raúl gómez marcos proyecto de automatizaciÓn de...

Raúl Gómez Marcos

PROYECTO DE AUTOMATIZACIÓN DE PLANTA DE PROCESOS

DE REGULACIÓN Y CONTROL DE FLUIDOS

TRABAJO DE FINAL DE GRADO

dirigido por Joan Pere Fibla Biosca

Grado de Ingeniería Electrónica Industrial y Automática

Tarragona

2019

Universitat Rovira i Virgili

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Índice

ÍNDICE ................................................................................................................................................................. 3

INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................................. 10

1 OBJETO .................................................................................................................................... 11

2 ALCANCE ................................................................................................................................. 12

3 ANTECEDENTES ....................................................................................................................... 12

4 DEFINICIONES Y ABREVIATURAS ............................................................................................. 13

5 REFERENCIAS .......................................................................................................................... 14 5.1 Manuales .............................................................................................................................. 14 5.2 Hojas de Datos / Datasheets ................................................................................................. 15

FASE 1: IDENTIFICACIÓN Y DIAGNÓSTICO .............................................................................................. 16

6 FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA ............................................................................................ 17 6.1 Depósitos de Trabajo ............................................................................................................ 18 6.2 Conexiones y Control de Flujo .............................................................................................. 19 6.3 Depósito de Drenaje ............................................................................................................. 20 6.4 Equipo de Control ................................................................................................................ 21 6.5 Ejemplo de Uso .................................................................................................................... 22

7 CONDICIONES DE PARTIDA ...................................................................................................... 23 7.1 Planta .................................................................................................................................. 23 7.2 Componentes de la Planta .................................................................................................... 26 7.3 Conexiones Eléctricas........................................................................................................... 37

FASE 2: RETROFIT DE LA PLANTA DE FLUIDOS ...................................................................................... 43

8 RESTAURACIÓN DE LA PLANTA ................................................................................................ 44 8.1 Planta .................................................................................................................................. 44 8.2 Equipo de la Planta y su Cableado........................................................................................ 47 8.3 Conexiones de la Planta ....................................................................................................... 62

FASE 3: EQUIPO DE CONTROL ..................................................................................................................... 69

9 EQUIPO DE CONTROL ............................................................................................................... 70 9.1 Base del Equipo .................................................................................................................... 71 9.2 PLC-Autómata ...................................................................................................................... 72 9.3 Módulos de Señales Analógicas ............................................................................................ 74 9.4 Módulo Switch Ethernet de 4 Puertos .................................................................................... 76 9.5 Pantalla HMI Magelis .......................................................................................................... 77 9.6 Fuentes de Alimentación ....................................................................................................... 77 9.7 Seguridad ............................................................................................................................. 79 9.8 Relés .................................................................................................................................... 82 9.9 Bornes de Conexión de Carril DIN ....................................................................................... 86

FASE 4: PROGRAMACIÓN ............................................................................................................................. 88

10 SOFTWARE ............................................................................................................................... 89 10.1 Logic Builder ........................................................................................................................ 90 10.2 Vijeo Designer ...................................................................................................................... 91

11 PROGRAMA .............................................................................................................................. 92 11.1 Logic Builder ........................................................................................................................ 93 11.2 Vijeo Designer ...................................................................................................................... 97

FASE FINAL: PUESTA EN MARCHA ........................................................................................................... 101


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12 PRUEBAS DEL EQUIPO ............................................................................................................ 102 12.1 Programa ........................................................................................................................... 102 12.2 Pérdidas de líquido ............................................................................................................. 102 12.3 Control de Llenado y Vaciado ............................................................................................. 103 12.4 Alarmas .............................................................................................................................. 103 12.5 Sensor de nivel ................................................................................................................... 104 12.6 Controles ............................................................................................................................ 104 12.7 Puesta en Marcha ............................................................................................................... 104

PRESUPUESTO ............................................................................................................................................... 105

13 PRESUPUESTO ........................................................................................................................ 106

CONCLUSIONES ............................................................................................................................................ 108

14 CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 109 14.1 Futuro del Proyecto ............................................................................................................ 109

ANEXOS ........................................................................................................................................................... 111

