UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE “QUEVEDO”
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA ESCUELA INGENIERÍA ELÉCTRICA PROYECTO INTEGRADOR MÓDULO VI TEMA: “Simulación
de sistema de control automático por PLC LOGO con
programación de encendido y apagado para una secadora de maíz vertical de caballetes.” AUTORES: RODRÍGUEZ SALAZAR JOFFRE VERA ORTEGA JOSEPH ÁNGEL BAÑOS FLORENCIA LUIS GASTÓN
COORDINADOR: ING. OSMAR VIERA CARCACHE QUEVEDO – ECUADOR 2017 – 2018
ÍNDICE CAPÍTULO CAPÍTULO I ............................................... ......................................................................... ................................................... ............................. .... 1 MARCO CONTEXTUAL DE LA INVESTIGACIÓN ............................................ 1 1.1. RESUMEN RESUMEN EJECUTIVO EJECUTIVO.. .................................................. ........................................................................... ......................... 2 1.2. SUMMARY SUMMARY ............................. ....................................................... .................................................... .......................................... ................ 3 1.3. INTRODUCC INTRODUCCIÓN. IÓN. ................................................ .......................................................................... ...................................... ............ 4 1.4. PROBLEMA PROBLEMATIZAC TIZACIÓN IÓN ..................................... .............................................................. .......................................... ................. 5 1.4.1. UBICACIÓN DE LA PROBLEMÁTICA ................................................. 5 1.4.2. DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA ............................................ 5 1.4.3. PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN ................................................. 5 1.4.4. DELIMITACIÓN DE LOS PROBLEMAS DERIVADOS ........................ 5 1.5. JUSTIFICA JUSTIFICACIÓN CIÓN .......................................................... .................................................................................... .............................. .... 6 1.6. OBJETIVOS OBJETIVOS ..................................... ............................................................. .................................................. .................................. ........ 7 1.6.1. 1.6.1. GENERAL GENERAL ................................................. ........................................................................... .......................................... ................ 7 1.6.2. 1.6.2. ESPECÍFIC ESPECÍFICOS OS .............................................. ....................................................................... ...................................... ............. 7 1.7. HIPÓTESIS HIPÓTESIS ...................................... .............................................................. .................................................. .................................. ........ 8 1.8. VARIABLE VARIABLES S ................................................. ........................................................................... .............................................. .................... 8 1.8.1. 1.8.1. Dependie Dependiente nte .............................................. ........................................................................ .......................................... ................ 8 1.8.2. 1.8.2. Independ Independiente iente ................................................ .......................................................................... ...................................... ............ 8 1.9. INDICADOR INDICADORES ES ................................................ ......................................................................... .......................................... ................. 8 1.9.1. 1.9.1. Cualitativa Cualitativass ............................................................ ..................................................................................... .............................. ..... 8 1.9.2. 1.9.2. Cuantita Cuantitativas tivas .............................................. ........................................................................ .......................................... ................ 8 CAPITULO CAPITULO II ...................................................... ................................................................................. ............................................... .................... 9 2. MARCO MARCO REFERENC REFERENCIAL IAL ................................. .......................................................... .............................................. ..................... 9 2.1. Industria. Industria. ......................... ................................................... .................................................... .............................................. .................... 9 2.2. Procesos Procesos industriale industriales. s. ........................... .................................................... .................................................. ......................... 9 2.3. Clasificación de los procesos ................................................................ 10 i
2.4. Secado a baja temperatura................................................................... 10 2.5. Control automático de procesos. .......................................................... 11 2.6. Variables a analizar en un control de procesos. ................ ........ ................ ................ ............ .... 12 2.7. Variables manipuladas: ........................................................................ 12 2.8. Variables Variables controlada controladas: s: .............................................. ........................................................................ ............................ .. 12 2.8. Variables no controladas: ..................................................................... 12 2.9. Perturbac Perturbacione iones: s: ................................................ .......................................................................... .................................... .......... 12 2.10. Clasificación de los sistemas de control. ................ ........ ................ ................ ................ ............. ..... 13 2.10.1. Sistema de lazo abierto: ............................................................... 13 2.10.2. Sistema de lazo cerrado: .............................................................. 13 2.10.3. 2.10.3. Tipos de control. control................................................ ......................................................................... ............................ .. 14 2.10.4. Esquemas de control.................................................................... 14 2.11. ESQUEMA DE CONTROL AVANZADO ............................................. 15 2.11.1. CONTROL POR ACCION PRECALCULADA ............... ....... ................ ................ ........ 15 2.12. COMPONENTES BÁSICOS DE UN SISTEMA DE CONTROL. ......... ...... ... 15 2.13. SIMATICS serie 1LE042 ..................................................................... 16 2.13.1. Características Eléctricas: ............................................................... 16 2.13.2. Características Mecánicas: .......................................................... 16 2.14. Elementos de control y potencia en el accionamiento y protecciones de un motor motor eléctrico. eléctrico. ................................... ........................................................... .................................................. ............................ .. 17 2.14.1. 2.14.1. Contacto Contactorr ................................................. ........................................................................... .................................... .......... 17 2.14.2. Elección del Contactor ................................................................. 17 2.14.2. Marcado de bornes: ..................................................................... 18 2.15. EL RELÉ DE SOBRECARGA TÉRMICO. ........................................... 19 2.15.1. 2.15.1. Símbolo Símbolo del relé .................................................... ........................................................................... ....................... 19 2.15.2. Elección del Relé Térmico ............................................................ 19 2.15.3. El interruptor automático magneto térmico y simbología .............. ....... ....... 20 ii
2.15.4. Elección del interruptor automático magneto magneto térmico ............... ....... ............ .... 20 2.16. ELEMENTOS DE ACCIONAMIENTO ................................................. 21 2.16.1. 2.16.1. PULSADOR PULSADORES ES ......................................... ................................................................... .................................... .......... 21 CAPITULO CAPITULO III ......................................................... .................................................................................... ......................................... .............. 23 METODOLOGÍA DEL PROYECTO ................................................................. 23 3. Métodos técnicas e instrumentos. ................ ........ ................ ................ ................ ............... ............... ............... ....... 23 3.1. Materiales utilizados en la investigación ............................................... 23 3.1.1. 3.1.1. Materiales Materiales de campo ............................................... ...................................................................... ....................... 23 3.1.2. Software utilizado en el diseño. ...................................................... 23 3.2. Métodos utilizados en la investigación .................................................. 23 3.2.1. 3.2.1. Tipo de Investiga Investigación ción ............................................................... ..................................................................... ...... 23 3.2 Manejo especifico de la investigación. ................ ........ ................ ................ ................ ................ .......... 24 3.2.1. Fuentes técnicas e instrumentos de la investigación. ................ ........ ............. ..... 24 3.2.2 Observaci Observación ón .................................................... .............................................................................. ................................ ...... 24 3.2.3 Recursos y presupuestos ................................................................ 24 3.2.4 Presupu Presupuesto esto.. .............................................. ........................................................................ ................................ ...... 24 3.2.5 Cronograma de actividades................. actividades......... ................ ................ ............... ............... ................ ........... ... 25 4.Resultados y discusión................................................................................. 26 4.1. Ficha Ficha técnica. técnica. ............................................... ......................................................................... ........................................ .............. 26 4.2. Diagrama de flujo proceso de secado secado ................ ........ ................ ............... ............... ................ ............ .... 32 4.3. VARIABLES DECLARADAS EN LA SIMULACIÓN REALIZADA EN EL LOGO PLC OBA8. OBA8................................................ ......................................................................... ........................................ .............. 33 4.5. Esquema unifilar de potencia y control. ................................................ 36 4.6. ESQUEMAS MULTIFILARES DE POTENCIA Y CONTROL POR PLC PARA LOS MOTORES Y VÁLVULAS ..................................................... 38 4.6.1. ESQUEMAS MUTILFILAR DEL CIRCUITO DE POTENCIA Y CONTROL DE CADA MOTOR. ............................................................... 39 4.7. Cuadro Cuadro de precios precios .................................................................. ................................................................................ .............. 44 iii
