TG4439 tesis protegida

5/25/2018 TG4439 tesis protegida

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UNIVERSIDAD NUEVA ESPARTA

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE ELECTRNICA

DISEO E IMPLEMENTACIN DE UNA ESTACIN PARA EL DESARROLLODE PRCTICAS Y PROYECTOS EN EL REA DE AUTOMATIZACIN Y

CONTROL INDUSTRIAL, UTILIZANDO CONTROLADORES LGICOS

PROGRAMABLES (PLC) PARA EL LABORATORIO DE CONTROL E

INSTRUMENTACIN DE LA UNIVERSIDAD NUEVA ESPARTA

Br. Henriques, Evaristo

C.I: 17.744.719

Br. Alfaro, Alfred

C.I: 19.044.042

Tutor:

Ing. Marin Washington. M

C.I: 18.602.258

Enero, 2011

Caracas, Venezuela


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II

UNIVERSIDAD NUEVA ESPARTA

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE ELECTRNICA

DISEO E IMPLEMENTACIN DE UNA ESTACIN PARA EL DESARROLLO

DE PRCTICAS Y PROYECTOS EN EL REA DE AUTOMATIZACIN Y

CONTROL INDUSTRIAL, UTILIZANDO CONTROLADORES LGICOSPROGRAMABLES (PLC) PARA EL LABORATORIO DE CONTROL E

INSTRUMENTACIN DE LA UNIVERSIDAD NUEVA ESPARTA

JURADO: JURADO:

______________________ ______________________

Nombre y Apellido Nombre y Apellido

______________________ ______________________

Cdula de Identidad Cdula de Identidad

______________________ ______________________

Firma Firma

Enero, 2011

Caracas, Venezuela


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III

AGRADECIMIENTOS

A Dios por ayudarme a salir de los momentos difciles en mi vida y guiarme

en buen camino.

A mi madre y mi padre por darme todo su apoyo en todos los momentos de

mi vida, al guiarme en los momentos que pens que perd el camino y por confiar

en m. Gracias por estar siempre ah.

A mis hermanas por siempre estar ah, por darme sus consejos y apoyarme

en todos los momentos importantes de mi vida.

A mi sobrina Camila Victoria, que ha sido como mi hija y me ha llenado de

felicidad Dios te bendiga.

A la persona que siempre ha estado en cualquier momento para brindarme

su apoyo y por darme todo su amor. Te amo Karla Villegas.

A Alfred, por haberme permitido ser su compaero de tesis y por brindarme

todo su apoyo incondicional.

Al Ing. Mauricio Marn, por su apoyo y aceptacin tutorial para el desarrollo

de este proyecto.

A todos los profesores y amigos que han estado en todos los momentos de

mi vida, gracias a ellos hoy soy quien soy. Gracias por su apoyo.

Evaristo Henriques.


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IV

A Dios por ayudarme y darme la fuerza necesaria para salir adelante en

todo momento.

A mis padres por de una forma u otra siempre estar ah y darme toda suayuda por haberme hecho un hombre de bien y guiarme por un buen camino

gracias.

A mi esposa y a mi hija que son una gran parte de mi vida y en todos

momentos me han dado su apoyo y su amor incondicional.

A mi compaero de Trabajo de Grado Evaristo Henriques, por habermepermitido ser su compaero y por ayudarme al mximo y por brindarme todo su

apoyo incondicional.

Al Ing. Mauricio Marn, por su aceptacin tutorial de este proyecto.

Alfred Alfaro.


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V

DEDICATORIA

A mi madre y padre por apoyarme en mi formacin como persona y como

profesional, a mis hermanas por estar en todos los momentos en mi vida. A lapersona que ms amo en esta vida, a Karla Villegas por apoyarme en todos los

momentos de mi vida. Y a mi sobrina Camila Victoria por llenarme de amor.

Evaristo Henriques.

A mis padres por siempre ofrecerme su apoyo, a mi hija que es mi razn de

vivir y de superarme cada da ms.

Alfred Alfaro.


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VI

Universidad Nueva Esparta

Facultad de Ingeniera

Escuela de Ingeniera Electrnica

Ttulo: Diseo e implementacin de una estacin para el desarrollo de prcticas y

proyectos en el rea de automatizacin y control industrial, utilizando

Controladores Lgicos Programables (PLC) para el Laboratorio de Control e

Instrumentacin de la Universidad Nueva Esparta.

Autores: Br. Alfaro, Alfred C.I: 19.044.042

Br. Henriques, Evaristo C.I: 17.744.719

Tutor: Ing. Marn Washington. M. C.I: 18.602.258

RESUMEN

Palabras Claves:Sistema de control, PLC, Automatizacin, Sensores, Procesos.

Resumen: En este Trabajo de Grado se presenta el diseo e implementacin de

una estacin para las prcticas en el rea de instrumentacin industrial de la

Escuela de Ingeniera Electrnica de la Universidad Nueva Esparta. La Estacin

desarrollada est conformada por un PLC (Controladores Lgicos Programables)

de la serie S7200, CPU 224 SIEMENS, la cual se encargar de controlar todo

el proceso de llenado y vaciado de tres tanques de almacenamientos, encendido

y apagado de las bombas, del control de los sensores de nivel de tipo conductivo,

del encendido y apagado de la estacin y todo lo referente a la seguridad de la

estacin. Para la eleccin de los instrumentos se baso en la funcionalidad,

compactibilidad, costo y existencia en el mercado venezolano. La programacin

del PLC se utilizo el lenguaje LADDER que se basa en programacin mediante

contacto, es uno de los programadores ms fcil de observar el estado del

proceso.


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VII

Nueva Esparta University

Engineering Faculty

Electronic Engineering School

Title: Design and implementation of a station for the development of practices and

projects in the area of industrial automation and control, using programmable logic

controllers (PLC) for the Control and Instrumentation Laboratory at the University

of Nueva Esparta.

Authors: Br. Alfaro, Alfred C.I: 19.044.042

Br. Henriques, Evaristo C.I: 17.744.719

Tutor: Ing. Marin Washimston. M. C.I: 18.602.258

SUMMARY

Keywords:Control system, PLC, Automation, Sensors, Process.

Summary: In this degree working presents the design and implementation of a

station for practices in the field of industrial instrumentation in the School of

Electrical Engineering from the Nueva Esparta University. The station developed

consists of a PLC (Programmable Logic Controllers) of the S7 - 200, SIEMENS

224 CPU, which is responsible for supervising the entire process of filling and

emptying of three storage tanks, on and off of pumps, control sensors Conductive

level of on and off the station and everything related to the safety of the station.

For the choice of instruments was based on functionality, compactness, cost and

life in the Venezuelan market. PLC programming language was used which is

based LADDER programming via touch, is one of the most easy to observe the

state of the process.


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VIII

INDICE

AGRADECIMIENTOS III

DEDICATORIA V

RESUMEN DE TRABAJO DE GRADO VI

DEGREE SUMMARY VII

INDICE GENERAL VIII

INDICE DE FIGURAS XI

INDICE DE TABLAS XII

INDICE DE FORMULAS XII

INDICE DE ANEXOS XII

INTRODUCCIN 13

CAPTULO I

1. El Problema 15

1.1 Planteamiento del Problema 15

1.2 Objetivos de la Investigacin 16

1.2.1 Objetivo General 16

1.2.2 Objetivos Especficos 16

1.3 Justificacin de la Investigacin 17

1.4 Delimitacin 18

1.4.1 Delimitaciones Temporales 18

1.4.2 Delimitaciones Geogrficas 19

1.4.3 Delimitaciones Tcnicas 19

1.5 Limitaciones 19

CAPTULO II

2. Marco Terico 21

2.1 Antecedentes 21

2.2 Bases Tericas 22


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IX

2.2.1 Sistema de control 22

2.2.1.1 Sistema de control a lazo abierto 23

2.2.1.2 Sistema de control a lazo cerrado 24

2.2.2 Automatizacin 252.2.3 Controladores lgicos programables (PLC) 25

2.2.3.1 Estructura 27

2.2.3.2 rea de aplicacin 29

2.2.3.3 Ventajas e Inconvenientes 30

2.2.3.4 Caractersticas principales del PLC 31

2.2.3.5 Clasificacin de los PLC 31

2.2.3.6 Programacin del PLC 322.2.4 Fuente de alimentacin LOGO!Power 24V/4A 34

2.2.5Tanque de almacenamiento 34

2.2.6 Bombas 35

2.2.7 Sensores 35

2.2.7.1 Descripcin de algunos sensores 35

2.2.7.1.1 Sensores de posicin 35

2.2.7.1.2 Captadores fotoelctricos 36

2.2.7.1.3 Captadores de barrera y de reflexin 36

2.2.7.1.4 Sensores de contacto 36

2.2.7.1.5 Sensores ultrasnicos 37

2.2.7.1.6 Sensores de presin 37

2.2.7.1.7 Sensores de nivel 38

2.2.7.1.8 sensores de temperatura 38

2.2.7.1.9 Sensores de flujo 38

2.2.8 Medidores de nivel de lquidos 39

2.2.8.1 Instrumentos basados en caractersticas elctricas de lquido___ 39

2.2.8.1.1 Medidor de nivel conductivo 39

2.2.8.1.2 Medidor de nivel de capacidad 40

2.2.8.1.3 Sistema ultrasnico de medicin de nivel 41

2.2.8.1.4 Medidor de nivel laser 41


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X

2.2.9 Cable elctrico 42

2.2.10 Fusible 43

2.2.11 Trminos bsicos 44

2.2.12 Cuadro de variables 46

CAPTULO III

3. Marco metodolgico 49

3.1Tipo de la investigacin 49

3.2 Diseo de la investigacin 50

3.3 Poblacin y Muestra 51

3.4 Tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos 533.5 Tcnicas de procedimiento y anlisis de datos 54

3.6 Datos recolectados 54

3.7 Tabla de doble entrada para analizar los datos obtenidos 55

3.8 Cuestionario 56

CAPTULO IV

4. Sistema Propuesto 61

4.1Diagrama de bloques 61

4.1.1 Bloque de entradas 61

4.1.2 Bloque de salidas 65

4.2 Diagrama de interconexin del sistema 72

4.3 Desarrollo tcnico 74

4.4 Interfaz Humano-Mquina 76

4.5 Cable de programacin S7-200 79

4.6 Prcticas propuestas 81

CONCLUSIONES 92

RECOMENDACIONES 94

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 95

REFERENCIAS ELECTRNICAS 97

ANEXOS 100


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XI

INDICE DE FIGURAS

Figura 1.Sistema de control bsico 23Figura 2.Sistema de control a lazo abierto 24