15 ANEXOS.................................................................................................................................. 112 15.1 Esquema Eléctrico .............................................................................................................. 112 15.2 Tabla de Entradas/Salidas .................................................................................................. 120 15.3 Programa Completo ........................................................................................................... 120 15.4 Tabla del Cableado de la Planta ......................................................................................... 133 15.5 Análisis del Circuito del Sensor de Temperatura ................................................................. 138 15.6 Manual de Uso de la Planta ................................................................................................ 141 15.7 Datos extraídos de la Planta/Parámetros de la Planta ......................................................... 143


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Lista de Tablas

Tabla 1: Cableado agitadores ...................................................................................................................................... 65

Tabla 2: Cableado electroválvulas ............................................................................................................................... 66

Tabla 3: Cableado motobomba ................................................................................................................................... 67

Tabla 4: Cableado de cada captador ............................................................................................................................ 67

Tabla 5: Cableado de cada resistencia ......................................................................................................................... 68

Tabla 6: Entradas/Salidas del programa ....................................................................................................................... 94

Tabla 7: Alarmas ........................................................................................................................................................ 95

Tabla 8: Índice de páginas del esquema eléctrico ....................................................................................................... 113

Tabla 9: Información de las entradas y salidas del PLC ............................................................................................... 120

Tabla 10: Cableado de la planta ................................................................................................................................ 137

Tabla 11: Resistencias de los circuitos de los sensores de temperatura ...................................................................... 139


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Lista de Ilustraciones

Ilustración 1: Imagen del estado final de la planta junto a la estación de control .......................................................... 11

Ilustración 2: Plantilla de las diferentes zonas que forman la planta ............................................................................. 17

Ilustración 3: Colocación de los componentes de un depósito de trabajo ..................................................................... 18

Ilustración 4: Vista del interior del nivel central de la planta donde se encuentran las electroválvulas y la motobomba . 19

Ilustración 5: Conectores del elemento de control de flujo “Electroválvula 1” .............................................................. 19

Ilustración 6: Bornes de conexión eléctrica al equipo de la planta ................................................................................ 20

Ilustración 7: Depósito de drenaje abierto y Vcaío ....................................................................................................... 21

Ilustración 8: Ejemplo de uso de la maqueta................................................................................................................ 22

Ilustración 9: Esquema de control de proceso del flujo del fluido por la planta ............................................................. 22

Ilustración 10: Estado de la planta al iniciar el proyecto ............................................................................................... 23

Ilustración 11: Cal acumulada en el fondo del depósito de trabajo 1 ............................................................................ 24

Ilustración 12: Estado de las tomas de entrada/salida y de las mangueras de plástico al iniciar el proyecto ................... 24

Ilustración 13: Ejemplo de tapa metálica cubriendo el cableado de la resistencia calorífica .......................................... 25

Ilustración 14: Agua estancada en el interior del depósito de trabajo 2 ........................................................................ 25

Ilustración 15: Indicador de nivel del depósito de drenaje en mal estado ..................................................................... 26

Ilustración 16: Ejemplo de corriente creada por convección y efectos del agitador ....................................................... 26

Ilustración 17: Imagen del motor-agitador con la tapa retirada ................................................................................... 27

Ilustración 18: Conexión interna de electroválvula a toma ........................................................................................... 28

Ilustración 19: Motobomba en estado previo al cambio de tubos ................................................................................ 29

Ilustración 20: Captador de nivel capacitivo................................................................................................................. 30

Ilustración 21: Indicador de nivel en la pared de un depósito de trabajo ...................................................................... 30

Ilustración 22: Circuito del captador de temperatura ................................................................................................... 31

Ilustración 23: Cara delantera del circuito adaptador de la señal de temperatura ......................................................... 32

Ilustración 24: Cara posterior del circuito adaptador de la señal de temperatura.......................................................... 32

Ilustración 25: Fuente de alimentación conectada a ±15V ............................................................................................ 33

Ilustración 26: Sensor de temperatura en la base del tanque ....................................................................................... 33

Ilustración 27: Calibración del captador de temperatura 1 ........................................................................................... 34

Ilustración 28: Sensor de temperatura del laboratorio utilizado para la prueba ............................................................ 35

