez en el controlador, el regulador todavía está

inactivo. Esto significa que la magnitud manipulada permanece en el 0%. Seleccione

ahora “Modo de ajuste” y, a continuación, “Optimización Inicial” luego “Optimización

Final”. Una vez que se realizó la optimización se puede trabajar de forma automática

el PID.

53Figura 53 PID conexión online

49

54Figura 54 Sintonización del PID

Fuente. Los autores

Obteniendo los siguientes resultados luego de que se realizó la optimización del PID,

teniendo un setpoint de 58.0 de presión máxima manteniéndose una apertura del 10%

de la válvula proporcional.

55Figura 55 Ingreso de Kp, Ti, Td.

Fuente: Los autores

50

5.9.2 Diseño de Prueba de Control PID con Matlab

En el software Matlab se utiliza diferentes comandos para realizer el procesos

técnicos con variables contínuas de entrada como el presion y salida de la valvula

proporcional.

Para esto se realizaron diferentes pruebas y así obtener los valores estimados, deseado

1. Ingreso de variables estimadas y reales

56Figura 56 Ingreso de Variable

Fuente: Los autores

2. Iniciación de herramienta de sistema de identificación mediante el comando Ident

3. Importación de valores

57Figura 57 Importación de Valores

Fuente: Los autores

51

4. Obtenemos la gráfica de real y estimada

58Figura 58 Grafica Real

Fuente: Los autores

5. Grafica de estabilidad a la cual se la va a mejorar

59Figura 59 Grafica de Estabilidad

Fuente: Los autores

52

6. Y procedemos a realizar la primera estimaciones

60Figura 60 Primera Estimación

Fuente: Los autores

7. Obtenemos nuestra primera estimación

61Figura 61 Grafica de Estimación

Fuente: Los autores

53

8. Y procedemos a buscar hasta que nuestro dato de estimación superar el 60%

62Figura 62 Estimación Supera el 60%

Fuente: Los autores

9. En este caso la grafica que procedemos a estimar aumentado zeros y 2 polos

63Figura 63 Aumento de Zeros y Polos

Fuente: Los autores

54

10. Obtenemos un porcentaje alto de nuestra estimación con el cual vamos a trabajar y obtendremos nuestra función de transferencia.

64Figura 64 Porcentaje de estimación

Fuente: Los autores

11. Una vez obtenida la función de transferencia se procede a dibujar el diagrama de bloques en la librería de Simulink.

65Figura 65 Función de Transferencia

Fuente: Los autores

55

Procedemos a darle play en la grafica con los valores que vienen por defaul Proporcional 1

Integral 1 Derivativo 0

Valores que vienen por default en el bloque PID

12. Grafica antes del ajuste

66Figura 66 Grafica antes del ajuste

Fuente: Los autores

13. Procedemos a mejorar la señal de estabilidad

Ingresando al block PID

67Figura 67 Bloque PID

Fuente: Los autores

56

14. En la opción TUNE es donde vamos a linealizar la planta

68Figura 68 Lineamiento de la planta

Fuente: Los autores

15. procedemos a realizar el ajuste

69Figura 69 Ajuste del PID

Fuente: Los autores

Obtenemos nuestra original en color plomo y la ideal que vamos a modificar es en color azul

57

16. En nuestro caso, modificamos para que el sistema se estabilice de una manera

suave

70Figura 70 Modificación del sistema de una manera suave

Fuente: Los autores

17. Le damos aplicar y nos arroja los valores de PID que varían del que

comenzamos

71Figura 71 Valores del PID

Fuente: Los autores

58

18. Grafica después del ajuste

72Figura 72 Grafica después del Ajuste

Fuente: Los autores

5.10 Programación Del Proyecto

5.10.1 Software TIA PORTAL

Se realizó la respectiva programación del proceso industrial en el TIA PORTAL (Totally

Integrated Automation), es un programa que nos permite optimizar todos sus

procedimientos de procesamiento, operación de máquinas y planificación.

Con su intuitiva interfaz de usuario, la sencillez de sus funciones y la completa

transparencia de datos es increíblemente fácil de utilizar.

Los datos y proyectos preexistentes pueden integrarse sin ningún esfuerzo, lo cual

asegura su inversión a largo plazo. (Siemens, Siemens TIA PORTAL, 2016)

Para comenzar con el inicio del programa se declaró cuáles van a ser las entradas y

salidas analógicas y digitales donde se puede observar en la imagen una tabla

declarando variables como las entradas I2.0, I2.1, I3.1 y como salida tenemos Q2.0, Q2.1,

Q3.0, Q3.1.

Se tomó en cuenta las entradas digitales como el paro de emergencia,

Automático/Manual, Presostato de entrada lo cual indicara que hay presión de aire y el

Presostato de tanque 1 que nos mostrara por medio de un manómetro el nivel de presión.

Como entradas analógicas se encuentra el trasmisor de presión y la consigna de la

59

válvula proporcional ya que se direcciono con IW256 para transmisor y QW256 para la

consigna de la válvula.

73Figura 73 Creación de tablas de Variables

Fuente: Los autores

Luego de declarar las variables se procedió ir al árbol de proyecto y abrir el bloque

main lo siguiente que se hizo es agregar un nuevo bloque donde aparece una ventana

se elige el bloque FC donde se hace el respectivo escalamiento para la consigna de la

válvula proporcional se hizo los ajustes para la apertura de la válvula desde 0% a 100%,

se agregaron dos bloques NORM_X que se obtiene datos reales y en ese mismo dato

se creó una variable para la salida y se la llama y obtiene un escalamiento tipo real a

entero donde la salida es QW256 y en SCALE_X tenemos datos de real a entero.