Figura 3.Sistema de control a lazo cerrado 25

Figura 4.PLC SIEMENS S7-200 CPU 224 27

Figura 5.LOGO!Power 24V/4A 34

Figura 6.Medidor de nivel de capacidad 40

Figura 7.Medidor de nivel laser 42

Figura 8.Cable electrnico 43Figura 9.Fusible 43

Figura 10.Grafico de torta de pregunta 1 56


Figura 12. Grafico de torta de pregunta 3 58



Figura 15. Diagrama de bloques 61

Figura 16. Botn de parada de emergencia 62

Figura 17. Diagrama Elctrico de las Entradas del PLC Siemens 63

Figura 18. Diagrama Elctrico de las Salidas del PLC Siemens 65

Figura 19. Bomba 67

Figura 20.Diagrama Elctrico del Controlador de las Bombas 68

Figura 21. Diagrama Elctrico de la Fuente de Poder LOGO!Power

24V/4A 69

Figura 22. Fuente de poder 70Figura 23. Diagrama Elctrico de la Fuente AC 110V a DC 12V 71

Figura 24. Diagrama de interconexin del sistema 72

Figura 25. Interfaz Humano-Mquina 78

Figura 26. Comunicacin Siemens 79

Figura 27.Diagrama del Cable de Comunicacin Siemens S7-200 80


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XII

Figura 28. Repuesta de la prctica 1 sin direccionamiento simblico 82

Figura 29. Repuesta de la prctica 1 con direccionamiento simblico 83

Figura 30. Repuesta de la prctica 2 sin direccionamiento simblico 85

Figura 31. Repuesta de la prctica 2 con direccionamiento simblico 86Figura 32. Repuesta de la prctica 3 sin direccionamiento simblico 88

Figura 33. Repuesta de la prctica 3 con direccionamiento simblico 90

INDICE DE TABLAS

Tabla 1.Funciones de cada componente del CPU 28

Tabla 2.Principales funciones de los mdulos de entrada y salida 29Tabla 3. Simbologa del lenguaje de programacin LADDER 33

Tabla 4.Cuadro de Variables 46

Tabla 5.Tabla de doble entrada 55

Tabla 6: Tabla de la Simbologa del Diagrama Elctrico de las Entradas del

PLC Siemens 64

Tabla 7: Tabla de la Simbologa del Diagrama Elctrico de las Salidas del

PLC Siemens 66

INDICE DE FORMULAS

Frmula 1. Frmula para estimar la poblacin 52

Frmula 2. Frmula para estimar la poblacin y resultado 53

INDICE DE ANEXOAnexo 1.Modelo de la encuesta 101

Anexo 2. Prototipo de la Estacin de Prueba 103

Anexo 3. Constancia de validacin del Instrumento 104


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13

INTRODUCCION

Los bancos de prueba son equipos industriales que permiten realizar

evaluaciones previas de las condiciones de calidad de una parte de un ensamble.Los bancos de prueba y control pueden estar automatizados con PLC como

elemento de control.

Es posible utilizar mdulos tales como: Entrada y Salida optoaislados,

lectura de frecuencia, generacin de frecuencia, conversin A/D y D/A. Con ello

es posible crear aplicaciones con interfaces grficas amigables para controlar:

Motores paso a paso, leer encoders, generar datos para reporte estadstico,visualizacin grfica del proceso en curso, manejar relays, hacer lecturas

analgicas, conexin con otros dispositivos; entre otras aplicaciones industriales.

Por lo general, es posible encontrar este tipo de equipos en ambientes

industriales. Un PLC es un equipo comnmente utilizado en maquinarias

industriales de fabricacin de plstico, en mquinas de embalajes, entre otras; en

fin, es posible de encontrarlos en todas aquellas maquinarias que necesitan

controlar procesos secuenciales, as como tambin, en aquellas que realizan

maniobras de instalacin, sealizacin y control. Tambin los Controladores

Lgicos Programables son sistemas certificados internacionalmente para trabajar

en procesos de alto riegos. Junto al avance experimentado por la microelectrnica

en general, se han desarrollado elemento en torno al PLC que incorpora todos los

avances en la tecnologa mecnica y electrnica.

El proyecto consiste en el desarrollo y construccin de una estacin dondese podr simular procesos industriales a escala. Consiste en tres tanques de

almacenamientos en los cuales estn distribuidos en dos tanques de igual

capacidad y uno con la suma de la capacidad de los otros dos tanques. El proceso

se basa en simular el llenado y vaciado de tanques mediantes bombas, el PLC es


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14

el encargado de controlar esta simulacin en el cual recibe informacin de los

sensores de nivel instalados en cada tanque de almacenamiento.

La estacin tendr un botn de encendido que ser accionadomanualmente para el inicio del sistema y un botn de parada de emergencia para

parar la simulacin del proceso industrial.

A continuacin se describir cada uno de los captulos que conforman el

presente trabajo de investigacin:

En el Primer Captulo se expone Planteamiento del Problema, el ObjetivoGeneral y los Objetivos Especficos propuesto de la Investigacin, la Justificacin,

las Delimitaciones y Limitaciones de la investigacin propuesta.

El Segundo Captulo se expone los Antecedentes de la Investigacin, las

Bases Tericas para sustentar la investigacin, Definicin de Trminos y el

Cuadro de Variables.

En el Tercer Captulo se seala el Tipo y Diseo de la Investigacin,

Poblacin y la Muestra de la Investigacin, las Tcnicas e Instrumento de

Recoleccin de Datos y las Tcnicas de Procedimiento y Anlisis de Datos.

El Cuarto Captulo est compuesto por el Diagrama en Bloques, Diagrama

de Flujo del Sistema Propuesto y el Desarrollo Tcnico.


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CAPTULO I

EL PROBLEMA

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La utilizacin del PLC es imprescindible en todos los sistemas de control y

automatizacin de todo tipo de procesos industriales para obtener el beneficio de

calidad, eficiencia, aumento de cantidad y al mismo tiempo reducir los costos y

factores de riesgo del proceso de control. El PLC es un dispositivo capaz de

permitir cambios en su software para adaptarse a cualquier requerimiento en elproceso de control.

El problema que se presenta actualmente en la Escuela de Electrnica de la

Universidad Nueva Esparta es que los equipos del laboratorio de Control que

poseen en sus instalaciones estn obsoletos, como es el caso de los PLC que se

encuentran inoperables y por lo cual solo se pueden simular mediante un

computador. Los laboratorios al no cubrir con las necesidades de algunas ctedras

de la carrera de Ingeniera Electrnica como son: Ingeniera Industrial, Electrnica

Industrial, Tcnica de Instrumentacin y Computacin X (PLC), los profesores slo

le pueden dictar a sus alumnos una educacin terica y no prctica. La principal

desventaja de este modelo de enseanza es que el estudiante cuando aplique sus

conocimientos en el rea laboral no van a desempearse un 100%, por recibir una

educacin terica y no llevar esa teora a la prctica.

Para resolver esta situacin problemtica se ha propuesto el desarrollo de unnuevo laboratorio de instrumentacin y control el cual contendr modelos de

estaciones de distintos procesos industriales que le permitir a la Universidad

Nueva Esparta dar de una manera prctica las clases para poder complementar la

teora de las materias y as los estudiantes podrn tener un conocimiento ms

amplio sobre los instrumentos de medicin ya que hasta ahora slo se han vistos


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16

a travs de fotografa. La estacin le permitir a los estudiantes podrn

familiarizarse con los instrumentos que encontraran en su posible lugar de trabajo

y tener as un mayor conocimiento.

El desarrollo del proyecto consiste en el diseo y construccin de una

estacin industrial a escala para realizar prcticas en el Laboratorio de Control e

Instrumentacin de La Universidad Nueva Esparta, el cual no existe actualmente.

Consiste en tres tanques que estarn conectados entre ellos mediantes tuberas.

Dos de los tanques tendrn la misma capacidad de litros de agua y uno ser la

suma de los dos tanques. Cada tanque contiene sensores de nivel para obtener

una lectura de nivel alto y bajo. El PLC se encargara de hacer el sistema decontrol de las bombas, sensores de nivel, pulsador de encendido y parada de

emergencia.

1.2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN

1.2.1OBJETIVO GENERAL

Disear e implementar una estacin para el desarrollo de prcticas y

proyectos en el rea de automatizacin y control industrial, utilizando

Controladores Lgicos Programables (PLC) para el Laboratorio de Control e

Instrumentacin de la Universidad Nueva Esparta.

1.2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

Estudiar las necesidades de los estudiantes y profesores de la Escuela deIngeniera Electrnica de la Universidad Nueva Esparta referente a la

implementacin del laboratorio de Control.


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Realizar estudios tericos del funcionamiento de los PLC (Controladores

Lgicos Programables), sensores y actuadores ms comunes en las

industrias.

Identificar la funcionalidad y tecnologa de los bancos de prueba existente

en la Universidad Fermn Toro y la Universidad Simn Bolvar a fin de

buscar mejoras y actualizacin de los mismos.

Identificar los mtodos de estudio utilizados para los docentes de la Escuela

de Ingeniera Electrnica de la Universidad Nueva Esparta, para evaluar y

disear la estacin que ayude a lograr los objetivos de las ctedrasrelacionadas con Sistema de Control.

Establecer los elementos que integraran la estacin: como los sensores,

bombas. PLC y pulsadores.