Ilustración 29: Termostato .......................................................................................................................................... 36

Ilustración 30: Conexionado de la resistencia calefactora sin tapa ............................................................................... 36

Ilustración 31: Base de un depósito de trabajo vacío.................................................................................................... 37

Ilustración 32: Dibujo de manguera conectada a uno de los bornes de la maqueta ....................................................... 38

Ilustración 33: Borne de tres pines .............................................................................................................................. 38


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Ilustración 34: Borne de los agitadores ........................................................................................................................ 39

Ilustración 35: Borne de las electroválvulas ................................................................................................................. 39

Ilustración 36: Borne de la Motobomba ...................................................................................................................... 40

Ilustración 37: Borne de los Captadores ...................................................................................................................... 41

Ilustración 38: Borne del Captador 2 extraído .............................................................................................................. 41

Ilustración 39: Borne de las Resistencias...................................................................................................................... 42

Ilustración 40: Estado de la planta una vez limpiada .................................................................................................... 44

Ilustración 41: Nuevas tomas de entrada/salida de fluido ........................................................................................... 45

Ilustración 42: Estado de la planta en restauración ...................................................................................................... 45

Ilustración 43: Interior de la planta con elementos extraídos ....................................................................................... 46

Ilustración 44: Depósito de drenaje antes de la restauración....................................................................................... 46

Ilustración 45: Nuevo indicador de nivel del depósito de drenaje ................................................................................. 47

Ilustración 46: Motor-agitador tras la limpieza ............................................................................................................ 47

Ilustración 47: Nuevo motor instalado......................................................................................................................... 48

Ilustración 48: Electroválvula extraída ........................................................................................................................ 49

Ilustración 49: Motobomba extraída ........................................................................................................................... 49

Ilustración 50: Fuente de alimentación 24 Vcc y 1,2 A .................................................................................................. 50

Ilustración 51: Fuente de alimentación de 24 Vcc y 10 A .............................................................................................. 51

Ilustración 52: Captador de nivel capacitivo extraído ................................................................................................... 51

Ilustración 53: Sensor cilíndrico de ultrasonidos .......................................................................................................... 52

Ilustración 54: Sensor de ultrasonidos colocado en la tapa superior de un depósito de trabajo ..................................... 52

Ilustración 55: Conexionado del sensor de ultrasonidos ............................................................................................... 53

Ilustración 56: Vista del interior del borne del captador 1 con un cable desolado ......................................................... 53

Ilustración 57: Extracción de los cables del captador de nivel ....................................................................................... 54

Ilustración 58: Colocación final del sensor de ultrasonidos ........................................................................................... 56

Ilustración 59: Toma de entrada/salida de fluido de la parte superior del depósito de trabajo retirada ......................... 56

Ilustración 60: Divisor de tensión de 24 V .................................................................................................................... 57

Ilustración 61: Divisor de tensión en protoboard ......................................................................................................... 57

Ilustración 62: Cara posterior del circuito adaptador de la señal de temperatura.......................................................... 58

Ilustración 63: Resistencias añadidas al circuito adaptador de la señal de temperatura ................................................ 59

Ilustración 64: Cable de conexión a tierra pasado por la parte de los bornes ................................................................ 60

Ilustración 65: Nuevo conexionado de las resistencias y el termostato ......................................................................... 61

Ilustración 66: Prensaestopas antiguos de la planta ..................................................................................................... 61

Ilustración 67: Prensaestopas de plástico nuevos ........................................................................................................ 62

Ilustración 68: Nuevos prensaestopas colocados ......................................................................................................... 62


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Ilustración 69: Estado final de las conexiones de la planta............................................................................................ 63

Ilustración 70: Conexión de una manguera de 3 cables ................................................................................................ 63

Ilustración 71: Manguera de 3 cables abierta .............................................................................................................. 64

Ilustración 72: Manguera de 3 cables cortada .............................................................................................................. 64

Ilustración 73: Toma de conexión eléctrica de las mangueras desmontada .................................................................. 65

Ilustración 74: Cables de la manguera de la motobomba ............................................................................................. 66

Ilustración 75: Cables de la manguera de la motobomba arreglados ............................................................................ 66

