Automatización Con Plc Y Scada Del Proceso De Chancado En La Minera Aurífera Retamas S.a

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DE PERÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

“AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN CON PLC Y SCADA DEL PROCESO DE CHANCADO EN LA MINERA AURÍFERA RETAMAS S.A.” TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO ELECTRICISTA PRESENTADO POR:

Bach. Raúl PORRAS DÍAZ ASESOR:

Ing. José L. Mendoza Rodríguez Huancayo – Perú Agosto 2010

II

DEDICATORIA: A mis padres, hermanos y la mujer que me acompaña siempre, por su comprensión y continuo apoyo. A Dios por hacerme saber que nada es imposible.

III

RESUMEN INTRODUCCIÓN CAPITULO I DATOS DE LA EMPRESA Y DEL PLAN DE TESIS 1.1

DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA ........................................................... 3

1.2

TEMA .......................................................................................................... 4

1.3

PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .................. 4

1.3.1 Planteamiento .............................................................................................. 4 1.3.2 Formulación ................................................................................................. 5 1.4

OBJETIVOS ................................................................................................ 5

1.4.1 Objetivos Generales ..................................................................................... 5 1.4.2 Objetivos Específicos .................................................................................. 6 1.5

FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS ...................................................... 7

1.6

METODOLOGÍA ........................................................................................ 7 CAPITULO II MARCO TEÓRICO

2.1

CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE ........................................ 8

2.1.1 Definición y principios de operación........................................................... 8 2.1.2 Interfaces ................................................................................................... 11 2.1.3 Software de Programación RSLOGIX 5000 ............................................ 13 2.1.3.1 Descripción General del RSLOGIX 5000 ................................................ 13 2.1.3.2 Instalación del software ............................................................................. 17 2.1.3.3 Edición de un programa Ladder ................................................................ 17

IV

2.1.3.4 Menú ayuda ............................................................................................... 23 2.1.3.5 Requisitos mínimos del sistema ................................................................ 24 2.2

SISTEMAS SCADA ................................................................................. 24

2.2.1 Definición ................................................................................................. 24 2.2.2 Componentes de un sistema SCADA ........................................................ 25 2.2.3 El centro de control.................................................................................... 25 2.2.4 Sistemas de comunicación ......................................................................... 26 2.2.5 Interfase de monitoreo y control ................................................................ 26 2.2.6 Equipamiento controlado ........................................................................... 28 2.2.7 Software SCADA RSVIEW32 ................................................................. 29 2.2.7.1 Introducción: El Menú del Proyecto .......................................................... 29 2.2.7.2 Menú System (Configuración del Sistema)............................................... 32 2.2.7.3 Menú Graphics (Configuración de Pantallas Gráficas) ............................. 41 2.2.7.4 Menú Alarms (Configuración de Alarmas) ............................................... 54 2.2.7.5 Menú Data Log (Configuración de Almacenamiento de Datos) ............... 58 2.2.7.6 Menú Logic And Control (Configuración de Lógica y Control) .............. 62 2.3

OPC Y COMUNICACIONES .................................................................. 64

2.3.1

Software RSLINX CLASSIC .................................................................... 64

2.3.2

Software BOOTP/DHCP ........................................................................... 65

2.4

DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE Y EQUIPOS UTILIZADOS ......... 70

2.4.1

Familia ControlLogix 5561 ....................................................................... 70

2.4.2

Redes de Proceso ....................................................................................... 76

2.4.3

Equipos instalados en campo .................................................................... 82

V

CAPITULO III MATERIALES Y MÉTODOS 3.1

EQUIPOS Y MATERIALES INSTALADOS .......................................... 95

3.2

CONFIGURACIÓN DEL SOFTWARE BOOTP/DHCP ......................... 98

3.3

CONFIGURANDO EL SOFTWARE RSLINX ..................................... 100

3.3.1 Configuración de Controladores de Comunicaciones ............................. 100 3.3.2 RSWho..................................................................................................... 102 3.2.3 Diagnósticos del controlador ................................................................... 103 3.4

PROGRAMANDO EL PLC CON RS LOGIX 5000 ............................. 104

3.5

PROGRAMACION DE LA COMUNICACIÓN MODBUS ................. 114

3.6

PROGRAMANDO EL SOFTWARE SCADA RSVIEW 32.................. 117

CAPITULO IV RESULTADOS DE LA IMPLEMENTACIÓN 4.1 MODOS DE OPERACIÓN .......................................................................... 129 4.1.1 Proceso de arranque secuencial ............................................................... 136 4.1.2 Proceso de parada secuencial .................................................................. 137 4.2

TABLEROS ELÉCTRICOS ................................................................... 139

4.2.1 Tablero control y fuerza fajas (antes del cambio) ................................... 139 4.2.2 Tablero de control (antes del cambio) ..................................................... 139 4.2.3 Tablero Control y Fuerza Sección Chancado (después del cambio) ....... 140 4.2.4 Implementación SCADA ......................................................................... 141

VI

CONCLUSIONES RECOMENDACIONES REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ANEXOS

VII

RESUMEN Hoy en día es vital para las compañías industriales estar a la vanguardia de la tecnología y así poder satisfacer las demandas del mercado. La automatización y modernización permiten aumentar la eficiencia de los procesos industriales. El método utilizado en el presente trabajo fue el Hipotético-Deductivo y el tipo de investigación fue el Experimental. En este trabajo se plantea un sistema de control automatizado para mejorar el desempeño y darle confiabilidad y continuidad al sistema de control y operación del proceso de chancado de mineral en empresa minera aurífera retamas MARSA, para lo cual se tiene que controlar y monitorear distintos equipos tales como fajas transportadoras, bombas, chancadoras cónicas y tipo quijada, zarandas, sensores de temperatura, presión y movimiento, electroimanes, motores, variadores de velocidad, etc., por ello se opto en implementar un sistema SCADA comercial constituida por un autómata programable (PLC) denominado ControlLogix 5561, software de programación RSLOGIX 5000,

software de visualización

RSVIEW32, y el software de comunicación RSLINX

todas tecnologías de

Rockwell Automation. El PLC se encarga del control total del sistema a través de lazos de control, implementación de alarmas y el sistema Scada se encarga de la supervisión del proceso y monitoreo de señales a través del OPC que los comunica (RSLINX).

VIII

Todo el equipo físico necesario para controlar el proceso se redistribuyo hacia las entradas y salidas del PLC por medio de borneras y cables apropiados para disminuir el ruido y las interferencias, también se cuenta con un módulo de comunicación Modbus para el monitoreo de los variadores de velocidad de los alimentadores y medidor de Energía instalados en las chancadoras, para la comunicación ControlNet que va a comunicar ambos chasis del PLC y para la comunicación remota se utilizo un módulo de comunicación con protocolo Ethernet/IP con esta red industrial se podrá comunicar el PLC con las PLC’s de supervisión y el panel Inview. Por razones de seguridad el sistema cuenta con 2 modos de operación, modo automático y modo manual, en donde en el modo automático el control lo tiene el PLC y si llegase a fallar este se tendría el modo manual donde el control lo tiene el operador. Si el sistema automático detecta una falla en cualquier punto del proceso desactiva todos los equipos aguas arriba evitando así el atoro o sobrecarga de mineral en ese punto, además se tiene alarmas que se visualizan en la PC del Ingeniero de Guardia, una alarma sonora, base de datos de todos los eventos, tendencias de parámetros análogos, contribuyendo a una fácil detección de fallas, asimismo con solo presionar un botón se hace un arranque secuencial de todos los equipos que constituyen el proceso de chancado, evitando que el operador arranque uno a uno estos equipos y surjan fallas de esta manera contribuyen para tener un menor tiempo de parada, un menor tiempo de operación y un proceso eficiente y confiable.

IX

El resultado obtenido es un sistema SCADA que permite supervisar, controlar y monitorear el proceso desde la PC del ingeniero de guardia por medio de un entorno grafico amigable, ubicado a 20 metros del sección de chancado, también una programación en el PLC que nos pueda ayudar a detectar más rápido una falla debido a la configuración de alarmas y una base de datos para realizar

un

programa de mantenimiento preventivo. Debido a los logros el impacto económico de este Proyecto, generado por el menor costo de producción por tonelada, la mejor calidad del producto terminado y el aumento en la producción, permitió recuperar su costo en menos de tres meses, lo que generará un aumento notable en la rentabilidad de la empresa, superando todas las expectativas de la empresa.

INTRODUCCIÓN En la industria de procesos tener ventajas significa hacer las operaciones más rápidas, flexibles, eficientes y, sobretodo, rentables. Los procesos corporativos, de la producción hasta la oficina, deben coordinarse perfectamente entre si y optimizarse de forma global y cubriendo todos los niveles implicados. Esto permite incrementar de forma decisiva el rendimiento, la disponibilidad, la tasa de carga y la calidad de sus plantas. Si además se integran nuevos sistemas, es posible optimizar al máximo los potenciales de racionalización. Actualmente el sistema de Chancado trabaja totalmente de forma manual por deterioro del antiguo PLC Telemecanique. El trabajo de encendido lo realiza el operador encargado de la sección de chancado utilizando los procedimientos escritos. Este sistema como está trabajando actualmente carece de confiabilidad, no se puede realizar un seguimientos de fallas, monitoreo de señales y un mantenimiento preventivo. No es inmune a los problemas de operación, muchas veces al momento de arrancar no se cumple la secuencia y luego se tiene problemas con el atoramiento de las chancadoras, incrementando las horas por falla del sistema. Antes de la implementación del proyecto no se cuenta con planos eléctricos actualizados que nos apoyen en una fácil detección de fallas en los tableros de control y fuerza.

2

Este proyecto está dirigido al control y optimización de esta sección, facilitando la operación mediante registro automático de datos en función de los sensores instalados en campo. Se escogió esta sección para iniciar los trabajos de automatización y mejora continua, ya que esta sección

no tendrá cambios a futuro, también en este

proyecto se está considerando la ampliación de chancado adicionando mas entradas y salidas del PLC. Actualmente, Minera Aurifera Retamas está en una etapa de cambios, los constantes cambios en las empresas, el mejoramiento continuo, la optimización de procesos y la generación de proyectos hacen que la empresa industrial crezca.

CAPITULO I DATOS DE LA EMPRESA Y DEL PLAN DE TESIS 1.1

DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA

La Minera Aurífera Retamas “MARSA” es una Empresa situada en la serranía del Departamento de La Libertad a 4000 msnm, fundada en 1981, a partir de esa fecha realiza labores de extracción y procesamiento de mineral para obtener oro como producto final. El mineral es extraído del subsuelo por medio de túneles, luego es transportado por volquetes hacia la planta de Beneficio, es allí donde el mineral es procesado atravesando por 6 áreas en el orden siguiente: chancado, molienda Primaria, Molienda Secundaria, Flotación, Cianuración y Merrill Crown. La secuencia del proceso es la siguiente: Los volquetes depositan el mineral en la tolva de gruesos donde se encuentran los alimentadores que se encargan de descargar el mineral en la faja A, el mineral pasa por las fajas I, J y llegan a la Zaranda DD el mineral fino se deposita en la Faja K luego a la faja G, el mineral grueso se pasa a la Chancadora Quijadas 15x24 después de triturar el mineral se deposita en la faja B todo esta parte se le conoce como área de Chancado Primario. Siguiendo con la secuencia del proceso la Faja B lleva el mineral al Zaranda SD donde la parte final del mineral se descarga en la faja G, el mineral grueso pasa a la Faja C para ser re circular en

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mineral y llevarla a las Chancadoras Cónicas 36FC y 48FC la descarga de las chancadoras se realiza en la faja B. La descarga de la faja K y de la Zaranda SD es en la faja G transporta el mineral a la tolva de finos esta parte de área se conoce como Chancado Secundario. El mineral se acumula en la tovas de finos y mediante unos alimentadores y fajas es llevado el mineral para lo molinos esta es otra área llamada Molienda. 1.2

TEMA

El presente proyecto de tesis está abocado a reemplazar la automatización antigua que ha quedado en desuso para el control y supervisión del proceso chancado en la minera MARSA. Utilizando PLC (controladores lógicos programables) y SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos). 1.3

PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

1.3.1 Planteamiento El proceso de Chancado no cuenta en estos momentos con un sistema automatizado debido a esto en proceso de operación es muy complicado teniendo problemas de paradas repentinas y perdidas en la producción. El área de Chancado anteriormente contaba con PLC’s de la marca de Telemechanique, debido a los cambios de infraestructura y equipos con el tiempo y el personal que los había programado ya no se encontraba laborando, estos PLC’s quedaron en desuso, retornando nuevamente a un control manual por los operadores.

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Con el control manual, para realizar el arranque de todo el proceso, el operador tenía que trasladarse a cada punto donde se encontraba el equipo, lo que se prestaba para que ocurra un accidente o una falla en la secuencia de arranque, lo mismo pasaba con la parada del proceso. Cuando ocurría una falla, esta no era detectada a tiempo trayendo consigo atoros, sobrecarga de las chancadoras

y

desbordamiento de mineral, ampliando el

tiempo de parada, aumentando horas de operación y mantenimiento. 1.3.2 Formulación ¿Cómo sería posible implementar un sistema automatizado con PLC’s y SCADA en el proceso de chancado en la Minera Aurífera Retamas S. A. (MARSA), para solucionar las paradas repentinas que afectan la producción y con ello minimizar las pérdidas económicas? Variables independientes: •

Controladores lógicos programables

•

Sistema SCADA

Variable dependiente: • 1.4

Automatización del proceso de chancado OBJETIVOS

1.4.1 Objetivos Generales El presente estudio, tiene como objetivo principal automatizar el proceso de Chancado en la Minera Aurífera Retamas MARSA, de esta manera mejorar el

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sistema productivo y optimizar los resultados económicos, evitando paradas no programadas, aminorar los tiempos de cada parada, detección rápida de fallas y obtener un proceso eficiente y seguro. 1.4.2 Objetivos Específicos •

Entender la importancia de la automatización de todo proceso en una planta de producción.

•

Conocer los elementos eléctricos, electrónicos y mecánicos que integren en proceso de control de una planta de producción.

•

Desarrollar la programación y configuración sistema de control mediante el PLC instalado en campo y la plataforma Scada, que en conjunto se podrá controlar y supervisar todo el proceso.

•

Implementar tablero eléctrico nuevo (fuerza y control)

•

Programar el PLC para el trabajo en manual y automático del sistema.

•

Implementar un mantenimiento predictivo, tanto para la parte eléctricaelectrónica y mecánica.

•

Introducir el PLC a la red industrial y monitorear los datos requeridos por el área de procesos y mantenimiento.

•

Monitorear, controlar y supervisar señales desde el SCADA.

•

Implementar planos eléctricos actualizados en formato CAD

•

Implementar una base de datos con todos los eventos ocurridos en la sección Chancado.

1.5

FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS

7

Si se implementa un sistema automatizado con PLC’s y SCADA en el proceso de chancado en la Minera Aurífera Retamas S. A. (MARSA), entonces se podrá solucionar las paradas repentinas que afectan a la producción y, con ello la operación será optima en el proceso aludido con la minimización de pérdidas. 1.6

METODOLOGÍA

El primer paso para el desarrollo de esta tesis ha sido recopilar datos de campo y realizar una revisión de planos de planta. De ahora en adelante se recopilaran datos de operación de la planta para posteriormente realizar la lógica de programación utilizando el software de programación y visualización para la realización del proyecto.