Configurar el sistema de PLC (Controladores Lgicos Programables)

adecuada con su dispositivos de entrada / Salida.

Construir la estacin con la instrumentacin industrial adecuada.

Evaluar el funcionamiento de la estacin mediante la ejecucin de pruebas

tcnicas en el laboratorio de la Universidad Nueva Esparta.

Implementar la estacin en el laboratorio de Control e Instrumentacin de la

Universidad nueva Esparta.

1.3 JUSTIFICACIN DE LA INVESTIGACIN

Al disear e implantar el proyecto de investigacin, la Escuela de Ingeniera

Electrnica de la Universidad Nueva Esparta podr fortalecer sus reas de


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laboratorios y as ofrecer a sus alumnos un sistema educativo ms amplio, ya que

se le podr impartir una educacin tanto terica como practica.

Con la implementacin del laboratorio los alumnos podrn ver elfuncionamiento de: PLC (Controladores Lgicos Programables), bombas, tanques,

medidas de seguridad industrial y tablero de mando. Esta implementacin traer

innumerables beneficios para los estudiantes, dentro de los que se puede

destacar:

Manipulacin de PLC.

Ejecutar y controlar sistemas industriales a escala. Aplicacin de sistemas de seguridad.

Familiarizarse con bombas, vlvulas, sensores, tanques y con muchos otros

instrumentos industriales.

Lo relevante de este proyecto es que se va a disear una estacin que podr

ser manipulada por los estudiantes para que puedan practicar y simular procesos

industriales; para que cuando salgan al campo laboral estn familiarizados con el

manejo de los sistemas de control y automatizacin.

1.4 DELIMITACIN

1.4.1 DELIMITACIONES TEMPORALES

El proyecto ser realizado desde el perodo 15 de Marzo 2010 hasta el 30

de Octubre del 2010, lo cual va a ser 7 meses y 15 das para la culminacin del

proyecto.


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1.4.2 DELIMITACIONES GEOGRFICAS

El desarrollo, implementacin y pruebas se realizarn en los laboratorios de

la Escuela de Ingeniera Electrnica de la Universidad Nueva Esparta ubicada enla Avenida sur 7. Los Naranjos. Municipio El Hatillo. CaracasVenezuela.

1.4.3 DELIMITACIONES TCNICAS

El proyecto de investigacin se ha diseado tomando en cuenta las

necesidades de la Escuela de Ingeniera Electrnica de la Universidad Nueva

Esparta. El mismo cubrir la parte experimental de las ctedras de: IngenieraIndustrial, Electrnica Industrial, Tcnica de Instrumentacin y Computacin X

(PLC).

Entre los recursos tcnicos de lo que dispone, se tiene un PLC S7-200,

CPU 224 marca SIEMENS, as como los otros componentes electrnicos y

elctricos que sern suministrados por los autores del presente Trabajo de Grado.

La estacin dispondr de dos tanques con capacidad de 2 litros cada uno y

un tanque con capacidad de 4 litros. El sistema est capacitado para trabajar

automticamente o manualmente mediante switches. El sistema no aceptara

ningn otro instrumento que no est especificado en la estacin y por lo tanto se

deber programar cada uno de ellos para su prueba.

1.5 LIMITACIONES

La principal limitacin que se podra presentar para el desarrollo delproyecto es la disponibilidad y costos de los componentes ya que la situacin

actual del pas es muy difcil obtener los componentes necesarios y se tendr que

recurrir a los mercados extranjeros.


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Entre otra limitacin tenemos la integracin y compatibilidad entre el

Hardware y el Software. La accesibilidad y disposicin de los componentes

electrnicos que conformara la estacin, es decir, el ensamblaje de los circuitos

electrnicos y la elaboracin de la estacin.

Para solucionar la disponibilidad y costos de los componentes se hizo un

estudio de los se encontraban actualmente en el mercado actualmente en el pas y

un cuadro de comparacin de precio y funcionalidad.

Al terminar el estudio se procedi a elegir los componentes adecuados y

compatibles con el PLC.


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CAPTULOII

MARCO TEORICO

2.1 ANTECEDENTES

En el transcurso de la investigacin del problema de estudio, se realiz una

revisin documental sobre los temas relacionados con automatizacin y bancos de

pruebas en la Universidad Simn Bolvar y la Universidad Nueva Esparta.

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR (2008) Grupo de Sistemas Industriales deElectrnica de Potencia (SIEP). Estudio, desarrollo de modelos, simulacin,

construccin y evaluacin de diferentes arquitecturas para convertidores de

Electrnica de Potencia utilizando los nuevos dispositivos que se desarrollan

actualmente en este campo. Desarrollo de nuevas estrategias de control de

mquinas elctricas en el rea de Software y Hardware. Tambin se pretenden

desarrollar nuevos procedimientos para evaluar el impacto de estas tcnicas de

control en los convertidores electromecnicos, en los convertidores electrnicos y

en las redes de potencia elctrica, para mejorar su rendimiento y/o disminuir los

efectos perjudiciales.

Este antecedente nos permite evaluar los conocimientos aplicados en la

Universidad Simn Bolvar y la Universidad Antonio Jos de Sucre (UNEXPO)

para la realizacin de nuestra estacin de prueba. Estas dos universidades estn

trabajando en conjunto para disear un laboratorio para brindarles a sus alumnos

un gran campo de estudio experimental.

TECNOLOGIA EDUCATIVA S.A. (2009) Sistema de entrenamiento para

plantas de proceso PCT23 MkII por la empresa Tecnolgica educativa S.A. El

Sistema de entrenamiento para plantas de proceso puede utilizarse para

demostrar una extensa variedad de mtodos y estrategias de control de procesos.


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Las demostraciones incluyen desde control manual y lazos de realimentacin

simples, hasta sofisticados lazos en cascada y control y supervisin distribuidos de

todo el proceso por una computadora remota. El sistema es una rplica en

miniatura de un proceso de produccin real. El estudiante se enfrenta conproblemas reales de control de procesos, con comportamiento dinmico e

inestabilidades realistas.

Este sistema de entrenamiento controlado por PLC permitir tener una gua

para disear el laboratorio para la Universidad Nueva Esparta, ya que tiene

bsicamente los mismos principios de diseo.

RODRIGUEZ, Daniel (1995) Tesis de grado para optar al ttulo de Ingeniero

Electrnico.Automatizacin de maquina inyectora de aluminio a partir del uso de

controladores lgicos programables. Universidad Nueva Esparta. Caracas,

Venezuela.

Este Trabajo de Grado se realizo para el desarrollo de un tablero de control

con el fin de sustituir el control con lgica a base de transistores por un sistema

basado en lgico programables (PLC) para la empresa Industrias Metalrgicas

MB. El cual se logro un manejo del as maquinas con mayor rendimiento y calidad.

Esta investigacin brind informacin importante sobre el funcionamiento,

caractersticas y eficacia del PLC.

2.2 BASES TEORICAS

2.2.1 SISTEMA DE CONTROL

Los sistemas de control se han implementado para controlar mquinas o

procesos, de modo de reducir las posibilidades de fallos y errores para poder

obtener los resultados deseados.


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23

Segn Dorf, Richard (1986) Una interconexin de componentes que

forman una configuracin del sistema que proporcionara una respuesta deseada

del sistema. La base para el anlisis de un sistema es el fundamento

proporcionado por la teora de los sistemas lineales, la cual supone una relacinde la causa-efecto para los componentes de un sistema.

De esta definicin se puede decir que un sistema de control es un conjunto

de entradas (dispositivo mecnicos, elctricos, electrnicos, neumticos,

hidrulicos) que provienen de la seal de accin y se disea un sistema de control

para tener una salida variable para controlar el funcionamiento de una maquina o

proceso.

En la figura 1 se puede observar un sistema de control bsico.

Figura 1. Sistema de control bsico

Fuente: Ogata, Kuo (1998)

Los sistemas de control se pueden clasificar en:

2.2.1.1 SISTEMA DE CONTROL A LAZO ABIERTO

En el sistema de control a lazo abierto es aquel que no depende de la

accin de control ni es realimentada para hacer comparada con la entrada, como

se puede observar en la figura 2.


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Figura 2. Sistema de control a lazo abierto.


Segn Ogata, K (1998), Los sistema en los cuales la salida no afecta la

accin de control se denominan sistema de control a lazo abierto

2.2.1.1 SISTEMA DE CONTROL A LAZO CERRADO

El sistema de control de lazo cerrado es el ms preciso ya que la seal a

ser controlada debe ser realimentada y comprada con la seal de referencia del

sistema para tener una seal actuante proporcional a la diferencia existente entre

la seal de entrada y la seal de salida para poder corregir en el sistema el error.

En la figura 3 se puede observar un modelo del sistema de lazo cerrado.


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25

Figura 3. Sistema de control a lazo cerrado.


2.2.2 AUTOMATIZACIN

Pea, Caro, Saldes y Garca (2003) Es la manera de incorporar equipos a

procesos industriales, o en general a cualquier forma que garantice el correcto

funcionamiento del proceso, ya que en su totalidad o en cualquiera de sus partesintegrantes

Es un sistema donde se transfieren las tareas de mando de obra humana a

un conjunto de elementos tecnolgicos y as reducir aquellas tareas tediosas,

peligrosas, en excesos complejos e imposibles de realizar.

2.2.3 CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES (PLC).

Pea, Caro, Saldes y Garca (2003) Toda mquina electrnica diseada

para controlar en tiempo real y en entornos industriales procesos de naturaleza

combinacional y secuencial. Su manejo en el mbito de instalacin y programacin

puede ser realizado por personal tcnico carente de un gran nivel informativo.


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Prez Lpez, Omar (1997) Los controladores lgicos programables son

dispositivos de estado slido que tienen la capacidad de almacenar instrucciones

para implementar funciones de control, tales como: control de eventos

secuenciales, control temporizado, funciones de contador, funciones aritmticas,manipulacin de datos y comunicacin.