60

74Figura 74 Calibración y Escalamiento de Señales

Fuente: Los autores

El Main es la organización principal donde se debe llamar cada bloque hecho sea

FC o DB para que se puedan ejecutar dichos programas creados en cada bloque.

75Figura 75 Main programa Sweep (Cycle)

Fuente: Los autores

Se creó un nuevo bloque FC para el control automático para este caso realizo la

programación del paro de emergencia (Lógica de Seguridad) usando como entrada I2.0

y bloques como SR y MOVE

61

76Figura 76 Control Automático

Fuente: Los autores

En el segmento 2 se hizo la lógica de control Automático se tuvo el selector manual-

automático que al forzar I2.1 mandara un bits a la variable de uso general.

77Figura 77 Lógica de control Automático

Fuente: Los autores

En el segmento 3 Con el bits enviado a variable de uso general se puede observar en

la figura consta de un contacto cerrado que es el bits de uso general, una entrada I3.1

que es contacto cerrado que pertenece al Presostato de entrada que permite indicar si

hay Presión, se tiene una válvula de purga como salida es el que accede desfogar el aire

cuando ya tenga su presión max o presión que se le haya asignado y la válvula de inicio

62

que se activara después que haya pasado por la unidad de Mantenimiento y va a dar el

paso de aire para el primer tanque .

78Figura 78 Lógica de Accionamientos de la Válvula de inicio

Fuente: Los autores

El bloque move permite dar El Paso de aire para el tanque 2 por medio de la válvula

Proporcional

Este bloque tiene Como entrada 50 que es el porcentaje de la apertura de la válvula

y se creó una variable de consigna para la salida del MOVE y así activar la salida Q3.0.

79Figura 79 Bloque Move para dar paso a la Válvula Proporcional

Fuente: Los autores

63

Se usó la comparación lógica para aperturar la válvula proporcional como se muestra

en la figura si la consigna T2 es mayor o igual que 26 se activara el SR y enviara un bit a

la salida de Q3.1 (Presión Consigna T2 Alcanzada) y con el MOVE dará el paso a la

consigna válvula proporcional, si la consigna es menor igual que 26 no habrá reset.

80Figura 80 Comparación de lógica para apertura de válvula proporcional

Fuente: Los autores

Para el control de apertura o cierre de la válvula purga se utilizó bloques como SR,

TON, adicional para la comprobación consta con un contacto cerrado y una comparación

tipo real para set y reset, se usó un temporizador TON para poder activar la salida

Q2.1(Válvula de purga).

64

81Figura 81 Control Apertura o Cierre de Válvula Purga

Fuente: Los autores

Al añadir el bloque DB1 se procedió hacer la tabla de variables de uso general que

permite tener estos datos momentáneamente para hacer pruebas ya que este tipo de

bloque no guardan información.

82Figura 82 Tabla de Variable de uso General

Fuente: Los autores

65

En la figura se observa una tabla de variables donde consta de todo el Sistema

automático en donde se podrá forzar cada uno de estos parámetros dando valores como

la válvula proporcional que se abre y cierra en forma regulada.

83Figura 83 Tabla de observación y forzado permanente

Fuente: Los autores

66

Análisis de Resultados

6.1 Análisis del Proyecto

En el presente capitulo se muestra una revisión de las principales características de

los equipos que serán utilizados para la implementación del proyecto en el laboratorio.

Para de esta manera tener conocimiento sobre las características técnicas que debe

reunir el laboratorio para el seguro y correcto funcionamiento de los dispositivos.

6.1.2 Plc S7-1200

Este controlador nos permite controlar una amplia variedad de dispositivo que forma

parte de la automatización. (Siemens)

El diseño compacto, configuración flexible y potente conjunto de flexible y potente

conjunto de instrucciones se combinan para hacer que el S7-1200 sea la solución

perfecta para el control de una amplia variedad de aplicaciones. (Siemens)

6.1.3 Módulo de comunicación PROFIBUS

La comunicación PROFIBUS de los CM S7-1200 está basada en el protocolo

PROFIBUS DP-V1.

El modulo CM 1243-5, un maestro Profibus DP, permite conectar hasta dieciséis

esclavos DP, por ejemplo, módulos Simatic ET 200, a Simatic S7-1200. También

soporta la comunicación S7 y PG/OP con otros controladores, así como equipos HMI

(Human Machine Interface) y programadoras (PG). El CM 1242-5 permite operar el

Simatic S7-1200 como esclavo. Soporta servicio de comunicación S7 de tipo PUT/GET

donde el maestro actúa como cliente servidor y PC/OP donde se puede recibir y

enviar datos desde un PC. Los posibles interlocutores para comunicación OP son

paneles HMI PC, sistemas SCADA. (Siemens, Automatización Industrial, 2013)

6.1.3 Et-200S

Cuando los sensores y actuadores se encuentran a distancias muy grandes del centro

de control se presentan dificultades por el gran volumen de cableado, a la vez que

incrementa la posibilidad de interferencias en el transporte de las señales. . (Siemens,

Soluciones de Red Profibus, 2008)

67

6.1.4 Manómetro

El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos,

generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local.

(VILLA, 2002)

6.1.5 Transmisor de presión

Los SITRANS P200, P210 y P220 son transductores de medida compactos de un

rango para medir la presión absoluta y relativa.

Dentro de esta serie se utilizan dos tipos de sensores de presión: dos sensores de

acero inoxidable y un sensor con membrana cerámica.

De este modo se facilita la medición de la presión de proceso, la presión absoluta y

la presión hidrostática.

