Informe-parcial-bonifacio.docx

TECNICO EN INGENIERÌA ELECTRONICA ESCUELA SUPERIOR PRIVADA DE TECNOLOGÍA  DOCENTE:  Xavier Bonifacio  TEMA:  Sistema dosificador y embotellado  CURSO:  Supervisión y control  INTEGRANTES:  Puente Gonzales, Liset  Zurita Linares, Harold  Paucar Panduro Gliskman  Quispe Saico Rodrigo  Mamani Roque Jhon  Rodriguez Navarro Jimmy  Arca Crisologo Juan  Corales Solano Juan  BLOQUE: Electrónica 602

LIMA – PERÚ 2016

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Contenido INTRODUCCIÒN ............................................................................................... 3 PRIMERA ETAPA: ............................................................................................. 4 JUSTIFICACIÒN ............................................................................................. 4 OBJETIVOS.................................................................................................... 5 Objetivos Generales .................................................................................... 5 Objetivos Específicos .................................................................................. 5 ACTIVIDADES A REALIZAR .......................................................................... 6 SEGUNDA ETAPA: ............................................................................................ 7 MARCO TEORICO: ........................................................................................ 7 Dosificación: ................................................................................................ 7 Sistema: ...................................................................................................... 7 Control automático: ..................................................................................... 7 Sistema de control ...................................................................................... 8 Realimentación: .......................................................................................... 9 Planta: ......................................................................................................... 9 Elementos de control:.................................................................................. 9 Sensores ................................................................................................... 10 Motores ..................................................................................................... 14 Bomba de agua ......................................................................................... 14 Servomotores ............................................................................................ 15 Electroválvulas neumáticas ...................................................................... 15 Cilindros neumáticos ................................................................................. 16 Pulsadores ................................................................................................ 16 Variador de frecuencia .............................................................................. 17 Autómatas programables .......................................................................... 17 SIMATIC S7-1200, CPU 1214C, DC/DC/DC, 14DI/10DO/2AI - 6ES72141AG40-0XB ............................................................................................... 19 TERCERA ETAPA: .......................................................................................... 22 DISEÑO DE LA PLANTA .............................................................................. 22 Dosificación: .............................................................................................. 22 Embotellado: ............................................................................................. 23 MATERIALES Y EQUIPOS .............................................................................. 24

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SISTEMA DOSIFICADOR Y EMBOTELLADO INTRODUCCIÒN La tecnología ha venido avanzando de manera acelerada, dándole un giro significativo en la forma de vivir de cada persona. En la actualidad y en particular nuestro país, la automatización, es tal vez, el campo que más se debe de explotar, debido a las exigencias de los consumidores, que día a día desean que la producción de bienes y servicios gocen de mejor calidad. La automatización juega un papel importante dentro de los procesos que se someten a un mezclado y llenado de diversos productos. La forma como se realiza este producto exige, cada vez, de controles óptimos para obtener resultados acordes a las necesidades del consumidor Dar control a cada una de las etapas o fases que hacen parte de la elaboración de un producto final, por medio de la ingeniería de automatización, hace que esté presente menos errores como producto final. Dar una metodología de automatización y control a una planta de dosificación y, así como proponer los dispositivos (sensores y actuadores) adecuados que se puedan implementar para la elaboración de un producto final, es el objetivo primordial de este proyecto. En este documento solo se tomará en cuenta la dosificación, mezcla y llenado de un producto. La elaboración de este proyecto se ha dividido en cinco etapas para su comprensión y desarrollo del proyecto. En la primera etapa se encuentran las generalidades. Es decir, se hace referencia al tema, antecedentes, descripción del problema, y síntesis del proyecto. La justificación, los objetivos trazados y las actividades a realizar para lograr el desarrollo del mismo, también hacen parte de esta etapa. En la segunda etapa se encuentra el marco teórico, y en él se nombran conceptos claves de elaboración del producto final y de los dispositivos de automatización que se consideraron de relevancia para la optimización de los procesos de la planta. En la tercera etapa se encuentra el estudio realizado por los integrantes del proyecto, permitiendo elegir la metodología de automatización y control para las necesidades de la planta. En la cuarta etapa se encuentra la descripción de los sistemas mecánico, neumático y eléctrico – electrónico, algunas de las características que los componentes y su capacidad de trabajo. Finalmente, en la quinta etapa se encuentra el desarrollo de la metodología de automatización y control del proyecto utilizando la técnica de SCADA. Se explica el porqué de los dispositivos electrónicos y eléctricos propuestos por los desarrolladores, teniendo en cuenta el costo, beneficio, facilidad de manejo de cada uno de ellos, las instalaciones y condiciones propias de la planta. 3