Los PLC (Controladores Lgicos Programables) son dispositivos utilizados

para controlar operaciones de procesos o mquinas, est compuesto por la

Unidad de Procesamiento Central (CPU) y Las interfaces de Entradas y Salidas

(E/S). Los PLC realizan funciones especficas tales como lgicas, secuencias,

temporizaciones, conteos y operaciones aritmticas para controlar mquinas yprocesos.

El PLC es un elemento de control de procesos que es moldeable a

cualquier situacin de automatizacin. Es una herramienta sumamente til ya que

permite ser programado a las necesidades de cada usuario para satisfacer la

necesidad concreta de control.

Bsicamente un PLC est conformado por una Unidad Central de

Procesamiento (CPU) y los perifricos de Entradas y Salidas.

En la figura 4 se muestra un PLC de la Empresa Siemens modelo

S7-200 con CPU 224:


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Figura 4. PLC Siemens S7-200 CPU 224

Fuente: Siemens (Marzo 2010)

2.2.3.1 ESTRUCTURA

La estructura bsica de un PLC es:

Unidad Central de Procesamiento (CPU): es el que se encarga de procesar

los datos de acuerdo a una lgica preestablecida y ejerce todo el control

sobre el flujo de la informacin. En la tabla 1 se muestra una tabla donde se

explican las funciones de cada uno de los componentes del CPU.


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Tabla 1. Funciones de cada componente del CPU

Componentes Funcin

Procesador Realizar operaciones matemticas. Manejo de datos. Rutinas de diagnstico del sistema. Ejecutar cclicamente (scanning) el

programa. Coordinar las tareas de

comunicacin con los dispositivosperifricos.

Interpretar y ejecutar las rutinas delsistema.

Fuente dealimentacin

Proveer voltaje DC a loscomponentes(procesador, memoria, mdulos deentrada y salida, etc.).

Monitorear y regular los voltajes dealimentacin para avisar al CPUalguna falla.

Memoria Almacenar los programas, datos yfunciones del PLC.

Fuente: Prez Lpez, Omar (1997). Manual del participante de la Universidad Simn Bolvar.

Mdulos de Entrada y Salidas: son las interfases de comunicacin entre el

CPU y los dispositivos exteriores. La funcin principal es convertir las

seales de los dispositivos exteriores en lenguaje entendible para el CPU y

convierte la seal proveniente del CPU para los dispositivos exteriores.

En la tabla 2 se describen las principales funciones de los mdulos

de entrada y salida de un PLC:


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Tabla 2. Principales funciones de los mdulos de entrada y salida

Mdulo Funcin

Digital Permitir la conexin entre los elementos de campo queutilicen o generen seales digitales y el CPU del PLC.

Permitir al controlador medir presiones, posiciones,proximidad, temperatura, movimiento o cualquier elemento

que utilice dos estados como seal de informacin.

Enviar comandos a diferentes dispositivos que tengancomportamiento digital (dos estados posibles).

Analgico Realizar la transformacin de las seales (temperatura de unlquido, presin en un tanque, voltaje de un dispositivo, etc.)

continuas del proceso, en variables numricas manejadas por

el controlador y viceversa.

Especial

Ejecutar funciones particulares o sofisticadas, a fin degarantizar el manejo de un gran nmero de situaciones.Ejemplo (Mdulos de comunicacin, de termocuplas, mdulos

para el control PID, arrancadores de motor, contadores de alta

velocidad, entre otros).

Fuente: Prez Lpez, Omar (1997). Manual del participante de la Universidad Simn Bolvar.

Dispositivo de Programacin: Es la interfaz que se utiliza para programar al

dispositivo. Es el medio de comunicacin entre el hombre y la maquina.

2.2.3.2 AREA DE APLICACIN

Segn Prez Lpez, Omar (1997) La posibilidad de realizar tareas de

controles simples y repetitivos, como el encendido y apagados de elementos de

una mquina sencilla, hasta ejecutar tareas de control sofisticadas y a gran escala

en una planta, le dan a los PLC una importancia cada vez mayor dentro del mundo

de la automatizacin de sistemas.


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Las principales reas de aplicacin donde se han incorporado PLC son:

a) Maniobras de maquinas: Automovilsticas, embotelladora,

empaquetadora, textil, cermica, plstica, qumica, petrolera, entreotras.

b) Control: medicin, visualizacin y chequeos de procesos.

c) Domestica: edificios y casas inteligentes.

2.2.3.3 VENTAJAS E INCOVENIENTES

Las principales ventajas de un PLC son:

Menor utilizacin de mano de obra en la instalacin.

Puede ser reutilizado, ya que puede ser programado para realizar cualquier

proceso.

Posibilidad de introducir nuevas modificaciones sin necesidad de cambiar el

cableado ya existente.

Economa en el manteniendo.

Se puede controlar varias maquinas e instalaciones con un mismo PLC.

Los principales inconvenientes de un PLC son:

Alto costo inicial

Falta de un lenguaje estndar de programacin Se necesita un personal especializado para su programacin

Incompatibilidad entre comunicacin de autmatas de diferentes

fabricantes


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2.2.3.4 CARACTERSTICAS PRINCIPALES DEL PLC

Reducidas dimensiones.

Facilidad de instalacin y montaje.

Fcil programacin.

Fcil de reutilizacin de programas anteriores utilizados.

2.2.3.5 CLASIFICACIN DE LOS PLC

En la actualidad existen muchas clasificaciones de los PLC, muchas veces

dependiendo de los diferentes fabricantes. La clasificacin ms genrica de losPLC tomado de Pea, Caro, Saldes y Garca (2003) lo clasifican en tres grupos:

1. Autmatas programables de gama baja

Hasta un mximo de 128 entradas/salidas.

La memoria de usuario disponible es de hasta unas 4k instrucciones.

2. Autmatas programables de gama media

Entre 128 y 512 entradas/salidas.

La memoria de usuario disponible es de hasta unas 16k

instrucciones.

3. Autmatas programables de gama alta

Ms de 512 entradas/salidas.

La memoria de usuario disponible es superior a las 16k

instrucciones, e incluso en algunos casos puede llegar a superar las

100k instrucciones.


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2.2.3.6 PROGRAMACIN DEL PLC

Los PLC utilizan diagramas de contacto y bobinas para su programacin.

Entre los programas ms utilizador por su eficiencia es el LADDER.

El lenguaje de programacin LADDER (escalera) permite representar

grficamente el circuito de control de un proceso dado mediante el uso simblico

de contactos N.A. y N.C., temporizadores, contadores, registros de

desplazamiento, rels, bobinas, etc. Este tipo de lenguaje debe su nombre a su

similitud con los diagramas elctricos de escalera.

El PLC lee el programa LADDER de forma secuencial (hace un scan o

barrido), siguiendo el orden en que los renglones (escalones de la escalera) fueron

escritos, comenzando por el rengln superior y terminando con el inferior.

En la tabla 3 se muestra la simbologa del lenguaje de programacin

LADDER.


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Tabla 3. Simbologa del lenguaje de programacin LADDER

Fuente: Universidad Nacional de la Plata.


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2.2.4 FUENTE DE ALIMENTACIN LOGO!Power 24V/4A

Las fuente de alimentacin conmutada LOGO!Power 24V/4A ofrece ms

potencia de salida en un tamao reducido. Tiene una intensidad de salida hasta4A con 24V.

Tiene un rango de tensin de entrada de 85V a 264V AC y un rango de

salida de 22.2V a 26.4V DC.

En la figura 5 se muestra un modelo de la fuente LOGO power Siemens:

Figura 5. LOGO!Power 24V/4A.

Fuente: Siemens (Marzo 2010)

2.2.5 TANQUES DE ALMACENAMIENTO

Segn el manual de Diseo y tanque de almacenamiento de Ingeniera

Len lo define como: Los tanques de almacenamiento se usan como depsitos

para contener una reserva suficiente de algn producto para su uso posterior y

comercializacin.


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2.2.6 BOMBAS

Segn el manual de laboratorio 1-95 de la Universidad Nacional

Experimental del Tchira explica: Las bombas son dispositivos que se encargande transferir energa a la corriente del fluido impulsndolo, desde un estado de

baja presin esttica a otro de mayor presin. Estn compuestas por un elemento

rotatorio denominado impulsor, el cual se encuentra dentro de una carcasa

llamada voluta. Inicialmente la energa es transmitida como energa mecnica a

travs de un eje, para posteriormente convertirse en energa hidrulica.

2.2.7 SENSORES

Segn el Profesor Molina explica en su manual de sensores y actuadores

define a un sensor como: Un sensor es un dispositivo diseado para recibir

informacin de una magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud,

normalmente elctrica, que seamos capaces de cuantificar y manipular.

Es un dispositivo que mide las variables fsicas o qumicas y la transforma

en una magnitud de seal elctrica.

2.2.7.1 DESCRIPCIN DE ALGUNOS SENSORES

2.2.7.1.1 SENSORES DE POSICIN

Segn el Profesor Molina describe en su manual de sensores y actuadores

a los sensores de posicin como:

Su funcin es medir o detectar la posicin de un determinado objeto en el

espacio, dentro de este grupo, podemos encontrar los siguientes tipos de

captadores.


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Captadores fotoelctricos

Captadores por reflexin

Captadores de barrera

2.2.7.1.2 CAPTADORES FOTOELCTRICOS


a los sensores fotoelctricos como: La construccin de este tipo de sensores, se

encuentra basada en el empleo de una fuente de seal luminosa (lmparas,

diodos LED, diodos lser etc...) y una clula receptora de dicha seal, como

pueden ser fotodiodos, fototransistores o LDR etc.

2.2.7.1.3 CAPTADORES DE BARRERA Y DE REFLEXIN


a los captadores de barrera y reflexin como:

Captadores por barrera: Estos detectan la existencia de un objeto, porque

interfiere la recepcin de la seal luminosa.

Captadores por reflexin: La seal luminosa es reflejada por el objeto, y

esta luz reflejada es captada por el captador fotoelctrico, lo que indica al sistema

la presencia de un objeto.