La presión determinada por los sensores se transforma en una señal de 4-20 mA o

de 0-10 V, según se prefiera.

6.1.6 Presostato

El Presostato, también muy conocido por otro nombre interruptor de presión, es un

aparato que se encarga de abrir o de cerrar un circuito eléctrico en función de la lectura

de presión de un fluido.

6.1.7 Válvula proporcional

El regulador proporcional de la presión del MAC, es un producto innovador que

convierte una señal eléctrica en una salida neumática proporcional. (Mac, 2016) El PPC

es transductores convencionales desemejantes de I/P o de V/P.

Ofrece mucho más en términos de funcionamiento, características, y confiabilidad.

(Mac, 2016)

6.1.8 Fuente de alimentación

Las nuevas fuentes de alimentación tecnológicas monofásicas SITOP PSU8200 de la

línea de productos SITOP modular tienen unas necesidades de espacio mínimas en el

perfil porque son extremadamente compactas. (Siemens, Direct Industry, 2013)

68

6.2 Resultado

Se diseñó e implementó un proceso a escala que permita a los estudiantes y docentes

interactuar con sensores y el control de las válvulas por medio de la red industrial

Profibus-DP, reforzando así los conocimientos de la pirámide de automatización.

Este tipo de comunicación se contribuirá la materia de Redes de

Computadoras III en el Laboratorio Fabricación Flexible, así como también los

docentes al impartir sus clases.

Para el proyecto se realizó el diseño respectivo de la red (PROFIBUS-DP) entre

maestro y esclavo, este sistema cuenta con dos tableros uno de control y el otro de la

planta industrial.

Lo cual la parte de control tendrá como principal el PLC S7-1200 (1214C AC/DC/RL)

junto al módulo de comunicación maestro CM-1243 y sus componentes eléctricos para

alimentar el equipo.

Fuente: Los autores

Segundo tablero constara de una ET-200S con comunicación PROFIBUS-DP, fuente

sitop, brecker, borneras porta fusibles etc.

84Figura 84 Moduló de control

69

a. TEMA AUTÓMATA PROGRAMABLE COMO ELEMENTO DE CONTROL DE

PROCESOS.

b. OBJETIVO GENERAL Verificar mediante prácticas el funcionamiento del software TÍA

Portal de Siemens, su entorno de trabajo, las herramientas que

ofrece para realizar diferentes tipos de controles.

c. RECURSOS UTILIZADOS Laptop con el software TÍA PORTAL DE SIEMENS. Módulos de PLCs

S7-1200, Modulo CM 12435 Profibus Dp, Et-200 Profibus DP, Cable

Profibus Dp, RJ45 Planta industrial.

d. MARCO PROCEDIMENTAL Conocer el entorno, las herramientas y demás funciones

tecnológicas que ofrece el software TÍA Portal de Siemens para la

programación de las diferentes prácticas a desarrollar durante el

ciclo. El manejo para la programación de la lógica del controlador,

esclavos, además de las conexiones

e. REGISTRO DE RESULTADOS TÍA Portal proporciona un entorno de fácil manejo para programar la

lógica del controlador, configurar la visualización de HMI y definir la

comunicación por red. Para aumentar la productividad, TÍA Portal

ofrece dos vistas diferentes del proyecto, a saber: Distintos portales

orientados a tareas y organizados según las funciones de las

herramientas (vista del portal) o una vista orientada a los elementos

del proyecto (vista del proyecto). El usuario puede seleccionar la

vista que considere más apropiada para trabajar eficientemente.

Con un solo clic es posible cambiar entre la vista del portal y la vista

del proyecto.

Con los siguientes pasos se puede crear un proyecto para SIMATIC

S7-1200 y programar la solución para las tareas planteadas:

1. La herramienta central es el "Totally Integrated Automation

Portal", que se abre aquí haciendo doble clic. ( -- Totally

Integrated Automation Portal V13)

PRÁCTICA #1

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS

LABORATORIO

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

CARRERA INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL

PRÁCTICA #1

70

2. Los programas para SIMATIC S7-1200 se administran en proyectos. Un proyecto de este tipo se crea en la vista del portal (-- Create new project (Crear proyecto) – Nombre del proyecto -- Create (Crear))

85Figura 85 Vista del Portal

Fuente: Los autores

3. Ahora se proponen los "Primeros pasos" de configuración. En primer lugar nos interesa la opción "Configurar un dispositivo".

86Figura 86 Configurar un Dispositivo

Fuente: Los autores

71

4. A continuación, elegimos "Agregar dispositivo" y escribimos el "Nombre de dispositivo". Para ello, seleccionamos del catálogo "CPU1214C","ET200S" con la referencia correspondiente.

87Figura 87 Agregar PLC/ET200S

Fuente: Los autores

5. El software cambia automáticamente a la vista del proyecto

con la configuración de hardware abierta. Aquí se pueden

agregar módulos adicionales del catálogo de hardware

(derecha). Adicionalmente se puede introducir la et200 s

con sus respectivos módulos de entradas y salidas digitales,

analógicas. mediante "arrastrar y soltar" desde el catálogo.