CAPITULO II MARCO TEÓRICO 2.1

CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE

2.1.1 Definición y principios de operación Un controlador lógico programable (Programable Logic Controller PLC) es un dispositivo operado digitalmente, que usa una memoria para el almacenamiento interno de instrucciones con el fin de implementar funciones especificas, tales como lógica, secuenciación, registro y control de tiempos, conteo y operaciones aritméticas, para controlar a través de entradas/salidas digitales o analógicas, varios tipos de maquinas o procesos. Los PLC operan de manera secuencial y cíclica, es decir, una vez finalizado el recorrido completo de un programa, comienza a ejecutar su primera instrucción. Los elementos que contiene un PLC son: •

Unidad Central de proceso

•

Módulos de entrada

•

Módulos de salida

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•

Fuente de Alimentación

•

Dispositivos Periféricos

•

Interfaces

Figura 2.1: PLC Controllogix de la marca de Allen Bradley La unidad central es el cerebro del PLC. Este toma las decisiones relacionadas al control de la maquina o proceso. Durante su operación, el CPU recibes entradas de diferentes dispositivos de sensado, ejecuta decisiones lógicas, basadas en un programa almacenado en la memoria y controla los dispositivos de salida de acuerdo al resultado de la lógica programada. Los módulos de entrada y salidas son la sección del PLC en donde sensores y actuadores son conectores y a través de los cuales el PLC monitorea y controla el proceso. La fuente de Alimentación convierte altos voltajes de corriente de línea (115V 230VCA a bajos voltajes (5V, 15V, 24V CD) requeridos por el CPU y los módulos de entradas y salidas.

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El funcionamiento el PLC es un continuo ciclo cerrado, primero el sistema operativo inicia la vigilancia de tiempo de ciclo, después el CPU escribe lo valores de imagen de proceso en los módulos de salida, a continuación la CPU lee el estado de las entradas en los módulos de entrada y actualiza la imagen de proceso de las entradas, el CPU procesa el programa del usuario en segmentos de tiempo y ejecuta las operaciones indicadas en el programa, al final de un ciclo el sistema realiza las tareas pendientes por ejemplo carga y borrado de bloques. Los PLC’s han ganado popularidad en las industrias y probablemente continuaran predominando por algún tiempo, debido a las ventajas que ofrecen. •

Son un gasto efectivo para controlar otros sistemas complejos.

•

Son flexibles y pueden ser aplicados para controlar otros sistemas de manera rápida y fácil.

•

Su capacidad computacional permite diseñar controles mas complejos.

•

La ayuda para resolver problemas permite programar fácilmente y reduce el tiempo de inactividad del proceso.

•

Sus componentes confiables hacen posible que pueda operar varios años sin fallas.

•

Capacidad de entradas y salidas.

•

Monitoreo.

•

Velocidad de operación.

•

Están diseñados para trabajar en condiciones severas como: vibraciones, campos magnéticos, humedad, temperaturas externas.

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2.1.2 Interfaces En el control de un proceso automatizado, es imprescindible un dialogo entre operador-máquina junto con una comunicación entre la máquina y el Controlador Lógico Programable, estas comunicaciones se establecerán por medio del conjunto de entradas y salidas del citado elemento. Todas las señales provenientes del campo son informadas a la CPU, luego de ser tomadas por los captores de entradas, y a su vez, las órdenes generadas por la CPU son comunicadas a los elementos del proceso bajo control por medio de las interfaces de salida. Los Controlador Lógico Programable 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. En los controladores más sencillos, las interfaces de entrada se encargan de convertir la tensión o la corriente que reciben de los sensores, limites de carrera, pulsadores, llaves, etc., en niveles apropiados para la operación de la CPU. De la misma manera las interfaces de salida permiten partiendo de las señales de baja tensión originadas en la CPU, comandar Elementos y Equipos Eléctricos - 212 contactores, solenoides de válvulas, arrancadores de motores, valiéndose de diacs, triacs, reles etc. Las señales digitales o discretas como los interruptores, son simplemente una señal de 1 ó 0, Verdadero o Falso, respectivamente. Los interruptores son ejemplos de dispositivos que proporcionan una señal discreta, que son enviadas usando la tensión o la intensidad, donde un rango específico corresponderá al On y otro rango al Off. Un PLC puede utilizar 24V de tensión

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continua en la E/S donde valores superiores a 22V representan un On, y valores inferiores a 2V representan Off. Inicialmente los PLC solo tenían E/S discretas. A medida que la complejidad de los PLC aumenta, es necesario contar con otro tipo de interfases que puedan interpretar señales analógicas provenientes del proceso y emitirlas como salidas. Las señales analógicas son como controles de volúmenes, con un rango de valores entre 0 y el tope de escala. Esto es normalmente interpretado con valores enteros por el PLC, con varios rangos de precisión dependiendo del dispositivo o del número de bits disponibles para almacenar los datos. Presión, temperatura, flujo, y peso son normalmente representados por señales analógicas. Las señales analógicas pueden usar tensión o intensidad con una magnitud proporcional al valor de la señal que procesamos. A medida que los requerimientos de control se hacen más complicados, aparecen los sistemas inteligentes, periféricos cuentan con un microprocesador propio, que descargan en parte el trabajo de la CPU, para hacer más rápida la ejecución del programa del usuario. Estas interfases inteligentes pueden manipular datos, resolver ecuaciones aritméticas, comparaciones, conteos de alta velocidad. De entre todos los tipos de interfaces que existen, las interfaces específicas permiten la conexión con elementos muy concretos del proceso de automatización. Se pueden distinguir entre ellas tres grupos bien diferenciados: •

Entradas / salidas especiales.

•

Entradas / salidas inteligentes

•

Procesadores periféricos inteligentes.

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2.1.3 Software de Programación RSLOGIX 5000 2.1.3.1 Descripción General del RSLOGIX 5000 Es el software utilizado para programar el PLC de la marca Allen Bradley modelo Controllogix 5561. RS Logix 5000 es el software de tecnología de Rockwell Automation, destinado a la creación de los programas del autómata en lenguaje de esquema de contactos o también llamado lógico de escalera (Ladder). Incluye editor de Ladder y verificador de proyectos (creación de una lista de errores) entre otras opciones. Este producto se ha desarrollado para funcionar en los sistemas operativos Windows. Existen diferentes menús de trabajo en el entorno de RS Logix 5000 a continuación se hace una pequeña explicación de los mismos:

Barra de instrucciones

Editor ladder

Figura 2.2: Vista principal de RS Logix 5000.

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Barra de menú: permite realizar diferentes funciones como recuperar o guardar programas, opciones de ayuda, etc. Es decir, las funciones elementales de cualquier software actual. Barra de iconos: engloba las funciones de uso más repetido en el desarrollo de los programas. Barra de estado del procesador: Nos permite visualizar y modificar el modo de trabajo del procesador (online, offline, program, remote), cargar y/o descargar programas (upload/download program), así como visualizar el controlador utilizado (Ethernet drive en el caso actual). Los modos de trabajo más usuales son: • Offline: Consiste en realizar el programa sobre un ordenador, sin necesidad alguna de acceder al PLC para posteriormente una vez acabado y verificado el programa descargarlo en el procesador. Este hecho dota al programador de gran independencia a la hora de realizar el trabajo. • Online: La programación se realiza directamente sobre la memoria del PLC, de manera que cualquier cambio que se realice sobre el programa afectará directamente al procesador, y con ello a la planta que controla. Este método es de gran utilidad para el programador experto y el personal de mantenimiento ya que permite realizar modificaciones en tiempo real y sin necesidad de parar la producción.

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Árbol del proyecto: Contiene todos las carpetas y archivos generados en el proyecto, estos se organizan en carpetas. Las más interesantes para el tipo de prácticas que se realizará son:

Figura 2.3: Árbol de proyecto. Controller Chancado: contiene las prestaciones del procesador que se está utilizando, las opciones de seguridad que se quieren establecer para el proyecto y las comunicaciones. I/O Configuration: Se podrán establecer y/o leer las tarjetas que conforman el sistema.

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Main Task > MainProgram: Contiene las distintas rutinas Ladder creadas para el proyecto. Da acceso a los datos de programa que se van a utilizar así como a las referencias cruzadas (Cross referencies). Podemos configurar y consultar salidas (output), entradas (input), variables binarias (binary), temporizadores (timer), contadores (counter), Panel de resultados: aparecen los errores de programación que surgen al verificar la corrección del programa realizado

(situados en la barra de iconos).

Efectuando doble clic sobre el error, automáticamente el cursor se situará sobre la ventana de programa Ladder en la posición donde se ha producido tal error. También es posible validar el archivo mediante Edit > Verify File o el proyecto completo Edit > Verify Project. Barra de instrucciones: Esta barra le permitirá, a través de pestañas y botones, acceder de forma rápida a las instrucciones más habituales del lenguaje Ladder. Presionando sobre cada instrucción, ésta se introducirá en el programa Ladder. Ventana del programa Ladder: Contiene todos los programas y subrutinas Ladder relacionados con el proyecto que se esté realizando. Se puede interaccionar sobre esta ventana escribiendo el programa directamente desde el teclado o ayudándose con el ratón (ya sea arrastrando objetos procedentes de otras ventanas ó seleccionando opciones con el botón derecho del ratón). 2.1.3.2 Instalación del software Una vez introducido el CD-ROM de RS Logix 5000 el proceso de instalación comenzar automáticamente. Escogemos Install RS Logix 5000 y se siguen las

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instrucciones, se introduce el código serie y, cuando se pida, se introduce el disquete llave que viene en el paquete de software. Este activará la aplicación y estará lista para su funcionamiento. Es recomendable guardar en lugar seguro tanto la llave como el CD de instalación. 2.1.3.3 Edición de un programa Ladder Las diferentes instrucciones del lenguaje Ladder se encuentran en la barra de instrucciones. Al presionar sobre alguno de los elementos de esta barra estos se introducirán directamente en la rama sobre la que nos encontremos.

Figura 2.4: Barra de Instrucciones User. Contacto normalmente abierto (XIC - Examine If Closed): examina si la variable binaria está activa (valor=1), y si lo está permite al paso de la señal al siguiente elemento de la rama. La variable binaria puede ser tanto una variable interna de memoria, una entrada binaria, una salida binaria, la variable de un temporizador,... En este ejemplo si la variable ENTRADA es igual a 1 se activará la variable SALIDA.

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Figura 2.5: contacto normalmente abierto. Contacto normalmente cerrado (XIO - Examine If Open): examina si la variable binaria está inactiva (valor=0), y si lo está permite al paso de la señal al siguiente elemento de la rama. En este ejemplo si la variable ENTRADA es igual a 0 se activará la variable SALIDA. Activación de la variable (OTE - Output Energize): si las condiciones previas de la rama son ciertas, se activa la variable. Si dejan de ser ciertas las condiciones o en una rama posterior se vuelve a utilizar la instrucción y la condición es falsa, la variable se desactiva. Para ciertos casos es más seguro utilizar las dos instrucciones siguientes, que son instrucciones retentivas. Activación de la variable de manera retentiva (OTL - Output Latch): si las condiciones previas de la rama son ciertas, se activa la variable y continúa activada aunque las condiciones dejen de ser ciertas. Una vez establecida esta instrucción solo se desactivará la variable usando la instrucción complementaria que aparece a continuación. Desactivación de la variable (OTU - Output Unlatch): normalmente está instrucción se utiliza para anular el efecto de la anterior. Si las condiciones previas

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de la rama son ciertas, se desactiva la variable y continúa desactivada aunque las condiciones dejen de ser ciertas.

Figura 2.6: Barra de instrucciones Bit. Flanco ascendente (ONS - One Shot): esta instrucción combinada con el contacto normalmente abierto hace que se active la variable de salida únicamente cuando la variable del contacto haga la transición de 0 a 1 (flanco ascendente). De esta manera se puede simular el comportamiento de un pulsador.

Figura 2.7: Flanco ascendente. Temporizador (TON - Timer On-Delay): La instrucción sirve para retardar una salida, empieza a contar intervalos de tiempo cuando las condiciones del renglón se hacen verdaderas. Siempre que las condiciones del renglón permanezcan verdaderas, el temporizador incrementa su acumulador hasta llegar al valor preseleccionado. El acumulador se restablece (0) cuando las condiciones del renglón se hacen falsas. Es decir, una vez el contacto (PULSO_ACT) se activa el temporizador empieza a contar el valor seleccionado (Preset=5) en la base de tiempo especificada (1.0 s.). La base de tiempo puede ser de 0.001 s., 0.01 s. y 1.00 s. Una vez el valor acumulado se iguala al preseleccionado se activa el bit llamado TIMER_01.DN

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(temporizador efectuado). Este lo podemos utilizar como condición en la rama siguiente.

Figura 2.8: Temporizador TON. Contador (CTU - Count Up): se usa para incrementar un contador en cada transición de renglón de falso a verdadero. Por ejemplo, esta instrucción cuenta todas las transiciones de 0 a 1 de la variable colocada en el contacto normalmente abierto. Cuando ese número se iguale al preseleccionado (10 en este caso) el bit COUNTER_01.DN se activa. Este bit se puede usar posteriormente como condición en otro renglón del programa.

Figura 2.9: Contador CTU. Resetear (RES - Reset): La instrucción RES restablece temporizadores, contadores y elementos de control.

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En el ejemplo presentado a continuación una vez aplicado el reset, el contador se pone a cero y cuando la condición del renglón del contador vuelca a ser cierta, empezará a contar de cero.

Figura 2.10: Reset del Contador. Para más información sobre las instrucciones usadas en el RS Logix 5000 se puede acceder al menú de ayuda: Help Instruction Help y se encuentra un explicación muy detallada de su funcionamiento.

Figura 2.11: Ayuda del RS Logix 5000.

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Figura 2.12: Ayuda de las instrucciones. 2.1.3.4 Menú ayuda Para cualquier duda que se pueda presentar en el uso del programa, se puede utilizar la ayuda que es bastante completa. Esta permite buscar según palabras clave o por agrupaciones de contenido.

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Figura 2.13: Menú ayuda de RS Logix 5000.

Figura 2.14: Temas de ayuda del RS Logix 5000. 2.1.3.5 Requisitos mínimos del sistema Para poder utilizar este software sin problemas se requiere tener un sistema con las siguientes características como mínimo: •

Intel Pentium IV® o superior

•

256 MB de RAM para Windows NT, Windows 2000, Microsoft Windows XP Professional con Service Pack 2.

•

1.3 Gbytes de espacio de disco duro disponible

•

Monitor y adaptador gráfico SVGA 256-color con resolución 800x600

•

CD-ROM drive

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•

Disquetera de 3.5 pulgadas (solo para la activación del programa mediante la llave, no es indispensable ya que se puede crear un disco virtual)

•

Cualquier dispositivo de señalamiento compatible con Windows

•

RS Linx™ (software de comunicación) versión 2.31.00 o posterior.

2.2

SISTEMAS SCADA

2.2.1 Definición SCADA sus siglas en ingles, significa Control, Supervisión y Adquisición de Datos. La función de este tipo de sistemas es el monitoreo, control y diagnostico en forma local y/o remota del equipamiento que lleva a cabo un proceso. El espectro de aplicaciones de estos sistemas en la industria es muy amplio dentro de las cuales tenemos: •

Tratamiento de Aguas.