2.2.7.1.4 SENSORES DE CONTACTO


a los sensores de contacto como: Estos dispositivos, son los ms simples, ya que

son interruptores que se activan o desactivan si se encuentran en contacto con un

objeto, por lo que de esta manera se reconoce la presencia de un objeto en un

determinado lugar.


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Los sensores de contacto nos indican si ha habido contacto. Son

dispositivos sencillos que suelen ser interruptores de lmite o microinterruptores

elctricos.

2.2.7.1.5 SENSORES ULTRASNICOS


a los sensores ultrasnicos como: Los sensores ultrasnicos son empleados en

las industrias qumicas como sensores de nivel por su mayor exactitud en

presencia de burbujas en los reactores. Funcionan al igual que el sistema de sonar

usado por los submarinos. Emiten un pulso ultrasnico contra el objeto a censar y,al detectar el pulso reflejado, se para un contador de tiempo que inici su conteo al

emitir el pulso.

Son sensores que se usan bsicamente para detectar obtaculos, poseen

mayor alcance que los sensores fotoelctricos, inductivos y capacitivos. Se basan

en emitir un sonido y, si el receptor lo recibe es que detecta un objeto.

2.2.7.1.6 SENSORES DE PRESIN


a los sensores de presin como: Los sensores de presin sofisticados funcionan

a base de celdas de carga y de sus respectivos amplificadores electrnicos, y se

basan en el conocido puente de Wheatstone, donde una de sus piernas est

ocupada por el sensor. Este sensor es bsicamente una resistencia variable en un

sustrato que puede ser deformado, y lo cual ocasiona el cambio en el valor de lamencionada resistencia.


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2.2.7.1.7 SENSORES DE NIVEL


a los sensores de nivel como: Los sensores de nivel en su mayora trabajanindirectamente censando la posicin de un flotador mediante un sensor inductivo o

un interruptor del tipo de canilla ("reed") y un imn permanente.

2.2.7.1.8 SENSORES DE TEMPERATURA


a los sensores de temperatura como: Los sensores de temperatura ms sencillosson los que actan sobre un interruptor miniatura y en general, stos son de dos

tipos: Sistemas de Dilatacin de un fluido y Bimetlicos. Los primeros actan al

dilatarse el lquido o el gas contenido dentro de un capilar y, los segundos actan

directamente el interruptor mediante el efecto de diferencia de dilataciones de tiras

de dos metales diferentes. En general, se usan para interrumpir hasta corrientes

de 30 Amperes en 120 volts.

Suelen ser unas resistencias que varan su valor dependiendo de la

temperatura. Hay dos maneras de sensor cuando aumenta el calor, aumentan la

resistencia (PTC) y otras que cuando el calor aumenta disminuyen su valor (NTC).

2.2.7.1.9 SENSORES DE FLUJO


a los sensores de flujo como: Los sensores de flujo ms usuales comprenden de

una pequea turbina que gira dentro del fluido a censar, y, de un sensor del tipo

inductivo que censa el nmero de revoluciones de los labes de la turbina, o, en

otro tipo, la seal es tomada de un taco generador acoplado directamente a la

turbina. Tambin los hay del tipo de estado slido, los cuales tienen en la cabeza


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censora dos resistencias calibradas. Con una de ellas se calienta un poco el fluido

que rodea la cabeza y con el otro se censa la temperatura del fluido.

2.2.8 MEDIDORES DE NIVEL DE LQUIDOS

La medida del nivel de los lquidos es una de las mediciones fundamentales

que se encuentran con ms frecuencia en las industrias.

El conocimiento del nivel de un lquido dentro de un recipiente puede

necesitarse simplemente para comprobar la cantidad de material en existencia,

para determinar la cantidad de lquido que se suministra a un proceso, o bienpuede ser la medicin primaria en un sistema de regulacin destinado a mantener

el nivel en un recipiente que forma parte de un proceso continuo.

Un factor importante es la forma del recipiente en el cual se debe medir el

nivel del lquido. El grado de exactitud depende de la forma del recipiente, ya que

en un recipiente alto y de pequeo dimetro puede medirse ms exactamente que

otro aplanado y de dimetro grande.

2.2.8.1 INSTRUMENTOS BASADOS EN CARACTERSTICAS

ELCTRICAS DEL LQUIDO

Se conocen varios mtodos elctricos para medir niveles de lquidos, pero

estos se utilizan principalmente para regular el nivel en un punto o entre dos

puntos sin ninguna medicin intermedia. Unos de estos instrumentos son el

medidor de nivel conductivo, medidor de capacidad, medidor de nivel ultrasnico y

el medidor de lser.

2.2.8.1.1 MEDIDOR DE NIVEL CONDUCTIVO

Segn Creus, Antonio (1992) explica que los medidores de nivel conductivo

son: El medidor de nivel conductivo consiste en uno o varios electrodos y un rel


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elctrico o electrnico que es excitado cuando el lquido moja a dichos electrodos.

El lquido debe ser lo suficientemente conductor para excitar el circuito electrnico,

y de este modo el aparato puede discriminar la separacin entre el lquido y su

vapor, y tal como ocurre, por ejemplo, en el nivel de agua de una caldera devapor.

2.2.8.1.2 MEDIDOR DE NIVEL DE CAPACIDAD

Segn Creus, Antonio (1992) explica que la medicin de nivel de capacidad

son: El medidor de capacidad mide la capacidad del condensador formado por el

electrodo sumergido en el lquido y las paredes del tanque. La capacidad delconjunto depende linealmente del nivel del lquido. En los fluidos no conductores

se emplea un electrodo normal y la capacidad total del sistema se compone de la

del lquido, la del gas superior y la de las conexiones superiores .

En la figura 6 se muestra un modelo de medidor de nivel de capacidad:

Figura 6. Medidor de nivel de capacidad.

Fuente: Creus, Antonio (1992). Instrumentacin Industrial


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2.2.8.1.3 SISTEMA ULTRASNICO DE MEDICION DE NIVEL

Segn Creus, Antonio (1992) describe que los sistemas ultrasnicos de

medicin de nivel son: El sistema ultrasnico de medicin de nivel se basa en laemisin de un impulso ultrasnico a una superficie reflectante y la recepcin del

eco del mismo receptor. El retardo en la captacin del eco depende del nivel del

tanque. Los sensores trabajan a una frecuencia de unos 20 khz. Estas ondas

atraviesan con cierto amortiguamiento o reflexin del medio ambiente de gases o

vapores y se reflejan en la superficie del slido o del lquido.

2.2.8.1.4 MEDIDOR DE NIVEL LASER

Segn Creus, Antonio (1992) describe que el medidor de nivel laser es: En

aplicaciones donde las condiciones son muy duras, y donde los instrumentos de

nivel convencionales fallan, encuentra su aplicacin el medidor de nivel lser y el

descrito en el punto anterior. Es el caso de la medicin del metal fundido, donde la

medida del nivel debe realizarse sin contacto con el lquido y a la mayor distancia

posible por existir unas condiciones de calor extremas. El sistema consiste en un

rayo lser enviado a travs de un tubo de acero y dirigido por reflexin en un

espejo sobre la superficie del metal fundido.

En la figura 7 se muestra un ejemplo del medidor de nivel laser:


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Figura 7. Medidor de nivel laser.

Fuente: Creus, Antonio (1992). Instrumentacin Industrial

2.2.9 CABLE ELECTRICO

Es un conductor elctrico cuya alma conductora est formada por una seriede hilos conductores.

Los tipos de cable varan en cuanto a su tamao por su calibre,

normalmente en AWG que es equivalente a mm2.


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Figura 8. Cable Electrnico

Fuente: Definicin ABC

2.2.10 FUSIBLE

Es un dispositivo que se usa para proteger los circuitos electrnicos,

permite el paso de la corriente mientras que no supere su valor establecido.

Figura 9. Fusibles

Fuente: Mailxmail


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2.2.11 TERMINOS BSICOS

A

AC: Corriente alterna

Automatizacin: Segn el Diccionario de la Real Academia Espaola lo

definen como la accin y efecto de automatizar por medio de componentes y

desarrollos electrnicos todo tipo de procesos industriales.

B

Bit: Unidad de informacin o dgito binario.

C

Comunicacin:Segn el Diccionario Enciclopdico Planeta lo define como

una conexin establecida entre dos o ms puntos, mediante un dispositivo

elctrico, radioelctrico, telegrfico, etc.

Conductor: Es un cuerpo que cuando es cargado de electricidad la

transmite a todos los puntos de su superficie.

Control: Segn el Diccionario Enciclopdico Planeta lo define como una

parte de un ordenador cuyas funciones consisten en controlar el flujo deinformacin a travs del ordenador y en activar las partes de la maquina afectadas

por cada instruccin.


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D

DC: Corriente Continua.

Diagrama Escalera:Segn la pgina web de Unicrom lo define como un

lenguaje de programacin que permite representar grficamente el circuito de

control de un proceso dado mediante el uso simblico de contactos N.A. y N.C.,

temporizadores, contadores, registros de desplazamiento, rels, etc. Este tipo de

lenguaje debe su nombre a su similitud con los diagramas elctricos de escalera.

E

Electrodo: es una placa de membrana rugosa de metal, es un conductor

utilizado para hacer contacto con una parte no metlica de un circuito.

L

LADDER: Lenguaje de programacin del PLC basado en contactos y rels.

M

Memoria:Aparato en el cual se le puede introducir infamacin y extraerse

mas tarde.

N

NA:Normalmente Abierto

NC:Normalmente cerrado.


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R

Rel: Segn el Diccionario de la Real Academia Espaola lo definen:

Aparato destinado a producir en un circuito una modificacin dada, cuando secumplen determinadas condiciones en el mismo circuito o en otro distinto.

2.2.12 CUADRO DE VARIABLES

Tabla 4. Cuadro de Variables

Objetivo Variable Dimensin Indicador FuenteTcnicas de

recoleccin de

datos

Estudiar lasnecesidadesde losestudiantes yprofesores dela Escuela deIngenieraElectrnica dela UniversidadNueva Espartareferente a laimplementaci

n dellaboratorio deControl.