PRIMERA ETAPA: JUSTIFICACIÒN En la actualidad la ingeniería se encuentra en constante crecimiento y se cuenta con los conocimientos y la infraestructura requerida para hacer controles automáticos a costos relativamente bajos. Los procesos de dosificación, mezcla llenado, hechos en plantas rudimentarias, presentan incertidumbre en la calidad del producto, ya que el control que se tiene en dichos procesos es poco seguro, puesto que se manejan dispositivos análogos de poca exactitud en sus medidas. A estos errores de los dispositivos los acompaña también los errores que pueda cometer el operario al manipular dichos dispositivos. La automatización de estos procesos, mejora la productividad de las plantas por menos pérdidas por errores cometidos (ya sean por los dispositivos o por el operario), beneficia al trabajador respecto a su comodidad laboral, aumenta la eficiencia operativa y supervisión del sistema, además de facilitarle el manejo del sistema. Pensando en flexibilidad, la automatización permite que la producción de un producto final tenga un control en el producido, arrojando reportes cuando sea necesario, a una central administrativa que los requiera. Con este proyecto se busca garantizar que las plantas, no automatizadas, produzcan productos con la calidad demandada por los consumidores. Con la automatización en los procesos que hacen parte de la elaboración productos finales, se logran características aceptables y de este modo un producto homogéneo para su utilización, es decir, que los porcentajes de los agregados sean los correctos, así mismo como el tiempo requerido para su mezcla y la distribución en las botellas. Los factores anteriormente mencionados, son los que llevan al desarrollo de este proyecto, queriendo dar soluciones con eficiencia, rapidez y exactitud.

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OBJETIVOS

Objetivos Generales Proponer y diseñar una metodología de automatización y control para los procesos de dosificación, mezcla y llenado en una planta, en donde el funcionamiento de dichos procesos no tenga ningún tipo de control automático. Emular los procesos de dosificación, mezcla y llenado.

Objetivos Específicos  Establecer la metodología pertinente de trabajo para el desarrollo del proyecto.  Buscar y determinar qué elementos de la industria se adaptan, tanto en costo como en eficiencia, y que podrían ser implementados dentro de los procesos de dosificación, mezcla y llenado en una planta no automatizada.  Realizar los cálculos matemáticos necesarios para el control de la dosificación de los elementos  Diseñar el software que emule el control para los diferentes procesos que hacen parte de la elaboración de mezcla.  Otorgar flexibilidad al programa, dependiendo las necesidades de la planta y/o del operario cuando se quiera elaborar mezcla requerida o predeterminada.  Dentro del software, realizar o generar reportes que indiquen el tipo de mezcla que se realiza con los porcentajes dados, número de bachadas que se han realizado, fecha y hora.  Establecer y diseñar un sistema que permita detener el funcionamiento de las fases de dosificación y mezcla ante cualquier eventualidad que afecte el adecuado funcionamiento de dichos procesos, de la misma planta y de los operarios.  Elaborar los planos de los circuitos.

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ACTIVIDADES A REALIZAR Para el desarrollo del diseño de una metodología de automatización y control en los procesos de dosificación, mezcla y carga de una planta de asfalto no automatizada (rudimentaria), fue necesario determinar un plan de trabajo que permitiera llevar a cabo los objetivos propuestos. INVESTIGACION DE DIFERENTES FORMAS DE AUTOMATIZACION DE PLANTAS

RECOLECCION DE INFORMACION SOBRE PLANTAS DOSIFICADORAS Y LLENADORAS

PLANTEAMIENTO DE POSIBLES SOLUCIONES PARA UNA PLANTA

ESCOGER LA SOLUCION MAS VIABLE

RECOGER INFORMACION DE DIFERENTES DISPOSITIVOS NECESARIOS PARA LA AUTOMATIZACION DE UNA PLANTA

SELECCION DE DISPOSITIVOS PARA EL CONTROL Y AUTOMATIZACION

REALIZACION DEL PROYECTO

CORRECION DE PROBLEMAS CREADOS EN EL TRANSCURSO DE A REALIZACION DEL PROYECTO

CONCLUSIONES

ENTREGA DE PROYECTO

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SEGUNDA ETAPA: MARCO TEORICO: Para un correcto desarrollo del trabajo es necesario tener claros conocimientos y conceptos cerca de un sistema de control automático de dosificación además del área y las secciones del proceso de llenado.

Dosificación: La dosificación cosiste en determinar o regular la cantidad de un material o sustancia que debe añadirse en cada etapa de un proceso.