•

Sistemas de Distribución, Transmisión y Generación.

•

Petróleo y Gas.

•

Sistemas de Riego.

•

Sistemas de Comunicación.

•

Industrias Químicas.

2.2.2 Componentes de un sistema SCADA Podemos decir que un sistema SCADA encierra 3 grandes áreas, las cuales son: •

Redes de Computadoras.

•

Comunicaciones

25

•

Electrónica industrial

Cada una de estas aéreas esta respectivamente relacionada con los componentes de un sistema SCADA. Dichos componentes son: •

Centro de Control.

•

Sistemas de Comunicación.

•

Interface de Monitoreo y Control (PLC,RTU).

•

Equipamiento Controlado.

2.2.3 El centro de control El Centro de Control es el lugar donde se efectúa el monitorio, control y diagnostico del proceso por parte de los operadores del proceso. Es el lugar donde son enviados todos los datos que provee el sistema Scada y que reflejan el estado del proceso controlado, en este centro generalmente se implementa una red de computadoras con la finalidad de procesar los datos proporcionados por el SCADA. 2.2.4 Sistemas de comunicación Los sistemas de comunicación constituye el medio por el que todos los elementos del Scada son enlazados o comunicados de tal manera que la comunicación entre estos elementos sea en todas la direcciones. En estos sistemas de comunicación es muy común la utilización de los denominados ``Protocolos de Comunicación`` que no son otra cosa que el “Lenguaje” en el que los diferentes elementos del Scada se comunican entre sí. En un mismo sistema Scada es posible que se utilicen más de un Protocolo, de hecho asi

sucede puesto que la red de

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computadoras del Centro de Control puede tener su propio Protocolo mientras que los PLCs y el equipo controlado pueden comunicarse en un Protocolo diferente, asi mismo en el centro de control y el PLC o RTU pueden comunicarse utilizando otro sistema de Protocolo diferente. De igual manera existen variantes en cuanto a los medios de comunicación utilizados, los más comunes son: •

Comunicación Vía Radio.

•

Comunicación Vía Satélite.

•

Comunicación Serial RS.232

•

Comunicación Serial RS-485

2.2.5 Interfase de monitoreo y control Los elementos más utilizados en este componente de un sistema SCADA son los PLC`s (Controladores Lógicos Programables)

y las RTU (Unidad Terminal

Remota). Esta interfase es la encarga de receptar las señales de acuerdo a la programación efectuada en los mismos y reportar los resultados del procesamiento al centro de control. Un PLC puede ser definido como un sistema electrónico digital diseñado para ser utilizado en industrias, los mismos que utilizan una memoria programable para almacenar internamente instrucciones que llevan a cabo funciones especificas tales como funciones lógicas, secuenciales, de temporización, conteo y aritméticas para controlar a través de módulos de entrada/salida analógicos o digitales diversos tipos de maquinas o procesos.

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El PLC examina las señales de entrada provenientes de un proceso y lleva a cabo instrucciones lógicas (las cuales han sido programadas en su memoria) sobre estas señales, produciendo señales de salida que comandan equipos o maquinas, las interfaces estandarizadas integradas en un PLC le permiten conectarse directamente a actuadores y transductores de un proceso como bombas y válvulas, sin la necesidad de circuitería intermedia o relés. Una RTU realiza exactamente lo mismo que un PLC, la diferencia radica en que una RTU es un equipo con mayor capacidad de comunicación y es utilizado generalmente en aplicaciones que involucran grandes distancias. Entre los fabricantes más conocidos de PLC’s y RTU’s tenemos: •

Allen Bradley CO.

•

General Electric Fanuc.

•

Mitsubishi Electric Ltd.

•

Gould Ltd.

•

Siemens Ltd.

•

Texas Instruments.

•

Telemechanique.

•

Toshiba.

•

Westinghouse.

•

Motorola.

2.2.6 Equipamiento controlado

28

El equipamiento controlado son todos aquellos que están involucrados en el proceso que se controla como por ejemplo: bombas, motores, generadores. Mezcladores, calderas, bandas. etc. El PLC o RTU es conectado a estos equipos ya sea directamente o a traces de los denominados Sensores o Transductores, los cuales tienen la tarea de acondicionar la señal proveniente del proceso para que pueda ser interpretada por el PLC o RTU. Como podemos entender es en este campo en el que se ve involucrada el área de Electrónica Industrial al que hacíamos mención anteriormente. Dentro del amplio campo de transductores o sensores utilizados en las diferentes aplicaciones de los sistemas SCADA los más comúnmente utilizados son los siguientes: •

Sensores de Presión

•

Sensores de Temperatura

•

Sensores de Nivel

•

Sensores de Radiación

•

Sensores de Humedad

•

Tacogeneradores.

Como podemos observar estos dispositivos generalmente sensan una variable mecánica y su misión es entregar una señal eléctrica o electrónica para que sea procesada por el sistema. Esta señal electrónica que ya han sido estandarizadas puede ser de corriente y de voltaje. Las señales de salida de los sensores son: De corriente:

29

•

0 – 20 mA

•

4 – 20 mA

De Voltaje: •

0 – 5V

•

-5 - +5V

•

0 - 10V

•

-10 - +10V

Puesto que son los rangos de las señales que entran al PLC o RTU es necesario definir escalas basadas en los rangos de variación que tienen los parámetros que están midiendo dentro del proceso. 2.2.7 Software SCADA RSVIEW32 2.2.7.1 Introducción: El Menú del Proyecto La base de todo proyecto creado en RSView32 es el Menú de Proyecto. Este menú es creado automáticamente al abrir un proyecto existente o al crear un proyecto nuevo. En la figura 2.15, se observa la pantalla inicial que presenta un proyecto al ser abierto en RSView32.

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Figura 2.15: Pantalla de inicio de RSVIEW32. El menú de Proyecto consta de dos fichas principales: “Edit Mode” y “Run Mode”. La ficha de modo de edición (Edit Mode) será utilizada para crear o editar aplicaciones, y será la más utilizada por el usuario. La ficha de modo en ejecución (Run Mode) se utiliza para dar orden de ejecución a ciertos aspectos del programa. Esta ficha no será utilizada por el usuario en la mayoría de los casos, excepto para dar orden de ejecución al proyecto presionando la tecla Run Project (ver Figura 2.16).

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Figura 2.16: Menú de ejecución de un proyecto de RSVIEW32.

Figura 2.17: Menú de edición expandido en su totalidad.

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Puesto que la ficha de modo de edición será la más utilizada por los usuarios, este Capítulo se basará en la explicación de sus componentes para facilitar la creación y edición de aplicaciones para el Proyecto. En la Figura 2.17, se puede observar esta ficha expandida en su totalidad. Como se puede observar esta ficha consta de cinco carpetas principales (System, Graphics, Alarms, Data Log y Logic and Control) las cuales constan de distintas sub-carpetas. En los siguientes capítulos se analizarán cada una de estas carpetas y sus subcarpetas, analizando con distintos niveles de profundidad cada sub-carpeta según su relevancia para crear nuevas aplicaciones o editar aplicaciones existentes. 2.2.7.2 Menú System (Configuración del Sistema) Esta carpeta consta de 11 sub-carpetas, según se explicarán a continuación: Channel: Esta sub-carpeta configura el canal de comunicación entre el PLC y el PC. Esta sub-carpeta no deberá ser modificada puesto que la comunicación ya ha sido definida con anticipación, por lo que no se entrará en mayores detalles. Node: En esta sub-carpeta se definen los distintos nodos con los cuales se establecerá comunicación. Esta sub-carpeta tampoco deberá ser modificada puesto que el nodo ya ha sido definido con anticipación, por lo que no se entrará en mayores detalles. Scan Class: Esta sub-carpeta establece la velocidad con que son monitoreadas las variables del proceso. Más adelante se verá cómo al definir una variable (Tag) se le asigna una velocidad de muestreo, la cual depende de la clase de muestreo que

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se le asigne (A, B, C, F). Por lo general las variables utilizarán clase A, por lo que no se profundizará en este tema. Tag Database: Esta sub-carpeta es la más importante para el usuario, puesto que esta base de datos almacena todas las variables que se utilizan en el monitoreo. Todas las variables del proyecto reciben el nombre de “Tag” (Etiqueta). Estos tags pueden ser definidos por el usuario o venir previamente definidos por el sistema. Dentro de los tags definidos por el usuario existen también dos tipos, según su origen pueden proceder de un dispositivo externo (PLC) o de memoria. Además estas tags ya sean de dispositivos externos o de memoria, pueden ser a su vez de tres tipos, según el tipo de valor que trabajan. Estos tipos son: Análogos, Digitales y de tipo Texto. A continuación, se analizará esto más profundamente, puesto que los tags son los elementos más importantes en la programación del software utilizado. Los tags de sistema son tags definidos previamente. Estos tags no pueden ser modificados pero si utilizados. En los manuales del software se encuentra una lista de tags de sistema, entre la que se cuentan una variable de segundos, una variable de minutos, un día de la semana, mes del año, fecha, etc. Los tags definidos por el usuario pueden corresponder a cualquier variable que el usuario defina. Para comprender mejor estos tags se analizarán por partes los provenientes de dispositivos de memoria y los de dispositivos externos. Los tags de dispositivos externos provienen del PLC y son leídos de este, o escritos a éste. Un tag de dispositivo externo es leído o escrito al PLC, por lo que

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debe tener una dirección de entrada o salida de este asignada. En la Figura 2.18 se pueden observar ejemplos de tags que pertenecen a dispositivos externos, el primero de tipo digital y el segundo de tipo análogo. Nótese como se ha seleccionado la opción Device en el recuadro Data Source (Fuente de Dato). Además se ha especificado una dirección válida (Address), una clase de escaneo (Scan Class) y} un nodo (Node Name). El nodo será siempre Khayman, mientras no se agregue otro PLC al sistema.

Figura 2.18: Ejemplo de tag digital de dispositivo externo. Los tags provenientes de dispositivos de memoria son tags que el usuario modificará ya sea mediante una fórmula o presionando un botón o ingresando un dato. Un tag de memoria solamente existe en el PC, por lo que un cambio en él no afecta directamente en nada al proceso (aunque puede hacerlo si hay un tag derivado asociado a él).

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Figura 2.19: Ejemplo de tag tipo análogo de dispositivo externo. En la Figura 2.20 y 2.21 se observan tags provenientes de dispositivos de memoria. El primero es un tag digital y el segundo un tag análogo.

Figura 2.20: Ejemplo de tag digital de memoria.

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Figura 2.21: Ejemplo de tag análogo de memoria. Tanto los tags de dispositivos externos como los tags de memoria pueden ser de tres tipos, como se mencionó previamente: Análogos, Digitales o de tipo Texto. Al definir un tag se debe especificar primero el nombre. Para evitar complicaciones estos deben comenzar con una letra e incluir solamente letras y números. Luego, se define el tipo de tag que se desea crear. Los tags análogos (Analog) son variables que pueden tomar diversos valores numéricos. Los tags digitales (Digital) solamente constan de dos estados 1 ó 0 u On ó Off (Encendido o Apagado). Los tags de tipo texto (String) solamente pueden contener un texto específico. La seguridad no se ha usado en el sistema (esto se comentará más adelante). A continuación, hay una crucial diferencia entre los tags análogos y digitales (aún no se han incluido tags de tipo texto, puesto que el PLC no tiene tarjetas de archivos tipo texto incorporadas). Los tags Digitales deben recibir información sobre las etiquetas que se desean utilizar en caso de estar encendido o apagados. Los tags Análogos deben recibir

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información sobre el escalamiento, desfase, unidades, valores máximos y mínimos y tipo de dato a utilizar. Respecto a este punto, los valores de escalamiento (Scale) y desfase (Offset) son los valores que transforman una lectura análoga a un valor real o viceversa. Para calcular estos valores se debe entender que el programa primero multiplica el valor ingresado por el valor de escalamiento y luego le suma el offset. Esto es: XRSV = XPLC * Scale + Offset Donde: XRSV = Valor escalado en el programa (Valor de Salida) XPLC = Valor leído o de Entrada Scale = Variable de Escalamiento Offset = Variable de Desfase. Nótese que para el caso de la salida, pese a que el programa suma primero el desfase y luego divide por el valor de escalamiento, el cálculo se puede considerar idéntico para ambos casos. Adicionalmente, a cada una de estas tags se le puede asociar una alarma, la cual será configurada en esta base de datos también. Si se selecciona la casilla Alarm para un tag específico se desplegará automáticamente una ventana para configurar la alarma. En la Figura 2.22 se puede observar esta ventana.

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Figura 2.22: Ventana de configuración de alarma. Tag Monitor: Este ítem corresponde a planillas para el monitoreo de los tags. En estas planillas se puede analizar los distintos tags y su estado actual. Esta aplicación no se ha utilizado puesto que ha sido remplazada por gráficos y datos activos. User Accounts: Esta sub-carpeta sirve para definir usuarios de distintos niveles. A estos usuarios se les puede restringir el acceso a ciertos niveles de la aplicación. Esta aplicación no ha sido utilizada puesto que se les ha otorgado a todos los usuarios el mismo acceso. S  ecurity Codes: Esta sub-carpeta contiene las claves de acceso a cada uno de los niveles, en caso de que lo requieran. Tampoco se ha utilizado pues va directamente relacionada a la sub-carpeta User Accounts.

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Activity Log Setup: En esta carpeta se define la configuración de la base de datos de actividades. En la base de datos de actividades queda registrado cada actividad que realiza el software, es decir, cada ventana que se abre, cada botón que se presiona, cada alarma que se activa, etc. Esta actividad no ha sido reemplazada puesto que se han monitoreado exclusivamente las variables que se desean obtener. Activity Log Viewer: Este archivo abre una pantalla para ver la base de datos de actividades. No está en uso por ser relacionada a la sub-carpeta Activity Log Setup. Startup: Este archivo sirve para la configuración de la partida del Proyecto. En esta ventana se especificarán las opciones del Proyecto y consta de dos fichas. La primera ficha (ver Figura 2.23) define las propiedades que tendrán las pantallas durante la ejecución del Proyecto. Esta ventana ha sido programada para evitar que los usuarios puedan cerrar ventanas que no deberían o modificar objetos que no deban, por lo que su trabajo debe ser muy cuidadoso. Command Line: Esta sub-carpeta activa la línea de comandos, la cual no será utilizada, puesto que se ha incluido en el gráfico inicial del Proyecto.

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Figura 2.23: Configuración de referencias de inicio. La segunda ficha corresponde a las actividades que se desean ejecutar al comenzar la ejecución del programa.

Figura 2.24: Configuración de programas a ejecutar el inicio.

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2.2.7.3 Menú Graphics (Configuración de Pantallas Gráficas) Esta carpeta contiene cuatro sub-carpetas, las cuales se analizarán a continuación: La primera sub-carpeta lleva por nombre Display. Esta sub-carpeta contiene todas las pantallas gráficas que utilizará el Proyecto mientras funciona. En la Figura se encuentra un ejemplo con algunas de las pantallas gráficas que se incluyen en el Proyecto “Chancado”. En la ventana del lado derecho se pueden observar estos nombres. El seleccionar cualquiera de ellos abrirá una ventana de edición. En la parte superior de esta ventana se observan dos barras de herramientas con todas las herramientas de dibujo necesarias para diseñar las pantallas gráficas del Proyecto.