Ilustración 76: Cables de la manguera de un captador ................................................................................................. 67

Ilustración 77: Anterior conexión a los cables de la toma de cuatro pines ..................................................................... 68

Ilustración 78: Estado final de la estación de control .................................................................................................... 70

Ilustración 79: Placa telequick ..................................................................................................................................... 71

Ilustración 80: Carril DIN ............................................................................................................................................. 72

Ilustración 81: PLC Modicon M241 .............................................................................................................................. 72

Ilustración 82: Conexionado entradas digitales al PLC .................................................................................................. 73

Ilustración 83: Conexionado salidas digitales transistorizadas ...................................................................................... 73

Ilustración 84: Conexionado salidas digitales por bobina.............................................................................................. 74

Ilustración 85: Módulo de expansión de señales analógicas ......................................................................................... 75

Ilustración 86: Conexionado de los módulos de señales analógicas .............................................................................. 75

Ilustración 87: Módulo switch ethernet de 4 puertos ................................................................................................... 76

Ilustración 88: Cara posterior de la pantalla HMI Magelis............................................................................................. 77

Ilustración 89: Pantalla principal en la pantalla HMI ..................................................................................................... 77

Ilustración 90: Fuente de alimentación de 24 Vcc y 1,2 A ............................................................................................. 78

Ilustración 91: Fuente de alimentación de 24 Vcc y 10 A .............................................................................................. 78

Ilustración 92: Toma de corriente modular .................................................................................................................. 79

Ilustración 93: Interruptor automático magnetotérmico de protección ........................................................................ 80

Ilustración 94: Contactor con bobina de control de 24 Vcc ........................................................................................... 81

Ilustración 95: Seta de emergencia .............................................................................................................................. 81

Ilustración 96: Relé con bobina de control de 24 Vcc ................................................................................................... 82

Ilustración 97: Base de los relés miniatura enchufables ............................................................................................... 83

Ilustración 98: Conexionado de los relés con bobina .................................................................................................... 83

Ilustración 99: Relés con bobina de control de 24 Vcc colocados .................................................................................. 84

Ilustración 100: Relé con bobina de control de 230 Vca ............................................................................................... 84

Ilustración 101: Relé de estado sólido con salida de 230 Vca ........................................................................................ 86

Ilustración 102: Conexionado de un relé de estado sólido ............................................................................................ 86

Ilustración 103: Bornes de conexión de carril DIN ........................................................................................................ 87


9

Ilustración 104: Borne de conexión a tierra ................................................................................................................. 87

Ilustración 105: Diagrama de bloques del flujo de trabajo del proyecto ........................................................................ 89

Ilustración 106: Interfaz de programación del Logic Builder ......................................................................................... 90

Ilustración 107: Interfaz de programación Vijeo Designer ............................................................................................ 91

Ilustración 108: Panel de Inicio.................................................................................................................................... 97

Ilustración 109: Panel de Selección.............................................................................................................................. 98

Ilustración 110: Panel del Depósito de Trabajo 1 ......................................................................................................... 98

Ilustración 111: Panel de Alarmas ............................................................................................................................... 99

Ilustración 112: Panel de Inicio con mensaje de alarma ............................................................................................. 100

Ilustración 113: Circuito eléctrico del sensor de temperatura..................................................................................... 138

Ilustración 114: Conexionado del AO 741 .................................................................................................................. 139

Ilustración 115: Modificación del circuito eléctrico de los sensores de temperatura ................................................... 140

Ilustración 116: Gráfica del llenado de un depósito de trabajo ................................................................................... 144

Ilustración 117: Gráfica del vaciado de un depósito de trabajo sin electroválvulas ...................................................... 144

Ilustración 118: Gráfica del vaciado del depósito 1 mediante la electroválvula 1 ........................................................ 145

Ilustración 119: Gráfica del vaciado del depósito 2 mediante la electroválvula 2 ........................................................ 145

Ilustración 120: Gráfica de la temperatura del depósito 2 con un nivel del 0% ............................................................ 146

Ilustración 121: Gráfica del calentamiento del depósito 2 con un nivel del 0% ............................................................ 147

