1 PROYECTO DE GRADUACIONTEMA: ´´DISEÑO, IMPLEMENTACION Y MONITOREO DE UN SISTEMA DIDACTICO BASADO EN EL CONTROL DE NIVEL DE UN TANQUE VIA RF, UTILIZANDO EL SCADA INTOUCH Y RSLOGIX500 CON EL PLC MICROLOGIX 1200 DE ALLEN BRADLEY´´ Integreantes: Juan Carlos Ortega Byron Rivera

2 INTRODUCCION Hoy en la actualidad con el avance de la tecnología la Ingeniería se ha visto en la necesidad de ayudarse de la existencia de nuevos dispositivos de control como son PLC, Variadores de Frecuencia ,Transmisores, Sensores, Actuadores neumáticos, electro neumáticos etc. utilizados para la automatización de procesos industriales de tal forma que su secuencia productiva sea más eficiente.

3 CAPITULO 1 TECNICAS DEL SISTEMA DIDACTICO Descripción del Proyecto1.-INFORMACION GENERAL Y ESPECIFICACIONES TECNICAS DEL SISTEMA DIDACTICO Descripción del Proyecto

4 Nuestro proyecto consiste en diseñar, implementar y monitorear un sistema de control de nivel; en nuestro caso vamos a controlar el nivel de agua. Para lo cual vamos a comenzar con el diseño de una primera estructura metálica en el cual va estar ubicado el tanque de cristal de 1 metro de altura en la parte superior, y el reservorio de 40cm de altura en la parte inferior .La bomba centrifuga va a estar sobre el reservorio, y el sensor ultrasónico, transmisor de RF y fuente 12Vdc sobre el tanque de cristal.

5 En la segunda estructura vamos a colocar un panel de control el cual va a tener un PLC Micrologix de Allen-Bradley, Expansor Analógico IF2OF2, Variador Power Flex 4 de Allen-Bradley, Guarda motor, modulo de RF( receptor) ,transformador de control, fuente 12 y 5 Vdc, pulsadores, luz piloto, selector 3 posiciones , seccionadores, borneras.

6 La comunicación entre el PLC y el CPU lo haremos mediante un cable de comunicación CBL-PM02 tal como se ve en la figura 1.1.

7 1. 2 Componentes y Especificaciones Técnicas 1. 21.2 Componentes y Especificaciones Técnicas Variador de Frecuencia POWER FLEX 4  

8 BLOQUE DE TERMINALES DE CONTROLPuente en el borne 01 a 11 Cuando se utiliza SRC con un voltaje de Vdc,

9 BLOQUE DE TERMINALES DE POTENCIAEl variador de frecuencia power flex4 siendo un variador con capacidad para motores hasta de 5 Hp de potencia, puede ser conectado con alimentación monofásica o trifásica como se puede ver en la tabla 1.2a.

10 CONEXIÓN A TIERRA Es necesario tener todos los equipos aterrizados a tierra para evitar corrientes de falla en el sistema.

11 1.2.2 Controlador Lógico Programable (PLC) Micrologix 1200Partes de Hardware 1.- Bloque de terminales (SALIDAS DISCRETAS) 2.-Interfaz de Conector bus para expansores E/S 3.-Leds de entradas. 4.-Leds de salidas 5.-Puerto de comunicación DIN 9 6.-Led de estado 7.-Puertas de terminales y etiquetas 8.-Potenciometros canales 9.-Boton pulsador de comunicación 10.-Puerto de modulo de memoria 11.- Sujetadores de riel DIN 12.-Puerto de programación HMI

12 Diagrama de Cableado   Conexión de Entrada

13 Conexión de Salidas

14 Terminales de Expansor Analógico IF2OF2El expansor analógico tiene internamente dos micro switch para la selección de corriente o voltaje según sea la aplicación tal como se indica en la figura b

15 1.2.3 Módulos de transmisión RFEste modulo de trasmisión inalámbrica HM-TR transmisor de datos wireless. Esta diseñado para aplicaciones que necesiten transmisión de datos a altas velocidades, de larga distancia, frecuencias programables,

16 Principales Características.1.-Modulación, alta interface de inmunidad 2.- 2 vías de comunicación half –duplex 3.-Bandas 315/433/868/915 Mhz 4.-Frecuencias Programadas 5.-Envio de controlador RF a protocolo de traslación UART 6.-Configuracion de formato UART con velocidad de datos de bps. 7.-Usando el pin ENABLE para control duty-cycle, satisfaciendo diferentes requerimientos en aplicaciones. 8.-Larga transmisión con un rango de 300m en área abierta. 9.-Interface estándar de UART con TTL 0 RS-232 nivel lógico. 10.-Tamaño compacto estándar 0.1’’, conector SIP y antena SMA.