4.7.1. Valores comerciales de equipo necesario para la aplicación del sistema sistema automátic automático. o. ................................................. ........................................................................... ................................ ...... 44 4.8. EQUIPOS DE CONTROL AUTOMATICO. ........................................... 45 4.10. ESQUEMA PANEL DE ELEMENTOS DE CONTROL ................ ........ ................ ............ .... 48 5. CONCLUSIO CONCLUSIONES. NES. .............................................. ........................................................................ ........................................ .............. 49 6. RECOMEND RECOMENDACION ACIONES. ES. .............................................. ........................................................................ ................................ ...... 51 7. BIBLIOGRA BIBLIOGRAFÍA. FÍA. .................................................. ............................................................................ ........................................ .............. 52 8. ANEXOS ANEXOS ......................................................... ................................................................................... ............................................ .................. 54
INDICE DE TABLA. Tabla 1 VALORES DE HUMEDAD PARA SECADO. ...................................... 11 Tabla 2 elección de interruptores auto magneto térmico. ................................ 20 Tabla 3 presupuesto de investigación. ............................................................ 24 Tabla 4 cronograma de actividades. ............................................................... 25 Tabla 5 entradas y salidas del logo. ................................................................ 33 Tabla 6 cálculo de la programación del tiempo on/off...................................... 34 Tabla 7 esquemas multifilares conexión conexión entradas y salidas logo................. logo......... ............ .... 37 Tabla 8 Precios de equipo logo. ...................................................................... 44 Tabla 9 características de equipo logo. ........................................................... 45
INDICE DE ILUSTRACIONES. Ilustración 1 SIMOTICS (SIEMENS, 2017) ..................................................... 16 2 Aspecto físico y partes que está compuesto compuesto el contactor. ............... ............. ........ ..... 17 3 contacto contactoss auxiliares auxiliares.............................................. ........................................................................ ........................................ .............. 18 4 Aspecto y partes del relé de sobrecarga térmico ................ ........ ................ ................ ............... .......... ... 19 5 símbolos símbolos del relé .................................................. ............................................................................ ........................................ .............. 19 6 Interruptor automático magneto magnético .................................................. 20 7 símbolos de pulsadores. .............................................................................. 21 8 circuito de potencia o fuerza ................ ........ ................ ................ ............... ............... ................ ................ ................ ........ 22 22 Ilustración 9 Área completa de secado ........................................................... 31 Ilustración 10 Programación logo! soft confort FUP ........................................ 35 Ilustración 11 Esquema unifilar de control ....................................................... 36 Ilustración 12 esquema unifilar de potencia .................................................... 37 iv
CAPÍTULO I MARCO CONTEXTUAL DE LA INVESTIGACIÓN
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1.1. RESUMEN EJECUTIVO. El proyecto presenta los resultados obtenidos en el incorporar un proceso de control automático por medio de PLC LOGO a un sistema de secado por medio de caballetes para la semilla de maíz, en el cual se estructuro condiciones de encendió por medio de tiempo en activación de las áreas donde está dividida la secadora siendo esta el área de limpieza de impureza y el área de secado, las cuales cuentan con motores siendo así en el área de limpieza 4 motores y el área de secado un sistema conjunto de motores y válvulas de gas y aire; estas serán activadas respectivamente respectivamente luego de contado un tiempo y será desactivado el sistema entero entero de igual manera manera al terminar el tiempo programado, programado, con esto se plantea el obtener eficiencia al momento de utilizar la secadora junto con beneficios como el no requerir de un operador que presione más de un solo botón sea el caso de dar inicio y otros pulsadores si se dan casos como parada de emergencia o encendido por parada de emergencia ,el operador contara con el beneficio de poder alterar el sistema y controlar sus tiempos de encendió por una relación de valor de humedad de la semilla y el tiempo. Esta relación fue incorporada dentro de la programación del PLC LOGO este valor podrá ser alterado por medio de la pantalla TOUCH la cual fue programada para tener una interfaz entre el PLC LOGO 0BA8 en el documento se describe tanto el valor de presupuesto necesario para el incorpora un sistema automático de tal magnitud y la descripción descripci ón de sus conexiones a los diferentes componentes componen tes que estructuran el circuito de potencia de un arranque de motor, al igual se incorpora datos sobre las descripción y características del sistema de control. En este proceso se incorporó una puerta de salida para la semilla la cual es i dea del grupo y se planteó la automatización por igual por medio de bombas neumáticas y cilindro de simple efecto.
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1.2. SUMMARY. The project presents the results obtained in the incorporate a process of automatic control via PLC logo to a drying system by means of easels for the maize seed in which it was structured conditions of lit by means of time in activation of the areas where it is divided the dryer being the cleaning area of impurity and the drying area, Which are all being as well in the area of cleaning 4 motors and the drying area a joint system of motors and valves of gas and air; these will be activated respectively after a time and be off the entire system s ystem in the same way at the end of the t he scheduled time, This raises the gain efficiency at the t he time of using the dryer along with benefits as it does not require an operator to press a single button to initiate the t he case and other buttons if there are cases such as emergency stop or lit by emergency stop ,the operator will have the benefit of being able to alter the system and to control their times of lit by a relationship of moisture value of the seed and the time. This relationship was incorporated into the PLC programming LOGO this value may be altered by the middle of the screen TOUCH which was scheduled to have an interface between the PLC LOGO 0BA8 in the document describes both the value of budget necessary for the incorporates an automatic system of such magnitude and the description of its connections to the different components that structure the power circuit of an engine start, as it incorporates data on the description and characteristics of the control system. In this process he joined an exit door to the seed which is the idea of the group and the automation by means of pneumatic pumps and single-acting cylinder.
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1.3. INTRODUCCIÓN. El crecimiento poblacional y la muy proactiva relación del hombre con la necesidad de la comodidad comodidad dio desarrollo a la actividad industrial industrial la cual es dirigida a dar respuestas a problemas; como la demanda excesiva de un producto o el ahorro de tiempo y dinero en procesos, procesos, para esto esto se necesita el incorporar equipos que regulen y nos permitan que un proceso sea el caso secar, moler, calentar o llenar fluidos, tengan una respuesta más rápida rápida y eficaz para para esto se han creado equipos industriales encargados del desarrollo de las actividades ya mencionadas. El control industrial desarrollado en conjunto con el inicio de la actividad industrial es la encargada de dar paso a las acciones que se necesiten en una industria estas son realizadas bajo la conexión de equipos intercomunicados y generan señales en respuesta a una acción, las señales de los equipos pueden ser analógicas y digital controlando el accionamiento de los motores, turbinas o la apertura de válvulas, todo dividido en dos grupos catalogados bajo los nombres de equipos de control y equipos de potencia. Dentro del área agrícola existen las secadoras de granos las cuales hacen uso de ventiladores y elevadoras que realizan su movimiento gracias a motores eléctricos, estos se encargan de dar movimiento al calor generado en la recamara de secado tras el proceso de quemado del combustible activo en este caso el gas contenido en una estructura metálica dentro de la cual se llena el grano que necesita el proceso de secado y luego es ubicado u bicado en un silo. El control industrial es una interacción de máquina y hombre todo esto bajo la protección que brinda lo equipos encargados de realizar un proceso de control accionamiento, pausar y detener un proceso. Él esquema de control industrial (circuito eléctrico) es una vista detallada de todos los equipos interconectados junto con el equipo de control automático necesarias para mantener el funcionamiento del equipo industrial. El esquema rediseñado describe las conexiones necesarias para el correcto funcionamiento de la programación estructurada en el PLC LOGO 0BA8.
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1.4. PROBLEMATIZACIÓN 1.4.1. UBICACIÓN DE LA L A PROBLEMÁTICA Circuito eléctrico de control de una secadora vertical de caballetes para la Asociación de Agricultores Agricultores 12 de de Octubre, ubicada en El Empalme, Parroquia Parroquia La Guayaquil, sector San Pedro.
1.4.2. DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA El elaborar un sistema de control automático para la asociación de agricultores 12 de octubre octubre en el cual se incorpora equipo como el logo o PLC de gama baja como controlador del proceso conjunto de una secadora que incluye área de limpieza de impureza y el área de secado del grano en este caso el maíz para la cual se estructura un programa que permita mantener en función todo su sistema hasta alcanzar una humedad deseada de la semilla, en este esquema se estudiara diseñara y simulara tanto el sistema de control y el sistema de potencia de los motores presentes en la secadora.
1.4.3. PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN Elaborar un sistema on/off por medio de programación en logo! Soft confort para el proceso de secado de granos en una secadora vertical, el cual se pueda aplicar en función on/off del sistema tanto el área de limpieza y secado.
1.4.4. DELIMITACIÓN DE LOS PROBLEMAS DERIVADOS
¿Cuál es el beneficio de los sistemas sistemas de control control automático?
¿Cómo se elabora el diseño de planos unifilares de potencia y control de un sistema eléctrico?