Ilustración 122: Gráfica de la temperatura del depósito 2 con un nivel del 50% .......................................................... 147

Ilustración 123: Gráfica de la temperatura del depósito 1 con un nivel del 50% .......................................................... 148

Ilustración 124: Gráfica del calentamiento del depósito 1 con un nivel del 50% .......................................................... 148

Ilustración 125: Gráfica del control de temperatura de 40 ºC en el depósito 1 con un nivel del 50%............................ 149


10

Introducción

Introducción Universitat Rovira i Virgili

11

1 Objeto

En el laboratorio 107 de la universidad se encuentra una maqueta de una planta de control

y regulación de fluidos que no ha sido utilizada en mucho tiempo. Tras ver el equipo que la

formaba y la cantidad de posibilidades de proyectos que se podían llegar a realizar a partir

de la planta se propuso la idea de restaurarla.

El hecho de limpiarla y de cambiar algún componente estropeado no era suficiente, así que

se planteó el modernizar el equipo que la componía con versiones de última generación de

equipo relacionado con el mundo industrial, desde la instrumentación hasta la parte de

control de la automatización.

La idea es la de realizar una modernización de la maqueta y del equipo que la compone con

el fin de simular procesos reales de la automatización industrial.

El objetivo principal del proyecto se basa en llevar a cabo una restauración de la planta y

del equipo de control de esta, de manera que se pueda utilizar como material docente para

la universidad.

El proyecto trata de hacer una investigación del funcionamiento de la maqueta y de sus

componentes, llevar a cabo un diagnóstico del estado de la planta, probar los componentes,

proponer recambios y adaptaciones hacia un enfoque industrial actual y, finalmente,

instalar una estación de control para automatizar todo el equipo de modo que el usuario

manipule la maqueta a voluntad, de manera simple y rápida.

Para concluir el proyecto, se realizará una puesta en marcha del equipo una vez

automatizado.

Ilustración 1: Imagen del estado final de la planta junto a la estación de control


12

2 Alcance

El alcance del proyecto abarca los diferentes aspectos que aplican a la restauración de la

maqueta y su puesta en marcha:

- Investigación del estado de la planta y de posibles mejoras y adaptaciones del

equipo.

- Prueba de funcionamiento de los recambios propuestos en conjunto a los elementos

antiguos.

- Instalación del nuevo equipo de control de la maqueta, el cual incluye un PLC de

marca Schneider Electric.

- Seguimiento del proceso de restauración de los diferentes componentes del equipo

y de pruebas realizadas desde la estación de control.

- Elaboración del esquema eléctrico.

- Documentación de la planta de procesos y sus componentes.

- Automatización que incluye medidas de seguridad, con todos los ajustes que esto

conlleve para su correcto funcionamiento.

- Puesta en marcha de la maqueta.

- Elaboración de un manual de usuario del equipo actual.

3 Antecedentes

La planta llevaba muchos años guardada en un laboratorio de la universidad sin ser

utilizada.

Soy una persona que ha trabajado en el mundo de la industria. He visto cómo se crean

proyectos en el mundo industrial, como se gestionan, como se utiliza una gran variedad de

instrumentación para obtener información o como se programan controladores encargados

de manipular esta información y de automatizar el sistema de producción. Toda la

información que he obtenido en la industria ha sido a través de ver como otros llevaban a

cabo este tipo de trabajos.

Al ver la planta en el laboratorio se me empezaron a ocurrir diferentes prácticas y

proyectos que se podían llevar a cabo con el material que la componía si esta llegaba a

funcionar correctamente.

Por ello, surgió la idea de, no solo restaurar la planta para que llegase a funcionar, sino de

poder modernizarla con equipo de última generación utilizado en la industria tanto en la

parte de instrumentación como en la de control.

Una de las partes de la carrera que más me han podido llegar a interesar es la de la

automatización de sistemas. El poder hacer que un proceso funcione de manera automática

gracias a un programa creado por ti. Es por ello que la idea de llegar a automatizar el

equipo de la planta fue el objetivo principal des del principio.


13

El equipo que la forma se tiene que modernizar para poder conseguir una rehabilitación de

la maqueta. Este proyecto se ve como una oportunidad de intentar aprovechar al máximo el

material del que se dispone y conseguir tener una maqueta funcional que permitirá a la

universidad ampliar su material docente en el ámbito industrial.