Sistema: Un sistema es un conjunto de partes o elementos organizados y relacionados que interactúan entre sí para lograr un objetivo. Los sistemas por lo general reciben (entrada) datos, energía o materia del ambiente y proveen (salida) información, energía o materia. Sistema conceptual También conocido como un sistema ideal. Es un conjunto organizado de definiciones, nombre, símbolos y otros instrumentos de comunicación. Ejemplo de ello es un software Sistema real Los sistemas reales son una entidad material formada por partes organizadas (componentes) que interactúan entre sí de manera que las propiedades de conjunto, sin contradecirlas, no pueden deducirse por completo de las propiedades de las partes. Sistema real abierto Es un sistema que recibe energía y materia del ambiente, cambiando o ajustando su comportamiento o su estado según las entadas que recibe. Sistemas real cerrado Es un sistema cuyo comportamiento es programado y opera con un pequeño intercambio de energía y materia con el ambiente, son sistemas estructurados, donde los elementos y relaciones se combinan de una manera peculiar y rígida produciendo una salida in variable

Control automático: El control automático es el mantenimiento de un valor deseado dentro de una cantidad o condición, midiendo el valor existente, comparándolo con el valor deseado y utilizando la diferencia para proceder a reducirla. En consecuencia, el control automático exige un lazo cerrado de acción y reacción que funcione sin intervención humana.

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Sistema de control Un sistema de control es el ordenamiento de componentes físicos conectados de tal manera que se pueda comandar, dirigir o regularse a sí mismo o a otro sistema. Sistema de control de lazo abierto Los sistemas de control de lazo abierto son aquellos en el que la señal de salida no influye sobre la señal de entrada. Estos sistemas ejecutan acciones con exactitud determinada por su calibración. Esta calibración establece o restablece una relación entre la entrada y la salida con el fin de obtener el sistema la exactitud deseada.

Sistema de control de lazo cerrado Un sistema de control de lazo cerrado es aquel en el que la acción de control es, en cierto modo, dependiente de la salida. La señal de la salida influye en la entrada. Para esto es necesario, que la entrada sea modificada en cada instante en función de la salida. Esto se consigue por medio de lo que llamamos realimentación o retroalimentación (feedback).

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Realimentación: La realimentación es la propiedad de un sistema en lazo cerrado en la que la salida (o cualquier otra variable del sistema que esté controlada) se compara con la entrada del sistema (o una de sus entradas) y la diferencia que existe entre la entrada, que es la señal de referencia o consigna (señal de mando), y el valor de la salida (señal realimentada), se conoce como error o señal de error. La señal que entrega el controlador se llama señal de control o manipulada y la entregada por la salida, señal controlada.

Planta: Una plata es un equipo, quizá un juego de piezas de una máquina, funcionando conjuntamente, cuyo objetivo es realizar una operación determinada. Para el caso de una plata es un objeto físico a controlar.

Elementos de control: El regulador o controlador es el elemento que determina el comportamiento del lazo de control, por lo que debe ser un componente diseñado con gran precisión; mientras que la variable controlada se mantenga en el valor previsto, el regulador no actuara sobre el elemento accionador; pero si el valor de la variable se aleja del prefijado, el regulador modifica su señal, ordenando al accionador que actúe sobre la planta o proceso, en el sentido de corregir dicho alejamiento. Acción proporcional Esta acción de control es más simple de todos los tipos de control y consiste en amplificar la señal de error antes de aplicarla a la planta o proceso; esto significa que si la señal de error es grande, el valor de la variable regulada es grande y si la señal de error del sistema es pequeña, el valor de la variable regulada es pequeña. Acción integral La acción de control integral disminuye y eliminar el error en estado estable. El tipo de control integral actúa cuando hay una desviación entre la variable y el punto de consigna, integrando esta desviación en el tiempo; este error es integrado, lo cual tiene la función de promediarlo o sumarlo por un periodo determinado. Acción derivativa La acción derivativa genera una señal que es directamente proporcional a la derivada del error. La señal de control que se genera es proporcional a la pendiente de error, por tanto tiende a anticiparse a este y minimizar las variaciones.

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Controlador proporcional integral (PI) La acciones proporcional e integral se complementan ; la primer en actuar es la acción proporcional instantáneamente, mientras que la integral actúa durante un intervalo de tiempo; así y por medio de la acción integral se elimina la desviación proporcional, la respuesta del PI ; es la suma de las respuestas de la acción proporcional y la integral; lo que proporciona es una respuesta instantánea al producirse la correspondiente señal de error provocada por a acción proporcional y un posterior integral que se encargara de extinguir la señal de error.