¿Cuáles son los equipos necesarios necesari os y el proceso que se debe seguir para plantear un control automático industrial?
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1.5. JUSTIFICACIÓN El crecimiento poblacional en el mundo y el avance continuo de tecnología ha aumentado en gran velocidad por estilo de vida de poblacional las cuales requieren de mucho más alimento y el aumento en el uso de recursos, en respuesta a satisfacer estas necesidades la producción debe aumentar y en el aumento de esta producción se dio el cambio de fuerza principal de elaboración de todo producto en venta masiva para los cuales se crearon procesos industriales los cuales retiraron la mano de obra reduciendo esta trabajo manual de manera drástica y que es realizado con la mínima intervención de los seres humanos, en estos procesos de industria se necesita de componentes esenciales en su correcto funcionamiento como parte de ello se encuentran los motores eléctricos equipos de gran tamaño según su requerimiento los cuales cuentan con equipos de accionamiento y protección en el cumplimiento de sus función principal la cual es convertía la energía eléctrica a energía mecánica, la correcta elección de las partes principales de accionamiento y control de los motores aporta a su desempeño y en el caso contrario reduce el tiempo de vida y aumenta las probabilidades que ocurran fallas en el proceso en el cual sean utilizados. La adaptación de un control automático al proceso industrial basado en un estudio previo genera un aporte en el desempeño y el aprovechamiento de cada uno de los componentes que estructuran un proceso industrial ya sea este el caso en el que se logre complementar con un proceso industrial de secado de semilla (maíz).
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1.6. OBJETIVOS 1.6.1. GENERAL Elaborar el circuito de control de una secadora de maíz vertical de caballetes implementando programación en un PLC-LOGO 0BA8.
1.6.2. ESPECÍFICOS
Diseñar el esquema unifilar del sistema de de potencia de los motores y control eléctrico de la secadora vertical de caballetes.
Implementar un proceso de control control automático dentro dentro del del circuito de control de secado de grano.
Determinar los costos costos de de equipos equipos y materiales necesarios necesarios en el sistema de control automático por PLC LOGO.
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1.7. HIPÓTESIS El incorporar un sistema de control automático de encendido y apagado programado en un PLC” LOGO” en una secadora de maíz vertical de d e caballetes aumenta la eficiencia en el secado de la semilla.
1.8. VARIABLES 1.8.1. Dependiente Aumento de eficiencia eficiencia en el secado de la semilla. semilla.
1.8.2. Independiente Sistema de control automático de encendido y apagado por medio de logo.
1.9. INDICADORES 1.9.1. Cualitativas
Funcionamiento Funcionamiento del sistema de control automático on/off.
1.9.2. Cuantitativas
Costo de la elaboración.
Tiempo estimado para el proceso de secado.
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CAPITULO II 2. MARCO REFERENCIAL 2.1. Industria. Se refiere a la actividad económica de carácter secundario, que se dedica a transformar una materia prima en un producto elaborado (manufactura). El paso a la actividad industrial fue f ue aún más revolucionario y trascendente, pues comenzó un proceso en el que el protagonista pasó a ser la creatividad humana, que no tendría límite alguno. Sin embargo, el momento de la transformación más importante fue la llamada Revolución Industrial del siglo XVIII, que consistió en el paso de
las actividades
manuales, o
de
las
manufacturas simples
complementadas complementadas con máquinas o herramientas, a una gran industria i ndustria mecánica. El trabajo manual fue reducido de manera drástica, mientras que la producción se incrementó exponencialmente. En el marco social, las consecuencias de la revolución industrial dejarían efectos que se pueden ver hasta en la actualidad. Las máquinas que se iban creando lograban realizar actividades nuevas, pero también lograban mecanizar trabajo que antes era realizado por humanos, generando una competencia en la que la máquina tiene obvias ventajas. La habilidad manual de los artesanos fue transferida a la máquina, y la desocupación se expandió masivamente. Además, el que realiza la producción dejó de ser el dueño de las herramientas con las que la realiza, sino que el obrero pasa a depender del capital, el propietario de los medios con los que se producirá. (concepto, 2010)
2.2. Procesos industriales. Comprendido como todo desarrollo sistemático que conlleva una serie de pasos ordenados u organizados, que se efectúan o suceden de forma alternativa o simultánea, los cuales se encuentran estrechamente relacionados entre sí y cuyo propósito es llegar a un resultado preciso. preciso. Desde una perspectiva general general se entiende que el devenir de un proceso implica una evolución en el estado del elemento sobre el que se está aplicando el mismo hasta que este desarrollo llega a su conclusión. (ingenieriaindustrial, 2016) 9
De esta forma, un proceso industrial acoge el conjunto de operaciones diseñadas para la obtención, transformación o transporte de uno o varios productos primarios. De manera que el propósito de un proceso industrial está basado en el aprovechamiento eficaz de los recursos naturales de forma tal que éstos se conviertan en materiales, herramientas y sustancias capaces de satisfacer más fácilmente las necesidades de los seres humanos y por consecuencia mejorar su calidad de vida. (ingenieriaindustrial, 2016)
2.3. Clasificación de los procesos La producción en general comprende una extensa variedad de procesos de manufactura, y es muy común encontrar más de un proceso de transformación capaz de lograr un mismo producto. En este módulo clasificaremos los procesos industriales de la siguiente manera:
Procesos de Conformado
Procesos de Fundición
Procesamiento de Polímeros
Procesos de Maquinado y Acabado
Procesos de Unión
Procesos agrícolas
2.4. Secado a baja temperatura Este tipo de secado se realiza en silos-secadores o secadoras en silo, equipos que generalmente están formados por un silo metálico apropiado para estos fines. Se utiliza sólo el aire natural, o levemente calentado. El procedimiento es relativamente simple, económico y mantiene una buena calidad de grano, pero se deben cumplir una serie de requisitos, que pueden enumerarse como sigue: La humedad del grano no debiera ser superior a 20% para nuestras condiciones (22% en Estados Unidos). A humedades superiores es posible secar grano, pero la temperatura del aire debe ser inferior a 15°C y utilizar caudales de aire más elevados. En caso contrario pueden producirse alteraciones en algunas capas de la masa de granos. 10
En Estados Unidos los máximos contenidos de humedad para este tipo de secado (MWPS-13, 1987) son: Tabl Ta bla a 1 VALORE S DE HUM HUMEDA EDA D PAR A SE CA DO.
Maíz
22%
Girasol
18%
Lino
15%
Trigo
17%
Sorgo
22%
La cantidad de grano a secar es aconsejable que no supere las 300 t y que la altura de grano en el silo no sea mayor a 5 m. Si los silos fueran más grandes, sólo se deberían llenar parcialmente, o hasta donde la altura del grano no pase los 5 m. El caudal de aireación debe ser bastante elevado; cuanto mayor sea el caudal, mayor es la velocidad del frente de secado, pero debe tenerse presente que ese mayor caudal requiere un motor más potente. Para secar con aire natural condiciones inglesas (Nellist, 1986), el caudal aconsejado es de 135 m³/hora y por m³ de grano. Los caudales necesarios para secar maíz, con datos de Estados Unidos, no debieran ser menores de 50 m³/h.m3, pero pueden ser aumentados hasta 70 m³/h.m3 y aún mayores, para zonas de mayor humedad relativa. Los mayores valores también pueden ser usados para las más altas humedades iniciales del grano. (Agricultura, .)
2.5. Control automático de procesos. El objeto de todo proceso industrial es la obtención de un producto final, de unas características determinadas de forma que cumpla con las especificaciones y niveles de calidad exigidos. La misión del sistema de control c ontrol de proceso es corregir las desviaciones surgidas en las variables de proceso respecto de unos valores determinados, que se
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consideran óptimos para conseguir las propiedades requeridas en el producto producido.
2.6. Variables a analizar en un control de procesos. Las entradas y salidas de un proceso son denominadas variables, debido a que están interrelacionadas con el mismo en una forma estática y/o dinámica. Los diferentes tipos de variables que intervienen en un proceso, son: variables manipuladas, manipuladas, variables controladas, variables no controladas y perturbaciones.
2.7. Variables manipuladas: Variables que nosotros podemos cambiar o mover para garantizar que la variable controlada presente el valor deseado. La variable manipulada es la cantidad o condición que es variada por el controlador de tal manera que afecte el valor de la variable controlada.