72

88Figura 88 Agregar PLC 1214ac/DC/RL-Et 200S

Listado de señales de control

Fuente: Los autores

6 En “Vista general de dispositivos" se pueden ajustar las

direcciones de las entradas/salidas. Adicional se puede observar

cada una de la entradas /salidas de la ET200 por cada una de

sus tarjetas, las cuales cuenta con dos canales

73

89Figura 89 Asignación De Variables

Fuente: Los autores

7. Para que el software acceda posteriormente a la CPU correcta, deben configurarse su dirección IP y la máscara de subred. (Propiedades) -- (General) – PROFIBUS DP interface (Interfaz PROFIBUS DP) -- (Direcciones Ethernet) -- (Dirección IP): 192.168.0.1 -- Subnet mask (Máscara de subred): 255.255.255.0)

Fuente: Los autores

90Figura 90 DIRECCIÓN ETHERNET PLC

74

Una vez agregada la dirección IP se abre el Main OB1 donde

se realizaran la lógica de programación que se le cargará al

controlador. (PLC_1…. – Bloque de Programas – (Doble click)

Main OB1)

91Figura 91 Vista Del Proyecto

Fuente: Los autores

75

PRÁCTICA #2

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS

LABORATORIO AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL CARRERA INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL PRÁCTICA #2

a. TEMA COMUNICACIÓN PROFIBUS-DP MAESTRO-ESCLAVO

b. OBJETIVO GENERAL Conocer, verificar, el funcionamiento, características y elementos de

proceso que se encuentran en la planta industrial didáctica, además

de los planos de interconexión eléctricos de los tableros. Calcar

elementos de entradas como transductor de presión, presostato

presión, válvula proporcional, pulsadores, también actuadores como

electroválvula de purga.

c. RECURSOS UTILIZADOS

Laptop con el software TIA PORTAL DE

SIEMENS. Módulos de PLCs S7-1200, Modulo

CM 12435 Profibus Dp, Et-200 Profibus DP,

Cable Profibus Dp, RJ45 Planta industrial

d. MARCO PROCEDIMENTAL

Conocer los equipos y elementos que está conformada la planta

industrial a escala. Sus planos de interconexión eléctricos y diseño

de la distribución de elementos en los tableros de control.

e. REGISTRO DE RESULTADOS

TIA Portal proporciona un entorno de fácil manejo para programar la

lógica del controlador, configurar la visualización de HMI y definir la

comunicación por red. Para aumentar la productividad, TIA Portal

ofrece dos vistas diferentes del proyecto, a saber: Distintos portales

orientados a tareas y organizados según las funciones de las

herramientas (vista del portal) o una vista orientada a los elementos

del proyecto (vista del proyecto). El usuario puede seleccionar la

vista que considere más apropiada para trabajar eficientemente.

Con un solo clic es posible cambiar entre la vista del portal y la vista

del proyecto.

Con los siguientes pasos se puede realizar la comunicación

Profibus-Dp para SIMATIC S7-1200.

76

1. Unas vez que se declaran CPU y la ET-200S, nos colocamos en vista de redes donde se puede visualizar los equipos, no comunicados.

92Figura 92 Vista de Redes

Fuente: Los autores

2. Se procede a realiza la conexión punto a punto del maestro

del sistema al esclavo.

93Figura 93 Conexión Punto a punto del Maestro al Esclavo

Fuente: Los autores

77

PRÁCTICA #3

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS

LABORATORIO AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL CARRERA INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL PRÁCTICA #3

a. TEMA TESTEO DE LA SALIDAS DIGITALES DE LA ET-200S

b. OBJETIVO GENERAL

Comprobar con las prácticas el funcionamiento específico de las entradas y salidas en el control del PLC S7-1200, ET200, integrar los conocimientos de instrumentación con la programación del PLC mediante marcas, escalamiento de señales analógicas con las herramientas del software TIA Portal de Siemens.

c. RECURSOS UTILIZADOS Las laptops con el software TIA PORTAL DE

SIEMENS. Módulos de PLCs S7-1200, Cable

DB25, RJ45, Planta industrial

d. MARCO PROCEDIMENTAL

Consideraciones preliminares Inicialmente deben estar en 0 todos los togger swicth del tablero de control. Proceso Conocidas las direcciones del esclavo ET200S procedemos a llamar a la practica 3, activando el togger swicth correspondiente y visualizando en el bloque del MAIN.

Se crea un bloque DB donde se designa a cada variable de salida de la et200 una marca.

Se agrega contactos y bobinas de salidas para declaras sus respectiva variables las cuales van a hacer visualizada en la Et200.

Se carga el programa en el TIA portal y se visualiza lo propuesto.

78

REGISTRO DE RESULTADOS

94Figura 94 Activación De La Practica 3 En Bloque Main

Fuente: Los autores

95 Figura 95 Activado Válvula Inicio

Fuente: Los autores

96Figura 96 Activado Válvula Proporcional Encendida

Fuente: Los autores

79

97Figura 97 Activado Válvula Presión Consigna Alcanzada T2

Fuente: Los autores

80

PRÁCTICA #4

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS

LABORATORIO AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL CARRERA INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL

PRÁCTICA #4

a. TEMA TESTEO DE LAS SALIDAS DEL ET200

e. TEMA

TESTEO DE LAS SALIDAS DEL ET200

f. OBJETIVO GENERAL

Comprobar con las prácticas el funcionamiento específico de las

entradas y salidas en el control del PLC S7-1200, ET200, integrar los

conocimientos de instrumentación con la programación del PLC

mediante marcas, escalamiento de señales analógicas con las

herramientas del software TIA Portal de Siemens.

g. RECURSOS UTILIZADOS

Las laptops con el software TIA PORTAL DE SIEMENS. Módulos de

PLCs S7-1200, Cable DB25, RJ45

Planta didáctica industrial de control de nivel

h. MARCO PROCEDIMENTAL

Consideraciones preliminares

Inicialmente deben estar vacío los tanques del proceso y calibrado

la presión de ingreso a la unidad de mantenimiento.

