Universidad Austral de Chile Facultad de Ciencias de la Ingeniería Instituto de Electricidad y Electrónica Asignatura: Control de procesos
Informe Laboratorio PLC Control de Procesos
Integrantes: Adams Muñoz Patricio Fuentealba Marco Vera Asignatura: Control de Procesos Profesor: José Mardones
Valdivia, 14 de marzo de 2012
INTRODUCCIÓN Un PLC Programable logic controller, es un equipo programable en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial y procesos secuenciales. Un PLC trabaja en base a la información recibida por los captadores y el programa lógico interno, actuando sobre los accionadores de la instalación. En el control de un proceso automatizado, es imprescindible un dialogo entre operador-máquina junto con una comunicación entre la máquina y el sensor o actuador, estas comunicaciones se establecerán por medio del conjunto de entradas y salidas. Estos son capaces de manejar tensiones y corrientes de nivel industrial, gracias a que disponen un bloque de circuitos de interfaz de E/S muy potente, que les permite conectarse directamente con los sensores y accionamientos del proceso. De entre todos los tipos de interfaces que existen, las interfaces específicas permiten la conexión con elementos muy concretos del proceso de automatización. Estos además se pueden comunicar entre ellos haciendo uso de tecnologías como profibus (Process Field Bus) el cual es un estándar de bus de campo abierto (independiente del proveedor) utilizado en una amplia gama de aplicaciones enfocadas a la automatización de procesos, sistemas y edificios. Profibus garantiza que el producto es abierto e independiente del proveedor. Con Profibus, los dispositivos de diferentes fabricantes se pueden comunicar sin tener que realizarse ajustes de interfaz especiales.
En este punto haremos una corta descripción los elementos involucrados en la práctica de laboratorio SIEMENS.
PROFIBUS Fue desarrollada en el año 1987 por las empresas alemanas Bosch, Klöckner Möller y Siemens. En 1989 la adoptó la norma alemana DIN19245 y fue confirmada como norma europea en 1996 como EN50170. En el año 2002 se actualizaron incluyendo la versión para Ethernet llamada Profinet. Este tipo de red trabaja con nodos maestros y nodos esclavos. Los nodos maestros se llaman también activos y los esclavos pasivos. Profibus especifica las características técnicas y funcionales de un sistema basado en un bus de campo serie en el que controladores digitales descentralizados pueden ser conectados entre sí desde el nivel de campo al nivel de control. Se distinguen dos tipos de dispositivos, dispositivos maestros, que determinan la comunicación de datos sobre el bus. Un maestro puede enviar mensajes sin una petición externa cuando posee el control de acceso al bus (el testigo). Profibus puede utilizarse para tareas de transmisión de datos de alta velocidad en los que la sincronización es crucial y para la comunicación compleja de gran alcance. La gama Profibus se compone de tres versiones compatibles. 1.1 Profibus DP Esta versión Profibus, optimizada para una conexión económica y de alta velocidad, está diseñada especialmente para la comunicación entre los sistemas de control de la automatización y la E/S distribuida al nivel del dispositivo. Profibus-DP puede utilizarse para sustituir la transmisión de señales paralela con24 V o 0 a 20 mA. 1.2 Profibus PA La versión Profibus PA está diseñada especialmente para la automatización de procesos. Permite la conexión de sensores y accionadores en una línea de bus común, incluso en zonas intrínsecamente seguras. Profibus PA permite disponer de comunicación de datos y potencia en un mismo bus utilizando una tecnología de dos hilos según el estándar internacional IEC 1158-2. 1.3 Profibus FMS Profibus FMS es la solución de aplicación general para las tareas de comunicación de la célula. Los eficaces servicios FMS aportan una amplia gama de aplicaciones y proporcionan una gran flexibilidad. Profibus FMS también se puede utilizar para tareas de comunicación complejas de gran alcance.
El Cable Profibus Cable de conexión entre el máster Profibus-DP y los slaves. Cada cable tiene un conector sub-D de 9 pines en un extremo y una clavija/zócalo de 9 pines sub-D en el otro. Esto permite la ampliación de la red Profibus, así como la conexión de un programador o un PC en cualquier punto de la red
Interfaz física del sistema. En la primera etapa del laboratorio se realizo una introducción al manejo de PLCs, luego se identifico el dispositivo dispuesto en el laboratorio identificando cada uno de sus componentes.
FUENTE DE ALIMENTACIÓN PS 307; 5 A La fuente usada es la PS 307; 5 A; (307-1EA00-0AA0) esta fuente tiene las siguientes características:
Intensidad de salida 5 A.
Tensión nominal de salida 24 V c.c., estabilizada, a prueba de cortocircuitos y marcha en vacío.
Acometida monofásica (tensión nominal de entrada 120/230 V c.a., 50/60 Hz).
Separación eléctrica segura según NE 60 950.
Puede utilizarse como fuente de alimentación de carga.
Protección de línea: Para proteger la línea de red (entrada) de la fuente de alimentación PS 307; 5 A se recomienda un automático magnetotérmico (p.ej. serie 5SN1 de Siemens) con las siguientes características:
Intensidad nominal a 230 V c.a.: 6 A. Característica de disparo (tipo): C.
Fuente de poder.