2.8. Variables controladas: Variables que queremos controlar, bien sea tratando de mantenerlas constantes (Control Regulatorio) o tratando de seguir alguna trayectoria deseada (Servocontrol), ejemplos de estas pueden ser, flujos, composiciones, temperaturas, presión, nivel, etc. Normalmente, la variable controlada es la salida de un sistema.
2.8. Variables no controladas: Son aquellas variables sobre las cuales no se ejerce control, en algunos casos estas variables no afectan o no ejercen ningún efecto sobre el proceso.
2.9. Perturbaciones: Una perturbación es una señal desconocida y de carácter aleatorio, que tiende a modificar, en forma indeseada, el valor de salida de un sistema. Si la perturbación se genera dentro del sistema se denomina interna, en tanto que una externa se produce fuera del sistema. Son por lo general flujos, temperaturas, composiciones. No todo el tiempo pueden ser medidas, pero el sistema de control debe ser capaz de regular el proceso en presencia de ellas (premisa que en algunas ocasiones no se logra), tales como temperaturas, presión, concentración, etc. 12
Recuperado (https://procesosbio.wikispaces.com/Control+de+procesos+industriales) sistema controlado perturbaciones.
2.10. Clasificación de los sistemas de control. Los sistemas de control industrial pueden ser operados como sistemas de lazo abierto o sistemas de lazo cerrado:
2.10.1. Sistema de lazo abierto: es aquel en donde la acción de control es independiente independiente de la salida
2.10.2. Sistema de lazo cerrado: es aquel en donde la acción es en cierto modo dependiente dependiente de la salida El sistema de lazo abierto tiene dos rasgos r asgos sobresalientes que son: - La habilidad que estos tienen para ejecutar una acción con exactitud la cual está determinada por su calibración. Calibrar significa restablecer una relación entre la entrada y salida con el fin de obtener del sistema la exactitud deseada. - Estos sistemas no tienen el problema de la inestabilidad, que presentan los de lazo cerrado. Los sistemas de lazo cerrado se llaman sistemas de control por realimentación. Los primeros sistemas industriales de lazo abierto o lazo cerrado usados fueron controladores neumáticos, durante los años 60 y 80, la mayoría de los 13
controladores usaban amplificadores operacionales para proporcionar las funciones de control, en los años 80 y 90 se incorporaron los microprocesadores con los amplificadores operacionales para proporcionar un control digital. Dado que todos estos tipos de controladores se encuentran en uso actualmente, es necesario necesario estudiarlos con sus componentes y funciones que desarrollan. (Enríquez, G.200)
2.10.3. Tipos de control. Se puede hacer una clasificación de los sistemas de control atendiendo al procedimiento lógico usado por el controlador del sistema para regular la evolución del proceso. Los principales tipos de control utilizados en los proceso industriales:
Normales: Sistemas de realimentación. (Feed-back)
Proporcional
Integral
Derivativo
Sistema anticipativo (Feed-Foward) Sistema en cascada (Cascade) Sistema selectivo (Over-Ride)
Avanzados: Control de restricciones (Constraint Control) Control del modelo de referencia (Model Reference Control) Optimización de unidades
2.10.4. Esquemas de control Para seleccionar y diseñar esquemas de control se deben seguir tres pasos esenciales: 1. Conocer bien bien el proceso, proceso, variables variables de entrada/salida entrada/salida (manipuladas, (manipuladas, controladas, no- controladas y perturbaciones), dinámica, régimen estacionario, etc. 2. Modelar o identificar identificar adecuadamente adecuadamente el el proceso. proceso. 3. La mejor estrategia estrategi a de control es la más sencilla de implementar, implement ar, con la que se pueda controlar el proceso. 14
2.11. ESQUEMA DE CONTROL AVANZADO AVANZADO 2.11.1. CONTROL POR ACCION PRECALCULA PRECALCULADA DA En un sistema de control por acción pre calculada, las perturbaciones se compensan antes de que afecte a la variable controlada, se miden las perturbaciones antes de que entren al proceso y se calcula el valor que se requiere de la variable manipulada para mantener la variable controlada en el valor que se desea o punto de operación (Set Point). (ingeniería industrial, 2016) control automático pre calculado.
Recuperado (https://procesosbio.wikispaces.c (https://procesosbio.wikispaces.com/Control+de+ om/Control+de+procesos+indust procesos+industriales) riales)
2.12. COMPONENTES BÁSICOS DE UN SISTEMA DE CONTROL. Las diversas formas de automatizar los procesos y servicios se realizan a través del uso de sensores, controladores y actuadores facilitando la producción y minimizando los recursos humanos. La tecnología actual permite supervisar y controlar diversas industrias del tipo productivo o manufacturero en tiempo real.
componentes de sistema de control. Recuperado (https://procesosbio.wikis (https://procesosbio.wikispaces.com/C paces.com/Control+de+pro ontrol+de+procesos+indus cesos+industriales) triales)
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En los procesos industriales encontramos ciertas convenciones y arreglos en los sistemas de control, así como la distribución de dispositivos de medidas y funciones de control en varias piezas. Algunos de los componentes básicos de un sistema de control son:
2.13. SIMATICS serie 1LE042 2.13.1. Características Eléctricas:
Eficiencia IE1 normativa IEC60034.
Tensiones conmutables conmutabl es 220 / 380 / 440 VAC a 60 Hz. Posibilidad de arranque directo en tamaños constructivos 80, 90, 100 y 112. Adicionalmente arranque Y - ∆ a partir del
Ilustración 1 SIMOTICS (SIEMENS, 2017)
tamaño 132.
Clase térmica F.
Tipo de servicio: S1.
Factor de servicio (FS): entre 1.15.
Temperatura de operación: -15/40ºC.
Aptos para ser accionados con variador de velocidad.
Disponibilidad en 2,4 y 6 polos.
(SIEMENS, 2017)
2.13.2. Características Mecánicas:
Carcasa en hierro hierro que que asegura asegura su alta resistencia a esfuerzos esfuerzos mecánicos. mecánicos.
Ejecución IMB3 / IMB35 / IMB5/ IMB14.
Protección Mecánica IP55
Bajo nivel de vibraciones.
Pintura color RAL 7032
(SIEMENS, 2017)
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2.14. Elementos de control y potencia en el accionamiento y protecciones de un motor eléctrico. 2.14.1. Contactor El contactor es un aparato eléctrico de mando a distancia, que puede cerrar o abrir circuitos, ya sea en vacío o en carga. Es la pieza clave del automatismo en el motor eléctrico. Su principal aplicación es la de efectuar maniobras de apertura y cierra de circuitos relacionados con instalaciones de motores. Excepto los pequeños motores individuales, que son accionados manualmente o por relés, el resto de motores se accionan por contactores. (areatecnologia, 2003) Un contactor está formado por una bobina y unos contactos, que pueden estar abiertos o cerrados, y que hacen de interruptores de apertura y cierre de la corriente en el circuito. La bobina es un electroimán que acciona los contactos cuando le llega corriente, abriendo los cerrados y cerrando los contactos abiertos. Cuando le deja de l legar corriente a la bobina los contactos vuelven a su estado de reposo. (areatecnologia, 2003)
2 Aspecto físico y partes que está compuesto el contactor. Recuperado de(https://es.ali de(https://es.aliexpress.com express.com/item/-contactb /item/-contactblock/3243 lock/32436991833.html) 6991833.html)
2.14.2. Elección del Contactor Cuando se va a elegir un Contactor hay que tener en cuenta, entre otros factores, lo siguiente: - Tensión de alimentación de la bobina: Esta puede ser continua o alterna, siendo esta última la más habitual, y con tensiones de 12 V, 24 V o 220 V. (Vilches, 2001) - Número de veces que el circuito electromagnético va a abrir y cerrar. Podemos necesitar un Contactor que cierre una o dos veces al día, o quizás otro que esté continuamente abriendo y cerrando sus contactos. Hay que tener en cuenta el 17
arco eléctrico que se produce cada vez que esto ocurre y el consiguiente deterioro. (Vilches, 2001) - Corriente que consume el motor de forma permanente (corriente de servicio). Por lo tanto es conveniente el uso de catálogos de fabricantes en los que se indican las distintas características de los Contactores en función del modelo. Para poder disponer de más contactos auxiliares y según el modelo de contactor, se le puede acoplar a este una cámara de contactos auxiliares o módulos independientes, normalmente abiertos (NO), o normalmente cerrados (NC). (Vilches, 2001)
3 contactos auxiliares Recuperado de(https://es.ali de(https://es.aliexpress.com express.com/item/3RH191 /item/3RH1911-auxiliary-con 1-auxiliary-contact-block/32436 tact-block/32436991833.html 991833.html))
2.14.2. Marcado de bornes: Bobina: se marca con A1 y A2. • Contactos auxiliares: Como ya hemos nombrado, existen contactos
normalmente abiertos (NO) o (NA) y normalmente cerrados (NC). - Contactos NO.- Se les asignarán números de 2 cifras, la primera cifra indica el número de orden y la segunda deberá ser 3 y 4. Ejemplos: 13-14 23-24, 33-34. - Contactos NC.- Se les asignarán números de 2 cifras, la pri mera cifra indica el número de orden y la segunda deberá ser 1 y 2. Ejemplos: 11-12 21-22, 31-32. - Contactos principales: principales: Se marcan con con los siguientes siguientes números o letras: 1-2, 34, 5-6, o L1-T1, L2-T2, L3-T3. • El Contactor se denomina con las letras let ras KM seguidas de un número. • Relé Térmico: Los bornes principales se marcarán como los contactos
principales del contactor, 1-2, 3-4, 5-6, o L1-T1, L2-T2, L3-T3. Los contactos auxiliares serán, 95-96 contacto cerrado y 97-98 contacto abierto. (Vilches, 2001) 18