Controlador proporcional derivativo (PD) La acción derivativa por sí sola no se utiliza; puesto que para señales lentas, el error producido en la salida en régimen permanentemente es muy grande y si la señal de mando deja de actuar durante un tiempo largo, la salida tendera a ser cero y no se realizara ningún control. Al incorporar a la acción proporcional las características de la acción derivativa; se mejora la velocidad de respuesta del sistema, a consta de una menor precisión en la salida (durante el intervalo de tiempo en que el control derivativo esté funcionando). El controlador PD se utiliza poco, debido a que no puede compensar completamente las desviaciones proporcionales del sistema y si la componente derivativa es un poco grande, lleva rápidamente a la inestabilidad del lazo de control.

Controlador proporcional integral derivativo (PID) Aprovecha las características de las tres acciones anteriores, de modo que si la señal de error varia lentamente en el tiempo, predomina la acción proporcional e integral y si la señal de error varia rápidamente, predomina la acción derivativa. Tiene la ventaja de tener una respuesta más rápida y una inmediata compensación de la señal de error en el caso de cambios. Tiene como desventaja que el lazo de control es más propenso a oscilar y los ajustes son más difíciles de realizar.

Sensores En la industria se pueden encontrar sensores eléctricos o electrónicos. La función principal de un sensor, es transformar una magnitud que se quiera medir, en otra, y de esta forma facilitar su lectura y su medida. La magnitud que indica un sensor, puede ser directa, (como los termómetros de mercurio), o también pueden estar conectados a un indicador, es decir, a través de un convertidor análogo a digital, a un computador o a un display. A continuación, se mencionan algunos sensores utilizados en este tipo de plantas.

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Sensor de nivel de líquido horizontal Los sensores son la parte esencial en cualquier circuito de control. Los nuevos sensores de inclinación / posición, y vibración, están fabricados con materiales no tóxicos (no contienen mercurio), con cápsulas herméticas sumamente seguras. Los sensores de nivel de líquidos C-7235 están fabricados con Polipropileno. Cuando el flotador magnético pivota al nivel adecuado, el sensor abrirá o cerrará sus contactos respecto a la posición de montaje. La sujeción al depósito se realiza mediante rosca y disponen de 50 cm. de cable para la conexión.

Sensor de flujo El sensor de flujo de agua se compone de una válvula con cuerpo de plástico, un rotor de agua, y un sensor de efecto Hall. Cuando el agua fluye a través de los rodillos del rotor, el rotor gira. Su velocidad cambia con diferente tasa de flujo. El sensor de efecto Hall emite la señal de pulsos correspondiente.

Sensor ultrasónico (HC-SR04)

Características: Detecta el ángulo: 15 grados Funcionamiento: + 5V DC Corriente : 15mA

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HC-SR04 consta de transmisores ultrasónicos, receptores y circuitos de control. Cuando se dispara, envía una serie de pulsos de ultrasonidos de 40KHz y recibe el eco de un objeto. La distancia entre la unidad y el objeto se calcula midiendo el tiempo de desplazamiento del sonido y emitiéndolo como el ancho de un pulso TTL.

Para medir la distancia, se debe generar un Trig y lo conduce al pin de entrada Trig. El nivel de señal de trig se debe cumplir con los requisitos de nivel TTL(Es decir, nivel alto> 2,4V, nivel bajo <0,8V) y su anchura debe ser mayor que 10us. Al mismo tiempo es necesario supervisar el pin de salida midiendo la anchura de impulso de la señal de salida. La distancia se puede calcular mediante la fórmula siguiente:

𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 =

𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑠 ∗ 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑜𝑛𝑖𝑑𝑜 2

Dónde:  

El ancho de pulso está en unidad de segundo (s) y la velocidad de sonido está en unidad de metro / segundo. (m/s) Normalmente la velocidad del sonido es de 340m / s a temperatura ambiente.

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Nota: 1. La anchura de la señal trig debe ser mayor que 10us 2. El intervalo de repetición de la señal trig debe ser mayor de 60ms para evitar la interferencia entre mediciones conectivas

SENSORES DE BARRERA Las barreras tipo emisor-receptor están compuestas de dos partes, un componente que emite el haz de luz, y otro componente que lo recibe. Se establece un área de detección donde el objeto a detectar es reconocido cuando el mismo interrumpe el haz de luz. Debido a que el modo de operación de esta clase de sensores se basa en la interrupción del haz de luz, la detección no se ve afectada por el color, la textura o el brillo del objeto a detectar. Estos sensores operan de una manera precisa cuando el emisor y el receptor se encuentran alineados. Ventajas e Inconvenientes

La luz solo tiene que atravesar el espacio de trabajo una vez, por lo que se favorecen grandes distancias de funcionamiento, hasta 60 metros. Son apropiadas para condiciones ambientales poco favorables, como suciedad, humedad, o utilización a la intemperie, así como independientemente del color del objeto realiza una detección precisa del objeto. La instalación se ve dificultada por tener que colocar dos aparatos separados y con los ejes ópticos alineados de manera precisa y delicada, ya que el detector emite en infrarrojos. Además de la imposibilidad de que sean transparentes.