Anteriormente se controlaba la planta a través de unos módulos de control. Ahora no se

cuenta con estos módulos y se utilizará un controlador de última generación utilizado para

procesos industriales.

4 Definiciones y Abreviaturas

PLC: Programmable Logic Controller

HMI: Human Machine Interface

LAN: Local Area Network

DC: Duty Cycle

PC: Personal Computer

PE: Protección Eléctrica

LD: Logic Diagram

USB: Universal Serial Bus

AO: Amplificador Operacional

PCB: Printed Board Circuit

NC/NO: Normally Closed / Normally Open

Vrms: valor eficaz de tensión

Vcc: tensión en corriente continua

Vca: tensión en corriente alterna

Carril DIN: un carril DIN o rail DIN es una barra de metal normalizada muy utilizadaara el

montaje de elementos eléctricos de protección y mando, tanto en aplicaciones industriales

como en viviendas.

Termostato: es el componente de un sistema de control simple que abre o cierra un circuito

eléctrico en función de la temperatura.

Electroválvulas: válvula electromecánica diseñada para controlar el paso de un fluido por

un conducto o tubería.

Actuadores: es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o

eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un

proceso automatizado.


14

Sensor: el sensor o también llamado “sonda” es el elemento que se encuentra en contacto

directo con la magnitud que se va a evaluar, al interactuar con estas sufre cambios en sus

propiedades.

Transductor: es un dispositivo que tiene la misión de traducir o convertir una señal física

en otra distinta entendible por el sistema, es decir convierte una señal no interpretable por

el sistema, en otra variable interpretable por dicho sistema.

Captador: es básicamente un transductor incorporado en un lazo de control realimentado y

su función es recoger o captar un tipo de información en el sistema para realimentarla.

Sensor capacitivo: sensores que reaccionan ante metales y no metales que al aproximarse a

la superficie activa sobrepasan una determinada capacidad.

Corrientes de convección: son patrones circulatorios que se presentan en fluidos calentados

en su base. Con el calor, la parte inferior del fluido se dilata, este cambio de densidad

produce una fuerza de flotación que hace que el fluido caliente ascienda.

Retrofit: modernizar, renovar.

Termorretráctil: es una película, con distintas formas y tamaños, que cuando se somete a

una fuente de calor (horno, llama, aire caliente, etcétera), se retrae hasta aproximadamente

un 50 % del tamaño inicial, con gran adhesión al objeto alrededor del cual se envuelve.

Después de enfriarse, la película conserva su nueva forma.

Prensaestopas: material que realiza un sistema de sellado por compresión.

Sensor de ultrasonidos: estos sensores miden la distancia mediante el uso de ondas

ultrasónicas. El cabezal emite una onda ultrasónica y recibe la onda reflejada que retorna

desde el objeto. Los sensores ultrasónicos miden la distancia al objeto contando el tiempo

entre la emisión y la recepción.

Placa protoboard: es un tablero con orificios que se encuentran conectados eléctricamente

entre sí de manera interna, habitualmente siguiendo patrones de líneas, en el cual se pueden

insertar componentes electrónicos y cables para el armado y prototipado de circuitos

electrónicos y sistemas similares.

5 Referencias

5.1 Manuales

- Norma UNE15700, para información general sobre la elaboración de los

documentos de un proyecto.

- Manual de prácticas antiguo de la planta, documento adjunto al proyecto.

- Manual para programar el autómata: Manual Logic Builder 1 o Manual Logic

Builder 2.