Proceso

Conocidas las direcciones de la estación ET200S podemos llamarlas

desde un Proyecto dentro del PLC maestro.

b. OBJETIVO GENERAL Comprobar con las prácticas el funcionamiento específico de las entradas y salidas en el control del PLC S7-1200, ET200, integrar los conocimientos de instrumentación con la programación del PLC mediante marcas, escalamiento de señales analógicas con las herramientas del software TIA

TEMA:

FUNCIONALIDAD DEL PRESOSTATO DE ENTRADA & VÁLVULA

SOLENOIDE PARA UN SISTEMA DE LAZO CERRADO.

b. OBJETIVO GENERAL

Comprobar con las prácticas el funcionamiento específico de las entradas y salidas en el control del PLC S7-1200, ET200, integrar los conocimientos de instrumentación con la programación del PLC mediante marcas, escalamiento de señales analógicas con las herramientas del software TÍA Portal de Siemens.

c. RECURSOS UTILIZADOS Las laptops con el software TÍA PORTAL DE

SIEMENS. Módulos de PLCs S7-1200, Cable

DB25, RJ45, Planta industrial

d. MARCO PROCEDIMENTAL

81

REGISTRO DE RESULTADOS

98Figura 98 Activación De La Practica 4 En Bloque Main

Fuente: Los autores

99Figura 99 Marcha Válvula De Inicio

Fuente: Los autores

Fuente: Los autores

100Figura 100 Válvula De Inicio Apagada

82

PRÁCTICA#5

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS

LABORATORIO AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

CARRERA INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL

PRÁCTICA #5

TEMA:

CALIBRACIÓN Y ESCALAMIENTO AO VÁLVULA

PROPORCIONAL

b. OBJETIVO GENERAL

Comprobar con las prácticas el funcionamiento específico de las entradas y salidas en el control del PLC S7-1200, ET200, integrar los conocimientos de instrumentación con la programación del PLC mediante marcas, escalamiento de señales analógicas con las herramientas del software TÍA Portal de Siemens.

c. RECURSOS UTILIZADOS

Las laptops con el software TÍA PORTAL DE

SIEMENS. Módulos de PLCs S7-1200, Cable

DB25, RJ45, Planta industrial

d. MARCO PROCEDIMENTAL

83

REGISTRO DE RESULTADOS

Fuente: Los autores

102Figura 102 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 100%

Fuente: Los autores

103Figura 103 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 25%

Fuente: Los autores

101Figura 101 Activación De La Practica 5 En Bloque Main

84

Fuente: Los autores

105Figura 105 Calibración Y Escalamiento En La Tabla De Observación Y Forzado Al 25%

Fuente: Los autores

104Figura 104 Calibración Y Escalamiento En La Tabla De Observación Y Forzado Al 100%

85

PRÁCTICA #6

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS

LABORATORIO AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

CARRERA INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL

PRÁCTICA #6

a. TEMA FUNCIONAMIENTO DE LA VÁLVULA PROPORCIONAL

b. OBJETIVÓ GENERAL

Comprobar con las prácticas el funcionamiento específico de las entradas y salidas en el control del PLC S7-1200, ET200, integrar los conocimientos de instrumentación con la programación del PLC mediante el escalamiento de señales analógicas con las herramientas del software TÍA Portal de Siemens.

c. RECURSOS UTILIZADOS

Las laptops con el software TÍA PORTAL DE SIEMENS. Módulos de PLCs S7-1200, Cable DB25, RJ45 Planta industrial

d. RECURSOS UTILIZADOS

Las laptops con el software TÍA PORTAL DE

SIEMENS. Módulos de PLCs S7-1200, Cable

DB25, RJ45, Planta industrial

e. MARCO PROCEDIMENTAL

Proceso Se desea realizar un programa para el escalamiento de la señal de la válvula proporcional. Donde van a existir dos modos de operación modo manual y modo automático en ambos se desea realizar un control de lazo cerrado con válvula proporcional.

86

REGISTRO DE RESULTADOS

106Figura 106 Activación De La Practica 6 En Bloque Main

Fuente: Los autores

107Figura 107 Marcha Válvula De Inicio

Fuente: Los autores

87

108Figura 108 Marcha Válvula Proporcional

Fuente: Los autores

109Figura 109 Escalamiento Salida Analógica –Consigna Válvula Proporcional

Fuente: Los autores

88

110Figura 110 Final Del Proceso

Fuente: Los autores

89

PRÁCTICA #7

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS

LABORATORIO

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

CARRERA INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL

PRÁCTICA #7

a. TEMA CALIBRACIÓN Y ESCALAMIENTO AI TX DE PRESIÓN

b. OBJETIVO GENERAL

Comprobar con las prácticas el funcionamiento específico de las entradas y salidas en el control del PLC S7-1200, ET200, integrar los conocimientos de instrumentación con la programación del PLC mediante marcas, escalamiento de señales analógicas con las herramientas del software TÍA Portal de Siemens.

c. RECURSOS UTILIZADOS

Las laptops con el software TÍA PORTAL DE SIEMENS. Módulos de PLCs S7-1200, Cable DB25, RJ45

d. MARCO PROCEDIMENTAL

Proceso

90

REGISTRO DE RESULTADOS

111Figura 111 Activación De La Practica 7 En Bloque Main

Fuente: Los autores

112Figura 112 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 0%, Midiendo En La Salida Como Resultado 0 Psi

Fuente: Los autores

113Figura 113 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 0%, Midiendo En La Salida Como Resultado 0 Psi

Fuente: Los autores

91

Fuente: Los autores

115Figura 115 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 2358%, Midiendo En La Salida Como Resultado 16 Psi