2.15. EL RELÉ DE SOBRECARGA TÉRMICO.
4 Aspecto y partes del relé de sobrec arga térmico Recuperado de (https://www.eet460rafael (https://www.eet460rafaela.edu.ar/des a.edu.ar/descargar/apun cargar/apunte/744) te/744)
Es un mecanismo que sirve como elemento de protección del motor. Su misión consiste en desconectar el circuito cuando la intensidad int ensidad consumida por el motor, supera durante un tiempo corto, a la permitida por este, evitando que el b obinado se queme. Esto ocurre gracias a que consta de tres lá minas bimetálicas con sus correspondientes bobinas calefactoras que cuando son recorridas por una determinada intensidad, provocan el calentamiento del bimetal y la apertura del relé. La velocidad de corte no es tan rápida como en el interruptor magneto térmico. Se debe regular (tornillo 7), a la Intensidad Nominal del motor (In), para el arranque directo. Esta intensidad deberá venir indicada en la placa de características del motor. (Vilches, 2001)
2.15.1. Símbolo del relé
5 símbolos del relé Recuperado Recuperado de (https://www.eet460rafael (https://www.eet460rafaela.edu.ar/des a.edu.ar/descargar/apun cargar/apunte/744 te/744
2.15.2. Elección del Relé Térmico Para la elección de este mecanismo hay que tener en cuenta el tiempo máximo que puede soportar una sobre intensidad no admisible, y asegurarnos de que la
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intensidad del receptor esté comprendida dentro del margen de regulación de la intensidad del relé. (Vilches, 2001)
2.15.3. El interruptor automático magneto térmico y simbología
6 Interruptor automático magneto magnético Recuperado de (https://www.eet460rafael (https://www.eet460rafaela.edu.ar/des a.edu.ar/descargar/apun cargar/apunte/744) te/744)
Su misión es la de proteger a la instalación Y al motor, abriendo el circuito en los Siguientes casos: - Cortocircuito: En cualquier punto de la instalación. - Sobrecarga: Cuando la intensidad consumida en un instante, supera la intensidad a la que está calibrada el magneto térmico. (Vilches, 2001)
2.15.4. Elección del interruptor automático magneto térmico Se deberán seguir los siguientes pasos: 1. Hay que seleccionar el tipo de curva de disparo. Ver tabla adjunta. 2. Elegir el calibre o intensidad nominal, cuyo valor será inferior o igual a la que consume el receptor de forma permanente. (Vilches, 2001)
Tabla 2 elección de interruptores auto magneto térmico. Recuperado Recuperado de (https://www.eet460rafael (https://www.eet460rafaela.edu.ar/des a.edu.ar/descargar/apun cargar/apunte/744 te/744
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2.16. ELEMENTOS DE ACCIONAMIENTO 2.16.1. PULSADORES Los pulsadores son elementos de accionamiento que sirven para cerrar o abrir un circuito permitiendo el paso o no de la corriente a través de ellos.
7 símbolos de pulsadores.
Recuperado Recuperado de (https://www.eet460rafael (https://www.eet460rafaela.edu.ar/des a.edu.ar/descargar/apun cargar/apunte/744 te/744
Circuitos eléctricos en una instalación de automatismo En automatismo eléctrico se distinguen tres tipos de circuitos: • Circuito de potencia o fuerza. • Circuito de maniobras o funcional. • Circuito de conexiones. c onexiones.
Motor trifásico alimentado por contactor accionado mediante interruptor y protección por relé térmico. (Vilches, 2001)
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8 circuito de potencia o fuerza
Recuperado Recuperado de (https://www.eet460rafael (https://www.eet460rafaela.edu.ar/des a.edu.ar/descargar/apun cargar/apunte/744 te/744
L1, L2 y L3 corresponden con las tres fases R, S y T de la corriente alterna trifásica que alimenta el circuito. En cuanto al motor se trata de un motor asíncrono trifásico, que deberá estar conectado en “estrella” o “triangulo”, según sea necesario. (Vilches, 2001)
Es conveniente indicar las letras o números correspondientes a los terminales de cada mecanismo.
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CAPITULO III METODOLOGÍA DEL PROYECTO 3. Métodos técnicas e instrumentos. 3.1. Materiales utilizados en la investigación 3.1.1. Materiales de campo Papel
Lápiz
Impresora
Calculadora
Laptop
Internet
3.1.2. Software utilizado en el diseño. CADE SIMU, LOGO SOFT COMFORT V0.8, TIA PORTAL V3, AutoCAD electrical.
3.2. Métodos utilizados en la investigación 3.2.1. Tipo de Investigación La investigación es dirigida para obtener información sobre las ventajas que tiene implementar un proceso de control automático, por medio de un PLC LOGO para el cual se realizó el siguiente tipo de investigación:
3.2.1.1 Investigación Bibliográfica Se emplea en el momento de buscar trabajos relacionados con el tema planteado por medio de referencias bibliográficas y linkografía sobre los requerimientos necesarios para elaborar un proceso de automatización, lo cual se toma como referencia para el perfeccionamiento de la investigación.
3.2.1.2 Investigación Explicativa Es la cual se dedica a detallar las soluciones obtenidas en el proceso de investigación y rediseño del circuito eléctrico de arranque y control de la secadora junto con la presentación de un proceso de control automático el cual beneficiara en aumento a la eficiencia del sistema de secado de grano(maíz). 23
3.2.1.3 Investigación Descriptiva Esta investigación nos permite describir la manera en que se realizó el diseño detallando el programa de control en el PLC LOGO; control automático de encendido y apagado el cual será incorporado al proceso de una secadora de maíz de flujo continuo.
3.2 Manejo especifico de la investigación. 3.2.1. Fuentes técnicas e instrumentos de la investigación. 3.2.2 Observación Se empleará en el momento de realizar la investigación de campo, permitiendo recopilar la información necesaria para un correcto funcionamiento de los sistemas de arranque y control junto con el beneficio que puede aportar el realizar un sistema de control automático de encendido y apagado.
3.2.2.1 Análisis de documentos Se utiliza para sintetizar la información dotada por investigaciones realizadas dentro del campo de estudio mediante las diferentes asignaturas recibidas, dentro de ellas la más importante es circuitos de control industrial, control automático y laboratorio de maquinaria eléctrica, nace el motivo que por medio de ésta estamos conociendo todo lo relacionado con los circuitos de arranque y control de motores junto con el realizar un proceso de control automático de encendió y apagado de sistemas en conjunto y conocimiento de variables pertenecientes al objeto de investigación.
3.2.3 Recursos y presupuestos El proyecto necesita materiales, por lo cual se elaboró una lista con los implementos a utilizar.
3.2.4 Presupuesto. Materiales.
Costo.
Hojas A4
$2.50
Tintas
$ 15
TOTAL
$ 30.50 Tabla 3 presupuesto de investigación. investigación.
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3.2.5 Cronograma de actividades Noviembre ACTIVIDADES
1
2
3
4
Diciembre 1
2
3
4
Enero 1
2
3
Febrero 4
1 2 3 4
Creación de los grupos. Selección del tema del proyecto. Realización de la introducción y problematización del proyecto. Justificación, objetivos y métodos manejos
específicos
de
la
investigación. Presentación del primer avance a docentes y coordinadora. Segundo avance del proyecto. Realización del presupuesto. Resultados y recomendaciones del proyecto. Corrección del segundo avance del proyecto. Entrega del segundo avance del proyecto. Revisión del proyecto por los docentes. Tabla 4 cronograma de actividades.