Figura 2.25: Edición de pantallas de un proyecto.

Figura 2.26: Barras de herramientas de edición de pantallas.

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En la parte superior se encuentra el menú principal. Este menú contiene las siguientes agrupaciones: File (Archivo), Edit (Edición), View (Ver), Objects (Objetos), Arrange (Ordenar), Attributes (Atributos), Control, Window (Ventana) y Help (Ayuda).

Figura 2.27: Barra de Herramientas de archivo. La barra de herramientas superior es la barra de edición. Esta barra contiene los siguientes elementos (de izquierda a derecha): El primero es para ver el organizador de proyecto, los siguientes tres son para el manejo de archivos, los dos siguientes corresponden a la modalidad de prueba y normal, los siguientes cuatro corresponden al manejo de objetos, luego vienen ocho elementos que manejan la posición de los objetos en el plano, después opciones para acercar ya alejar y por último botones para deshacer y rehacer.

Figura 2.28: Barra de herramientas de edición de objetos. La barra de herramientas inferior contiene los diferentes objetos que se pueden utilizar para el desarrollo de estas pantallas (ver Figura 2.29).

Figura 2.29: Barra de herramientas para insertar objetos. Estos elementos son (de izquierda a derecha): Seleccionar, Girar, Rectángulo, Rectángulo Redondeado, Línea, Poli-línea, Polígono, Mano Libre, Elipse, Arco,

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Segmento de Arco, Texto, Etiqueta, Display Numérico, Entrada Numérica, Display de Texto, Entrada de Texto, Flecha, Receta, Resumen de Alarmas, Línea de Comando, Monitor de Tags, Objeto OLE, Control Active X, Gráficos de y Botones.

Figura 2.30: Configuración de display numérico.

Figura 2.31: Configuración de una celda de ingreso numérico.

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Figura 2.32: Configuración de gráficos de tendencias.

Figura 2.33: Configuración de lineas de gráficos.

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Figura 2.34: Formato de gráfico en su versión inicial

Figura 2.35: Botones en su versión inicial con distintos relieves.

Figura 2.36: Configuración de relieve de botones.

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Figura 2.37: Configuración de acción que ejecuta un botón.

Figura 2.38: configuración de apariencia de un botón al no estar activo. Adicionalmente se cuenta con menús selectivos, es decir menús que solamente incluyen las opciones aplicables al objeto seleccionado. Estos menús selectivos se activan con el botón derecho del ratón o mouse. En la Figura 2.38 se observa el menú relacionado a un objeto seleccionado.

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Figura 2.39: Configuración de apariencia de un botón al estar activo.

Figura 2.40: Menú objetos.

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Es importante comprender ciertos términos que se utilizarán a continuación: Grupo es un dibujo compuesto por más de una pieza o figura. Objeto son todas las figuras o grupos que están agrupadas como tal. Una vez comprendido estos términos, se puede pasar a analizar las actividades de edición que pueden atribuirse a un Objeto en un menú selectivo. En caso que el objeto sea un grupo aparece primero la opción Edit Group o Editar Grupo. Si el objeto fuese una figura, por ejemplo un rectángulo, la primera opción sería Edit Rectangle o Editar Rectángulo. La segunda opción lee Arrange que significa Ordenar. Esta opción permite enviar hacia atrás, adelante, lo más atrás, etc.

Figura 2.41: Sub menú de ordenamiento de objetos. La tercera opción es Attributes o Atributos. En esta opción se definen todas las propiedades de dibujo del objeto, tales como color de línea, color del relleno,

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propiedades de la línea, tipo y tamaño de texto a utilizar (en caso de que exista) y la textura del objeto (hueco o transparente, sólido, con líneas verticales u horizontales, con cuadros tipo escocés, ladrillos, óvalos, diamantes, ondas, cuadros o puntos).

Figura 2.42: Sub menú de atributo de objetos. La cuarta opción es Control (igual en español). Esta opción presenta 11 tipos de animación preestablecidas, las cuales son: Visibility (Visibilidad), Color, Fill (Relleno), Horizontal Position (Posición Horizontal), Vertical Position (Posición Vertical), Width (Ancho), Height (Altura), Rotation (Rotación), Touch (Toque), Horizontal Slider (Deslizador Horizontal) y Vertical Slider (Deslizador Vertical). Además se permite agregar teclas de objetos (las cuales serán analizadas junto con las teclas globales en la última carpeta del último menú Logic and Control), e

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importar animaciones provenientes de otras aplicaciones como Visual Basic u otros software.

Figura 2.43: Sub menú de animación de objetos. Al seleccionar una opción de control se desplegará automáticamente la ventana de configuración de controles. Esta ventana contiene 12 fichas de edición, para configurar cualquiera de las 11 animaciones preestablecidas. Una vez definida la animación se debe presionar la tecla apply (aplicar) antes de salir de la ventana de edición. Se pueden configurar tantos tipos de animación como se deseen e incluso cada animación puede ser función de una variable distinta. Adicionalmente, se incluyen entre las actividades de edición de un objeto la posibilidad de convertir el objeto en papel tapiz, sustituir un tag, dar un nombre al objeto, cortar, copiar, pegar, eliminar o duplicar el objeto, y por último copiar o pegar un control de animación.

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Figura 2.44: Configuración de animaciones de objetos. En el caso de presionar el botón derecho del mouse sobre la pantalla sin seleccionar un objeto, se despliega un menú diferente.

Figura 2.45: Opciones de configuración de pantalla.

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Este menú presenta configuraciones de pantalla. La primera opción, Screen Settings (Configuración de Pantalla), abrirá una ventana para configurar la pantalla durante el funcionamiento del programa. En esta ventana se define el estilo de la ventana gráfica al ejecutarse el programa, el tamaño y posición de ésta al ejecutar el programa, las opciones de seguridad y datos mostrados, comandos ejecutados al llamarla y cerrarla, características de objetos interactivos, características de áreas de ingresos de datos y señalización de objetos seleccionados.

Figura 2.46: Configuración de pantalla. La segunda sub-carpeta lleva por nombre Library. Esta sub-carpeta contiene las diversas librerías gráficas preestablecidas por el programa.

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Figura 2.47: Librerías Gráficas predefinidas. Adicionalmente, el usuario puede definir sus propias librerías y almacenar objetos definidos por éste, e incluso almacenar objetos con animación. Al efectuar un llamado a una librería (presionando dos veces el botón izquierdo del mouse sobre el nombre de la librería que desea abrir) se desplegará una ventana con los objetos pertenecientes a esa librería. Los elementos pueden ser “arrastrados” a una pantalla gráfica o bien copiados y después pegados en ésta. Muchos de estos objetos tienen controles asociados a ellos, por lo que siempre es bueno revisarlos haciendo una “corrida de prueba” antes de instalarlos finalmente. Nótese que el desagrupar un objeto con animación eliminará la animación preestablecida. La tercera sub-carpeta lleva por nombre Parameters. Esta sub-carpeta no ha sido utilizada puesto que sus aplicaciones han sido realizadas por otros comandos. Su función es ingresar parámetros al programa para cambiarlos por los originales. La cuarta y última sub-carpeta lleva por nombre Recipe. Esta sub-carpeta aunque no ha sido utilizada al momento de preparar este Proyecto será de gran utilidad en

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el mediano plazo. La receta (Recipe) es una serie de valores predeterminados que se asignan a las variables. Estos valores pueden ser llamados todos a la vez con tan solo presionar un botón.

Figura 2.48: Ejemplo de una librería gráfica predefinida. Un ejemplo muy práctico sería el siguiente: asumiendo que la planta está obteniendo un producto X que se obtiene con ciertas velocidades en los vareadores de frecuencia y ciertas aperturas de válvula en el horno calcinador y hornos secadores. Llegado el momento se desea cambiar a un producto Y con otras características de velocidades y otras aperturas de válvulas. Actualmente, el jefe de turno debe cambiar manualmente tanto como 16 vareadores de frecuencia y tres válvulas, lo cual se puede llevar a cabo con una receta tan solo apretando un botón. 2.2.7.4 Menú Alarms (Configuración de Alarmas) Esta carpeta contiene cuatro sub-carpetas según se analizarán a continuación:

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1)

Alarm Setup: Esta sub-carpeta corresponde a la configuración de alarmas.

Si se presiona dos veces esta sub-carpeta se obtiene una ventana compuesta por cuatro fichas. La primera ficha llamada Setup corresponde a la dirección donde se archivarán los archivos creados con alarmas. Estos archivos son del tipo .dbf y pueden ser abiertos en Microsoft Excel.

Figura 2.49: Configuración de almacenamiento de alarmas. La segunda ficha recibe el nombre de File Management. En esta ficha se configura el manejo de los archivos creados. Acá se define cuándo se crearán archivos nuevos y cuándo se eliminarán los archivos antiguos.

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Figura 2.50: Administración de archivos de alarmas. La tercera ficha, denominada Severities corresponde a la selección de los diversos niveles de severidad de las alarmas y las actividades que ellos desarrollan, es decir, si son avisados mediante una campana interna y/o una campana externa y si debe ser registrado en impresora y/o en un archivo de alarmas.

Figura 2.51: Definición de severidad de alarmas.

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La cuarta y última ficha llamada User Msgs corresponde a los mensajes que se desea sean enviados a los archivos de alarmas y/o a la impresora en los casos en que suceda cualquier combinación de las tres alternativas siguientes: la alarma es activada, la alarma es desactivada y/o la alarma es reconocida.

Figura 2.52: Configuración de mensajes de alarmas. 2) Alarm Log Viewer: Esta sub-carpeta contiene el visor de archivos de alarma. Este dispositivo es un registro de todas las alarmas registradas en el archivo de alarmas actualmente utilizado. En este Proyecto es llamado en las aplicaciones mediante un botón en la pantalla gráfica del horno calcinador. 3) Alarm Summary: Esta sub-carpeta define la configuración de los resúmenes de alarmas que se desean visualizar en el Proyecto. La edición de estos resúmenes es tan simple como seleccionar qué datos se desea insertar en el resumen y arrastrarlos a la posición deseada en la planilla. Una vez establecida la

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configuración se cierra la ventana y se le asigna un nombre al resumen utilizado. Durante la ejecución de un proyecto solamente estarán visibles en estos resúmenes las alarmas que no hayan sido reconocidas por el usuario. Una vez reconocida una alarma no podrá ser vista más que en el registro de alarmas (Alarm Log Viewer) o abriendo el archivo .dbf correspondiente.

Figura 2.53: Edición de resumenes de pantallas. 4) Suppressed List: Esta sub-carpeta corresponde a la lista de alarmas suprimidas. Cualquier nombre de un tag que sea ingresado en esta lista quedará suprimido, es decir no activará una alarma. Esta aplicación es muy útil para mantención o reparación de equipos, de manera de evitar que se activen alarmas innecesariamente.

Figura 2.54: Configuración de alarmas suprimidas. 2.2.7.5 Menú Data Log (Configuración de Almacenamiento de Datos) Esta carpeta está compuesta por un sólo elemento: Data Log Setup o configuración del almacenamiento de datos.

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El almacenamiento de datos es una de las partes más importantes del Proyecto, puesto que permite analizar el funcionamiento de la planta y evitar errores que puedan ser costosos, así como ayudar a mantener la calidad de los productos. En la actualidad los datos almacenados son recopilados diariamente utilizando Microsoft Excel y además, son estas mismas bases de datos las que se utilizan para crear los gráficos utilizados en el programa. Al abrir la configuración del almacenamiento de datos se obtiene una ventana con cuatro fichas, las cuales se analizarán a continuación: 1) Setup: En esta ficha (ver Figura 2.55) se define el camino a la carpeta donde se almacenarán los archivos de esta base de datos. En este Proyecto se ha utilizado la segunda partición del disco duro (disco D:\) para almacenar los datos del monitoreo.

Figura 2.55: Configuración de almacenamiento de base de datos.

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2) File Management: En esta ficha se configura el manejo de los archivos creados. Acá se define cuándo se crearán archivos nuevos y cuándo se eliminarán los archivos antiguos. En el caso de este Proyecto no se han configurado borrados para archivos antiguos aún.

Figura 2.56: Administración de base de datos. 3) Log Triggers: En esta ficha se define cuándo se obtendrán datos nuevos en la base de datos. La obtención de datos nuevos se puede realizar periódicamente (se han almacenado cada 5 minutos en la mayoría de los casos), cuando hay un cambio (como en el caso de las alarmas) o por demanda (esta opción no se ha utilizado).

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Figura 2.57: Definición de eventos que gatillan el almacenamiento de datos. 4) Tags in Model: En esta ficha se almacenan todos los tags que serán monitoreados por la base de datos que se está configurando. Para seleccionar dentro de todos los tags posibles presionar el cuadrado con (…) y luego seleccionar los tags deseados. Una vez hecho esto presionar el botón Add.

Figura 2.58: Definición de tags a hacer seguimiento.

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2.2.7.6 Menú Logic And Control (Configuración de Lógica y Control) Esta carpeta está constituida por cuatro sub-carpetas las que se analizarán a continuación: 1) Derived Tags: Los tags derivados son un tipo de tags que no obtiene su valor de una forma azarosa o desde un PLC sino que obtiene su valor según una fórmula y derivado de otra. Por ejemplo, si se tiene un tag llamado OC que está representado en grados Celsius y se desea obtener otro tag que presente la misma temperatura en grados Fahrenheit, se debería crear un tag OF (el nombre no es relevante) y luego crear una carpeta de tags derivados donde se escribiría el nombre del tag, una descripción para reconocerlo (por ejemplo OC expresado en grados Fahrenheit) y en el campo de expresión se escribiría: °C * 9/5 + 32, ‘Gol’ tomará el valor (system\Seconds % 10) si este valor es menor a 7, en cualquier otro caso tomará el valor de 6.

Figura 2.59: Ejemplo de un tag derivado.

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2) Events: Los eventos son actividades que se realizan al ser gatillados por algún acontecimiento. En este Proyecto no se han utilizado eventos pues el PLC lleva programas de reacción ante ciertas circunstancias. 3) Macro: Macro son una serie de acciones que pueden ser programadas por el usuario. En el caso de este Proyecto se ha utilizado un Macro el cual da partida al almacenamiento en las bases de datos, prepara los gráficos para que estén siempre activos y activa las alarmas.

Figura 2.60: Ejemplo de un macro utilizado. 4) Global Keys: Previo a comprender este término se revisarán algunas cualidades del programa. Una de estas cualidades es poder asignar funciones a ciertas teclas (keys). En este Proyecto se puede asignar tres tipos de teclas: Teclas de Objetos (Object Keys), Teclas de Pantalla (Display Keys) y Teclas Globales (Global Keys). Las Teclas de Objetos son teclas que afectan a un objeto exclusivamente cuando ese objeto ha sido seleccionado por el usuario. Las Teclas de Pantalla son teclas

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que afectan a uno o más objetos en una misma pantalla, siempre y cuando esa pantalla esté activa. Las Teclas Globales son teclas que se pueden presionar desde cualquier parte o en cualquier momento generando siempre el mismo efecto en el Proyecto.

Figura 2.61: Configuración de teclas de acción. 2.3

OPC Y COMUNICACIONES

2.3.1 Software RSLINX CLASSIC En este capítulo se introduce el software de configuración de redes llamado RS Linx Classic. Este servirá para configurar los diferentes nodos de la red Ethernet y controlar las comunicaciones que existen.