Fuente: Los autores

114Figura 114 Activación Bloque De Calibración Y Escalamiento Al 2358%, Midiendo En La Salida

Como Resultado 16 Psi

92

PRÁCTICA #8

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS

LABORATORIO

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

CARRERA INGENIERÍA ELECTRÓNICA SEDE GUAYAQUIL

PRÁCTICA #8

a. TEMA CONTROL AUTOMÁTICO DE LA PLANTA

b. OBJETIVO GENERAL Comprobar con las prácticas el funcionamiento específico de las entradas y salidas en el control del PLC S7-1200, ET200, integrar los conocimientos de instrumentación con la programación del PLC mediante marcas, escalamiento de señales analógicas con las herramientas del software TÍA Portal de Siemens.

c. RECURSOS UTILIZADOS

Las laptops con el software TIA PORTAL DE SIEMENS. Módulos de PLCs S7-1200, Cable DB25, RJ45 Planta Industrial

d. MARCO PROCEDIMENTAL

Proceso

93

REGISTRO DE RESULTADOS

116Figura 116 Activación De La Practica 8 En Bloque Main

Fuente: Los autores

117Figura 117 Control Paro Emergencia

Fuente: Los autores

94

Fuente: Los autores

119Figura 119 Marcha Regulador PID

Fuente: Los autores

118Figura 118 Marcha Válvula De Inicio

95

120Figura 120 Desactivación Del PID

Fuente: Los autores

121Figura 121 Consigna Alcanzada T2

Fuente: Los autores

96

122Figura 122 Válvula De Purga Desactivada

Fuente: Los autores

123Figura 123 Válvula De Purga Activada

Fuente: Los autores

97

124Figura 124 Finaliza Proceso

Fuente: Los autores

Se realizó un sistema SCADA para la visualización y monitoreo de la planta industrial el

programa fue diseñado en Labiew y con el OPC SERVER para hacer la comunicación

entre el software y el PLC.

125Figura 125 Sistema SCADA el Proceso Industrial

Fuente: Los autores

98

En el grafico se observa el llenado del segundo tanque por medio de la válvula

Proporcional haciéndole un control PID al proceso.

Se muestra en la imagen la consigna de presión de 58 Psi y la válvula se abrirá a un

100%, ya que la lectura a medida que se presurice el tanque va optimizando hasta que

llega a linearse con la consigna de ajuste.

126Figura 126 Llenado del tanque 2

Fuente: Los autores

Una vez que se llegue a la presión deseada automáticamente se activará un Timer

durante un minuto cerrando por completo la válvula proporcional se mantendrá

optimizado hasta que termine el temporizador y luego purgara el aire automáticamente

y vemos en la gráfica como decae la lectura

127Figura 127 Vaciado del Tanque 2

Fuente: Los autores

99

CONCLUSIONES

La implementación del presente proyecto de graduación es un aporte muy importante

para la Universidad Politécnica Salesiana sede Guayaquil, en especial para el alumnado

perteneciente a la carrera de Ingeniería Electrónica.

Como ya se ha expuesto en el (Diseño e implementación del proyecto), este proyecto

consta de tres partes: tablero de control principal, tablero de planta industrial y planta

industrial; de las cuales el tablero de planta industrial se encuentra interconectada a la

planta industrial y sus elementos. Por lo tanto, existen dos tipos de funcionamiento: sólo

tablero principal (igual a los tableros de prueba existentes en el laboratorio) y el otro

funcionamiento es la utilización de la planta industrial conectado al tablero de control

principal a través de un cable Profibus –DP.

Mediante estas prácticas podemos darnos cuenta el funcionamiento de la red

PROFIBUS-DP, el cual su método de eficiencia una de las más usada a nivel industrial.

Para poder configurar una red PROFIBUS-DP tenemos que tener en cuenta la

dirección de los esclavos que en nuestro Proyecto es la ET200S, ya que el maestro

PROFIBUS-DP necesita reconocer al equipo que está conectado a la red.

100

RECOMENDACIONES

Para una mejor eficiencia del proyecto es recomendable realizar un mantenimiento

preventivo luego de seis meses, es decir reajustar los tornillos de los diferentes elementos

tales como PLC, señales en los tableros (principal y planta industrial), indicadores led,

fuente, variador, contactos de pulsadores y breacker; también en la tarjeta electrónica del

tablero principal se debe verificar el funcionamiento mecánico de los pulsadores y switch.

Es importante la fijación de los equipos en la estructura para evitar daños de los

elementos colocados de la misma manera los conectores que estén bien sujetos para

que el proceso Funcione correctamente.

Para el paro de emergencia se debe realizar de manera eléctrica o manual, en caso

de que haiga un mal direccionamiento de esta en las practicas estudiantiles. De esta

manera al existir un error se puede quitar toda la alimentación de la planta.

Para una mejor comprensión de cada uno de los elementos ubicados en la planta

industrial, se recomienda revisar el datasheet de cada uno de los mismos los cuales se

encuentran en la sección anexos.

Para el traslado del proyecto, se recomienda desconectar el tablero de control principal

con el tablero de la planta industrial y bajar el soporte del mismo (soporte tipo pie) que

se encuentra en el lado izquierdo de la estructura de la planta. Para así tener una menor

dimensión y haciendo uso de las ruedas que se encuentran en su parte inferior poder

realizar un traslado de una manera adecuada y evitar daños a los elementos que lo

componen.