- Manual para programar la pantalla HMI: Manual Vijeo Designer

http://www.infoplc.net/files/descargas/schneider/infoPLC_net_SoMachine_Manual_de_formacion.pdf

https://www.se.com/es/es/download/document/EIO0000000071/

https://www.se.com/es/es/download/document/EIO0000000071/

https://www.se.com/es/es/product-range-download/1054-vijeo-designer/


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5.2 Hojas de Datos / Datasheets

- Toma de corriente modular: A9A15310

- Relé miniatura enchufable con bobina de 24 Vcc: RXM2AB2BD

- Relé miniatura enchufable con bobina de 230 Vca: RXM2AB2P7

- Base de los relés miniatura enchufables: RXZE2S108M

- Contactor de protección con bobina de 24 Vcc: LC1D09BD

- Fuente de alimentación de 24 Vcc y 1,2 A: ABL8MEM24012

- Fuente de alimentación de 24 Vcc y 1,2 A: ABL8RPS24100

- Pantalla HMI: HMIS5T

- Interruptor automático magnetotérmico: A9F79216

- Módulo de ampliación de señales analógicas: TM3AM6

- Motor utilizado en el agitador: Motor 24 Vcc

- Autómata/PLC: TM241CE24R

- Relé de estado sólido con salida de 24 Vcc: SSM1D26BD

- Relé de estado sólido con salida de 30 Vca: SSM1A112BD

- Sensor de ultrasonidos para medir el nivel: XX930A1A1M12

- Sensor de temperatura AD590: AD590

- Módulo switch ethernet de 4 puertos: TM4ES4

- Amplificador Operacional 741: AO 741

https://www.se.com/es/es/product/A9A15310/toma-de-corriente-modular-ipc-16-a-ue-250-v-2-p%2Bt-kema-vde-0620/

https://www.se.com/es/es/product/RXM2AB2BD/rel%c3%a9-de-miniatura-enchufable---zelio-rxm---2-ca---24-v-cc---led/

https://www.se.com/es/es/product/RXM2AB2P7/rel%c3%a9-de-miniatura-enchufable---zelio-rxm---2-ca---230-v-ca---led/

https://www.se.com/es/es/product/RXZE2S108M/toma-para-rel%c3%a9-miniatura---zelio-rxz---con-contactos-independientes---conectores

https://www.se.com/es/es/product/LC1D09BD/tesys-d---contactor---3p-ac-3---%3C%3D440-v-9-a---bobina-24-v-cd--antiparasitado/

https://www.se.com/es/es/product/ABL8MEM24012/alimentaci%c3%b3n-modo-conmutador-regul.---1-o-2-fases---100-240-v-ca---24-v---1,2-a

https://www.se.com/es/es/product/ABL8RPS24100/fuente-de-alimentaci%c3%b3n-conmutada-modular---1-o-2-fases---200-500-v---24-v---10-a

https://www.se.com/es/es/product/HMIS5T/stu-rear-module---dark-grey---width-118-mm---depth-40.1-mm-((*))/

https://www.se.com/es/es/product/A9F79216/interruptor-autom%c3%a1tico-magnetot%c3%a9rmico-ic60n---2p---16a---curva-c/

https://www.se.com/es/es/product/TM3AM6/module-tm3---4-analog-inputs-and-2-analog-outputs-((*))

https://soda.crouzet.com/pn/?i=82861020

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https://www.schneider-electric.com/en/product/SSM1D26BD/solid-state-relay---din-rail-mount---input-4-32-v-dc%2C-output-1-60-v-dc-%2C6a/

https://www.schneider-electric.com/en/product/SSM1A112BD/solid-state-relay---din-rail-mount---input-4-32-v-dc%2C-output-24-280-v-ac-%2C12a/

https://www.se.com/es/es/product/XX930A1A1M12/ultrasonic-sensor-cylindrical-m30---sn-1-m---m12-connector/

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http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm741.pdf


16

Fase 1: Identificación y Diagnóstico

Fase 1: Identificación y Diagnóstico Universitat Rovira i Virgili

17

En este punto se explicarán las bases sobre las que se inició el proyecto. Se realiza una

inspección visual del equipo para poder entender su funcionamiento, se identifica el estado

de la planta y sus componentes y se realiza un análisis de elementos a renovar y equipo a

incorporar.

6 Funcionamiento de la Planta

Se trata de la maqueta de una planta que trabaja con fluidos. Las funciones principales de

esta se basan en simular distintos procesos industriales que se dan a mayor escala dentro

del mundo empresarial de la industria. En este caso se centra en realizar controles de nivel

y de temperatura dentro de unos depósitos de trabajo en los que se manipula el fluido

correspondiente.