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Precauciones de montaje

A la hora del montaje hay que tener en cuenta las superficies reflectantes cercanas a los dispositivos, provocando un mal funcionamiento de la fotocélula. También hay que tener en cuenta las posibles interferencias mutuas por la cercanía de varios de estos dispositivos, además de controlar los ambientes sucios, ya que la suciedad afecta negativamente en la lente emisora.

Motores Las necesidades de la industria han obligado a los fabricantes de motores a crear distintas clases de ellos. Las más utilizadas en corriente alterna son los asíncronos, síncronos y monofásicos. Arrancar un motor lleva consigo los problemas debidos a sus características; mientras el rotor asíncrono puede arrancar sin más, conectándolo directamente a la red, el síncrono precisa de un empalamiento, y el monofásico de un bobinado o espira de arranque. En el momento del arranque del motor, este debe generar un para lo suficientemente grande para vencer la que ofrecen los mecanismos propios y las cargas que estén aplicadas al eje del motor.

Bomba de agua Una bomba es una máquina generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud.

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Servomotores Un servomotor (también llamado servo) es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición. Un servomotor es un motor eléctrico que puede ser controlado tanto en velocidad como en posición.

CONEXION DEL SERVOMOTOR 

(rojo) es para alimentación, Vcc (~ +5volts)



(negro) para conexión a tierra (GND)



(blanco o amarillo) es la línea de control por la que se le envía la señal codificada para comunicar el ángulo en el que se debe posicionar.

Electroválvulas neumáticas Una electroválvula es una válvula electromecánica, diseñada para controlar el paso de un fluido por un conducto o tubería. La válvula se mueve mediante una bobina solenoide. Generalmente no tiene más que dos posiciones: abierto y cerrado, o todo y nada. Las electroválvulas se usan en multitud de aplicaciones para controlar el flujo de todo tipo de fluidos.

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Cilindros neumáticos Los actuadores neumáticos consisten tanto en cilindros lineales como en actuadores rotatorios proveedores del movimiento. Los actuadores neumáticos son menos costosos y más seguros que otros sistemas, sin embargo, es difícil controlar la velocidad o la posición debido a la compresibilidad del aire que se utiliza. En los actuadores neumáticos se comprime el aire abastecido por un compresor, el cual viaja a través de mangueras. Los robots que funcionan con actuadores neumáticos están limitados a operaciones como la de tomar y situar ciertos elementos. La exactitud se puede incrementar mediante paros mecánicos y los robots accionados en forma neumática son útiles para las aplicaciones ligeras que involucran las operaciones de recoger-colocar.

Pulsadores Un botón o pulsador es un dispositivo utilizado para realizar cierta función. Los botones son de diversas formas y tamaños y se encuentran en todo tipo de dispositivos, aunque principalmente en aparatos eléctricos y electrónicos. Los botones son por lo general activados, al ser pulsados con un dedo. Permiten el flujo de corriente mientras son accionados. Cuando ya no se presiona sobre él vuelve a su posición de reposo. Puede ser un contacto normalmente abierto en reposo NA o NO (Normally Open en Inglés), o con un contacto normalmente cerrado en reposo NC.

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Variador de frecuencia Un variador de frecuencia (siglas VFD, del inglés: Variable Frequency Drive o bien AFD Adjustable Frequency Drive) es un sistema para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna (AC) por medio del control de la frecuencia de alimentación suministrada al motor. Un variador de frecuencia es un caso especial de un variador de velocidad. Los variadores de frecuencia son también conocidos como drivers de frecuencia ajustable (AFD), drivers de CA, microdrivers o inversores. Dado que el voltaje es variado a la vez que la frecuencia, a veces son llamados drivers VVVF (variador de voltaje frecuencia). variador de