101

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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http://redesindustriales.over-blog.com/2014/10/redes-industriales.html

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https://automatizacionindustrial.wordpress.com/2011/02/09/queeslaautomatizaci

onindustrial/

Katalogautomatyki. (2014). Obtenido de http://www.katalogautomatyki.pl/towar/simatic-

dp-wtyczka-fast-connect-do-sieci-profibus-maks-predkosc-12-mbits-wyjscie-

kabli-proste-pod-katem-180-st-wbudowany-rezystor-terminujacy-z-

izolacja.html?Symbol=6GK1500-0FC10&IdDostawca=17

Mac. (2016). Direct Industry. Obtenido de http://www.directindustry.es/prod/mac-

valves/product-7067-530982.html

Profibus. (s.f.). Profibus. Obtenido de 2001: http://www.profibus.com/pi-

organization/regional-pi associations/spain/tecnologia/profibus/normas/

Siemens. (2008). Soluciones de Red Profibus. Siemens, 2.

Siemens. (2013). Automatizacion Industrial. Obtenido de

http://w5.siemens.com/spain/web/es/industry/automatizacion/pages/automatizaci

on_industrial_default.aspx

Siemens. (2013). Direct Industry. Obtenido de http://www.directindustry.es/prod/siemens-

power-supplies/product-17494-862341.html

Siemens. (2016). Siemens TIA PORTAL. Obtenido de

http://w5.siemens.com/spain/web/es/industry/automatizacion/simatic/tia-

portal/pages/tiaportal.aspx

Siemens. (s.f.). Controlador Simatic S7-1200. Simatic S7-1200, 11.

VILLA, J. (2002). Fluidos. Obtenido de

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/manometro/manometro.

html

102

Anexo 1: Tablas

128Tabla 3. Datos Técnicos

103

129Tabla 4. Datos técnicos del módulo de interfaz IM151-1 Standard

Peso Aprox 150g

Velocidad de transferencia 9,6:19,2:19,45; 93,75:

187,75: 500kbaudios, 1,5: 3:

6; 12Mbits/s

Protocolo de bus PROFIBUS DP

Interfaz RS 485

Modo SYNC SI

Modo FREEZE SI

Código de fabricante 806A

Intercambio directo de datos SI

Modo isócrono NO

Longitud de parámetros 27 bytes

Espacio de direcciones 244 bytes de E/S

Control de configuración (configuración futura)

Módulo de reserva SI

Sin módulo de reserva SI

datosI&M SI

Actualización de firmware Vía PROFIBUS DP usando

STEP 7

Intensidad máx. de salida por la interfaz

PROFIBUS DP(5.6)

80mA

104

130Tabla 5. Datos técnicos del módulo de interfaz IM151-1 Standard

DIMENSIONES Y PESO

Tensiones, intensidades, Potenciales

tensión nominal de alimentación de la electrónica (1L+) 24v

Protección contra inversión de polaridad si

Puenteo de fallos de alimentación min. 20 ms

Aislamiento Galvánico

Entre el bus de fondo y el sistema Electrónico no

Entre el PROFIBUS DP y el sistema Electrónico si

Entre tensión de Alimentación y sistema Electrónico no

Diferencia de potencial admisible 75 VDC,

60VAC

Aislamiento Ensayado con 500VDC

Consumo de la tensión nominal Alimentación (1L+) aprox.200mA

Potencia disipada del modulo tip 3.3 W

Estados , alarmas, diagnósticos

Alarmas si

Funciones de diagnósticos si

Error agrupado LED rojo"SF"

Vigilancia del bus PROFIBUS DP LED rojo"BF"

Vigilancia de la Tensión de Alimentación del sistema

Electrónico

LED verde

"ON"

105

131Tabla 6 datos técnicos de la unidad de mantenimiento

DATOS TÉCNICOS

Tamaño Micro

Conexión neumática 1,2) M5, M7.

G1/8,Qs-4,Qs-6

Mini Midi Maxi

Construcción unidad de filtro

y regulador, con

o sin

manómetro

G 1/8,G

1/4,G 3/8,

G 1/4,G

3/8,G 1/2,G

3/4,

G 1/2,G

3/4,G 1

Lubricador

Proporcional

estándar

Tipo de fijación con accesorios

Montaje en

línea

Posición de Montaje Vertical 5°

Grado de filtración [um] 5

5

Clase de pureza del aire en la

salida

Aire

comprimido

según ISO

8573-

1:2010[6:8:-

](grado filtración

5um)

40

Aire

comprimido

según ISO

8573-

1:2010[7:8:-

](grado filtración

40um)

Gases inertes

Protección del depósito del

filtro

Depósito

metálicos

Purga del condensado Manual con giro

106

132Tabla 7. Detalles del Transmisor de Presión

Desviación de la curva

característica

≤ 0,25 %

Estabilidad a largo plazo ≤ 0,25% / 12 meses

Rango de medición SITRANS P200: de 1 bar a 60 bar relativos

de 0,6 bar a 16 bar absolutos

SITRANS P210: de 100 mbar a 600 mbar

relativos

SITRANS P220: de 2,5 bar a 600 bar

relativos

Semiautomática

Seguridad contra

accionamiento involuntario

Botón giratorio

con

enclavamiento

Automática

Botón giratorio

con cerradura

integrada

Margen de regulación de la

presión [bar]

