Proyecto de Graduacion (1)

7/23/2019 Proyecto de Graduacion (1)

1/94

PROYECTO DE GRADUACION

DISEO, IMPLEMENTACION Y MONITOREO DE UNSISTEMA DIDACTICO BASADO EN EL CONTROL DE

NIVEL DE UN TANQUE VIA RF, UTILIZANDO ELSCADA INTOUCH Y RSLOGIX500 CON EL PLCMICROLOGIX 1200 DE ALLEN BRADLEY

TEMA:

Integreantes: Juan Carlos OrtegaByron Rivera


2/94

INTRODUCCION

Hoy en la actualidad con el avance de la tecnologa laIngeniera se ha visto en la necesidad de ayudarse de la

existencia de nuevos dispositivos de control como son PLC,Variadores de Frecuencia ,Transmisores, Sensores,

Actuadores neumticos, electro neumticos etc. utilizadospara la automatizacin de procesos industriales de tal

forma que su secuencia productiva sea ms eficiente.


3/94

CAPITULO 11.-INFORMACION GENERAL Y ESPECIFICACIONES

TECNICAS DEL SISTEMA DIDACTICODescripcin del Proyecto


4/94

Nuestro proyecto consiste en disear, implementary monitorear un sistema de control de nivel; ennuestro caso vamos a controlar el nivel de agua.Para lo cual vamos a comenzar con el diseo de

una primera estructura metlica en el cual va estarubicado el tanque de cristal de 1 metro de altura enla parte superior, y el reservorio de 40cm de alturaen la parte inferior .La bomba centrifuga va a estar

sobre el reservorio, y el sensor ultrasnico,transmisor de RF y fuente 12Vdc sobre el tanquede cristal.


5/94

En la segunda estructura vamos a colocarun panel de control el cual va a tener unPLC Micrologix 1200 de Allen-Bradley,

Expansor Analgico IF2OF2, Variador PowerFlex 4 de Allen-Bradley, Guarda motor,modulo de RF( receptor) ,transformador decontrol, fuente 12 y 5 Vdc, pulsadores, luzpiloto, selector 3 posiciones , seccionadores,borneras.


6/94

La comunicacin entre el PLC y el CPU lo haremos mediante un cable decomunicacin 1761-CBL-PM02 tal como se ve en la figura 1.1.


7/94

1.2 COMPONENTES Y ESPECIFICACIONES TCNICAS1.2.1 VARIADOR DE FRECUENCIA POWER FLEX 4


8/94

BLOQUE DE TERMINALES DE CONTROLPuente en el borne 01 a 11Cuando se utiliza SRC conun voltaje de 18-24 Vdc,


9/94

BLOQUE DE TERMINALES DE POTENCIAEl variador de frecuencia power flex4 siendo un variador concapacidad para motores hasta de 5 Hp de potencia, puede serconectado con alimentacin monofsica o trifsica comose puede ver en la tabla 1.2a.


10/94

CONEXIN A TIERRAEs necesario tener todos los equipos aterrizados a tierra para evitar corrientes defalla en el sistema.


11/94

1.2.2 CONTROLADOR LGICO PROGRAMABLE (PLC)MICROLOGIX 1200Partes de Hardware

1.- Bloque de terminales (SALIDAS DISCRETAS)2.-Interfaz de Conector bus para expansores E/S3.-Leds de entradas.4.-Leds de salidas5.-Puerto de comunicacin DIN 96.-Led de estado7.-Puertas de terminales y etiquetas8.-Potenciometros canales 0 - 19.-Boton pulsador de comunicacin

10.-Puerto de modulo de memoria11.- Sujetadores de riel DIN12.-Puerto de programacin HMI


12/94

DIAGRAMA DE CABLEADOConexin de Entrada


13/94

Conexin de Salidas


14/94

TERMINALES DE EXPANSOR ANALGICO IF2OF2El expansor analgico tiene internamente dosmicro switchpara la seleccin de corriente o voltaje segn

sea laaplicacin tal como se indica en la figura 1.2.2b


15/94

1.2.3 MDULOS DE TRANSMISIN RFEste modulo de trasmisin inalmbrica

HM-TR transmisor de datos wireless. Estadiseado para aplicaciones que necesitentransmisin de datos a altas velocidades,de larga distancia, frecuenciasprogramables,