Autómatas programables El autómata programable a supuesto un gran paso en la automatización industrial y ha simplificado gran cantidad de tareas de cableado y automatismos clásicos. Un autómata programable industrial (API) o Programable logic controller (PLC), es un equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales. Un PLC trabaja en base a la información recibida por los captadores y el programa lógico interno, actuando sobre los accionadores de la instalación. Todas las instrucciones que se le hayan programado al dispositivo, son depositadas en una memoria, que es propia del autómata programable, lo que quiere decir que de la misma forma como se le programaron o introdujeron, pueden ser cambiadas por otras en el mismo lugar de instalación, incluso durante el proceso de trabajo, sin necesidad de cambiar los cables que necesariamente deben ir en cualquier sistema de automatización. Función de un Autómata Programable Un autómata programable ha sido diseñado para desarrollar múltiples funciones como: leer señales de interruptores de posición, pulsadores, detectores de nivel, presostatos, etc., y también para la lectura de señales digitales, así como las analógicas. Además de lo anterior, envía órdenes de mando a los contactos de los motores, válvulas magnéticas, lámparas de señalización, entre otros dispositivos, y por último, contar impulsos, almacenar

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señales, etc., con solo tenerlo conectado a una red informática para enviar y recibir datos de la red. Partes que Componen un Autómata Programable La estructura de los autómatas programables es diferente de cada modelo y marca. Sin embargo, existe una constante en ellos para su funcionamiento. MICROPROCESADOR Este es el que se encarga de dirigir el funcionamiento del autómata programable. Es quien recibe las órdenes del programa, ejecuta el programa y realiza sus funciones. En otras palabras, es la unidad de procesamiento, es el cerebro del PLC y se encarga de organizar todas las actividades de control recibiendo las señales, tomando las decisiones lógicas según el programa y controlando las salidas. MEMORIA La memoria, es el lugar donde reside el programa. El programa irá leyéndose de la memoria, instrucción a instrucción, a medida que se ejecute. Esta, es la que indica al microprocesador que eventos deben tener lugar y la secuencia en que deben ocurrir. ENTRADAS / SALIDAS Son las conexiones para comunicarse son el exterior, recibir las señales externas para procesar o activar las salidas en función del proceso del programa. Las entradas son señales que provienen de sensores o interruptores de control. Y las 46 salidas son señales que arrancan motores o inician procesos que están siendo controladas por el autómata programable. FUENTE DE ALIMENTACIÓN Como su nombre lo indica, es la encargada de dar alimentación a todo el conjunto, es decir, es la que hace que el autómata programable empiece a funcionar y por ende, a ejecutar el programa que se le ha cargado. Es la que proporciona los niveles de voltaje necesarios para la operación interna del PLC.

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SIMATIC S7-1200, CPU 1214C, DC/DC/DC, 14DI/10DO/2AI - 6ES7214-1AG40-0XB Datos técnicos

Información general Versión de firmware

V4.1

Ingeniería con ● Paquete de programación STEP 7 V13 SP1 o superior Tensión de alimentación Valor nominal (DC) si ● 24 V DC Intensidad de entrada Consumo (valor nominal) 500 mA; Solo CPU 1 500 mA; CPU con todos los Consumo máx. módulos de ampliación Intensidad de cierre, máx. 12 A; con 28,8 V Intensidad de salida 1 600 mA; máx. 5 V DC para SM y Para bus de fondo (5 V DC), máx. CM Pérdidas Pérdidas, típ. 12 W Memoria Memoria de carga ● integrado ● enchufable (SIMATIC Memory Card), máx

4 Mbyte con SIMATIC Memory Card

Memoria de trabajo ● integrado 100 kbyte 100 kbyte ● Ampliable No No Tiempos de ejecución de la CPU para operaciones a bits, típ. 0,085 µs; /instrucción para operaciones a palabras, típ. 1,7 µs; /instrucción para artitmética de coma flotante, 2,3 µs; /instrucción típ. CPU-bloques DBs, FCs, FBs, contadore y temporizadores. El número máximo de bloques direccionables es de 1 a 65535. No hay ninguna restricción, uso de toda la memoria de trabajo

Nº de bloques (total)

OB ● Cantidad, máx

Limitada únicamente por la memoria de trabajo para código

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Áreas de datos y su remanencia Área de datos remanentes total (incl. temporizadores, contadores, marcas), máx

10 kbyte

Marcas 8 kbyte; Tamaño del área de marcas Configuración del hardware 3 Communication Module, 1 Signal Nº de módulos por sistema, máx. Board, 8 Signal Module Entradas digitales Nº de entradas digitales 14; integrado ● De ellas, entradas usable para 6; HSC (High Speed Counting) funciones tecnológicas Canales integrados (DI) 14 Tensión de entrada ● Valor nominal (DC) 24 V ● para señal "0" 5 V DC, con 1 mA ● para señal "1" 15 VDC at 2.5 mA Retardo de entrada (a tensión nominal de entrada) para entradas estándar ● Cantidad, máx.