0.5…7

0.5….7

0.5….12

Histéresis máxima de la

presión

0.3 0.2 0.4

Indicador de presión [bar] con manómetro

M5 en

preparación

G 1/8 en

preparación

G 1/4 en

preparación

G 1/4 en

preparación

Cantidad máx. de condensado 3 22 43 80

107

Anexo 1.1: Presupuesto General

133Tabla 8. Presupuesto General

MATERIALES REQUERIDOS

CANT

UNID DESCRIPCION

PRECIO

UNID P. TOTAL

1 U PLC Siemens S7-12001214C $700.00 $700.00

1 U Fuente de poder Siemens 110VAC 24VDC 5A $150.00 $150.00

1 U Módulo de comunicación CM 12435

PROFIBUS DP

$500.00 $500.00

1 U Convertidor de Voltaje a Corriente $300.00 $300.00

1 U Válvula solenoide de 120Vac $80.00 $80.00

1 U Válvula Proporcional 0-10Vdc $965.00 $965.00

2 U Presostato de 120Vac $40.00 $40.00

1 U Electroválvula de 120Vac $60.00 $60.00

1 U Unidad de Mantenimiento $200.00 $200.00

2 U Transductor de Presión $180.00 $180.00

1 U Breaker 6A 1PSiemens $15.00 $15.00

1 U Breaker 1A, 2A 1P Siemens $15.00 $15.00

5 U Base Acero Inoxidable de2.5mm $20.00 $100.00

1 U Conectores de 16 pines hembra $35.00 $35.00

1 U Conectores de 16 pines Macho $30.00 $30.00

1 FUN Terminales de puntacable#18 $6.50 $6.50

1 ROL Cable#18 $38.00 $38.00

1 U Conector de B9 $0.20 $0.20

2 U Riel Din Omega Estándar $3.50 $7.00

1 U Cartucho para marquillas termoencogible $45.00 $45.00

108

6 U Borneras portafusible $8.00 $48.00

50 U Borneras de control4mm $2.00 $100.00

2 U Tableros decontrol $165.00 $330.00

4 U Pulsadores NA,NC $25.00 $100.00

9 U Indicadores luminosos de 120VAC $3.00 $27.00

1 U Selector de Dos posiciones $25.00 $25.00

4 U Relé de 120VAC $20.00 $80.00

1 U Estructura de la planta industrial a escala $350.00 $350.00

1 U Juego de herramientas $100.00 $100.00

SUBTOTAL $4,626.70

IVA $647.74

$647.74

$647.74

TOTAL $5,274.44

4

109

3Tabla 9 Listado de señales de control

CANAL TAG DESCRIPCIÓ

N T. CONTROL PLANTA INDUSTRIAL

I2.0 S0 PULSADOR

1

PARO EMERGENCIA

I2.1 S1,S2 PULSADOR

2

AUTOMÁTICO/MANUAL

I3.0 S3 PULSADOR

3

VÁLVULA INICIO

I3.1 S4 PULSADOR

4

VÁLVULA PURGA

S5 PULSADOR

5

POTENCIÓMETRO

IW256 S5 PULSADOR

5

TX PRESIÓN

QW256 S6 PULSADOR

6

CONSIGNA PROPORCIONAL

IW258 S7 SWITCH 1 RETROALIMENTACIÓN

Q2.0 H1 LUZ PILOTO FALLA

Q2.1

H3 LUZ PILOTO VÁLVULA INICIO ENCENDIDA

Q3.0 H4 LUZ PILOTO VÁLVULA PURGA ENCENDIDA

Q3.1 H5 LUZ PILOTO VALV.PROR.ENCENDIDA

H6 LUZ PILOTO PRESIÓN ALTA TK1

H7 LUZ PILOTO PRESIÓN BAJA TK2

H8 LUZ PILOTO PRESIÓN CONSIGNA TK2

H9 LUZ PILOTO PRESIÓN BAJA TK2

110

134Anexo 2: Planos Mecánicos y Eléctricos

136Vista Isometrica Izquierda

135Vista Superior

111

137Vista Frontal

112

139Vista Superior Izquierda Del Módulo de Control

138Vista Superior Izquierda del Módulo de la Planta Industrial

112

140Vista Frontal de la Mesa

113

141Anexo 3: Planos Eléctricos

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

M0+

SALIDA ANALOGICA #1 0AB0-4MB00-1346ES77SLOTA0200S-ETSIEMENS

M0-

PROPORCIONALVALULA

20mA-4

AN

ALOG

ICASALIDA

L+

L-

M1+

M1-

L+

L-

129

M0+

ENTRADA ANALOGICA 1

0 A B 0 - 4 M B 0 0 - 1 3 4 6 E S 7 7 S L O T A 0 2 0 0 S - E T S I E M E N S

M0-

1 3 2 4

P R E S I O N

DETR

AN

SD

UC

TO

R

L+

L-

M1+

5

M1-

6

L+

7

L-

8

130

131

132

%IX0.0

X0:I0

%IX0.1

X0:I1

%IX0.2

X0:I2

%IX0.3

X0:I3

%IX0.4

X0:I4

%IX0.5

X0:I5

%IX0.6

X0:I6

%IX0.7

X0:I7

TM221CE40R

DIGITAL INPUT

133

PRESION ENTRADA-X8.1

PRESION ENTRADA-X8.1

VALVULA DE INICIO-X5.1

VALVULA DE INICIO-X5.1

PRESOSTATO TK1-X8.3

PRESOSTATO TK1-X8.3

VALVULA PROPORCIONAL

(NEGRO, SEÑAL DE 0-10VDC)-X7.1

VALVULA PROPORCIONAL (CAFE)-X7.1

VALVULA PROPORCIONAL

(24VDC, AZUL)-X7.3

VALVULA PROPORCIONAL

(24VDC, PLOMO)-X7.3

TRANSDUCTOR DE PRESION-X6.1

TRANSDUCTOR DE PRESION-X6.1

ELECTROVALVULA-X5.2

ELECTROVALVULA-X5.2

RESERVA