17 Configuración de pines

18 Sensor Ultrasónico El Sensor ultrasónico marca sick modelo um , tiene un alcance de escaneo de 200 a 1300 mm con una frecuencia de 200Khz de transmisión y una resolución de 0.36mm con un tiempo de respuesta 110 ms CONEXIÓN DE SENSOR

19 ESCANEO DE SENSOR

20 1.2.6 Panel de Control

21 1.2.7 Motor y Bomba Motor trifásico SIEMENS de 220/440 Vac de 1800 rpm con ½ HP y bomba centrifuga ,eliminando el motor monofásico, debido a que es necesario en este proyecto bajar o subir el caudal cambiando la frecuencia

22 1.2.8 Estructura Metálica

23 CAPITULO 2 2.-DISEÑO DEL SISTEMA DIDACTICO2.1.1 Estructura del Tanque , Reservorio y panel de control

24 2.2.1 Diseño del Circuito de Fuerza

25 Circuito de entradas digitales

26 Circuito de salidas digitales

27 Circuito de control variador

28 Circuito de emisor de señal

29 Circuito receptor de señal

30 2.3 Diseño del Sistema de Bombeo H= m h= m A= 0.65 m a = m

31 Dimensionamiento de motorPotencia nominal del motor (Pm), Pm=% margen x P formula 2.3.1a Potencia absorbida por el eje de acoplamiento (P) P= Pu/ ŋ formula b Potencia de la bomba Pu=ρ.Q.AMT / (kW) formula2.3. ρ = densidad del liquido en este caso es agua con 1,0 kg/dm³ Q=caudal dado en ( m³/h.) AMT=altura manométrica total (m).

32 CALCULO DE POTENCIA DE LA BOMBACaudal Q=V/t seg formula 2.3.1d Q=(0.09m3/ 1min)=23.77Gpm= 1.5Lt/seg=5.4 m3/h. Calculo de altura manométrica total AMT=AMA +AME formula 2.3.1e Calculo de altura manométrica de aspiración AMA=PRCA + SPPCA + h formula f Calculo de altura manométrica de elevación AME=PRCE + SPPCE + H formula 2.3.1h

33 Calculando AMA; Largo de la cañería de aspiración (a) = 0.65 mLa perdida por fricción en tubería 1’’ de PVC rígida es de (0.35) ver tabla TB-1. Entonces: PRCA =(0.35) x(0.65m) PRCA=0.23 m La suma de pérdida de presión en válvula check, codo 90 grados, unión ver Tabla A, Entonces SPPCA=( ) SPPCA=3.64m Por lo que aplicando la formula f tenemos; AMA=( )m= 4.35m AMA=PRCA + SPPCA + h

34 Calculando AME; Calculando AMT AMT=4.35 + 1.29=5.64 mLa perdida por fricción en tubería de ¾’’ de PVC rígida es de 0 m, ver Tabla TB-1 La suma de pérdida de presión en unión universal, válvula de compuerta, check unidireccional ,codo de 90 grados, Entonces; SPPCE=( (0.63) SPPCE=3.81 m Por lo tanto aplicando la formula 2.3.1h tenemos; AME= 0m m =1.293 m AME=PRCE + SPPCE + H Calculando AMT Por lo tanto la potencia de la bomba es: Pu = ρ.Q.AMT / =(1x5.4x5.64)/367=0.083 kW AMT= =5.64 m

35 Aplicando la formula 2.3.1b encontraremosla potencia dado por eje de acoplamiento P=Pu/ ŋ=0.083kW/0.7=0.118 kW Aplicando la formula 2.3.1a encontraremos la potencia de motor Pm=% margen x P , Debemos verificar que margen tiene, ver Tabla 2.3.1 Pm=1.5 P=1.5x0.118=0.177≈0.2Kw=0.27Hp

36 2..4 Diseño de Pruebas Circuito emisor

37 Circuito receptor

38 CAPITULO 3 3.-SISTEMA DE CONTROL DE PROCESO3.1 Selección del PLC y Unidades de Periferia 3.1.1 Características del Micrologix 1200 El controlador MicroLogix 1200 cuenta con 6 K de memoria. . Matemática de enteros con signo de 32 bits E/S incorporadas, las cuales proporcionan entradas y salidas de alta velocidad optimizadas Tres opciones base, incluyendo la configuraciones eléctricas con: – entradas de CA o CC – alimentación de CA o CC – salidas de relé o de estado sólido Dos potenciómetros de ajuste analógico incorporados en el controlador. Capacidades PID incorporadas Puerto de comunicación RS-232 adicional,