16/94

PRINCIPALES CARACTERSTICAS.1.-Modulacin, alta interface de inmunidad2.- 2 vas de comunicacin halfduplex3.-Bandas 315/433/868/915 Mhz4.-Frecuencias Programadas

5.-Envio de controlador RF a protocolo de traslacin UART6.-Configuracion de formato UART con velocidad de datos de 300-19200 bps.7.-Usando el pin ENABLE para control duty-cycle, satisfaciendo diferentesrequerimientos en aplicaciones.8.-Larga transmisin con un rango de 300m en rea abierta.9.-Interface estndar de UART con TTL 0 RS-232 nivel lgico.

10.-Tamao compacto estndar 0.1, conector SIP y antena SMA.


17/94

CONFIGURACIN DE PINES


18/94

1.2.5 SENSOR ULTRASNICOEl Sensor ultrasnico marca sick modeloum30 13113, tiene un alcance deescaneo de 200 a 1300 mm con unafrecuencia de 200Khz de transmisin y unaresolucin de 0.36mm con un tiempo derespuesta 110 ms

CONEXIN DE SENSOR


19/94

ESCANEO DE SENSOR


20/94

1.2.6 PANEL DE CONTROL


21/94

1.2.7 MOTOR Y BOMBAMotor trifsico SIEMENS de 220/440 Vac de 1800 rpm con HP y

bomba centrifuga ,eliminando el motor monofsico, debido a quees necesario en este proyecto bajar o subir el caudal cambiando lafrecuencia


22/94

1.2.8 ESTRUCTURA METLICA


23/94

CAPITULO 22.-DISEO DEL SISTEMA DIDACTICO

2.1.1 Estructura del Tanque , Reservorio y panel de control


24/94

2.2.1 DISEO DEL CIRCUITO DE FUERZA


25/94

CIRCUITO DE ENTRADAS DIGITALES


26/94

CIRCUITO DE SALIDAS DIGITALES


27/94

CIRCUITO DE CONTROL VARIADOR


28/94

CIRCUITO DE EMISOR DE SEAL


29/94

CIRCUITO RECEPTOR DE SEAL


30/94

2.3 DISEO DEL SISTEMA DE BOMBEOH= 1.255 mh= 0.48 mA= 0.65 ma = 1.54 m


31/94

DIMENSIONAMIENTO DE MOTOR

Potencia nominal del motor (Pm),

Potencia absorbida por el eje deacoplamiento (P)

Pm=% margen x P formula 2.3.1a

P= Pu/ formula 2.3.1b

Potencia de la bomba

Pu=.Q.AMT / 367 (kW) formula2.3.

= densidad del liquido en este caso es agua con 1,0 kg/dmQ=caudal dado en ( m/h.)AMT=altura manomtrica total (m).


32/94

CALCULO DE POTENCIA DE LA BOMBA

Caudal

Q=V/t seg formula 2.3.1dQ=(0.09m3/ 1min)=23.77Gpm= 1.5Lt/seg=5.4 m3/h.

Calculo de altura manomtrica total

AMT=AMA +AME formula 2.3.1e

Calculo de altura manomtrica de aspiracin

AMA=PRCA + SPPCA + h formula 2.3.1 f

Calculo de altura manomtrica de elevacinAME=PRCE + SPPCE + H formula 2.3.1h


33/94

Calculando AMA;

Largo de la caera de aspiracin (a) = 0.65 mLa perdida por friccin en tubera 1 de PVC rgida es de (0.35) ver tabla TB-1.Entonces:PRCA =(0.35) x(0.65m)PRCA=0.23 m

La suma de prdida de presin en vlvula check, codo 90 grados,unin ver Tabla A,EntoncesSPPCA=(2.85 +0.76 +0.03)SPPCA=3.64mPor lo que aplicando la formula 2.3.1 f tenemos;

AMA=(0.23 +3.64 +0.48)m= 4.35m

AMA=PRCA + SPPCA + h


34/94

Calculando AME;