CPU Simatic S7-400
SIMATIC NET 200M / LINK El IE/PB Link es un componente independiente y proporciona un enlace directo entre Ethernet Industrial y PROFIBUS. Se puede acceder a equipos de campo conectados a PROFIBUS re alizando así la integración de ambas tecnologías.
Sinamics G110
Variador de frecuencia Sinamics G110
Slot para conectar cables, se aprecia el cable verde que corresponde a profinet.
Software STEP 7 y su entorno de trabajo. En la segunda parte del laboratorio, se comenzó a trabajar con el software STEP 7, para ello conocimos primero su entorno grafico, luego con la ayuda del asistente de nuevo proyecto, se comenzó a crear un proyecto, como se aprecia en las siguientes imágenes.
Step 7 es el software estándar de SIMATIC para crear programas PLC e n lenguaje KOP (Esquema de contactos), FUP (Diagrama de funciones) o AWL (Lista de instrucciones) para los equipos SIMATIC S7. El control difuso que se diseñó para controlar la máquina se programó en lenguaje KOP y a continuación se explicará algunos de los conceptos básicos de este lenguaje de programación.
La representación del lenguaje de programación gráfico KOP (esquema de contactos) es similar a la de los esquemas de circuitos. Los elementos de un esquema de circuitos, tales como los contactos normalmente cerrados y normalmente abiertos, se agrupan en segmentos. Uno o varios segmentos constituyen el área de instrucciones de un bloque lógico. Las operaciones que realiza el PLC pueden clasificarse en operaciones con bits, comparación, conversión, aritméticas, de transferencia, temporización, contaje, etc.
Elección de la CPU y búsqueda de los módulos. CPU: 315-2 PN/DP
Módulo 1: SM 321 DI16xDC24V
Módulo 2: SM 322 DO8xDC24V/2A
Módulo 3: SM 331 AI8xRTD
Entorno de programación.
Bloque para programar en los diferentes lenguajes.
Cada segmento de un esquema de contactos (KOP) puede contener instrucciones de entrada y salida. Las instrucciones de entrada realizan una comparación o prueba y coloca el estado del segmento dependiendo del resultado. Las instrucciones de salida examinan el estado del segmento y ejecuta alguna operación o función.
A continuación se describirán algunos de los elementos mas utilizados en el lenguaje KOP.
Contacto normalmente abierto ---| |--Se cierra si el valor del bit consultado, que se almacena en el operando indicado es “1”.Si el contacto está cerrado, la corriente fluye a través del contacto, el resultado lógico es “1”. De lo contrario si el estado de la señal del operando es “0” el contacto está abierto, no hay flujo de corriente y el resultado lógico de la operación es “0”.}
Contacto normalmente cerrado ---| / |--Se abre si el valor del bit consultado, que se almacena en el operando indicado, es "0". Si el contacto está cerrado, la corriente fluye a través del contacto y el r esultado lógico (RLO) es "1". De lo contrario, si el estado de señal en el operando indicado es "1”, el contacto está abierto. Si el contacto está abierto no hay flujo de corriente y el r esultado lógico de la operación es "0".
Bobina de relé ---( ) Opera como una bobina en un esquema de circuitos. Si la corriente fluye hasta la bobina, el bit en el operando se pone a "1". Si no fluye corriente hasta la bobina, el bit en el operando se pone a "0". Una bobina de salida sólo puede colocarse dentro de un esquema de contactos en el extremo derecho de un circuito.
CONCLUSIONES Las direcciones profibus deben ser únicas y no pueden ser usadas por varios dispositivos simultáneamente, pues dañaría el esquema de direccionamiento de los mensajes enviados entre los nodos maestros y esclavos. El éxito de cualquier tecnología en esta área de la electrónica, depende del grado de integración o de convergencia que ésta pueda hacer con redes de datos convencionales. De hecho nos deja varios interrogantes de tipo teórico, pero nos abre un nuevo mundo por descubrir en lo relacionado con las redes industriales y la comunicación de datos entre los PLC y sus sensores, haciendo uso de tecnologías robustas y abiertas como Ethernet y profibus. Vemos claramente un potencial inmenso en la manipulación remota de PLC a través de internet, haciendo uso de módulos de red, donde de forma remota, centralizada y económica se puedan monitorear simultáneamente plantas en producción. También es posible involucrar dispositivos móviles e inalámbricos 802.11 aunque la práctica no tuvo ese alcance, fue claro observar que existen estos dispositivos, los cuales podrían interactuar directamente con dispositivos de este tipo. También vemos que aunque no utilizamos los sensores del laboratorio, podemos pensar que toda esta información se puede guardar en bases de datos convencionales, guardadas en servidores conectados a redes de LAN que tomarían automáticamente los datos enviados por los sensores desde una red profibus, pasando a una Ethernet y así de podría tener reportes automáticos y en línea de la producción, alamas y demás eventos desde un PC o desde un portátil en cualquier parte del mundo. Si bien en el laboratorio implementado existe un gran potencial, en cuanto a maquinarias y equipos, estos no se encontraban bien configurados, además el profesor reconoció que los técnicos de la compañía no habrían impartido la totalidad de los cursos de capacitación, por las dos situaciones anteriores y que el semestre era un tanto “especial”, en cuant o a tiempos, es que
el curso se tuvo que dejar incocluso.