39 3. 2 Software de Comunicación con PLC 3. 23.2 Software de Comunicación con PLC Configuración del Micologix 1200 Utilizando el RsLogix 500  

40 3.2.2 Configuración RsLinx

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43 3.2.3 Creación del Programa Seleccionar ”NEW “ para crear un nuevo archivo Seleccionar controlador= BUL.1762 MicroLogix 1200 Serie C Ingresar nombre de procesador =NIVEL

44 Direccionamiento de Entradas/Salidas Discretas

45 PROGRAMA

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49 3.3.1 Representación del Bloque de Función PIDEl sensor proporciona una señal analógica al controlador, la cual representa el punto actual PV Esta señal recibe el nombre de punto de consigna o punto de referencia SP, El controlador resta la señal de punto actual a la señal de punto de consigna, obteniendo así la señal de error ( E =PV-SP ) La señal resultante de la suma de estas tres señales, que posteriormente explicaremos, se llama variable manipulada CV

50 Sintonización del controlador PID :Para sintonizar el PID (valores Kc, Ti, Td), utilizamos la regla de Ziegler – Nichols, en este caso utilizaremos el 2do método. Primero establecemos Ti=infinito y Td=0, usando solo la acción en control proporcional, luego incrementamos el Kc de 0 a un valor critico Kcr donde el sistema comience a tener oscilaciones sostenidas

51 3.4 Descripción del Programa de Visualización INTOUCH3.4.1 Características Mayor confiabilidad en el monitoreo de procesos Diseño del proceso con simulaciones para mejor entendimiento Permite el interface entre hombre maquina Un proceso más optimo en funcionamiento 3.4.2 Administración de Variables De acuerdo al tagname se van administrando las variables, pero si es necesario ir definiendo que tipo de variable es digital o análoga como indica en la figura 3.4.2

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53 3.4.3 Diseño de Pantallas Pantalla de control de nivel

54 Pantalla de Panel de Control

55 Pantalla de curvas

56 3.4.4 Comunicación con Allen-BradleyEs necesario configurar el topic name, para tener acceso al programa de Rslogic 500

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58 3.5.1 Parametrizacion del Variador

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60 3.5.2 Código de Falla

61 3.6 Sensor Ultrasónico Calibración

62 MICROCONTROLADOR DIAGRAMA DE UN SISTEMA MICROCONTROLADOR

63 PIC 16F877 Gama media Gama mas variada Modelos 18 hasta 68 pinesInterrupciones,contadores,Convertidores A/D,Puerto serie, temporizadores,etc…

64 PIC 16F877 Modulador PWM, Puertas entrada/salida digitales, Comparador analogico, Puertas de comunicacion. Especial : Memoria de programa reescribir 1.000veces 8 Converidores A/D 5 puertos IN/OUT bidireccional 3 timers Rx y Tx

65 PIC 16F877 Reloj T. ejecuta instruccion, se llama ciclo instrucion1 ciclo de instrucion, emplea 4 periodos reloj APLICACIONES: Automotrices, Industriales. Equipos e Instrumentos programables

66 PIC 16F877 Lenguaje de programacion : Mikro code studioGenera codigo assembler para el PIC PIC no lee assembler Compilador , transforma .hex Ic-prog

67 PIC 16F877

68 MODULO DE TRANSMISION RF MODEM-RS232YS1020 serie modulo RF de baja potencia Para sistemas UART en la transm.corto alcanze Texas Instruments Banda frecuencia ISM, half duplex (Tx and Rx)

69 MODULO DE TRANSMISION RF MODEM-RS232ISM(Industrial,Scientific and Medical), son bandas reservadas internacionalmente para uso no comercial de RF electomagnetica. Areas: Industrial, Cientifica y Medica El uso de estas bandas estan abiertas en todo el mundo, sin necesidad de licencia respetando las regulaciones que limitan las potencias transmitidas

70 MODULO DE TRANSMISION RF MODEM-RS232Posee cierta tolerancia frente a errores Los modulos pueden conectarse directamente con PC, dispositivos RS485 y otros componentes con UART RS232, RS485 y UART/TTL interfaz de puerto. El interfaz transparente de datos, la desnudez y el diseño hace que este modulo sea llevado en aplicaciones industriales ya sea en el interior o al aire libre, en nuestro caso al aire libre.

71 MODULO DE TRANSMISION RF MODEM-RS232Los modulos pueden conectarse directamente con PC, dispositivos RS485 y otros componentes con UART RS232, RS485 y UART/TTL interfaz de puerto. El interfaz transparente de datos, la desnudez y el diseño hace que este modulo sea llevado en aplicaciones industriales ya sea en el interior o al aire libre, en nuestro caso al aire libre.