La perdida por friccin en tubera de de PVC rgida es de 0 m,

ver Tabla TB-1La suma de prdida de presin en unin universal, vlvula de compuerta,check unidireccional ,codo de 90 grados,Entonces;SPPCE=(0.02+0.21+2.32+2(0.63)

SPPCE=3.81 mPor lo tanto aplicando la formula 2.3.1h tenemos;

AME= 0m + 3.810m + 1.255=1.293 m

Calculando AMT

AMT=4.35 + 1.29=5.64 m

Por lo tanto la potencia de la bombaes:Pu = .Q.AMT / 367=(1x5.4x5.64)/367=0.083 kW

AME=PRCE + SPPCE + H


35/94

Aplicando la formula 2.3.1b encontraremosla potencia dado por eje de acoplamiento

P=Pu/=0.083kW/0.7=0.118 kW

Aplicando la formula 2.3.1a encontraremos lapotencia de motorPm=% margen x P ,

Debemos verificar que margen tiene, ver Tabla 2.3.1Pm=1.5 P=1.5x0.118=0.1770.2Kw=0.27Hp


36/94

2..4 DISEO DE PRUEBASCircuito emisor


37/94

Circuito receptor


38/94

CAPITULO 33.-SISTEMA DE CONTROL DE PROCESO

3.1 Seleccin del PLC y Unidades de Periferia

3.1.1 Caractersticas del Micrologix 1200

El controlador MicroLogix 1200 cuenta con 6 K de memoria. .Matemtica de enteros con signo de 32 bitsE/S incorporadas, las cuales proporcionan entradas y salidas de alta velocidad optimizadasTres opciones base, incluyendo la configuraciones elctricas con:

entradas de CA o CC alimentacin de CA o CC salidas de rel o de estado slido

Dos potencimetros de ajuste analgico incorporados en el controlador.Capacidades PID incorporadasPuerto de comunicacin RS-232 adicional,


39/94

3.2 SOFTWARE DE COMUNICACIN CON PLC3.2.1 CONFIGURACIN DEL MICOLOGIX 1200 UTILIZANDO EL RSLOGIX 500


40/94

3.2.2 CONFIGURACIN RSLINX


41/94


42/94


43/94

3.2.3 CREACIN DEL PROGRAMASeleccionar NEW para crear un nuevo archivo

Seleccionar controlador= BUL.1762 MicroLogix 1200 Serie CIngresar nombre de procesador =NIVEL


44/94

DIRECCIONAMIENTO DE ENTRADAS/SALIDAS DISCRETAS


45/94

PROGRAMA


46/94


47/94


48/94


49/94

3.3.1 Representacin del Bloque de Funcin PID

El sensor proporciona una seal analgica

al controlador, la cualrepresenta el punto actual PV

Esta seal recibe el nombre de punto deconsigna o punto de referencia SP,

El controlador resta la seal de puntoactual a la seal de punto de consigna,obteniendo as la seal de error( E =PV-SP )

La seal resultante de la suma de estastres seales, que posteriormenteexplicaremos, se llama variablemanipulada CV


50/94

SINTONIZACIN DEL CONTROLADOR PID :

Para sintonizar el PID (valores Kc, Ti, Td), utilizamos la regla deZiegler Nichols, en este caso utilizaremos el 2do mtodo.

Primero establecemos Ti=infinito y Td=0, usando solo la accinen control proporcional, luego incrementamos el Kc de 0 aun valor critico Kcr donde el sistema comience a teneroscilaciones sostenidas


51/94

3.4 DESCRIPCIN DEL PROGRAMA DE VISUALIZACIN INTOUCH3.4.1 Caractersticas

Mayor confiabilidad en el monitoreo de procesosDiseo del proceso con simulaciones para mejor entendimientoPermite el interface entre hombre maquinaUn proceso ms optimo en funcionamiento

3.4.2 Administracin de Variables

De acuerdo al tagname se van administrando las variables,

pero si es necesario ir definiendo que tipo de variable esdigital o anloga como indica en la figura 3.4.2