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Figura 2.62: Pantalla principal de RS Linx Classic. RS Linx es el software que se encarga de regular las comunicaciones entre los diferentes dispositivos utilizando el Microsoft NT de Windows. Proporciona el acceso de os controladores Allen-Bradley a una gran variedad de aplicaciones de Rockwell Software, tales como RS Logix 5000. Existen diferentes paquetes según la funcionalidad a la que se haya de destinar el software. En nuestro caso y debido a las necesidades del proyecto se usará RS Linx Classic, que es el paquete más sencillo y económico. Éste no está disponible comercialmente pero se incluye en el RS Logix 5000, el software propio de programación del autómata. A partir de ahora nos referiremos al producto únicamente como RS Linx. 2.3.2 Software BOOTP/DHCP Es el software que asignara la IP al PLC Control Logix 5561. Ver grafico 2.63.

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Figura 2.63: Pantalla de inicio del software Bootp/Dhcp. BOOTP (Bootstrap Protocol) Es un protocolo de red UDP utilizado por los clientes de red para obtener su dirección IP automáticamente. Normalmente se realiza en el proceso de arranque de los ordenadores o del sistema operativo Este protocolo permite a los ordenadores sin disco obtener una dirección IP antes de cargar un sistema operativo avanzado. Históricamente ha sido utilizado por las estaciones de trabajo sin disco basadas en UNIX (las cuales también obtenían la localización de su imagen de arranque mediante este protocolo) y también por empresas para introducir una instalación pre-configurada de Windows en PC recién comprados (típicamente en un entorno de red Windows NT). Originalmente requería el uso de un disquete de arranque para establecer las conexiones de red iníciales, pero el protocolo se integró en la BIOS de algunas

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tarjetas de red (como la 3c905c) y en muchas placas base modernas para permitir el arranque directo desde la red. Debe haber un servidor en la red donde se registran todas las maquinas con su dirección MAC asignándole a cada Host una dirección IP. Permite suministrar todos los parámetros de configuración al cliente, no solo la dirección IP. El servidor y el cliente pueden estar en LANs diferentes, pero en la LAN del cliente debe haber un agente de reenvió responsable de capturar la pregunta BOOTP (que se envía por Broadcast) para reenviarla al servidor remoto. Todos los paquetes que circulan son IP, no paquetes ARP. A cada dirección MAC se le asigna una dirección IP de forma estática (correspondencia biunívoca). Los mensajes BOOTP viajan en datagramas IP y sobre UDP a nivel 4 utilizando los puertos 67 para el servidor y 68 para el cliente. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) Es un protocolo de red que permite a los nodos de una red IP obtener sus parámetros de configuración automáticamente. Se trata de un protocolo de tipo cliente/servidor en el que generalmente un servidor posee una lista de direcciones IP dinámicas y las va asignando a los clientes conforme éstas van estando libres, sabiendo en todo momento quién ha estado en posesión de esa IP, cuánto tiempo la ha tenido y a quién se la ha asignado después.

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Provee los parámetros de configuración a las computadoras conectadas a la red informática con la pila de protocolos TCP/IP (Máscara de red, puerta de enlace y otros) y también incluyen mecanismos de asignación de direcciones IP. Sin DHCP, cada dirección IP debe configurarse manualmente en cada computadora y, si la computadora se mueve a otra subred, se debe configurar otra dirección IP diferente. El DHCP le permite al administrador supervisar y distribuir de forma centralizada las direcciones IP necesarias y, automáticamente, asignar y enviar una nueva IP si fuera el caso en la computadora es conectada en un lugar diferente de la red. El protocolo DHCP incluye tres métodos de asignación de direcciones IP: •

Asignación manual o estática: Asigna una dirección IP a una máquina determinada. Se suele utilizar cuando se quiere controlar la asignación de dirección IP a cada cliente, y evitar, también, que se conecten clientes no identificados.

•

Asignación automática: Asigna una dirección IP de forma permanente a una máquina cliente la primera vez que hace la solicitud al servidor DHCP y hasta que el cliente la libera. Se suele utilizar cuando el número de clientes no varía demasiado.

•

Asignación dinámica: el único método que permite la reutilización dinámica de las direcciones IP. El administrador de la red determina un rango de direcciones IP y cada computadora conectada a la red está configurada para solicitar su dirección IP al servidor cuando la tarjeta de interfaz de red se

69

inicializa. El procedimiento usa un concepto muy simple en un intervalo de tiempo controlable. Esto facilita la instalación de nuevas máquinas clientes a la red. Algunas implementaciones de DHCP pueden actualizar el DNS asociado con los servidores para reflejar las nuevas direcciones IP mediante el protocolo de actualización de DNS establecido en RFC 2136 (Inglés). El DHCP es una alternativa a otros protocolos de gestión de direcciones IP de red, como el BOOTP (Bootstrap Protocol). DHCP es un protocolo más avanzado, pero ambos son los usados normalmente. En Windows 98 o posterior, cuando el DHCP es incapaz de asignar una dirección IP, se utiliza un proceso llamado "Automatic Private Internet Protocol Addressing". Parámetros bootp/dhcp •

Dirección IP del cliente

•

Hostname del cliente.

•

Mascara de subred.

•

Direcciones IP de:

•

Routers, DNS, WINS, LPR.

•

Opcionalmente: nombre y ubicación del fichero que debe usarse para hacer boot (lo cargara después por TFTP).

70

2.4

DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE Y EQUIPOS UTILIZADOS

El desarrollo de este sistema de control automático implicó el uso de equipos Electrónicos e hidráulicos. El dispositivo principal del proyecto es el PLC familia Controllogix 5561 de Allen Bradley

el cual se encarga de controlar los

dispositivos conectados a sus salidas de acuerdo a las señales que proporcionan los dispositivos conectados en sus entradas. Además del PLC, forman parte del sistema: controladores, transmisores, sensores y módulos de expansión en lo que a equipo electrónico se refiere. Dentro del equipo

hidráulico se cuenta con bombas de aceite, presostato y unidad de

mantenimiento. 2.4.1 Familia ControlLogix 5561 Los productos ControlLogix de Allen-Bradley constituyen la familia modular creada por Rockwell Automation de controladores programables (PLC) compactos basados en

chasis y E/S basadas en chasis. Está formada por

procesadores, E/S y dispositivos periféricos. Esta familia de procesadores proporciona eficacia y flexibilidad a través de una amplia gama de configuraciones de comunicaciones, características y opciones de memoria. La incorporación de redes incorporadas, ampliaciones de la familia de E/S 1756, disponibilidad de módulos de E/S especiales y un excelente paquete de programación para Windows, el ControlLogix 5561 de Allen-Bradley se ha convertido en el principal controlador de pequeño tamaño en el mercado. Figura 2.63: Pantalla de inicio del software Bootp/Dhcp.

71

Figura 2.64: Familia del PLC ControlLogix.

Características •

Procesadores veloces y eficaces con un tamaño de memoria de hasta 64 K.

•

Cientos de estilos y opciones de E/S locales y remotas con módulos de E/S 1756, 1771, bloque de E/S y Flex I/O.

•

Comunicaciones de Ethernet incorporadas, así como opciones para DeviceNet, ControlNet y otras redes.

•

Modularidad y flexibilidad que permiten desarrollar el eficaz sistema que Requiere su aplicación comprando exactamente lo que necesita.

•

Capacidad de E/S discreta de alta velocidad con E/S especiales.

•

Potencia de control de proceso: una amplia gama de E/S analógicas así como instrucciones matemáticas y PID avanzadas.

72

•

Diseño y fabricación para entornos industriales, capacidad de soportar una amplia gama de temperaturas y condiciones de humedad, así como los más altos niveles de vibraciones y choque.

•

Cumplimiento de la normativa internacional: listados UL; aprobación de CSA; Clase I, División 2 para entornos peligrosos; certificados para aplicaciones marinas; cumplen con la normativa de la CE establecida por las directivas pertinentes.

Ventajas •

Plataforma Modular – Un Chasis sencillo capas Múltiples controladores. –

Suporta múltiples disciplinas (Discreto, Motion, Procesos, Drives, Seguridad)

–

Soporta múltiples e independientes redes de comunicaciones

–

Capacidad de Remover y/o Insertar cualquier módulo con el sistema energizado (RIUP).

–

Diseñado para cumplir con los requerimientos de mediano a largas aplicaciones

–

Capacidad hasta 4000 puntos Analógicos o 128,000 discretos de E/S

–

32 ejes de control de movimiento coordinado por controlador

–

Fácilmente integrable con las redes existentes de planta

73

•

Esquema de Comunicaciones basado en el modelos Productor/Consumidor Multimaestro –

Ponga la tecnología productor/consumidor directamente en el backplane (1 to 1, 1 to n)

–

Elimina la idea de que el controlador es el centro del universo de control

–

Cualquier dispositivo en el backplane puede transmitir y comunicarse con otro dispositivo sin intervención del controlador o necesidad de programación adicional o Incrementa el ancho de banda y rendimiento del sistema o Mayor flexibilidad en el diseño del sistema o El controlador solo se encarga de hacer el control o Los

datos

de

E/S

pueden

ser

compartidos

entre

controladores y/o interfaces de operador –

Las aplicaciones se haces mas eficientes y en menor tiempo de respuesta o Se reducen los tiempos de espera en el controlador o Se reduce el tráfico en la red y backplane o Se reduce la latencia de las E/S

74

o Las aplicaciones pueden ser realmente manejadas por Interrupción. •

Memoria basada en tags. RSLogix 5000 elimina el direccionamiento de la memoria física completamente! –

Nombres de tags totalmente descriptivos cargados en la memoria del controlador. Acceso HMI / MMI directo a los datos sin referencia cruzada de memoria

–

Reduce el tiempo de desarrollo del sistema (y el costo de capacitación

•

Todos los otros proveedores todavía usan direccionamiento de memoria físico –

Aumenta el tiempo de desarrollo del sistema y los costos de capacitación

Chasis El chasis aloja al procesador y los módulos de E/S. Se puede elegir entre cuatro tamaños de chasis: de 4 ranuras, 7 ranuras, 10 ranuras y 13 ranuras. Cada chasis debe tener una fuente de alimentación. La fuente de alimentación va montada a la izquierda del chasis. La primera ranura del primer chasis esta reservada para el procesador ControlLogix o para el módulo adaptador (1757ASB, 1757-ACN15 o -ACNR15).

75

Tabla 2.1: Selección de chasis para el Controllogix 5561 Todos los componentes se deslizan fácilmente en el chasis siguiendo unas guías que hay en el chasis. No hacen falta herramientas para insertar o extraer el procesador o los módulos de E/S. También se pueden conectar los chasis entre sí para formar un sistema (el máximo es de 3 chasis) utilizando uno de los cables de interconexión de chasis. Software de programación RS Logix 5000 El paquete de programación de lógica de escalera RSLogix 5000 ayuda a maximizar el rendimiento, ahorrar tiempo de desarrollo de proyectos y mejorar la productividad. Este producto se ha desarrollado para funcionar con los sistemas operativos de 32 bits Windows 95®, Windows 98, Windows NT™ de Microsoft. Como soporte para las familias de procesadores Controllogix 5561 y MicroLogix de Allen-Bradley, RSLogix 5000 fue el primer software de programación de PLC en ofrecer productividad inigualable con una interface de usuario líder en la industria.

76

Los paquetes de programación RSLogix 5000 son compatibles con los programas creados con los paquetes de programación basados en DOS de Rockwell Software para las familias de procesadores RSLogix 5000 y MicroLogix, lo cual facilita el mantenimiento de programas entre plataformas de hardware.

Lenguajes de Programación (IEC-61131) •

Diagrama de lógica de escalera (LD) – Control de movimiento y secuencial basado en estado.

•

Diagrama de bloques de función (FBD) – Lazos de variador y proceso continúo.

•

Diagrama de funciones secuenciales (SFC) – Administración de secuencia de control y proceso de lotes.

•

Texto estructurado (ST) – Lazos personalizados y algoritmos matemáticos complejos.

77

Figura 2.65: Lenguajes de Programación.

roceso 2.4.2 Redes de Proceso Rockwell Automation ofrece muchos productos de control y comunicación que ayudan a integrar las operaciones de una planta. Estos productos, combinados con los productos de otros fabricantes, ofrecen soluciones para toda la planta que responden a sus necesidades comerciales y de sistemas de control.

78

Figura 2.66: Opciones de comunicación del ControlLogix 5561. El ControlLogix 5561 proporciona conexión con los tres niveles de red; elija la red o redes que mas se adapten a sus necesidades: Si su aplicación requiere: Utilice esta red Tipo: •

Transferencia de datos a alta velocidad entre sistemas de información y/o una gran cantidad de controladores Red Ethernet Red de información

•

Conexión Internet/Intranet

•

Mantenimiento de programas

•

Transferencia a alta velocidad de datos en los que el tiempo es fundamental entre controladores y ControlNet Red de control dispositivos de E/S e información

•

Entrega de datos determinista y repetible • Mantenimiento de programas

•

Redundancia de medios físicos u opciones de seguridad intrínseca

79

•

Conexiones directas de dispositivos de bajo nivel con controladores de planta, sin necesidad de interconectarlos Red DeviceNet Red de dispositivos a través de módulos de E/S

•

Más diagnósticos para recolección de datos y detección de fallos mejoradas

•

Reducción del tiempo de encendido y menos cableado que los sistemas cableados tradicionales

•

Compartición de datos de toda la planta y a nivel de celdas con el mantenimiento de programas Data Highway Plus Red de información (DH+) y DH-485

•

Conexiones entre controladores y adaptadores de E/S remotas Red de control

•

Controladores distribuidos para que cada uno tenga sus propias E/S y se comunique con un controlador supervisor universal

•

Módems Red en serie Red en serie

•

Mensajes que envíen o reciban caracteres ASCII hacia o desde dispositivos como terminales ASCII, lectores de códigos de barras, pantallas de mensajes, basculas o impresoras

•

Control de supervisión y adquisición de datos

Hart • Interfaces Integradas Para HART • Beneficios de las E/S analógicas FLEX Ej: –

E/S

montables

es

sitios

gabinetes a prueba de explosiones.

peligrosos

sin

barreras

o

80

–

No

hay

“separar”

necesidad la

señal

de

hardware

de

HART,

adicional tanto

para

analógica

como digital en el mismo cable. No es necesario un extenso cableado de regreso al controlador al utilizar las E/S distribuidas -- sólo se necesita un cable de red Fieldbus Foundation Foundation Fieldbus H1 es un protocolo abierto desarrollado en la década de 1990. Foundation Fieldbus mediante 1757-FFLD. El control de lazo de naturaleza regulatoria puede ser ejecutado en el dispositivo Fieldbus o en la máquina Logix Proporciona 2 ó 4 segmentos H1 por dispositivo de Vinculación Soporta HSE (Foundation Fieldbus Ethernet Protocol/Protocolo de Ethernet de Foundation Fieldbus) y EtherNet/IP. Profibus-PA •

Red digital diseñada para extender PROFIBUS-DP a fin de apoyar la automatización de procesos.

•

PROFIBUS-PA se introdujo en 1997 para expandir PROFIBUS-DP a fin de apoyar la automatización de procesos.

•

Extiende una red PROFIBUS-DP a las áreas peligrosas de una planta de proceso mediante un acoplador de vínculo.