— parametrizable

0,2 ms, 0,4 ms, 0,8 ms, 1,6 ms, 3,2 ms, 6,4 ms y 12,8 ms, elegible en grupos de 4

— en transición "0" a "1", máx. 0,2 ms — en transición "0" a "1", máx. 12,8 ms para entradas de alarmas — parametrizable si Longitud del cable 500 m; 50 m para funciones ● apantallado, máx tecnológicas 300 m; Para funciones tecnológicas: No

● No apantallado, máx. Salidas digitales Número de salidas

10 4; Salida de tren de impulsos 100 ● De ellas, salidas rápidas kHz Canales integrados (DO 10 Frecuencia de conmutación ● de las salidas de impulsos, con 100 kHz carga óhmica, máx. Longitud del cable ● apantallado, máx 500 m ● No apantallado, máx. 150 m

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Entradas analógicas Nº de entradas analógicas Canales integrados (AI)

2 2; 0 a 10 V Rangos de entrada

● Tensión

Sí Rangos de entrada (valores nominales), tensiones ● 0 a +10 V Sí Resistencia de entrada (0 a 10 V) ≥100 kohmios Longitud del cable ● apantallado, máx 100 m; trenzado y apantallado Sensor Sensores compatibles ● Sensor a 2 hilos si Interfaz Tipo de interfaz PROFINET Norma física Ethernet Funcionalidad Sí; también con funcionalidad de ● PROFINET IO-Device IO-Device simultánea ● PROFINET IO-Controller si PROFINET IO-Controller ● Velocidad de transferencia, máx. 100 Mbit/s ● Nº de IO Devices que se pueden 16 conectar en total, máx. Funciones integradas Nº de contadores 6 Frecuencia de contaje (contadores), 100 kHz máx. Frecuencímetro si Posicionamiento en lazo abierto si Número de ejes de posicionamiento con regulación de posición, máx

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Número de ejes de posicionamiento mediante interfaz impulsos/sentido

4

Regulador PID si Nº de entradas de alarma 4 Nº de salidas de impulsos 4 Frecuencia límite (impulsos) 100 kHz Grado de protección y clase de protección Grado de protección según EN 60529 ● IP20 si

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Dimensiones Ancho Alto Profundidad

110 mm 100 mm 75 mm Pesos

Peso, aprox.

415 g Última modificación: 11.04.2015

TERCERA ETAPA: DISEÑO DE LA PLANTA

Dosificación: En nuestro diseño les mostraremos tres recipientes, en los dos primeros recipientes ubicaremos a los productos intervinientes en el proceso, en el tercero y último se recepcionara los productos de los dos primeros recipientes, realizando una mezcla de estos. En estos tres recipientes se realizara un control PID de nivel, con esto controlaremos el ingreso y salida del líquido, que está dado por bombas ubicadas en cada uno de los recipientes.

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Embotellado: Luego de pasar el proceso de dosificación el producto pasara a ser embotellado, en esta parte tenemos una faja transportadora que se encargara de movilizar los recipientes que contendrán el producto final. En esta parte contamos con 3 sensores de barrera que controlaran la velocidad de la faja en distintos puntos. 1. En un primer instante actuara el primer sensor de barrera, que hará detener la faja para realizar el llenado del contenido, controlado por tiempo de llenado. 2. Luego actuara un segundo sensor que también detendrá la faja para hacer llegar una tapa al recipiente. 3. Por ultimo actuara el tercer sensor que realizara el enroscado de la tapa, también hará detener la faja.

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Diagrama del proceso:

INICIO DEL PROCESO

INTRODUCCION DE LOS MATERIALES QUE INTERVINEN EN EL PROCESO

MEZCLADO DE LOS MATERIALES INTRODUCIDOS

EXPULSION DEL PRODUCTO HACIA EL EMBOTELLADO

LLENADO DE UN RECIPIENTE ESPECIFICO

TAPADO DEL RECIPIENTE

ENROSCADO DE LA TAPA DEL RECIPIENTE

OBTENCION DEL PRODUCTO EMBOTELLADO

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CONTROLADORES DE LA PLANTA Para el control total de nuestra planta tendremos al PLC Siemens s7-1200, con conexión a la tarjeta Arduino para el control de distintas señales análogas.