52/94


53/94

3.4.3 DISEO DE PANTALLASPantalla de control de nivel


54/94

Pantalla de Panel de Control


55/94

Pantalla de curvas


56/94

3.4.4 COMUNICACIN CON ALLEN-BRADLEYEs necesario configurar el topic name,

para tener acceso al programa de Rslogic500


57/94


58/94

3.5.1 PARAMETRIZACION DEL VARIADOR


59/94


60/94

3.5.2 CDIGO DE FALLA


61/94

3.6 SENSOR ULTRASNICOCalibracin

Conecte el sensor

Presione P1 andP2

simultaneamente

por 3 s, D1 y D2

flash yellow

Alinie el sensor

Alimente con

voltaje

Operacion Normal

Operacion Normal

Sett rango

analogico

Seleccione

maximo y minimo

analogico. D1 y

D2 flash yellow

alternately

Maximo punto. D1

lights yellow

Minimo punto. D2

lights yellow

P1 y P2 short P1 y P2 short

P1 short P2 short

TANQUE

VACIO

TANQUE

FULL

Operacion Normal


62/94

MICROCONTROLADORDIAGRAMA DE UN SISTEMAMICROCONTROLADOR


63/94


64/94

PIC 16F877Modulador PWM, Puertas entrada/salida

digitales, Comparador analogico, Puertasde comunicacion.

Especial :

Memoria de programa reescribir1.000veces

8 Converidores A/D

5 puertos IN/OUT bidireccional

3 timers

Rx y Tx


65/94

PIC 16F877Reloj

T. ejecuta instruccion, se llama ciclo instrucion

1 ciclo de instrucion, emplea 4 periodos reloj

APLICACIONES:

Automotrices, Industriales.

Equipos e Instrumentos programables


66/94

PIC 16F877Lenguaje de programacion : Mikro code studio

Genera codigo assembler para el PIC

PIC no lee assembler Compilador , transforma .hex

Ic-prog

PIC 16F877


67/94


68/94

MODULO DE TRANSMISION RF MODEM-RS232

YS1020 serie modulo RF de baja potenciaPara sistemas UART en la transm.corto

alcanzeTexas InstrumentsBanda frecuencia ISM, half duplex (Tx and Rx)


69/94

MODULO DE TRANSMISION RF MODEM-RS232

ISM(Industrial,Scientific and Medical), sonbandas reservadas internacionalmentepara uso no comercial de RFelectomagnetica.

Areas: Industrial, Cientifica y Medica

El uso de estas bandas estan abiertas entodo el mundo, sin necesidad de licenciarespetando las regulaciones que limitanlas potencias transmitidas


70/94

MODULO DE TRANSMISION RF MODEM-RS232 Posee cierta tolerancia frente a errores

Los modulos pueden conectarsedirectamente con PC, dispositivos RS485y otros componentes con UART RS232,

RS485 y UART/TTL interfaz de puerto. El interfaz transparente de datos, la

desnudez y el diseo hace que este

modulo sea llevado en aplicacionesindustriales ya sea en el interior o al airelibre, en nuestro caso al aire libre.


71/94

MODULO DE TRANSMISION RF MODEM-RS232 Los modulos pueden conectarse

directamente con PC, dispositivos RS485 yotros componentes con UART RS232,

RS485 y UART/TTL interfaz de puerto. El interfaz transparente de datos, la

desnudez y el diseo hace que este modulo

sea llevado en aplicaciones industriales yasea en el interior o al aire libre, en nuestrocaso al aire libre.


72/94

SOFTWARE HUAWEI TRANSCEIVER


73/94


74/94

CONFIGURACION DE TRANSMISION


75/94

PUERTO SERIAL USARTPermite realizar comunicacion en SERIEpara la transmision de DATOS : Asincrona-Sincrona

VENTAJAS : Economica.- Pocas lineas de transmision

Confiable.- Los estndares actuales permitentransmitir datos con bits de paridad y a niveles

de Voltajes o Corrientes que lo hace pocosensible a ruidos externos.

Versatil.- No esta limitada a usar conductoreselectricos como medio de Tx,usar :Fibra Aire Vacio.


76/94

COMUNICACION SERIE

DESVENTAJA.- Los bits de DATOS se envia de unopor uno (8bits),en PARALELO envia en 1 ciclodato de 8 bits.