Actividades deLaboratorio

Plan de evaluacinMtodos de

estudio

Campo ObservacinRequerimientos tcnicos

Capacidad demanipular las

entradas ysalidas.

FuncionesIdentificacinde fallas en el

proceso

Realizarestudiostericos delfuncionamiento de los PLC

(ControladoresLgicosProgramables), sensores yactuadoresms comunesen lasindustrias

Funcionamiento

de los PLC,bombas ysensores

comerciales.

Calidad Normas ISO

Documental

Manuales

Internet

Libros

Compatibilidad Voltaje

Seguridad % de error

Costo BsF.


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Identificar lafuncionalidady tecnologade los bancosde pruebaexistente en la

UniversidadFermn Toro yla UniversidadSimn Bolvara fin de buscarmejoras yactualizacinde los mismos

Funcionalidad

de los bancosde pruebasexistentes en

otrasUniversidades

Calidad Normas ISO

Campo ObservacinSeguridad % de error

ConfiabilidadGrado de

aceptacin

Identificar losmtodos deestudioutilizados para

los docentesde la Escuelade IngenieraElectrnica dela UniversidadNuevaEsparta, paraevaluar ydisear laestacin queayude a lograrlos objetivosde lasctedrasrelacionadascon Sistemade Control.

Mtodos deestudio

utilizados por losdocentes de la

Escuela deIngeniera

Electrnica de laUniversidad

Nueva Esparta

Plan de evaluacinMtodos de

estudio

Campo Observacin

Tiempo Horas

Establecer loselementos queintegraran laestacin:como lossensores,bombas. PLCy pulsadores.

Caractersticade los

elementos de laestacin.

Sensores Nivel Voltaje

Documental

Manuales

Internet

Libros

Bomba voltaje

Pulsador NC - NA

PLC

Entradas

VoltajeSalidas

Configurar elsistema dePLC(ControladoresLgicosProgramables)adecuada consu dispositivosde entrada /Salida.

Proceso demanejo de la

estacinDispositivos de procesos

Entradas ySalidas

Campo Programacin


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Construir laestacin conlainstrumentacin industrialadecuada.

Desarrollo de laestacin que

cumpla con lasnecesidades del

laboratorio

Necesidades de lasasignaturas

Practicas Documental Asignaturas

Evaluar elfuncionamiento de laestacinmediante laejecucin depruebastcnicas en ellaboratorio dela UniversidadNuevaEsparta.

Ejecucin depruebas de la

estacinCalidad

Grado deaceptacin

Campo Observacin

Implementar la

estacin en ellaboratorio deControl eInstrumentacin de laUniversidadnuevaEsparta.

Implementacin Calidad Normas ISO Campo Programacin

Fuente. Los autores


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CAPTULO III

MARCO METODOLGICO

3.1 TIPO DE LA INVESTIGACIN

Al respecto en el Manual de Metodologa de la Universidad Experimental

Libertador (1998 p. 7) manifiesta que:

El proyecto factible consiste en la elaboracin de una propuesta de

un modelo operativo viable, o una solucin posible a un problema detipo prctico para satisfacer necesidades de una institucin o grupo

social. La propuesta debe tener apoyo, bien sea en una

investigacin de tipo documental y debe referirse a la formulacin de

polticas, programas, mtodos y procesos.

Partiendo de la definicin anterior, el presente Trabajo de Grado se trata

principalmente en el diseo e implementacin de un laboratorio basado en

instrumentacin industrial que proporcionar un sistema educativo de un mayor

nivel, ya que se va a dar respuesta a la necesidad que viene presentando la

Escuela de Ingeniera Electrnica de la Universidad Nueva Esparta de no poseer

dicho laboratorio, por lo que se podra definir que el presente trabajo de

investigacin es un proyecto factible.

Segn Batista, Eugenia en su Manual de Metodologa de la Investigacin

(pg. 30) explica: Un proyecto factible debe cumplir con varias caractersticastales como:

Proponer soluciones a una situacin determinada.

Explorar, describir, explicar y proponer alternativas de cambio.


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El proyecto debe tener apoyo en una investigacin de tipo documental, de

campo o un diseo que incluya ambas modalidades.

Los proyectos deben ser de tipo econmico, social, educativo o

tecnolgico.

Por lo expresado anteriormente, el presente Trabajo de Grado cumple y se rige

por estas normas y caracterstica anteriormente mencionada por lo cual lo hace un

proyecto factible.

3.2 DISEO DE LA INVESTIGACIN

El presente trabado de grado comprende a dos tipos de diseos:

documental y de campo, por lo cual es de tipo mixto.

Segn el Instituto Universitario Politcnico Santiago Mario (2006) en su

manual de trabajo especial de grado, lo definen:

Diseo Documental: Si las fuentes no son vivas o aquella que se basa en

la obtencin y anlisis de los datos provenientes de materiales impresos u otros

tipos de documentos

Se ha analizado toda la informacin existente sobre las actividades

desarrolladas, as como aquellos documentos, bibliografas y documentos

electrnicos, que se utilizaran para la recoleccin de datos para la investigacin.

Segn el Instituto Universitario Politcnico Santiago Mario (2006) en sumanual de trabajo especial de grado, lo definen:

Diseo de Campo: Es cuando la informacin se recoge en un contexto

natural o si son fuentes vivas.


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Para la recoleccin de datos se necesita observar y conocer los otros

campos existentes en otros sitios, sin realizar modificaciones algunas. Para

obtener y conocer la solucin se necesita una base de conocimientos

experimentales dentro del rea de trabajo, por lo tanto el diseo de investigacincuenta con un diseo de campo.

3.3 POBLACIN Y MUESTRA

Mndez, Carlos (2001) define a la poblacin: al nmero de personas a las

cuales se le puede solicitar informacin depende tanto de los objetivos y alcances

del estudio como de las caractersticas de las personas que la puedensuministrar.

La poblacin del presente trabajo de investigacin est conformando por los

estudiantes de la Escuela de Ingeniera Electrnica de la Universidad Nueva

Esparta. Es necesario destacar que la poblacin de la investigacin es de tipo

finita, ya que la poblacin de la Escuela de Ingeniera Electrnica de la

Universidad Nueva Esparta es de 70 alumnos.

Mndez, Carlos (2001) define a la muestra: el muestreo permite al

investigador, por un lado, seleccionar a las unidades de la poblacin a las que se

les requerir informacin, y por el otro, interpretar los resultados con el fin de

estimar los parmetros de la poblacin sobre la que se determina la muestra...

La muestra es probabilstica y de tipo azar simple. Hernndez, Fernndez y

Batista (2003) establecen que las muestras probabilstica: son esenciales en losdiseos de investigacin transeccionales cuantitativos (por encuesta), donde se

pretende hacer estimaciones de variables en la poblacin; se miden con

instrumentos de medicin y se analizan con pruebas estadsticas para el anlisis

de los datos, donde se presupone que la muestra es probabilstica y todos los

elementos de la poblacin tienen una misma probabilidad de ser elegidos.


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Para el clculo de la muestra se utiliz la siguiente frmula:

Frmula 1. Frmula para estimar la poblacin.

Fuente. Arias, F

N = Tamao de la poblacin

Y = Valor de la Variable (por lo general es igual a 1)

Z = Varianza tipificada (tpica 95%)

S = Desviacin Standard (tpica 0,015 para 15%)

e = Error muestral (tpico 5%)

p = Proporcin de elementos que presentan la caracterstica (tpico 50%)

q = Proporcin de elementos que no presentan la caracterstica (tpico 50%)

n = Tamao de la muestra

Clculo de la poblacin

Datos

N: 70 alumnos de la Escuela de Ingeniera Electrnica de la Universidad

Nueva Esparta.

Y: 1 estudiante

n: ?

n = (N. Z. p. q) / ((N 1). e + Z. p. q)


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Aplicaciones de las frmulas

Frmula 2. Frmula para estimar la poblacin y resultado.

Fuente. Arias, F

3.4 TCNICAS E INTRUMENTOS DE RECOLECCIN DE DATOS

Segn Arias (1999), menciona que las tcnicas de recoleccin de datosson las distintas formas de obtener informacin.

Tamayo y Tamayo (2001), define a la encuesta como: instrumento de

observacin formado por una series de preguntas formuladas y cuyas repuestas

son anotadas por el empadronador.

La tcnica de recoleccin de datos que se utilizar en la presente

investigacin es la Encuesta. En el Anexo 1 se muestra el modelo de la encuesta

a aplicar en el presente trabajo de investigacin. Este sistema de recoleccin de

datos fue evaluado, aprobado y certificado por tres profesores como parte de un

jurado experto. (Ver anexo 2).

Para recolectar datos tcnicos se realizarn cinco pruebas: de

funcionalidad, de automatizacin, de voltaje, de corriente y de materiales. Las

pruebas de funcionalidad se realizarn observando la programacin del tablero decontrol, las pruebas de voltajes y de corriente sern realizadas con un voltmetro y

de materiales mediante comparaciones y aguante de los instrumentos a utilizar.

Los datos se obtenidos en las pruebas prcticas sern comparados con los

valores aportados por los manuales de los fabricantes.

n = 70 x (1.96) x 0,5 x 0,5 = 17

((61 -1) x 0,05 + (1,96)2 x 0,5 x 0,5)


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3.5 TCNICAS DE PROCESAMIENTO Y ANALISIS DE DATOS

Segn Selltiz y Jahoda (1976) el propsito del anlisis es resumir las

observaciones llevadas a cabo de forma tal que proporcionen respuestas a lasinterrogantes de investigacin (p.430).

Una vez realizada la encuesta, se clasificarn resultados de cada pregunta

y se graficarn mediante grficos tipo torta en el cual se podr observar el

porcentaje de cada pregunta.

El anlisis de los datos de las encuesta bastara con la determinacin delporcentaje general de las repuestas afirmativas y con lo cual se podr tener una

idea clara con la aceptacin que tendr el proyecto de investigacin.