Control de motores (bombas) Como interface entre las bombas y el PLC, tenemos las tarjetas controladoras de pulsos PWM, con esto se controlara el encendido y apagado de las bombas, cuyo circuito es el siguiente:

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Accionamientos a relé

Control de sensores ultrasónicos Control de comunicación

PROGRAMACION EN EL TIA PORTAL PROGRAMACION DE COMUNICACIÓN (MODBUS)

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CUARTA ETAPA: En esta etapa del proyecto mostraremos la estructura real de la planta, medidas, diseño, etc.

DOSIFICADORA

CANTIDAD 2 CAPACIDAD 5 L

CANTIDAD 1 CAPACIDAD 10 L

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MEDIDAS GENERALES DE LA DOSIFICADORA ALTURA 110 cm LARGO 70 cm ANCHO 35cm

bOMBAS

CANTIDAD ALIMENTACION CAPACIDAD MAX AMPERIOS SALIDA

2 24 V - DC 12 L / min 0.4 A 5W

CANTIDAD 1 ALIMENTACION 110 V – AC CAPACIDAD MAX 12 L / min

CANTIDAD 1 ALIMENTACION 5 V – DC VOLTAJE DE OPERACIÓN NOMINAL 5V RANGO DE VOLTAJE DE OPERACIÓN 1Va7V VELOCIDAD DE OPERACIÓN < 15000 rpm VELOCIDAD CON CARGA 11600 rpm

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. CANTIDAD CORRIENTE DE OPERACIÓN PULSOS POR LITRO PASO DE CAUDAL PRESIÓN DEL LIQUIDO

1 10 mA (5V) 288 0.6 ~ 5 L/min 1.75 Mpa

LINEA DE EMBOTELLAMIENTO MEDIDAS GENERALES ALTURA 110 cm LARGO 107 cm ANCHO 26 cm

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CANTIDAD MARCA DIAMETRO CARRERA

3 FESTO 25 mm 25 cm

MOTOR

CANTIDAD TIPO 60 Hz 50 Hz

1 Trifásico 3280 / min 2740 / min

CANTIDAD 2 MARCA FESTO TIPO 5/2 PRESION MAX 8 BAR /116 PSI PRESION MIN 1.8 BAR / 26.1 PSI

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. CANTIDAD 3 ALIMENTACION 5 V

CANTIDAD 3 START NO STOP NC EMERGENCIA NO

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CANTIDAD TAMAÑO PESO SPEED @ 6V STALL TORQUE @ 6V [email protected] STALL [email protected]

2 40,7 x 20,5 x 39,5 mm 43 g 0.12 sec/60 ° 4,4 kg · cm 0.15 sec/60 ° 3,5 kg · cm

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1. SISTEMA DE CONTROL 4.1 PROPOSITO GLOBAL DEL SISTEMA DE CONTROL En este capítulo se presenta el sistema de control de nuestra planta abordando los temas que se consideran de mayor importancia, como por ejemplo el tipo de sistema de control que se quiere implantar, la explicación de las variables que deben ser controladas o supervisadas, y los elementos de interface con el proceso para llevarlo a cabo Un sistema de control, permite un gran número de actuaciones que pueden ir desde una medida de temperatura para comprobar la operación de un reactor, hasta un complejo sistema de optimización del proceso mediante técnicas avanzadas de control. Sin embargo, el objetivo del sistema de control que se plantea no pretende abarcar un estudio tan extenso, sino hacer una recopilación de las variables críticas del proceso y esbozar el tipo de control al que deberían someterse. Por tanto, en las páginas que siguen se contemplan los aspectos más importantes en cuanto a:  Regulación de variables del proceso automatización de operaciones en etapas críticas del proceso  Supervisión de los parámetros de proceso más importantes que puedan asegurar una correcta evolución de la planta 4.2 PROGRAMA EN PLC S7-1200

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Q 0.0 Q 0.1 Q 0.2 Q 0.3 Q 0.4 Q 0.5 Q 0.6 Q 0.7 Q 1.0 Q 1.1

BOMBA 1 BOMBA 2 RESISTENCIA PULSO SERVOVALVULA MOTOR FAJA TRANSPORTADORA Y1 ELECTROVALVULA ELETROBOMBA SENTIDO HORARIO SENTIDO ANTIHORARIO Y2 ELECTROVALVULA

I 0.0 I 0.1 I 0.2 I 0.3 I 0.4 I 0.5 I 0.6

ELECTRONIVEL BAJO ELECTRONIVEL ALTO SENSOR 1 SENSOR 2 SENSOR 3 SEÑAL FLUJOMETRO RESET

4.3 CALCULOS

2. CONCLUSIONES 3. OBSERVACIONES 4. BIBLIOGRAFIA

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