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4.Resultados y discusión. 4.1. Ficha técnica. Proyecto programación programación de arranque arranque de motores y control de una secadora vertical de maíz por medio de caballetes. Descripción general de la secadora . La secadora cuenta con un proceso de clasificación y secado de la semilla de los cuales se sabe: Zaranda o clasificadora de semillas tiene un tiempo evaluado de realizar la clasificación y reducir las impurezas de la semilla de maíz realizando el proceso de clasificación en un tiempo de 40 minutos para la cantidad de 300quintales de maíz. La secadora tiene un valor de almacenaje de semilla s emilla y proceso de secado para una cantidad de 300quintales de maíz. El secado de maíz pasa por un proceso de clasificación y luego pasa a una recamara de secado en el cual se reduce su porcentaje de humedad hasta llevarlo a 13% de humedad que es el valor en el cual se puede comercializar este producto evitando el deterioro inmediato de la semilla de maíz. Para realizar este proceso de reducción de impurezas, clasificación y secado de la semilla se cuenta con toda una cantidad de estructuras mecánicas las cuales realizan su movimiento mediante el uso de motores eléctricos cumpliendo con su función principal de volver la energía eléctrica a energía mecánica.
Descripción por partes del proceso de clasificación y reducción de impurezas. 1. Primer punto bodega lugar donde se acumula la semilla en esta se almacena 300quintales de maíz. 2. Segundo punto punto una elevadora de maíz con un motor eléctrico la cual alimenta la zaranda. 3. Tercer punto la zaranda o clasificadora en esta se hace hace uso de dos motores eléctricos un motor genera el movimiento de la zaranda y otro
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genera el movimiento de un ventilador para reducir las impurezas del maíz. 4. Cuarto punto a la salida salida de la zaranda se comunica comunica con otro otro elevador de un motor eléctrico el cual alimenta directamente la recamara de secado o secadora vertical por medio de caballete.
En totalidad en el área de clasificación y reducción de impurezas cuenta con 4 motores eléctricos. Descripción de partes de la secadora vertical por medio de caballetes. 1. Primer punto la elevadora elevadora de alimentación alimentación la cual realiza la función de llenar la secadora con los 300quintales y una vez iniciado el secado realiza la función de realimentación a la secadora. 2. Segundo punto punto accionamiento accionamiento de la secadora secadora esta se accionara una vez este dentro de ella los 300quintales, se inicia el calentamiento mediante el uso de gas como combustible y el control de el paso y temperatura de la secadora por medio de un dispositivo reconocido como controlador de temperatura este tiene como variable de entrada en su control una termocupla instalada dentro de la recamara de secado la cual censa constantemente la temperatura interna y envía el valor al controlador el cual controla una válvula solenoide solenoide que es en donde se acciona el paso del gas, la temperatura estándar dentro de la recamara es de 90grados centígrados C0. 3. Tercer punto puerta de salida salida de la secadora la cual es programada programada para abrir durante un momento de tiempo cerrar por igual dejando salir cierta cantidad de semilla que alimenta al elevador que realiza la realimentación constante al a secadora mientras esta se encuentre realizando la acción. 4. Cuarto punto motor motor de expulsión de aire y refrigeración de de la secadora de maíz esta se acciona desde el inicio del secado por medio de este se hace circular el aire caliente dentro de los caballetes y al momento de terminar el proceso realiza por el igual el enfriado mediante el flujo constante de aire dentro de la secadora. 5. Quinto punto apertura de la la puerta de salida accionada accionada por el motor instalada en el elevador que alimenta la entrada de la secadora este 27
elevador realiza las operaciones de alimentar retroalimentar y retirar la semilla al finalizar el proceso.
Cantidad de motores y equipo total dentro del proceso de secado son. son . 3 motores. 1 sensor de temperatura o termocupla. 1 Válvula solenoide de control del gas. Cabe recalcar que Todo este proceso de secado en el arranque de los motores se realiza de forma manual accionando uno a uno cada motor y cada parte entre la clasificación y el secado de la semilla por ello se lleva a cabo el plantear un proyecto que permita automatizar este proceso.
Planteamiento del proceso de automatización por medio de un controlador lógico programable programable o plc y una pantalla de interacción con el usuario. Para el proyecto se plante el automatizar el accionamiento de todo el proceso de arranque de los motores y el tiempo que estos deben permanecer encendidos y realizar el control de temperatura por medio de un plc LOGO 0BA8 y una pantalla de interacción para que el usuario pueda realizar acciones de corrección y paro de emergencia.
DESCRIPCION. Para el funcionamiento del equipo de clasificación y reducción de impurezas en la semilla se realizará:
Primer punto punto se programará el arranque de los motores del del elevador elevador de la bodega inicial de almacenamiento.
Segundo punto se programa el arranque de los motores de la zaranda tanto el de generar el de movimiento como el del ventilador que retira impurezas.
Tercer punto punto se se programa programa el arranque arranque del del motor motor del segundo elevador el cual recibirá el maíz que pasa por la clasificadora y lo trasladará hasta la recamará de secado.
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El proceso de clasifican y reducción de impurezas se programará con un tiempo de 40 minutos más 5 minutos por márgenes de error, este tiempo tie mpo es programado bajo los datos entregados por el profesional quien elaboro la secadora dando razón de que el equipo de clasificación de la semilla procesa 300 quintales en 40 minutos los 5 minutos adicionales se programan en márgenes de error por condiciones de la semilla y fallos en el sistema. Una vez se termine el conteo programado se debe apagar los motores de la primera elevadora, los motores de la zaranda y mantener encendido el motor de alimentación a la secadora por la razón de que este también realiza la función f unción de retroalimentar la secadora en el proceso de secado.
Para el equipo de secado se realizará el control en los siguientes componentes.
Primer punto punto apertura de la válvula solenoide solenoide que que permite permite el paso del del gas gas esta será controlada por el plc logo que toma acciones mediante la respuesta que se reciba de un sensor de temperatura ubicado dentro de la secadora conocido como termocupla el cual censará la temperatura dentro de esta y deberá mantener una temperatura estándar de 90° C y la respuesta en que si esta supera la temperatura el plc ordena cerrar la válvula solenoide.
Segundo punto arranque arranque del motor de ventilación interna interna el cual hace circular el aire caliente por medio de los caballetes.
Tercer punto punto arranque arranque y paro de de un motor encargado encargado de de abrir la puerta puerta de salida de la secadora al ser está diseñada para que realice un movimiento constante dentro de ella se programa la apertura y cierre el tiempo de cierre de la compuerta es de 45 segundos y el tiempo que la compuerta permanece abierta es de 3 segundo estos valores son entregado por el profesional que elaboro elaboro la máquina y conlleva conlleva que con esto esto mientras se mantiene abierta la compuerta salgan 5 quintales de maíz el mismo que luego que entre a la elevadora de retroalimentación llegara a la secadora y esto continuara hasta terminar el secado y luego se accione otra puerta y se bloque bloque la retroalimentación retroalimentación y esta salida salida solo de paso directo directo al elevador y este a su vez a la bodega de almacenamiento final todo esto hasta retirar por completo el maíz de la secadora. 29
El tiempo de encendió del sistema de secado se obtendrá en relación al grado de humedad que tenga la semilla y la temperatura interna de la secadora al plantear la temperatura interna de la secadora como un valor constante por medio de valores entregados por el fabricante de esta se realiza el cálculo de que por cada grado de humedad presente en la semilla esta deberá permanecer una hora dentro del proceso de secado a la temperatura estándar de 90°c. Para realizar este control en relación al tiempo de encendió del sistema de secado se incorpora una pantalla de interacción con el usuario que vaya a controlar este proceso en el cual se le pedirá que registre el valor de humedad de la semilla que deberá ser registrado por un sensor de humedad que no está comunicado al plc, pero se puede ingresar el valor por medio de la pantalla y que realice esta acción el usuario controlador. Se desactivara el proceso de secado una vez cumplido el tiempo en este se recortara una hora al valor original por el hecho de que la temperatura se mantendrá en la secadora por un tiempo de una hora adicional por el intercambio de temperatura que se realiza entre el material que conforma la secadora y el proceso de enfriamiento realizado por el motor de ventilación el cual se apagara luego de contada esa hora en la cual la válvula solenoide ya no permita el paso de gas pero la secadora aun tenga presente temperatura interna. El motor del elevador y el motor de la compuerta se mantendrán activos hasta retirar por completo el maíz de la secadora esto a razón de adicionar una hora más en su activación una vez ya apagado el motor de ventilación y cerrada la válvula de gas este valor es entregado por el fabricante de la secadora en el cual nos hace saber que la semilla que se encuentra en la secadora tarda una hora en retirar todo su maíz en respuesta de que permite la salida de 5 quintales por cada 45segundos contado dentro de la hora la cantidad de tiempo que toma el elevador en retirar todo el maíz luego de abrirse y cerrar la puerta de salida de la secadora periódicamente. Todo este proceso de control de temperatura y arranque y paro de los motores del equipo completo de secado se realizará por medio de un plc y una pantalla de usuario conectada al plc y que permitirá realizar variaciones que se puedan presentar en todo el proceso de secado junto con las opciones de condiciones 30
de paro de emergencia de todo el sistema y desconexión de solo una parte del proceso.