Al realizar las pruebas tcnicas de: de funcionalidad, de automatizacin, de

voltaje, de corriente y de materiales sern comparados en un cuadro con los

valores estndares especficos industriales.

3.6 DATOS RECOLECTADOS

Como resultados de las encuestas realizadas a la muestra tomada de la

Universidad Nueva Esparta a un total de 70 individuos, conformado por el

personal, docente y estudiantil, que se ven beneficiados con la implementacin de

la estacin para el desarrollo de prcticas y proyectos en el rea de

automatizacin y Control Industrial en el Laboratorio de Control e Instrumentacin

de la Universidad.

Los resultados se vern reflejados en una tabla de doble entrada donde se

puede observar la relacin entre las respuestas obtenidas. La muestra fue tomada

de la poblacin la cual est integrada por un nmero de 70 estudiantes

comprendido entre el sexto y dcimo semestre de la escuela de Ingeniera

Electrnica de la Universidad Nueva Esparta.


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3.7 TABLA DE DOBLE ENTRADA PARA ANALIZAR LOS DATOS

OBTENIDOS EN LA ENCUESTA

Tabla 5. Tabla de doble entrada

PREGUNTAS PERSONAS SI % NO %

Considera usted que los

laboratorios de la UNE

cumplen con todos los

requerimientos de todas las

materias de Ing.

Electrnica?

70 70 100 0 0

Con los laboratorios

existentes puede hacer

usted pruebas de Control

por PLC y manejo de

Instrumentacin Industrial?

70 3 4.28 67 95.72

Considera usted que

realizar pruebas en

laboratorio fortalecer sus

conocimientos?

70 60 85.71 10 14.29

Le gustara manejar los

instrumentos industriales y

el controlador PLC en los

laboratorio de la UNE?

70 58 82.85 12 17.15

La implementacin de unLaboratorio de

instrumentacin Industrial

en la UNE sera

beneficioso para usted?

70 68 97.14 2 2.86

Fuente: Los Autores


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A continuacin se presenta un anlisis detallado pregunta por pregunta de

los resultados obtenidos:

3.8 CUESTIONARIO

1. Considera usted que los laboratorios de la UNE cumplen con todos los

requerimientos de todas las materias de Ing. Electrnica?

Figura 10. Grafico de torta de la pregunta 1

Anlisis

Con respecto a la pregunta 1, se pudo observar que el 100% de las

personas encuestadas opina que los laboratorios de la UNE no cumplen con

todos los requerimientos de todas las materias de Ingeniera Electrnica. Al

analizar estos resultados se puede observar que los alumnos consideran que

los laboratorios de la Universidad nueva Esparta no cubren con todas las

necesidades de las materias dictadas por la Escuela de Electrnica.

SI

100,00%

NO

0,00%


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2. Con los laboratorios existentes puede hacer usted pruebas de Control por

PLC y manejo de Instrumentacin Industrial?


Anlisis

Con respecto a la pregunta 2, se pudo observar que el 95.71% de las

personas encuestadas opina que con los laboratorios existentes no pueden

hacer pruebas de control por PLC y manejo de instrumentacin industrial, y

solo la minora de las personas encuestadas, representadas en un 4.29%,

aseguran que si pueden hacer pruebas. Al analizar estos resultados se afirma

que las pruebas de control y PLC en la Universidad Nueva Esparta no se

pueden realizar.

SI

4,29%

NO

95,71%


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3. Considera usted que realizar pruebas en laboratorio fortalecer sus

conocimientos?


Anlisis


personas encuestadas opina que realizar pruebas en el laboratorio fortalecer

sus conocimientos, y solo la minora de las personas encuestadas,

representadas en un 14,29%, aseguran que no fortalecer sus conocimientos.

Al analizar estos resultados se confirma que al implementar un laboratorio

destinado a pruebas y simulacin del control los alumnos fortalecern sus

conocimientos.

SI

85,71%

NO

14,29%


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4. Le gustara manejar los instrumentos industriales y el controlador PLC en

los laboratorio de la UNE?


Anlisis


personas encuestadas opina que le gustaran manejar los instrumentos

industriales y controlar PLC en los laboratorios de la UNE, y solo la minora de

las personas encuestadas, representadas en un 17.14%, aseguran que no le

gustara. Al analizar estos resultados se observan que los alumnos estn de

acuerdo con la implementacin de un laboratorio de control en la Universidad

Nueva Esparta.

SI

82,86%

NO

17,14%


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5. La implementacin de un Laboratorio de instrumentacin Industrial en la

UNE sera beneficioso para usted?


Anlisis

Con respecto a la pregunta 5, se pudo observar que el 97,14% de las

personas encuestadas opina que la implementacin de un laboratorio de

instrumentacin industrial en la UNE sera beneficioso, y solo la minora de las

personas encuestadas, representadas en un 2,86%, aseguran que no sera

beneficioso. Al analizar estos resultados se observan que los alumnos estn de

acuerdo con la implementacin de un laboratorio de control en la Universidad

Nueva Esparta.

SI

97,14%

NO

2,86%


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CAPTULO IV

SISTEMA PROPUESTO

El diagrama se presenta con la finalidad de explicar, y desglosar el proyecto

para un mejor entendimiento.

4.1 DIAGRAMA DE BLOQUES

Figura 15. Diagrama de Bloques

Fuente: Los Autores

A continuacin se explicar cada bloque:

4.1.1 BLOQUE DE ENTRADAS

Es el medio de comunicacin del operador con los instrumentos de campo,

le permitir al usuario controlar, obtener informacin, estado y interactuar con el

sistema de control, entre las cuales se localiza un switche disponible con dos

entradas digitales para iniciar (NA) el sistema; ubicado en la parte frontal del

equipo, el cual est perfectamente identificado.


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El sistema identifica cual de las entradas del switche fue presionada y enva

una seal al PLC para que el mismo procese la seleccin, dependiendo de la

programacin cargada, y as contine con el siguiente paso.

Se va a encontrar los sensores de nivel de los tanques. En la cual estar en

sub-rutina correspondiente al paso programado. Mediante el cual sern los

encargados de mandarles la informacin al PLC para el encendido y apagado de

las bombas de la estacin.

El pulsador de emergencia (NC), permite al usuario impartir interrupciones

al PLC. Acta dependiendo de la accin programada por el usuario, la cual estndeterminada para detener el sistema en caso de alguna falla. Una vez corregida

la falla en el sistema se procede a su desactivacin y as continuando con la

accin antes programada. En la figura 16 se puede observar el botn de

emergencia de la empresa SIEMENS:

Figura 16. Botn de parada de emergencia

Fuente: Los Autores


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En la figura 17 se muestra el Diagrama Elctrico de las Entradas del PLC

Siemens a utilizar y en la tabla 6 se muestra la tabla de simbologa:

Figura 17. Diagrama Elctrico de las Entradas del PLC Siemens

Fuente: Los Autores


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Tabla 6. Tabla de la Simbologa del Diagrama Elctrico de las Entradas del PLC Siemens

ENTRADA DESCRIPCION SIMBOLOGIA

I00 Botn de Encendido (Switche NA)

I01 Sensor de Nivel Alto Tanque 1

I02 Sensor de Nivel Bajo Tanque 1





I07 Botn de Parada de Emergencia (Switche NC)

I10 Borne de Entrada Adicional






Fuente: Los Autores


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4.1.2 BLOQUE DE SALIDAS

En el presente bloque de la estacin se encuentran las salidas del

proceso. La estacin consta de cuatro bombas para el llenado y vaciado de lostanques, son controladas mediante el PLC. Las bombas son de 12 Voltios DC y

consume 2.5 Amperios cada una. En la figura 18 se muestra el Diagrama Elctrico

de las Salidas del PLC Siemens a utilizar y en la tabla 7 se muestra la tabla de

simbologa:

Figura 18. Diagrama Elctrico de las Salidas del PLC Siemens

Fuente: Los Autores


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Tabla 7. Tabla de la Simbologa del Diagrama Elctrico de las Salidas del PLC Siemens

SALIDA DESCRIPCION SIMBOLOGIA

Q00 Bomba 1

Q01 Bomba 2

Q02 Bomba 3

Q03 Bomba 4

Q04 Borne de Salida Adicional






Fuente: Los Autores


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El encendido y apagado de las bombas depende de las seales enviadas

por los sensores de nivel de cada tanque. En la figura 19 se muestra la bomba a

utilizar:

Figura 19. Bomba

Fuente: Los Autores


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En la figura 20 se expone el diagrama Elctrico del Controlador de las Bombas:

Figura 20. Diagrama Elctrico del Controlador de las Bombas

Fuente: Los Autores


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Para la alimentacin del PLC se utilizo una fuente de Poder LOGO!Power

de 24 voltios para 4 Amper. En la figura 21 se muestra el diagrama elctrico para

la conexin de la fuente de poder.

Figura 21: Diagrama Elctrico de la Fuente de Poder LOGO!Power 24V/4A

Fuente: Los Autores


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Para la alimentacin de las bombas se utilizo una fuente de poder de 110V

AC con salidas de 12V/10A, encargada de proveer la energa necesaria para las

bombas y los leds indicadores. En la figura 22 se puede ver la fuente de poder

para el funcionamiento de las bombas y la figura 23 se muestra el diagramaElctrico de la Fuente AC 110 V a DC 12V:

Figura 22. Fuente de poder

Fuente: Los Autores


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Figura 23: Diagrama Elctrico de la Fuente AC 110 V a DC 12V:

Para la conexin elctrica entre los circuitos y los dispositivos electrnicos

de la estacin se utilizo cable elctrico 16 AWG, el cual es el Standard segn

descrito en el manual del PLC para la interconexin entre los equipos.


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4.2 DIAGRAMA DE INTERCONEXIN DEL SISTEMA

Figura 24. Diagrama de Interconexin del Sistema.

Fuente: Los Autores

Este es un proceso basado en almacenamiento de lquido en tanques y

recirculacin del producto.

Los sensores de nivel son de tipos conductivos (electro sonda) lo cual

indicar el estado que se encuentra el nivel del agua en el tanque. Se medir en

dos rangos: Nivel alto y Nivel bajo.