72 SOFTWARE HUAWEI TRANSCEIVER

73 SOFTWARE HUAWEI TRANSCEIVER

74 Configuracion de transmision

75 PUERTO SERIAL USART Permite realizar comunicacion en SERIE para la transmision de DATOS : Asincrona- Sincrona VENTAJAS : Economica.- Pocas lineas de transmision Confiable.- Los estándares actuales permiten transmitir datos con bits de paridad y a niveles de Voltajes o Corrientes que lo hace poco sensible a ruidos externos. Versatil.- No esta limitada a usar conductores electricos como medio de Tx,usar : Fibra,Aire,Vacio.

76 COMUNICACION SERIE DESVENTAJA.- Los bits de DATOS se envia de uno por uno (8bits),en PARALELO envia en 1 ciclo dato de 8 bits. Serie le toma mas de 8 ciclos (requiere enviar bits de sincronismo)

77 SINCRONIZACION DE CARACTERAlgunos sistemas utilizan lineas adicionales que envian impulsos, para indicar inicio de un bloque de caracteres. Sistemas que no requieren lineas adicionales son: M.Asincrono .- Cada caracter va con 2 bits. Inicio y fin M.Sincrono.- Cada bloque va precedido de unos caracteres de sincronismo

78 Observacion El usuario normalmente debe configurar: Tipo de comunicacion (asincrona,sincrona) Velocidad de Tx en Baudios (bits por segundos) Longitud de los datos Bits de paridad, etc…

79 INSTALACION DEL SISTEMA DE TRANSMICION RF CON EL SENSOR ULTRASONIDOEMISOR Ultrasonido : 0-10V mA. Pic : 5V. max R= 250 ohmios Corriente (genera), V=I*R Rangos : 1 – 5V. (emisor) Modulo RF Tx bits

80 INSTALACION DEL SISTEMA DE TRANSMICION RF CON EL SENSOR ULTRASONIDORECEPTOR Modulo RF (Rs232), Max 232 envia datos al Port B reflejada en 5V. Max TTL. Mediante un DAC0808 con Ref=10V. Resolution Opamp (seguidor de voltaje) “Proteccion”

81 DAC 0808

82 MONTAJE Y CONEXIONES DE COMPONENTES DE CONTROLSENSOR ULTRASONIDO SICK

83 ACOPLAMIENTO MOTOR Y BOMBAEl acoplamiento elastico LOVEJOY: Tipo L 0.75 2 mangones 1 elemento forma estrella Los mangones disponen de aletas,queda intercalado el elemento elastico. Significa que es acoplamiento trabaja a compresion. Rotura elastico, el sistema continua acoplado

84 ACOPLAMIENTO MOTOR Y BOMBA

85 Mediciones El sistema se estabilizo : Kc=20 Ti=300 Td=0

86 Alcance a transmitir (Bajo voltaje-emisor)Mediciones Alcance a transmitir (Bajo voltaje-emisor) Alcance a transmitir (Alto voltaje-emisor)

87 Mediciones Generales

88 Analisis Resultados El voltaje OUT (Receptor) no es el esperado 10V, DAC 0808 (Resolucion) sino 9.96V La eficiencia no fue la de placa, en cuanto el motor es trifasico (110V, 3 fases). Pero suministramos (110V, 2 fases) “Facilidad de prueba” Conforme aumentamos la distancia Tx y Rx, la signal no cae, siempre a linea de vista.

89 Analisis resultados

90 Conclusiones Al desarrollar el sistema de transmisión inalámbrica utilizando antenas programables y Micro controladores para la conversión de señal, se programo la salida con un PWM, este a su vez nos genero problemas en el monitoreo de bits ya que la señal oscilaba, ocasionando variación de nivel

91 Conclusiones Para realizar el monitoreo se utilizo scada intouch realizando la comunicación con Rslogix 500 que es el software de programación para los PLC Micrologix 1200 ,utilizando el software de comunicación RsLinx Classic Lite entre PLC y PC este no nos permitió conectarnos ya que no maneja el protocolo DDE,por lo que utilizamos el Rslinx Classic Gateway

92 Conclusiones La señal emitida por el sensor ultrasónico puede ser afectada por la perturbación, por lo que se recomienda diseñar un sistema que evite la perturbación del líquido al ser este llenado en el tanque.

93 recomendaciones Recomienda que el motor este bien acoplado y alineado a la bomba con el fin de que no genere vibración afectando el escaneo del sensor ultrasónico, dando a la vez mediciones erróneas.

94 recomendaciones Se recomienda lo mínimo del tiempo de frenado y de aceleración de tal manera que se genere una respuesta rapida en seg con el fin de que el Bloque PID realice el control de aceleración y desaceleración lo más rápido. Evitando un retardo de ejecución