Ilustración 9 Área completa de secado
31
4.2. Diagrama de flujo proceso de secado secado
32
4.3. VARIABLES DECLARADAS EN LA SIMULACIÓN REALIZADA EN EL LOGO PLC ENTRADAS ANALÓGICAS. VALOR DE TEMEPRATURA.
I7
ENTRADAS DIGITALES. INICIO
PULSADOR NA
PARADA DE EMERGENCIA.
PULSADOR SETA I2
I1
NC ARRANQUE POR PARADA DE EMERGENCIA
PULSADOR SETA I3 NA
T RMICO RMICO PARA EL MO MOTOR TOR DEL ELEVA ELEVADOR DOR
TÉRMICO NA - NC I4
TERMICO PARA EL MOTOR DEL VENTILADOR DE LA ZARANDA. TÉRMICO NA - NC I5 TÉRMICO PARA EL MOTOR DE LA ZARANDA
TÉRMICO NA - NC I6
TÉRMICO PARA EL SISTEMA DE ARRANQUE DEL MOTOR TÉRMICO NA - NC I9 ESTRELLA – DELTA TÉRMICO DEL ELEVADOR DEL LLENADO DE LA SECADORA
TÉRMICO NA - NC I10
TÉRMICO DE LA COMPUERTA DE LA SECADORA
TÉRMICO NA - NC I11
SALIDA DIGITAL Q1
SALIDA DEL MOTOR DEL ELEVADOR
Q2
SALIDA DEL MOTOR PARA EL VERTILADOR DE LA ZARANDA
Q3
SALIDA DEL MOTOR PARA LA ZARANDA
Q4
CONTACTOR DE MARCHA EST RELLA – DELTA
Q5
CONTACTOR ARRANQUE ESTRELLA
Q6
CONTACTOR ARRAQUE DELTA
Q7
SALIDA DEL MOTOR DE LLENADO
Q8
SALIDAN DE RETRO ALIMENTACION ALIMENTACION DE LLENADO
Q9
VÁLVULA DE GAS
Q10
VÁLVULA DE AIRE
Tabla 5 entradas y salidas del logo.
33
4.4. Calculo para programación de encendido y apagado Los cálculos se dieron a conocer por medio de una hoja de datos de tiempo y proceso diseñada por un ingeniero agroindustrial.
TE= Tiempo de encendido del área de secado. TR= Tiempo de retroalimentación TV= Tiempo de encendido del ventilador. TSG= Tiempo de activación de la compuerta de salida del grano. Áreas limpieza del grano y llenado de la secadora(M1,M2,M3,M4).
Tiempo de proceso 45min
secado ( establecido por la humedad
1h por grado de humedad hasta los 13º
del grano).
(Xº - 13º) * 60min = T E
Retroalimentación (M5, M4).
TR = TE + 120 min
Ventilación (M6).
TV = TE + 60min
Salida del grano(M7).
TV = 0 TSG = 60min
Tabla 6 cálculo de la programación del ti empo on/off
34
Ilustración 10 Programación logo! soft confort FUP
35
4.5. Esquema unifilar de potencia y control.
Ilustración 11 Esquema unifilar de c ontrol
36
4.5. Esquema unifilar de potencia y control.
Ilustración 11 Esquema unifilar de c ontrol
36
Ilustración 12 esquema unifilar de potencia
37
Tabla 7 esquemas multifilares conexión entradas y salidas logo.
4.6. ESQUEMAS MULTIFILARES DE POTENCIA Y CONTROL POR PLC PARA LOS MOTORES Y VÁLVULAS MOTOR DEL ELEVADOR (ME1) ESQUEMA DE POTENCIA
COMPONENTES
CONTACTOR KM1
PROTECCIÓN RELÉ TÉRMICO F1
MOTOR TRIFÁSICO DE 5 HP ME1
VENTILADOR DE LA ZARANDA (VZ2) ESQUEMA DE POTENCIA
COMPONENTES
CONTACTOR KM2.
PROTECCIÓN RELÉ TÉRMICO F1.
MOTOR TRIFÁSICO DE 2 HP ME2.
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4.6.1. ESQUEMAS MUTILFILAR DEL CIRCUITO DE POTENCIA Y CONTROL DE CADA MOTOR. MOTOR DE ZARANDA (Z3) ESQUEMA DE POTENCIA
ESQUEMA DE CONTROL
COMPONENTES
CONTACTOR KM3.
PROTECCIÓN RELÉ TÉRMICO F1.
MOTOR TRIFÁSICO DE 5 HP ME3.
DESCRIPCIÓN
Pulsador NA A1 arranque del sistema encendido directo del motor ME1, ME2 Y ME3. PULSADOR SETA NC PE definido como parada de emergencia detiene todo el sistema. PULSADOR SETA NA AP definido definido como arranque de parado de emergencia solo área de secado. entrada para el arranque del sistema I1. ME1: Salida para el arranque del motor del elevador Q1. VS2: Salida para el arranque del motor del ventilador de la zaranda Q2. S3: Salida para el arranque del motor de la zaranda Q3.
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MOTOR DEL ELEVADOR (ME2) ESQUEMA DE POTENCIA
ESQUEMA DE CONTROL
COMPONENTES
CONTACTOR KM4
PROTECCIÓN RELÉ TÉRMICO F4
MOTOR TRIFÁSICO DE 5 HP M4
DESCRIPCI N
el accionamiento del térmico F7.
I10 Q4
I10 Entrada de respuesta causada por
Salida Q4 motor elevador 2 (M4).
Indicador falla del térmico e indicador de activación.
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COMPUERTA DE SALIDA DE LA SECADORA (RETROALIMENTACION) ESQUEMA DE POTENCIA
ESQUEMA DE CONTROL
COMPONENTES
CONTACTOR KM5
PROTECCIÓN RELÉ TÉRMICO F5
MOTOR TRIFÁSICO DE 0.75 HP M5
DESCRIPCIÓN
I11 Entrada de respuesta causada por el accionamiento del térmico F7.
I11
Q5
Salida Q5 compuerta de salida de la secadora (M5).
Indicador falla del térmico e indicador de activación.
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VENTILADOR ARRANQUE ESTRELLA-DELTA ESQUEMA DE POTENCIA
COMPONENTES
ESQUEMA DE CONTROL
CONTACTOR KM6 PROTECCIÓN RELÉ TÉRMICO F6 MOTOR TRIFÁSICO DE 15 HP M6
DESCRIPCIÓN
I9 Entrada de respuesta causada por el accionamiento del térmico F6. Salida Q6 activación del motor M6 con indicador de funcionamiento. Salida Q7 conexión estrella. Salida Q8 conexión delta. -L Indicador falla del térmico
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Sensor Sensor de temperatu temperatura ra SITRANS SITRANS TK-L.
DESCRIPC DESCRIPCII N La entrada digital I7 se utiliza como entrada analógica con un rango de 0 a 10 V. El transductor Sitrans TK-L convierte las variaciones de resistencia del Pt100 en una corriente proporcional de salida de 4 a 20
I7
mA. Por lo que deberá colocarse un resistor de 500 ohm para generar una caída de tensión de 2 a 10 V que pueda ser procesada por estas entradas analógicas integradas en el LOGO!.
V VULA VULA SOLE SOLENO NOID IDE E
N
DESC ESCRIPC IPCI N
Se conecta una válvula solenoide a 120V de la salida del Q9. Se abrirá cuando la temperatura sea menor a 90°C y se cerrara
Q9
cuando supere dicha temperatura.