Las bombas son de 12 voltios con un consumo de 2.5 amperios cada una.

Son las encargadas de hacer la recirculacin del agua entre los tanques.


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El botn de emergencia es otra entrada digital al PLC que indica que hay un

problema y de debe detener el proceso, cuando esto sucede el PLC activa el

sistema de apagado y cuando se le indique en el programa ste reinicia el

proceso.

El PLC S7 200, CPU 224 marca SIEMENS el cual posee todas las

entradas y salidas necesarias para la automatizacin de las prcticas a realizar en

el prototipo del laboratorio, la principal ventaja de este PLC es que de requerir ms

entradas y salidas se le pueden anexar mdulos de expansin que permiten

aumentar su capacidad.

Para la alimentacin del sistema se utiliz una fuente LOGO!Power de la

marca SIEMENS, el cual tiene un voltaje de entrada comprendido entre un rango

de 110V AC hasta 240V AC y cuenta con una salida de 24V/4A, encargada de

proveer energa tanto al PLC, como para todos los dems circuitos que componen

la estacin: pulsador, switches y sensores.

Para la seguridad elctrica se debe tener previsin ya que se est

alimentando con una corriente elctrica de 110V en la entrada del PLC y la

Fuente. Se obliga a tener precaucin ya que se puede obtener una descarga

inadecuada si no obtenemos ayuda tcnica para preveer peligros y

malfuncionamiento en los equipos.

Se recomienda por NORMAS DE SEGURIDAD:

Verificar que la tensin de corriente de base sea 110V.

Una vez conectados los equipos evitar el contacto con el cable

elctrico.


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El PLC debe estar encendido para su programacin y se requiere no

manipular los cables elctricos.

En caso de conexin de mdulos externos a la estacin se debe

obtener informacin tcnica para la implementacin.

Si en alguna de las tareas que se practique se presenta un problema

como desconexin de algn dispositivo, se debe desconectar la

corriente de la estacin y realizar las pruebas pertinentes para su

reparacin.

Y en el momento de desacople de algunos de los dispositivos

instalados o implementados posteriormente a la estacin se debe

desconectar de toda corriente elctrica.

4.3 DESARROLLO TCNICO

Para el cumplimiento de este Trabajo de Grado se procedi a realizar estudios

de los laboratorios de la Universidad Simn Bolvar, bancos de pruebas existentes

en las diferentes marcas comerciales y entrevista a los estudiantes y profesores

de la Escuela de Ingeniera Electrnica de la Universidad Nueva Esparta para

conocer las necesidades que se le presentaban.

Al conocer que la Universidad no constaba con un Laboratorio de Control, se

procedi a realizar estudios tericos del funcionamiento de los instrumentos y

dispositivos de control, se logro reforzar los conocimientos bsicos y agregar ideas

para la realizacin de la estacin de prueba para el laboratorio de Control de la

Universidad Nueva Esparta.


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Al realizar los estudios tericos se obtuvo como resultado que se necesitaban

los siguientes dispositivos para cubrir las necesidades de los estudiantes y

profesores de la Escuela de Ingeniera Electrnica de la Universidad Nueva

Esparta: un PLC S7-200 CPU 224 SIEMENS, bombas de 12V/2.5A las cualescumbren la tarea necesaria, sensores de nivel conductivo (electro sonda), un

pulsador de parada de emergencia tipo hongo, un pulsador verde para encendido

del sistema, 12 indicadores de luz los cuales sealan las salidas del PLC ( 6 para

el nivel de los tanques y 6 para las salidas adicionales del PLC) y 11 switches (6

para el encendido manual de las bombas y 6 para las entradas adicionales del

PLC).

Para la configuracin del PLC se utiliz primero el Software Siemens STEP 7

MicroWin 4.0, en este se elabor varios programas de prcticas, luego se procedi

a simularlo en el S7-200, posteriormente se le carg a la memoria del PLC. Este

Software es el encargado de controlar las variables del proceso, lo cual es

fundamental la confiabilidad y eficaz del programa.

La estructura de la estacin se realiz mediante los conocimientos obtenidos

de los bancos de pruebas anteriormente estudiados. Al tener la estructura hecha

se procedi instalar los dispositivos e instrumentacin que conformara la estacin

de prueba.

Se le realiz unas series de ensayos, que permitieron verificar errores.

Mediante esta verificacin de errores se logr obtener un buen funcionamiento y la

eficiencia mxima de la estacin.

Por ltimo se logr implementar la estacin, obteniendo el correcto

funcionamiento y programacin de la estacin de prueba.


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La parte frontal de la estacin est constituido por:

a) PLC

b) Fuente LOGO!Power de 24V/4Ac) Pantalla de visualizacin del proceso, en la cual contiene: 6 leds

indicadores para el sensor de nivel, 4 switches para el encendido y

apagado de las bombas manualmente.

La parte inferior de la estacin est constituido por:

a) Dos Tanques de 2 litros cada uno.b) Un tanque de 4 litros.

c) Pulsador de parada de emergencia.

d) Pulsador de encendido (verde)

e) Un switch de encendido y apagado de bomba de vaciado de los

tanques.

f) Seis sensores de Nivel conductivos

g) Cinco bombas de 12V/2.5A.

4.4 INTERFAZ HUMANO-MQUINA

La Interfaz Humano-Mquina es la que permite que el usuario u operador

del sistema de control, interactu con el proceso. Una adecuada Interface

Humano-Mquina busca, en primer lugar, obtener el estado del proceso de un

vistazo. Se persigue entonces:

Asegurar que el operador o usuario comprenda la situacin

representada de una manera rpida.

Garantizar una confiabilidad al mximo.


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Crear condiciones para la toma de decisiones correctas.

Los aspectos esenciales de una interfaz Humano-Mquina son:

1. Indicadores del estado del proceso.

Se utilizan generalmente: Diodos emisores de luz (LED), terminales de

video y impresoras.

2. Ejecucin de acciones de mando

Estas se pueden realizar mediante pulsadores, interruptores,

potencimetro, entre otros componentes.

La Interfaz Humano-Mquina de este Trabajo de Grado est diseada por

un Panel de visualizacin y control del proceso en forma manual.

El proceso se visualizar mediante leds indicadores, en el cual se van a

observar el nivel de los tres tanques de almacenamiento y el encendido o apagado

de cada una de las bombas.

Para el control de las bombas manualmente cuentan con switches

(ON/OFF) para el encendido o apagado. Se dispone de seis switches de entradas

adicionales del PLC y de seis salidas adicionales visualizadas por leds

indicadores. En la figura 25 se muestra el modelo de la Interfaz Humano-Mquina.


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Figura 25: Interfaz Humano-Mquina

Fuente: Los Autores


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4.5 CABLE DE PROGRAMACIN S7-200

El medio de comunicacin entre el PLC S7-200 y el computador es el cable

PPI (Point to Point Interface). En la figura 26 se muestra la manera decomunicacin entre el PLC y el PC y en la figura 27 se muestra el diagrama del

cable de comunicacin siemens.

Figura 26. Comunicacin Siemens

Fuente: Manual del Sistema de Automatizacin S7-200


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Figura 27: Diagrama del Cable de Comunicacin Siemens S7-200

Fuente: Los Autores


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4.6 PRCTICAS PROPUESTAS

En este Trabajo de Grado se proponen 3 prcticas para simularla y ejecutarla

en la estacin, las cuales son:

PRCTICA 1

Llenar los Tanques 1 y el Tanque 2 a partir del Tanque 3. Utilizando un

retardo de 10 segundos entre el llenado de los tanques 1 y 2.

Condiciones Iniciales:

a) Tanque 1 Vacio

b) Tanque 2 Vacio

c) Tanque 3 Lleno

En la figuras 28 y 29 se muestra la repuesta y explicacin paso por paso de

la prctica 1.


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Figura 28: Respuesta de la prctica 1 sin direccionamiento simblico

Fuente: Los Autores


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Figura 29 Respuesta de la prctica 1 con direccionamiento simblico

Fuente: Los Autores


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PRCTICA 2

Llenar el Tanque 3 a partir de los Tanques 1 y 2, realizndolo simultneamente.


a) Tanque 1 Lleno

b) Tanque 2 Lleno

c) Tanque 3 Vacio

En la figuras 30y 31 se muestra la repuesta y explicacin paso por paso de

la prctica 2.


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Fuente: Los Autores


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Figura 31: Respuesta de la prctica 2 con direccionamiento simblico

Fuente: Los Autores


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PRCTICA 3

Llenar los Tanques 1 y el Tanque 2 a partir del Tanque 3 y despus de un

retardo de 10 segundos pasar el lquido al tanque 3.


a) Tanque 1 Vacio

b) Tanque 2 Vacio

c) Tanque 3 Lleno

En la figuras 32y 33 se muestra la repuesta y explicacin paso por paso de

la prctica 3.


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Fuente: Los Autores


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Figura 33: Respuesta de la prctica 3 con direccionamiento simblico


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Fuente: Los Autores


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CONCLUSIONES

En el proceso de la investigacin realizada para la implementacin de este

proyecto, se realiz una serie de estudio sobre el funcionamiento, calidad,seguridad, eficacia y costos de los PLC, bombas y sensores comerciales

disponible actualmente en el mercado. Al conocer los instrumentos bsicos e

indispensables para la elaboracin de la estacin.

Durante la investigacin realizada para la implementacin de este proyecto

se logr desarrollar el ingenio y la lgica, para aplicar los conocimientos adquiridos

a lo largo de la carrera, tomando en cuenta que se solucionaron una cantidad deproblemas, en los cuales se corrigieron los diferentes inconvenientes que

conllevaban a la puesta en marcha de la estacin. Al seleccionar los instrumentos

de control a utilizar se procedi a elegir el PLC. En esta estacin se utiliz un PLC

de la Empresa Siemens, modelo S7-200 CPU 224, lo cual cubra las necesidades

para del proceso y acadmicos.

Luego de haber seleccionado todas las instrumentaciones necesarias para

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