81

•

El maestro cíclico controla el intercambio de datos. Los dispositivos usan bloques de función de entrada analógica y salida analógica para intercambiar datos del proceso.

Red Ethernet La red Ethernet TCP/ IP es una red de área local diseñada para el intercambio de información a alta velocidad entre equipos y dispositivos relacionados. Con su elevado ancho de banda (10 Mbps a 100 Mbps), una red Ethernet permite que muchos equipos, controladores y otros dispositivos se comuniquen a través de enormes distancias. En la capa de información, una red Ethernet permite a los sistemas de toda la empresa acceder a datos de la planta. La red Ethernet ofrece muchas posibilidades porque se puede maximizar la comunicación entre los diversos equipos que ofrecen los distribuidores. El protocolo utilizado por Internet es TCP/IP. Módulo de Comunicación MODBUS El Módulo de comunicación permite la Automatización de Rockwell Automation, une fácilmente los procesadores ControlLogix con otros dispositivos compatibles con el protocolo Modbus. Los dispositivos compatibles no sólo incluyen Modicon PLC’s sino también una gran variedad de dispositivos. El módulo actúa como un módulo de input/output entre la red de Modbus y el Rockwell Automatización backplane. La transferencia

82

de datos del procesador es asíncrona que permite la conexión de una red de computadoras.

Figura 2.67: Módulo de comunicación MVI46-MCM. Muchos sistemas SCADA requieren de protocolo Modbus, mientras dispositivos que normalmente cuentan con este protocolo incluye varios PLCs, así como muchos otros terceros dispositivos en el mercado. (Para una lista parcial de dispositivos que hablan Modbus, por favor visite el ProSoft Tecnología sitio web). Especificaciones generales •

1756 backplane compatible (Local o I/O extendidos)

•

El módulo se reconoce como un Input/Output y tiene el acceso a la memoria del procesador, para la transferencia de datos entre el procesador y el módulo usar archivos M0/M1.

•

Se usa la lógica en escalera para transferencia de datos entre el módulo y procesador

83

•

Soporte para el almacenamiento y traslado de 5000 registros de datos del procesador de ControlLogix

•

Dos puertos para emular cualquier combinación de Modbus maestro o esclavo.

•

soporta la versión de Enron de protocolo de Modbus para las transacciones de datos de punto flotantes.

•

El módulo de MVI46-MCM acepta que Modbus funcionen con los códigos 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 15, 16, 17, 22 y 23.

Especificaciones del hardware Corriente Carga: 800 mA @ 5V (del backplane) Temperatura: opera 0 a 60°C (32 a 140°F) Temperatura del almacenamiento: –40 a 85°C (–40 a 185°F) Humedad relativa: 5 a 95% (sin condensador) Vibración: 5 g de 10-150 Hz Conector: RJ45, RS-232 Conector (RJ45 y cable DB-9) Puertos de aplicación: PRT1, PRT2 (RJ45 RS-232/422/485) 2.4.3 Equipos instalados en campo Sensores Sensores movimiento: Que detectan si alguna faja transportadora esta desactivada, sensa los movimientos de cada faja ubicados en la cola de la misma. La programación los sensores de movimiento se usan como seguridad si alguna

84

faja se apagara, se desactivaran todas las fajas y equipos aguas arriba para evitar el derrame de carga. Ver figura 2.68.

Figura 2.68: Sensores inductivos. Sensores de Temperatura. Instalada en la salida de la bomba de aceite y a la entrada de la chancadora El sensor RTD es del tipo pt100 y van conectados a un controlador de temperatura, controla la temperatura del aceite necesario para la lubricación de la Chancadora. Ver figura 2.69.

Figura 2.69: Sensores de temperatura RTD. Sensor de Presión manométrica (Presostato): Sensor que controla la presión y en el inicio de arranque este sensor tendrá que mandar una señal que indique que la presión de la lubricación de la bomba de aceite es suficiente para arrancar la chancadora.

85

Figura 2.70: Sensor de presión manométrica. Transmisor de Presión Manométrica: Equipo que nos muestra la presión de las bombas de aceite, que mediante el Presostato indica que la Chancadora esta lubricada y esta lista para arrancar. Ver figura 2.71.

Figura 2.71: Trasmisor de presión manométrica. Controlador de temperatura: controla la temperatura del RTD, estas señales analógicas se anexan al PLC para mostrarlo en el Scada.

86

Figura 2.72: Controlador de temperatura. Bomba de Aceite: Encargado de bombear aceite a la Chancadora, tiene que bombear hasta que alcance una determinada presión de aceite para que pueda arrancar, el encargado de controlar la presión de aceite es el Presostato.

Figura 2.73: Bomba de aceite de CC48FC. Electroimán: Recoge todo material de metal que se encuentra en el mineral, sino tendríamos graves problemas en las chancadoras. Se cuenta con tres electroimanes, uno ubicado en la faja I, los restantes ubicados en la cola de la faja C.

Figura 2.74: Electroimán de la faja I.

87

Variadores de Velocidad: Regulan la velocidad de las fajas alimentadoras que son los alimentadores 1 y 2. Son de la marca ULTRADRIVE modelo PDL. Ver figura 2.75.

Figura 2.75: Variadores de velocidad ULTRADRIVE. Entrada Tensión

de alimentación 60-140A: 230 a 480Vca -20% Fases de entrada

Trifásica, 3 conductores, neutro aterrizado Rango frecuencia de entrada 48 a 62Hz Intensidad de entrada < Intensidad de salida Factor de potencia de entrada > 0.99 THD corriente de entrada < 40% Superación pérdida suministro > 2 segundos a tensión nominal Salida Tensión de salida al motor 0 a V ENT - 15V

88

Capacidad de sobrecarga 150% durante 30s. a 50°C 150% durante 60s. a 40°C Rango de frecuencias 0 a ±400Hz (máx.) Rendimiento (plena carga, 50Hz) > 97% Rango tensiones del motor 5 a 500Vca Rango frecuencias del motor 10 a 400Hz Método de modulación del espacio vectorial Ambientales Protección estándar IP54 Temperatura de trabajo 0°C a 50°C Aumento intensidad a 40°C 125% modelos 60-140A Por debajo 25Hz disminuye Intensidad salida hasta 100% a Control Método de control vectorial del flujo o V/Hz Entradas analógicas 2 entradas configurables como 0-10Vcc, ±10Vcc, 4-20mA y 0-20m Entradas digitales 6 entradas configurables más 1 de PTC o de disparo

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Salidas analógicas 2 salidas configurables como 0-10V ±10Vcc, 4-20mA y 020mA Salidas de relé 1 conmutado, 2 normalmente abiertos, 230Vca o 30Vcc, no inductivos Motores: Se tiene 18 motores, 09 para las fajas transportadoras y 2 para cada Zaranda, 03 para las Chancadoras. Los motores usados son de jaula de ardilla .Ver grafico 2.76.

Figura 2.76: Motor jaula de ardilla para faja transportadora. Especificaciones técnicas: Voltaje: 440 vac Corriente: 30 A. Potencia: 15 kw Fases: 3 Rpm: 1775

90

Pull Cord: llamado también pita de seguridad, se encuentran en las fajas transportadoras. Ver figura 2.77:

Figura 2.77: Pita de seguridad de faja G. Los interruptores Pull Cord de las fajas transportadoras, son accesorios para parada de emergencia que proveen la facilidad de detener eléctricamente la banda transportadora desde cualquier punto a lo largo de ella. El interruptor puede ser operado manualmente jalando el cable tensor o accionando directamente la palanca, la cual puede ser asegurada con candado en la posición "Off". Una vez que el interruptor ha sido accionado debe ser manualmente posicionado en "On" para accionar la correa nuevamente. El mecanismo ha sido diseñado para compensar las dilataciones y contracciones por efecto de cambio de temperatura, evitando entonces falsas señales. La distancia recomendada entre interruptores es de 100 metros. La cubierta del interruptor está fabricada en policarbonato de alto impacto, no deteriorable por rayos UV, cierre I.P. 66 y a prueba de ignición por polvo (DIP).

91

El interruptor es de tipo rotativo, con acción auto-retorno a su posición original, consistente en dos contactos normalmente abiertos y dos normalmente cerrados. Interruptor estándar -

Interruptor rotativo provisto con mecanismo de retorno a la posición original.

-

Mecanismos eléctricos y mecánicos aislados.

-

Mecanismo de activación para servicio pesado.

-

Distancia entre interruptores: 100 metros.

-

Construcción a prueba de corrosión.

Chancadora Cónica 48FC: Encargada de triturar y chancar el mineral. Esta cuenta con una parte fija que es el cono y una parte móvil que se encarga de aplastar y chancar el mineral contra el cono. Ver figura 2.78.

Figura 2.78: Chancadora Cónica 48FC. Especificaciones técnicas: Diámetro: 2.40 m.

92

Largo: 4.40 m. Potencia de motor: 100 HP Zaranda Doble D: encargado de separar el mineral fino con el grueso mediante una zaranda que su accionamiento es desplazamiento por vibración. Ver figura.

Figura 2.79: Zaranda Doble D

Especificaciones técnicas: Ancho: 3.00 m. Largo: 5.00 m. Alto: 6.00 m. Potencia de 02 motores: 20HP

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Panel Inview: Interface Hombre Máquina (HMI), encargado de mostrar el estado del proceso, si sucede una falla se mostrara en el panel, esto hace más fácil la labor del operador para la detección de fallas. Ver figura.

Figura2.80: Panel Inview(HMI)

Sirena. De la marca Celeret. Se activa al detectarse cualquier falla. Sus características son: Voltaje: 230 Vac o Vdc Frecuencia: 50-60 Hz Potencia: 140 Watts On 1minuto, Off 10 minutos.

Figura 2.81: Sirena para fallas.

94

Relés Térmicos, se encuentran en el tablero de fuerza, protegen de sobre corriente a los motores y envían una señal de falla al PLC. Son de la marca TELEMECANIQUE.

Figura 2.82: relé térmico telemecanique. Contactores: Son controlados por el PLC para activar o desactivar los equipos en molienda primaria. Son de la marca TELEMECANIQUE y trabajan con bobinas de 220 voltios ac.

Figura 2.83: Contactor telemecanique.

CAPITULO III MATERIALES Y MÉTODOS 3.1

EQUIPOS Y MATERIALES INSTALADOS

02 Chassis Controllogix 1746 – A13 (de 13 slot) 01 Industrial Compactflash card 64mb 02 Fuente de alimentación p/ clx 110/220 VAC (13a@5v) 01 Modulo bridge Ethernet 10/100 par trenzado 02 Modulo bridge ControlNet 01 Procesador Logix 5561 1756-l61 2mb memoria 01 Modulo de comunicación modbus 1756 MODULO MODBUS máster/Slave 12 Modulo de entrada digital 1756-IM16I Aisladas a 159V-265V AC (36 pines) 01 Modulo de entrada analógica 1756-IF8 corriente o voltaje (36 pines) 02 Modulo de salidas digitales1756-OW8I Aisladas por rele n.a. (36 pines) 01 Modulo de entradas analógicas 6 e. Analógicas rtd aisladas (20 pines)

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15 Bloque de terminales 36 pines sujeción por tornillos 01 Bloque de terminales 20 pines sujeción por tornillos 05 Modulo de relleno de slot vac=0 01 Switch Hirschman spider 5tx, 5 puertos rj45 01 Ctsihps1 rps 30, rail power supply para switch 01 Inview de panel. Visualizador de mensajes de 2 líneas ( 20 caracteres). Color rojo. Nema 4/4x 01 Modulo comunicaciones Ethernet/ip para 2706-p22, montaje rail din, alimentación 24 vcc 04 Sensor inductivo deslizamiento de faja 03 Sensor de Temperatura TR10 03 Transmisión de presión manométrica Cerabar-T 01 Transformador ferro resonante /fuente estabilizada 220VAC 03 Selector de 1-0-2 con doble contacto N.A. (20 amp-) 04 Selector de 0-1 de doble contacto N.A. (20amp.) 02 Sirena con circulina de 220VAC. 04 Swicht de seguridad para fajas transportadoras 10 Contactor auxiliar 18 amp. -bobina 220 VAC. 10 Contactor de 25 amp.- bobina 220 VAC.

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06 Contactor de 40 Amp.- bobina 220 VAC. 25 Bloque de contactor N.A. 06 Riel simétrico din 35 mm. 05 Interruptor termomagnetico unipolar 4Amp. 05 Interruptor termomagnetico monofásico 6Amp. 30 Pulsador de arranque con doble contacto N.A. verde. 30 Pulsador de parada con doble contacto N.C. rojo. 10 Botonera de mando a distancia con doble contacto. 01 Pulsador emergencia tipo hongo. 100 Cable de acero forrado de 5/32" 100 Cable apantallado de 2x18awg +tierra 200 Fusible tipo capsula de 20mm - 4ª 200 Cable eléctrico de 12 hilos AWG nº16 flexible 200 Cable eléctrico de 7 hilos AWG nº14 flexible 300 Cable eléctrico tetrapolar AWG nº14 flexible. De todos los materiales mencionados, solo se utilizo del stock de almacén los cables de alimentación y control, las canaletas y el riel DIN. El resto de Equipos y materiales se recupero de tableros antiguos o que no están en uso.

98

3.2

CONFIGURACIÓN DEL SOFTWARE BOOTP/DHCP

Iniciamos el proyecto configurando el software BOOTP/DHCP para asignarle la IP al PLC modelo Controllogix, ya que usaremos el protocolo Ethernet para la comunicación del PLC con las CPUs. Abrimos el programa BOOTP/DHCP. Ver figura 3.1,

Figura 3.1: Software bootp/dhcp. Clic en new, ingresamos la IP, el MAC ADDRES del PLC, el nombre que se quiere dar al PLC, luego pulsamos OK. Ver figura 3.2.

Figura 3.2: Nuevo Ingreso del bootp/dhcp.

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Ahora seleccionamos el ip deseado en la Relation List y pulsamos Enable BOOTP. Ver figura 3.3.

Figura 3.3: Relation List del bootp/dhcp. Una vez visualizado la Dirección ip deseada en Request History, entonces el PLC ya tiene asignado la IP. Ver figura 3.4.

Figura 3.4: Historial de respuesta del bootp/dhcp.

100

3.3

CONFIGURANDO EL SOFTWARE RSLINX

3.3.1 Configuración de Controladores de Comunicaciones Como primer paso en la utilización del RS Linx se procederá a la configuración de la red existente. Los pasos a seguir son los siguientes: 1. Abrir el programa RS Linx y escoger el diálogo Communications>driver configuration. Seleccionar “Ethernet devices” de los controladores (drivers) disponibles y cargar al programa RS Linx (Add new).

Figura 3.5: Elección del controlador Un controlador es el interface de software al dispositivo de hardware que será usado para comunicar el RS Linx con el procesador Controllogix de esta manera definimos la red que se usará, que estará integrada por elementos con conexión a Ethernet.

101

2.

Una vez escogido el controlador procedemos a configurarlo. Se nos pide la dirección IP dell PLC que fue asignada por el BOOTP/DHCP y asignarle la estación o nodo de trabajo.

. Figura 3.6:: Definición de los componentes de la red. red 3.

El controlador está configurado y funcionando ((Running)

Figura 3.7: Controlador configurado. Con el mismo diálogo podemos editar, detener o borrar más tarde la red una vez ya esté configurado.