Serie le toma mas de 8 ciclos (requiere enviarbits de sincronismo)


77/94

SINCRONIZACION DE CARACTERAlgunos sistemas utilizan lineas adicionales queenvian impulsos, para indicar inicio de un

bloque de caracteres. Sistemas que norequieren lineas adicionales son:

M.Asincrono .- Cada caracter va con 2 bits.Inicio y fin

M.Sincrono.- Cada bloque va precedido de unos

caracteres de sincronismo


78/94

OBSERVACION El usuario normalmente debe configurar:

1. Tipo de comunicacion (asincrona,sincrona)

2. Velocidad de Tx en Baudios (bits porsegundos)

3. Longitud de los datos

4. Bits de paridad, etc

INSTALACION DEL SISTEMA DE TRANSMICION


79/94

RF CON ELSENSOR ULTRASONIDOEMISOR

Ultrasonido : 0-10V. 4-20mA.

Pic : 5V. max

R= 250 ohmios

Corriente (genera), V=I*RRangos : 1 5V. (emisor)

Modulo RF Tx 0-256bits

INSTALACION DEL SISTEMA DE TRANSMICION


80/94

RF CON ELSENSOR ULTRASONIDORECEPTOR

Modulo RF (Rs232), Max 232 envia datos al PortB reflejada en 5V. Max TTL.

Mediante un DAC0808 con Ref=10V. Resolution

Opamp (seguidor de voltaje) Proteccion


81/94


82/94

MONTAJE Y CONEXIONES DE COMPONENTES DECONTROLSENSOR ULTRASONIDO SICK


83/94

ACOPLAMIENTO MOTOR Y BOMBAEl acoplamiento elastico LOVEJOY: Tipo L 0.75 2 mangones 1 elemento forma estrella

Los mangones disponen de aletas,quedaintercalado el elemento elastico.Significa que es acoplamiento trabaja acompresion.Rotura elastico, el sistema continua acoplado


84/94

ACOPLAMIENTO MOTOR Y BOMBA


85/94

MEDICIONES El sistema se estabilizo :

Kc=20

Ti=300

Td=0


86/94

MEDICIONESAlcance a transmitir (Bajo voltaje-emisor)

Alcance a transmitir (Alto voltaje-emisor)


87/94

MEDICIONES GENERALES


88/94

ANALISIS RESULTADOS El voltaje OUT (Receptor) no es elesperado 10V, DAC 0808 (Resolucion)

sino 9.96V

La eficiencia no fue la de placa, en cuantoel motor es trifasico (110V, 3 fases). Perosuministramos (110V, 2 fases) Facilidad

de prueba

Conforme aumentamos la distancia Tx yRx, la signal no cae, siempre a linea devista.


89/94

CONCLUSIONES


90/94

CONCLUSIONES

Al desarrollar el sistema de transmisininalmbrica utilizando antenasprogramables y Micro controladores para la

conversin de seal, se programo la salidacon un PWM, este a su vez nos generoproblemas en el monitoreo de bits ya que la

seal oscilaba, ocasionando variacin denivel

CONCLUSIONES


91/94

CONCLUSIONES

Para realizar el monitoreo se utilizo scadaintouch realizando la comunicacin conRslogix 500 que es el software de

programacin para los PLC Micrologix 1200,utilizando el software de comunicacinRsLinx Classic Lite entre PLC y PC este no

nos permiti conectarnos ya que no manejael protocolo DDE,por lo que utilizamos elRslinx Classic Gateway

CONCLUSIONES


92/94

CONCLUSIONES

La seal emitida por el sensor ultrasnicopuede ser afectada por la perturbacin, porlo que se recomienda disear un sistema

que evite la perturbacin del lquido al sereste llenado en el tanque.

RECOMENDACIONES


93/94

RECOMENDACIONES

Recomienda que el motor este bienacoplado y alineado a la bomba con el fin deque no genere vibracin afectando el

escaneo del sensor ultrasnico, dando a lavez mediciones errneas.

RECOMENDACIONES


94/94

RECOMENDACIONES

Se recomienda lo mnimo del tiempo defrenado y de aceleracin de tal manera quese genere una respuesta rapida en seg con

el fin de que el Bloque PID realice el controlde aceleracin y desaceleracin lo msrpido. Evitando un retardo de ejecucin

Documents

Proyecto de Graduacion (1)