L1 SIMATIC BASIC PANEL KTP 400 A COLOR
DESCRIPCIÓN
Por medio del TOUCH se ingresa los valores de humedad lo cual se mantendrá encendido el área de secado. Se podrá visualizar valor de temperatura en el área de secado tiempo restante de encendido y nos permite permite arrancar y parar el sistema.
43
VÁVULA SOLENOIDE (APERTURA DE
DESCRIPCIÓN
COMPUERTA DE SALIDA).
Válvula que permite el paso del aire que
N
activa el cilindro simple con efecto de retorno el cual abre la compuerta final de salida de la semilla. Q10
L1
4.7. Cuadro de precios 4.7.1. Valores comerciales de equipo necesario para la aplicación del sistema automático. Tabla 8 Precios de equipo logo.
DETALLE
$ VALOR
LOGO! 230RC 110/220 V AC (8DI / 4DO tipo relé)
215,00
LOGO! DM16 24R Módulos de expansión 24 V DC (8DI / 176,00 8DO tipo relé) Fuente de poder LOGO! Power. Entrada 110/220V AC; 118,00 salida: 24V DC 2.5ª Simatic Basic Panel KTP400 a color, 24 V DC
735,00
Pulsador 1NC amarillo
7,14
Pulsador rojo de tipo hongo 40 mm. + 1NC, con retención 27,76 y halar para soltar SITRANS TK-L 24V DC Sistema
neumático
60,00 (electroválvula,
unidad
de 120,00
mantenimiento, cilindro de simple efecto retorno por muelle)
TOTAL.
1458.9 44
Tabla 9 características de equipo logo.
4.8. EQUIPOS DE CONTROL AUTOMATICO. AUTOMATICO.
EQUIPOS
CARACTERÍSTICAS.
LOGO! 230RC 110/220 V AC (8DI / 4DO tipo relé) LOGO! 230RCE módulo lógico con pantalla alimentación: 115/230V AC/Relé 8ED (Entradas digitales) (I7-I8 analógica) 4SD (Salidas digitales) memoria: 400 bloques expansión por módulos Ethernet servidor WEB registro de datos tarjeta Micros SD estándar programable con LOGO! Soft Comfort desde V8 ejecuta proyectos antiguos.
Fuente de poder LOGO! Power. Entrada 110/220V AC; salida: 24V DC 2.5ª
LOGO! POWER fuente de alimentación regulada entrada: 100...240 V AC monofásica salida: 24 V DC/2,5A 69 W protección IP 20 montaje carril DIN,
45
LOGO! DM16 24R Módulos de expansión 24 V DC (8DI / 8DO tipo relé) LOGO! DM16 24R módulo de ampliación voltaje alimentación: 24V DC salidas: Relé 8ED (Entradas digitales) 8SD (Salidas digitales) para LOGO! 8
Simatic Basic Panel KTP400 a color, 24 V DC
SIMATIC HMI KTP400 basic color pn, basic panel, operación tecla/tactil display tft widescreen de 4", 256 colores, interfaz profinet, configurable desde WINCC BASIC v11 sp2/ step 7 basic v11 sp2, contiene sw open source. ver cd adjunto .
46
4.9. RESULTADOS DE HIPOTESIS. VENTAJAS Trabajo continuo laborales.
DESVENTAJAS en
horas
no Mayor costo que un Sistema convencional convencional de control de arranque.
Fácil interacción con el personal de Reinicio control. apagar)
Mejor tiempo de respuesta.
del
sistema
(presionar
Mayor cuidado en el mantenimiento de limpieza.
Control independiente en el área de secado.
La eficiencia del sistema es la capacidad de lograr un efecto en cuestión con el mínimo de recursos posibles o en el menor tiempo t iempo posible. El sistema de control estructurado permite el funcionamiento de la secadora de maíz en altas horas de la noche con esto se añade eficiencia a esta por el motivo de que no necesita a un operario que este laborando a esas horas. El sistema cuenta con protección de apagado en respuesta al accionamiento de las protecciones de los motores por lo cual si ocurre un fallo el sistema se apaga hasta esperar la intervención de una persona capacitada.
47
4.10. ESQUEMA PANEL DE ELEMENTOS DE CONTROL
48
5. CONCLUSIONES.
El diseñar diseñar los los esquemas esquemas de control y potencia para el sistema de la secadora se trabajó con esquemas ya conocidos en el aula de clases de los cuales se puede identificar el arranque directo de motores y el arranque estrella delta se declara que el sistema de potencia ya existía en el área intervenir lo que se realizo fue el incorporar un sistema de control automático por medio de PLC LOGO para realizar función de encendido y apagado del sistema con un tiempo determinado los esquema se realizaron tipo ta bla en los cuales se detalla el equipo que se controla y una breve descripción de las características del motor representado en el esquema, para realizar los esquema de potencia potencia se utilizó utilizó el programa CADESIMU y para el esquema de control se utilizó la herramienta de Word con sus funciones de figuras.
El diseñar el sistema de control control el cual nos permita interactuar interactuar con el tiempo de encendió del sistema de potencia, controlar la apertura
5. CONCLUSIONES.
El diseñar diseñar los los esquemas esquemas de control y potencia para el sistema de la secadora se trabajó con esquemas ya conocidos en el aula de clases de los cuales se puede identificar el arranque directo de motores y el arranque estrella delta se declara que el sistema de potencia ya existía en el área intervenir lo que se realizo fue el incorporar un sistema de control automático por medio de PLC LOGO para realizar función de encendido y apagado del sistema con un tiempo determinado los esquema se realizaron tipo ta bla en los cuales se detalla el equipo que se controla y una breve descripción de las características del motor representado en el esquema, para realizar los esquema de potencia potencia se utilizó utilizó el programa CADESIMU y para el esquema de control se utilizó la herramienta de Word con sus funciones de figuras.
El diseñar el sistema de control control el cual nos permita interactuar interactuar con el tiempo de encendió del sistema de potencia, controlar la apertura de válvulas y el arranque de motores se decide usar el LOGO 0BA 8 por sus múltiples características y al ser el equipo más actual en sistemas logo siendo este de la marca siemens, el programa de control fue diseñado pensando en problemas que pueden ocurrir en la vida real y estructurado para cumplir con requisitos de seguridad el elaborar el programa fue un trabajo pesado del cual se logró obtener los mejores resultados y la satisfacción del grupo también se logra incorporar una pantalla TOUCH para comodidad el usuario del sistema en el cual el podrá interactuar el cambiar valores de humedad de la semilla y verificar valores de temperatura dentro del sistema al igual podrá visualizar el tiempo que se mantendrá encendió el sistema y como adicional pulsadores de encendido y apagado presentes en la pantalla con esto se declara dos entradas la principal por medio de un pulsador y otras por medio del TOUCH.
El precio precio o valor de adquisidor adquisidor de de cada componente componente que estructura el sistema de control PLC LOGO 0B8 fueron obtenidos de la página 49
oficial de siemens de sus catálogos de precio en ecuador de ello se realiza una tabla en la cual se describe su precio y otra donde se describe sus características de equipo para el conocimiento el usuario.
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6. RECOMENDACIONES.
El realizar esquemas esquemas de multifilar para los sistemas de potencia y arranque deben ser detallados y realizar en software que nos permitan llevar a cabo esta acción en el caso de cadesimu su utilización fue practica por el conocimiento adquirido en el proceso académico.
El diseño diseño del programa para para controlar el encendido encendido y apagado de de motor motor fue pensado en usar el equipo logo 0BA8 el cual cuenta con muchas características y funciones adicionales a sus antecesores antecesores por lo cual si de precisión y memoria se requiere se recomienda usar el último modelo de logo y con la interacción de una pantalla por medio de su otro software para PLC TÍA PORTAL V13 programar el uso de una pantalla HMI.
Para obtener precios reales sobre sobre el el equipo equipo y obtener sus características el usar los catálogos de siemens es la mejor opción que se tiene, de igual manera se cuenta con muchas páginas de mercado en internet para equipo de control las cuales ofrecen facilidades de envió y promociones de estos tanto para el logo y la demás componente requeridos.
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7. BIBLIOGRAFÍA.
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8. ANEXOS
Explicación del proceso de secado por medio de un ingeniero industrial.
Revisión eléctrica de la planta
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Realización de la simulación y documento general.
Caja de protección y mando por medio de pulsadores.
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