102

Si se intenta eliminar un controlador puede que aparezca un mensaje diciendo que el controlador está en uso y no puede ser eliminado. Primero se deben terminar las comunicaciones que usen ese controlador. Si no, podemos detenerlo (Stop) y luego eliminarlo (Delete). • Para poder visualizar las diferentes redes que se suceden en el momento actual, usamos el diálogo Communications>RSWho. Podemos ver que, si se ha realizado correctamente la configuración de la red, aparecerá la dirección especificada con la imagen del autómata programable en el slot 00, 1756 modulo, CHANCADO. Esto significa que el autómata ya está listo para cualquier transacción con el usuario.

Figura 3.8: Red ejecutándose. 3.3.2 RSWho Si nos dirigimos al menú Communications>RSWho dentro del programa RS Linx se muestran todas las estaciones disponibles/activas en las redes de comunicación.

103

Desde esta aplicación podemos ver en cada momento la red que está funcionando, sus componentes y sus propiedades.

Figura 3.9: Diálogo del RSWho dentro de RS Linx. Para que se pueda visualizar correctamente el autómata (a través del módulo ENI), es decir, con sus elementos básicos, este se debe configurar previamente en el RS Logix 5000. 3.2.3 Diagnósticos del controlador La ventana de diagnósticos del controlador permite observar datos reales, ayudando a evaluar el rendimiento del controlador específico.

104

Figura 3.10: Pantallas de datos. El menú Communications>Driver Diag Diagnostics nos permite acceder a esos datos.

3.4

PROGRAMANDO EL PLC CON RS LOGIX 5000

Una vez establecido la comunicación del PLC con el ordenador por medio del RSLINX

ahora procedemos a configurar el RSLOGIX 500 5000 0

y a hacer el

programa para descargarlo al PLC. Abrimos el software RSLOGIX 500 5000, luego File –new. Seleccionamos el procesador usado le damos un nombre, seleccionamos la revisión del software, el tipo de chasis en nuestro caso será de 13 slots y la ubicación ión donde se encontrara el procesador, guardamos y hacemos Ok. Ok Ver figura 3.12.

105

Figura 3.12: seleccionando nuevo procesador. Ahora configuramos I/O Configuration, como ya elegimos el numero de slots que vamos a usar es 13, ahora escogemos los módulos de entradas y salidas discretas, los módulos de entradas analógicas.

Figura 3.13: Configuración de entradas y salidas. Seleccionamos el modulo e entradas y salidas tanto digitales como analógicas. El modulo de comunicación Ethernet slot 01, modulo de comunicación ControlNet slot 02 y el módulo de comunicación modbus que va en el slot 03. Ver figura 3.14.

106

Figura 3.14: Configuración de entradas y salidas. Hechas estas configuraciones pasamos a realizar el programa: Todo el programa consta de 1 programa principal y 17 subprogramas o subrutinas. Ver grafico 3.15.

Figura 3.15: Programa principal y subrutinas.

107

Programa principal: Main routine: Es el programa principal, es de alli de donde se llaman a los sub programas o subrrutinas. Aqui tambien se encuentra parada de emergencia de todo el area de Chancado, y ademas tenemos el control de llamadas a subrutinas para la comunicación modbus. Subrutinas: 1. Alarmas: Subrutina que genera las salidas que activan las alarmas para el SCADA y para la sirena sonora. 2. Confirmaciones: Subrutina donde se controla las señales físicas de entrada al PLC donde se confirma que los motores estén activados (Feedback) 3. Emergency_Stop: Subrutina muestra el reset de las señales de salida del PLC, y para todos los equipos en un instante. 4. Enclavamientos: Subrutina donde se ve la activación de los equipos (lacth) 5. Energia: Subrutina programada para los medidores de energía. 6. Lazo Modbus: Subrutina donde se lee y escribe toda la data de los variadores mediante la red industrial Modbus. 7. Local Remoto Automatico: Subrutina que permite seleccionar en modo de trabajo del proceso. 8. Messaging: Subrutina programada para mostrar los mensajes de falla en el HMI que es el Inview, para que el operador pueda detectar mas fácil la falla. 9. Out: Controla la activación o desactivación de todas las salidas discretas del PLC.

108

10. Permisivos: Antes de empezar el arranque secuencial se realiza los permisivos que nos indica que va a arrancar el área Chancado. 11. Pull_Cord: Subrutina que controla las pitas de seguridad de las fajas, si una de las fajas se apagan se apagaran todos los equipos aguas arriba. 12. Pulsadores: Subrutina donde están los tags de los pulsadores del tablero de control de manera local. 13. Sensores_Mov: Subrutina de sensores de movimiento instalados en la cola de cada faja el cual nos informa si la faja esta activada o desactivada. 14. Start_Secuencial: Subrutina donde los equipos arrancaran de manera secuencial, programada de acuerdo a la filosofía de control. 15. Stop_Modbus: subrutina donde se muestra el control de los variadores de los alimentadores, cuando se realiza el proceso de parada. 16. Stop_Secuencial: se realiza una parada dependiendo los tiempos para cada equipo y así evitar el derrame de carga. 17. Termicos: Subrutina donde se controla mediante los térmicos si sucedió una falla por overload o cualquier falla que haya hecho activar al relay. Una vez que se ha realizado el programa y se ha verificado que no exista ningún error se procede a descargar el programa al procesador del autómata (download). Clic en la flecha de offline, clic en download. Ver figura 3.16.

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Figura 3.16: Descarga del programa al autómata. A continuación aparecen diversas ventanas de diálogo que se deben ir aceptando sucesivamente. Ver figura 3.17.

Figura 3.17: Opciones de conectividad.

110

Luego hacemos click en Download aceptamos. Ver figura 3.18.

Figura 3.18: Aceptación de la descarga.

Figura 3.19: Proceso de la descarga.

Figura 3.20: Paso a modo Remoto Program a modo Run.

111

Aceptamos pasar a modo run. Luego de estos pasos podemos visualizar el programa corriendo. Ver figura 3.21.

Figura 3.21: programa corriendo. Terminado la programación y la descarga procedemos ahora a realizar el cableado de las entradas y salidas del plc con los equipos en chancado. Se uso cable belden 14 awg para el cableado de las entradas y salidas discretas del plc y cable belden apantallado para el cableado de las entradas analógicas. El plc se monto en el interior de un tablero al igual que sus respectivas borneras y fusibles de 2 A. Los cables fueron entubados para protegerlos de interferencias y ruido. Luego se procede probar si el programa funciona correctamente activando las entradas y verificando las salidas. Para depurar el programa o hacer algunos cambios también se puede hacer en modo online de la siguiente manera:

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1. selecciona el escalón en el programa que requiere la corrección y entonces selecciona Edit> start rung Edits o cambie con el mouse derecho o haciendo click en el círculo rojo. Un duplicado del escalón seleccionado se muestra en su programa. Esto es que el escalón que todos revisan se realizará adelante. El escalón original (el escalón a ser reemplazado) se precede por el escalón a ser editado. Ver figura 3.22.

Figura 3.22: Editando programa en modo online. 2. Editando el escalón. En este ejemplo una instrucción de XIO (stop que es memoria interna) reemplaza XIO (que es una entrada física de la bornera del PLC, data1) en el escalón. Los marcadores en minúscula no cambian; estos cambios no son todavía una parte del programa en línea. Vea el ejemplo debajo.

(A este paso usted puede hacer clic Edit> cancel curren rung Edits

para cancelar la edición que usted ha hecho al escalón.)

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Figura 3.23: Editando escalon nuevo en online. 3. Seleccionan Edit> Accept Rung. Esto cambia la edición de los marcadores de la zona. Ver figura--. El mayúsculo representa el escalón que se ha insertado en el programa en línea. El R mayúsculo representa el escalón en línea que será reemplazado. En este momento el escalón de R está operando todavía en el programa.

Figura 3.24: Aceptando edicion de escalon en online. 4. Seleccionan Edit> Test Edits. El programa operará con el escalón insertado, y el R marcado en el escalón se ignorará. (Alternadamente usted puede hacer clic Edit> Cancel Edit para cancelar

el escalón que se había aceptado)

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seleccionan Edit> Assemble Edits.

Todos los marcadores de la zona

desaparecen y la edición nueva es in incorporada corporada en el programa en línea. Ver figura 3.25.

Figura 3.25: Escalón nuevo editado en online. Es posible también realizar estos pasos con la barra de herramientas de Edición en Online. Ver figura 3.26 3.26.

Figura 3.26: Barra de edición online. 3.5 PROGRAMACION DE LA COMUNICACIÓN MODBUS En primer paso para la realizacion de la red industrial abierta Modbus es elegir el tipo de comunicación, el protocolo y de cuantos hilos constara. La comunicación elegida fue un Modbus serial con protocolo RS 485, co con n dos hilos para la comunicación.

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En el red Modbus servira para la comunicación con los variadores de velocidad de los alimentadores en cual se pedra leer y escribir en sus parametros del variador, para el arranque, parada y analizis de fallas Para la programacion en el PLC aderimos el bloque de ProSoft Technology MVI56MCM necesario para comunicación Modbus

Figura 3.27: Bloque Modbus MVI56MCM Una vez agregado el bloque Modbus se tendra que proceder a la programacion de instrucciones necesarias propuestas por el proveedor para que se pueda realizar la comunicación de la tarjeta de red con cualquier equipo en campo en nuestro caso sera los variadores de velocidad.

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Figura 3.28: Programacion d la comunicación Modbus. Por otra parte tambien se tendra que configura el variador de velocidad, se tendran que habilitar el protocolo de comunicación Modbus para que se puedad jalar datos al Scada. Las direcciones y los parametros que se van a modifica en el variador son las siguientes:

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DIRECCION 4088-87 4089-88 4090-89 4091-90 4092-91 4093-92 4094-93 4095-94 4096-95 4097-96 4098-97 160 80 81 87 1013 1006

PARAMETRO local speed reference status line motor speed motor torque dc bus voltage current output rotor speed current fault status output frecuency vdc filt power output refer-speed stop start referenc speed source ref speed-I2 multi function mode-I7a

VARIADOR_01 read data(90)-al1 read data(91)-al1 read data(92)-al1 read data(93)-al1 read data(94)-al1 read data(95)-al1 read data(96)-al1 read data(97)-al1 read data(98)-al1 read data(99)-al1 read data(100)-al1 wrietdata(0)-al1 writedata(1)-al1 writedata(2)-al1 writedata(3)-al1 writedata(4)-al1

VARIADOR_02 read data(101)-al2 read data(102)-al2 read data(103)-al2 read data(104)-al2 read data(105)-al2 read data(106)-al2 read data(107)-al2 read data(108)-al2 read data(109)-al2 read data(110)-al2 read data(111)-al2 wrietdata(5)-al2 writedata(6)-al2 writedata(7)-al2 writedata(8)-al2 writedata(9)-al2

Tabla 3.1 : Direciones y parametros de los variadores de velocidad 3.6

PROGRAMANDO EL SOFTWARE SCADA RSVIEW 32

Ahora procedemos a programar el software de supervisión SCADA rsview32. Abrimos el programa rsview32 Works. Ver figura 3.29.

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Figura 3.29: Pantalla de inicio de rsview32 work. Ahora crearemos el Proyecto Chancado, para esto presionamos file-new. Ver figura 3.30.

Figura 3.30: Creando nuevo proyecto. Ahora ingresamos el nombre de proyecto y la ubicación en el disco duro, luego pulsamos abrir. Ver figura 3.31.

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Figura 3.31: Nombrando nuevo proyecto. Ahora en edit mode, hacemos doble clic a system e ingresamos a channel. Ver figura 3.32.

Figura 3.32: Pantalla de configuración del nuevo proyecto.

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Ahora sombreamos channel 1, en network type seleccionamos TCP/IP y en primary comunication driver seleccionamos AB_ETH-1, luego ok. Ver figura 3.33.

Figura 3.33: Configurando channel 1. Ahora procederemos a configurar el nodo, hacemos click en Node, y procedemos a realizar los respectivos ingresos tal como se muestra en la siguiente gráfica. Ver figura 3.34.

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Figura 3.34: Configurando nodo. Ahora procedemos a crear la pantalla gráfica de Chancado. Hacemos doble clic en Graphics, luego clic derecho en display, luego pulsamos new. Ver figura 3.35.

Figura 3.35: Configurando nuevo display. Se visualizara la pantalla de inicio de un nuevo display, es alli donde se procedera a realizar el entorno gráfico amigable para el operador para supervisar y controlar todo el proceso de chancado. Ver figura 3.36.

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Figura 3.36: Nuevo display. Ahora configuramos el display. Hacemos clic derecho en cualquier punto del display y a continuación pulsamos Display Settings. Ver figura 3.37 .37.

Figura 3.37: Configurando Display nuevo. Luego ingresamos las configuraciones respectivas. Con esto hacemos que el display abarque la pantalla completa cuando se pase a modo run. Esta configuración es dada para la pantalla principal, para las sub pantallas se

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selecciona Title Bar para que sean visualizadas delante de la pantalla principal. Luego aceptamos. Ver figura 3.38.

Figura 3.38: Configuración para pantalla principal.. Terminada la configuración del display, estamos listos para realizar el entorno grafico de Chancado y similarmente realizar las otras pantallas interactivas. Ver figura 3.39.

Figu Figura 3.39: Display nuevo ya configurado.

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El proyecto consta de una pantalla principal

y de 6 sub pantallas que son

llamadas desde la pantalla principal. En esta pantalla se puede apreciar la tendencia en tiempo real, se puede observar el tonelaje tratado (Toneladas/hora), totalizador de toneladas métricas, horas de funcionamiento (H), corriente (A), potencia (KW) del Motor de chancadora. También podemos ver el estado de las fajas alimentadoras, verde significa que están en funcionamiento y rojo que están en espera. Podemos monitorear, arrancar y parar los equipos desde este panel. La pantalla principal abarca todo el proceso de Chancado, podemos visualizar el estado de algunos de los equipos que lo conforman que son controlados y supervisados a distancia. Tenemos

las

fajas

trasportadoras,

alimentadores,

chancadoras

cónicas,

chancadoras quijadas, zarandas, bombas de aceite, etc. Están los siguientes botones: Botón Reset de Alarma, que haciéndolo clic resetea la alarma y la sirena se apaga. Botón ALARMAS, que al pulsarlo Display a todas las alarmas existentes activadas por fallas en el proceso. Botón TREND, que al pulsarlo Display a tendencias y monitoreo de señales analógicas. Botón ALARM_ON, que al pulsarlo pasa a ALARM_OFF y desactiva la sirena. .

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Además moviendo el cursor en la pantalla encontramos partes que se sombrean que al hacerles clic se abre su sub pantalla respectiva. Ver figura 3.40.

Figura 3.40: Pantalla de inicio de la operación. Al comenzar el usuario su viaje por las distintas pantallas, el punto de partida será siempre la pantalla mencionada. Al desplazar el cursor del mouse o ratón por sobre esta pantalla se irán enmarcando otras sub pantallas por ejemplo en la Figura se observa el cursor sobre el Motor de chancadora. Ver figura 3.39.

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Figura 3.41: Motor de chancadora sombreado. Haciendo un clic a la parte sombreado abrimos su sub pantalla o Faceplace. Aquí podemos apreciar el control de la chancadora. Ver gráfico 3.42.

Figura 3.42: Sub pantalla de chancadora CC48FC. Cursor sobre botón TREND. Ver figura 3.43.

Figura 3.43: Boton TREND sombreado. Hacemos clic en parte sombreada para abrir su sub pantalla. Aquí apreciamos el monitoreo en tiempo real de varios parámetros de la chancadora CC48FC,

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tenemos

potencia,

corriente,

voltaje,

temperatura,

estos

captados

con

comunicación modbus. Ver figura 3.44.

Figura 3.44: Sub pantalla de boton TREND. Cursor sobre botón ALARMAS. Ver figura 3.45.

Figura 3.45: Botón ALARMAS sombreado. Hacemos clic en parte sombreada para abrir su sub pantalla. Aquí es donde se visualizan todas las alarmas en el instante que se activan por determinada falla.

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Cuando se activa una alarma el botón ALARMAS pasa de amarillo a rojo. También se ve tiempo y fecha que se activan y desactivan. Ver figura 3.46.

Figura 3.46: Sub pantalla de alarmas. Haciendo clic al botón close de cada sub pantalla se retorna a la pantalla principal.

CAPITULO IV RESULTADOS DE LA IMPLEMENTACIÓN 4.1 MODOS DE OPERACIÓN Antes del inicio de funcionamiento del sistema de chancado, se deberá elegir el modo de operación, esto se podrá hacer a través de los selectores ubicados en el frontis del tablero de fuerza. El primero es un Selector General y el segundo es un Selector por Carga principal. El Selector General permite elegir el modo de operación del sistema de chancado, y el selector por carga permite elegir el sub modo de operación del sistema de chancado, es importante resaltar que el selector de carga solo será considerado en el caso de operación en Modo Local. SELECTOR GENERAL MODO DE OPERACIÓN GENERAL REMOTO LOCAL OFF Tabla 4.1

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SELECTOR POR CARGA SUB MODO DE OPERACIÓN DE CARGA AUTOMATICO MANUAL OFF Tabla 4.2 Según la tabla 1.1 se presentan las siguientes variantes en el funcionamiento del sistema de chancado. REMOTO: En esta variante el control y barrido de estado de señales de campo lo tiene el SCADA desde el Control Room ubicado en la oficina del ingeniero de guardia, el supervisor del SCADA tiene el control absoluto del sistema. En este modo se anula la posibilidad de control Local, el segundo selector de Submodo no será considerado en Modo Remoto. LOCAL: En este modo el SCADA no tiene control sobre el sistema, solo realiza la adquisición de datos respectiva, solamente en este modo se considera el selector de sub modo obteniendo así dos posibilidades de control: LOCAL-MANUAL Y LOCAL-AUTOMATICO. Modo Local - Manual: En esta situación cada equipo principal será accionado desde su tablero de control y automatización correspondiente. El PLC no tiene el control sobre ningún dispositivo, sin embargo realiza la adquisición de datos para su procesamiento y almacenamiento en una base de datos histórica.

131

En el Modo Local – Manual, los equipos estarán protegidos por sus respectivos rele térmicos y/o fusibles de protección. Este modo de operación esta concebido en casos de emergencia (en caso que el PLC entre a falla) Modo Local - Automático: Se tienen dos pociones: Nivel de Ingeniería: El personal especializado se conecta al PLC por medio de una PC de campo, para tener el control absoluto del sistema a través de los software´s dedicados. Nivel de Operador: El personal encargado control el sistema desde los pulsadores ubicados en el frontis del tablero de fuerza y/o automatización correspondiente. El arranque se inicia en forma secuencial, interviene el PLC con la opción de que el operador tenga la opción de encender o apagar los equipos desde sus pulsadores en forma secuencial, tiene las mismas funciones de arranque que el sistema remoto. OFF: Este modo indica que el sistema está fuera de servicio. Para más detalle de los modos de operación, ver la figura

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SELECTOR GENERAL

SELECTOR POR CARGA

TABLERO DE FUERZA

TABLERO DE FUERZA

SELECTOR SCADA PANTALLA SCADA

MANUAL LOCAL

AUTOMATICO

SELECTOR SCADA PANTALLA SCADA

ARRANQUE DIRECTO

OFF

MANUAL

PROCESOS

REMOTO AUTOMATICO

ARRANQUE Y PARADA SECUENCIAL PARADA INDEPENDIENTE

OFF

Figura 4.1: Modo de operación. Modo de operación Remoto (Opcional): Este modo de Operación se caracteriza por dar al Supervisor del Sistema SCADA la facultad de controlar el Grupo Hídrico desde la oficina de guardia (control Room). En este modo se anula el control local. La Figura muestra un esquema de las opciones de trabajo en el modo remoto. La elección de los submodos AUTOMÁTICO o MANUAL se hará desde la pantalla del sistema SCADA. MANUAL REMOTO AUTOMATICO

Figura 4.2: Modo de operación remoto.

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A continuación se describen las características de las opciones disponibles en Modo Remoto MANUAL: Arranque directo: Este tipo de Remoto-Manual se caracteriza porque el Supervisor del SCADA podrá acceder al control de cada uno de los equipos de la sección chancado de manera individual: chancadoras, motores de fajas, sistemas hidráulicos, extractores, electroimanes, etc. Los arranques o paradas de los equipos los hace el Supervisor a criterio propio o siguiendo el procedimiento. La pantalla del SCADA deberá de tener incorporada una pantalla en la que aparezcan los cuadros: ENCLAVAMIENTO ARRANQUE DIRECTO SIN ENCLAVAMIENTO

MANUAL

Figura 4.3: Modo de arranque directo. Manual Directo Enclavamiento:

En este modo se encenderán los equipos

respetando una secuencia de enclavamientos y permisivos. Manual Directo Sin Enclavamiento: En este modo el supervisor del SCADA encenderá los equipos con criterio, si que los equipos estén enclavados unos con otros.

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AUTOMÁTICO: Arranque y Parada Secuencial: En este tipo de Remoto-Automático, el supervisor del SCADA, podrá seleccionar los equipos a operar y el sistema iniciara automáticamente respetando una secuencia de operación mostrada a continuación: •

Permisivos:

Verificación de los reles de protección de cada equipo. Verificación de los niveles de tensión. Falla de comunicación con medidores de energía y red industrial. Falla de sobrevoltaje. Falla de sobrecorriente. Falla de banco de capacitores. Rele de protección •

Activación de alarma para sección chancado por un determinado tiempo.

•

Arranque de las bombas de lubricación de las chancadoras secundarias 48FC y 36FC

•

Arranque de las chancadoras secundarias 48FC y 36FC.

•

Arranque de los electroimanes.

•

Arranque de fajas transportadoras G, B,C, en el respectivo orden.

•

Arranque de Zaranda SD

•

Arranque de la faja transportadora K

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•

Arranque de la chancadora primaria 15x24

•

Arranque de la Zaranda DD

•

Arranque de las fajas transportadoras J, I, A en el respectivo orden secuencial.

•

Fajas extractoras Nº 1 y Nº2.

Para el proceso de parada el sistema realizara el proceso inverso al de arranque, tanto el proceso de arranque y de parada cuentan con tiempos entre arranques y paradas de cada equipo. Modo de operación Local: Manual: En este proceso Local-Manual, el arranque de la sección chancado es totalmente independiente al PLC, solo se monitorean las señales de campo y se muestran en el SCADA, en este caso el SCADA no tiene control sobre el proceso. El arranque se realiza por medio de mando eléctrico, que se encuentra en paralelo al control del PLC, este proceso es considerado en el caso de que el PLC sufra alguna avería. El proceso o la secuencia del arranque estará sujeto al operador o supervisor de la sección ( ing. De guardia) siguiendo estos los procedimientos escritos. Automático: En este proceso Local-Automático, el arranque de la sección chancado se realiza en forma secuencial siguiendo la secuencia del control Remoto-Automático.

136

El proceso se iniciara desde los tableros de control ubicado en la misma zona de chancado. Visualización de fallas: Panel View: Todos los problemas o fallas que se presentaran en la sección de chancado serán visualizados en el SCADA ubicado en la PC del Ing. de guardia y adicionalmente en el Panel View ubicado en la misma sección de chancado. Esto ayudara al supervisor o trabajador a ubicar rápidamente la falla. 4.1.1 Proceso de arranque secuencial: El proceso de arranque sigue una secuencia programada que evita una mala práctica por parte de los operadores, evitando así los atoramientos de fajas o chutes de descarga o alguna otra falla que pueda ser consecuencia de un mal procedimiento de arranque. Inicio

Alarma

Bomba Aceite CC36FC

Bomba Aceite CC48FC

Chancadora CC36FC

Chancadora CC48FC

Electroimán C

Faja G

Detector de metales C

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Faja B

Faja C

Zaranda ZSD

Faja K

Chancadora 15x24 Zaranda ZDD

Faja J

Electroimán Faja I Faja I

Faja A

Alimentador 1

Alimentador 2

Fin

Figura 4.4: Proceso de arranque secuencial. 4.1.2 Proceso de parada secuencial: Al igual que el proceso de arranque, este proceso, también tiene una secuencia programada para evitar las malas prácticas por parte del operador.

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Inicio

Alimentador 1

Alimentador 2

Faja A Faja I Electroimán Faja I Faja J Zaranda ZDD Chancadora 15x24 Faja K Faja C Faja B Zaranda ZSD Faja G

Chancadora CC36FC

Chancadora CC48FC

Bomba Aceite CC36FC

Bomba Aceite CC48FC

Electroimán C

Fin

Figura 4.5: Proceso de parada secuencial.

Detector de metales C

139

4.2

TABLEROS ELÉCTRICOS

4.2.1 Tablero control y fuerza fajas (antes del cambio) Este tablero pertenecía al CCM 8 y fue reemplazado.

Figura 4.6: Tablero CCM 8 anterior. 4.2.2 Tablero de control (antes del cambio) Este tablero controlaba las fajas, alimentadores, Zarandas y Chancadoras.

Figura 4.7: Tablero de las fajas transportadoras anterior.

140

A continuación mostramos el tablero de control y fuerza instalado que reemplazaron estos dos tableros en el proyecto de automatización. 4.2.3 Tablero Control y Fuerza Sección Chancado (después del cambio) Este tablero tiene el control total de la sección Chancado: Fajas y alimentadores, Chancadoras, Zarandas, electroimanes, sensores de movimiento y bombas de aceite de Lubricación.

Figura 4.8: Tablero actual de Chancado.

Figura 4.9: Interior de tablero actual de Chancado.

141

4.2.4 Implementación SCADA Implementación del SCADA en PC de la oficina del Ingeniero de Guardia. No se puede mostrar la imagen. Puede que su equipo no tenga suficiente memoria para abrir la imagen o que ésta esté dañada. Reinicie el equipo y , a continuación, abra el archiv o de nuev o. Si sigue apareciendo la x roja, puede que tenga que borrar la imagen e insertarla de nuev o.

Figura 4.10: SCADA en PC de ingeniero de guardia.

CONCLUSIONES 1. La automatización de la sección Chancado trae beneficios a planta debido a la continuidad del proceso y a la supervisión de manera remota en tiempo real de todos los equipos, de esta manera el proceso de operación hace más eficiente el trabajo para el operador e ingeniero de guardia, también hace más fácil la detección de fallas, reduciendo al máximo el tiempo de paradas. 2. Con el PLC Controllogix se pudo realizar toda la lógica de control, programando el control de secuencias,

mandos, tareas específicas como

cálculos matemáticos, control de funciones, etc. y con la implementación del Scada RSView32 se logro el control, supervisión y monitoreo de señales de manera remota desde una sala de control a 20 metros del área Chancado. 3. En la operación se consiguió que con un botón se pueda arrancar y parar todo el proceso, también el sistema automático al detectar una falla en cualquier punto del proceso desactiva todos los equipos aguas arriba evitando así el atoro o sobrecarga de mineral en ese punto, como también evitando paradas repentinas no programadas. 4. El impacto económico de este Proyecto, generado por el menor costo de producción por tonelada, la mejor calidad del producto terminado y el aumento en la producción, permitió recuperar y absorber su costo en menos de tres meses, lo que generará un aumento notable en la rentabilidad de la empresa, superando todas las expectativas de la empresa. 5. Con la implementación de este proyecto se cambio el modo de operación de los operadores y jefes de guardia de planta antes realizaban sus labores

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caminando entre equipos ruidosos con mascaras, lentes y orejeras de seguridad, fueron cambiadas por la supervisión de manera remota desde una sala de control con un sillón cómodo, aire acondicionado a 23 ºC sin importar el frio exterior y con la tranquilidad de tener toda la planta bajo control. 6. En la ejecución del proyecto se presentaron problemas como errores en la designación de borneras y también se presentaron errores en el cableado durante la confirmación de señales que se tuvieron que depurar en el momento. 7. Durante la puesta de servicio, en la programación del PLC existían secuencias que no se cumplían por lo que se tuvo rehacer el segmento del programa errado. 8. Dado el gran éxito de este Proyecto para la empresa Minera MARSA, se ha comenzado a preparar un nuevo proyecto para llevar esta aplicación al resto de las áreas de procesamiento, será la automatización de Molienda. Entonces se puede concluir que los objetivos tanto económicos como de producción fueron logrados con éxito mediante la ejecución de este Proyecto.

RECOMENDACIONES 1. Implementar un divisor de carga hidráulico que nos permita mediante sensores de posición, realizar una mejor distribución de cargas en las chancadoras. 2. Implementar un sistema que nos ayude en la detección y retiro de materiales metálicos que puedan dañar las chancadoras. 3. Instalar Cámaras IP o sensores de Nivel que nos puedan mostrar en nivel de las tolvas de finos, al igual que una cámara IP o sensor para la tolva de gruesos. 4. Instalar un sistema de pesaje en la faja G, esta balanza nos ayudara a ver el tonelaje en el día hacia las tolvas de fino. Con esto tendríamos un mejor control del mineral que se encuentra en las tolvas de finos.

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA 1. ROCKWELL AUTOMATION. Manual Guide RSLogix 5000. Starter Version 5.00.10. Rockwell Software Inc. USA 2001 2. ALLEN BRADLEY. Technical Data: 1769 Compact™ I/O Power Supplies and communication Bus Expansion Cables. USA: Rockwell Automation. December 1999. 3. ROCKWELL

AUTOMATION.

RSLogix

5000,Programming

for

the

MicroLogix Families, Getting Results Guide. Rockwell Software Inc. 27 de octubre de 2004. 4. ROCKWELL AUTOMATION. Folleto “Visualization Platforms Selection Guide”, 5. USA 2004. 6. ROCKWELL AUTOMATION. Folleto “Allen Bradley I/O Modules Wiring 7. Diagrams”, USA 2003. 8. Autómatas Programables. 4ª Edición MCgrawW-HILL. ESPAÑA, Madrid, Julio 1990. A. P. PORRAS, A. & MONTANERO. 9. Data Communications for Instrumentation and Control. 3ª Edition. S. G. MACKAY. 10. Australia 2000 11. Metodología de la Investigación 4ª Edition Roberto Hernández Sampieri, Carlos Fernández - Collado.

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ANEXOS 1. Programa elaborado con RS Logix 5000 Se muestra una parte de la programación de la subrutina de Arranque Secuencial.

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2. Red de Industrial de Chancado Antes y Después.

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3. Circuito eléctrico de Chancado

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