En la planta se pueden diferenciar diferentes zonas. Para una mayor comprensión de los

elementos que las componen se explicarán por separado. Estas son:

- Depósitos de trabajo

- Conexiones y control de flujo

- Depósito de drenaje

- Equipo de control

Ilustración 2: Plantilla de las diferentes zonas que forman la planta

Para transportar el fluido se utilizan unas mangueras de plástico que se conectan entre los

distintos depósitos o elementos de la planta.


18

6.1 Depósitos de Trabajo

Los depósitos de trabajo se encuentran en la parte superior de la maqueta y serán la zona en

la que se trabaja directamente con el fluido a la hora de hacer un control. En su interior se

realizarán las mediciones tanto de temperatura como de nivel, así como las variaciones de

estas variables.

Como se puede observar en la ilustración 2, se cuenta con dos depósitos de trabajo

idénticos entre ellos. Cada uno consta de los siguientes elementos:

• Sensor de temperatura: mide la temperatura del fluido del depósito en todo

momento.

• Sensor de nivel: mide el nivel del fluido del depósito en todo momento.

• Resistencia calefactora: calienta el fluido del interior del tanque desde la parte

inferior de este.

• Termostato: si la temperatura del fluido supera un nivel de seguridad (63 ± 10 ºC)

interrumpe el funcionamiento de la resistencia calorífica impidiendo calentar más el

líquido.

• Motor-Agitador: remueve el fluido del tanque para que la temperatura sea

homogénea dentro de este.

• Tomas de entrada/salida de fluido: entra/sale fluido a través de las mangueras de

plástico conectadas a estas tomas. Cada tanque consta de 4 tomas en la base y 2 en

la parte superior.

Ilustración 3: Colocación de los componentes de un depósito de trabajo


19

6.2 Conexiones y Control de Flujo

En el nivel central de la maqueta mostrada en la ilustración 2 se pueden distinguir dos

partes:

- Control de flujo

- Conexiones con los módulos

Lo primero hace referencia al equipo que se encarga de realizar el control del flujo del

fluido dentro de la planta. Este equipo está compuesto por:

• 2 electroválvulas: utilizadas para el vaciado de fluido de los depósitos de trabajo

• Motobomba: encargada del llenado de los depósitos de trabajo.

Ilustración 4: Vista del interior del nivel central de la planta donde se encuentran las electroválvulas y la motobomba

Cada elemento tiene dos conexiones en la parte frontal de la planta donde conectar

mangueras de plástico para la entrada y salida del fluido que pasa a través de estos

elementos. El flujo del líquido a través de estos componentes viene indicado a través de

una flecha entre los conectores de las mangueras de plástico.

Ilustración 5: Conectores del elemento de control de flujo “Electroválvula 1”

En el lateral de la maqueta encontramos los bornes a través de los cuales se hacen las

conexiones eléctricas del equipo de la planta. Aquí van conectados los módulos que

controlan la planta de los cuales se hablará a más adelante.


20

Ilustración 6: Bornes de conexión eléctrica al equipo de la planta

En la ilustración 6 vemos los componentes que están conectados eléctricamente. Entre

ellos están los captadores, desde donde se reciben las señales de las mediciones realizadas

en la planta para poder hacer un control efectivo, y los actuadores, los cuales serán

activados de manera controlada. Se puede observar un gran 1 y 2 para diferenciar que cada

conexión pertenece a su correspondiente elemento de los depósitos de trabajo 1 y 2, los

cuales vienen definidos en la parte frontal de la maqueta. Los bornes que no vienen

indicados con un número significan que el mismo borne sirve para alimentar los actuadores

de ambos depósitos de trabajo.

Ya que el conexionado de toda la planta llega hasta aquí, en la parte superior de este nivel

hay pequeños agujeros por donde se pasan mangueras negras con el cableado que viene de

los componentes de los depósitos de trabajo hacia su interior.

6.3 Depósito de Drenaje

En el nivel inferior de la maqueta hay un depósito de 30 𝑑𝑚3. En el interior de este tanque

se almacena una gran cantidad de fluido el cual será drenado por los tanques cuando estos

lo necesiten. La cantidad de fluido en el depósito de drenaje es suficiente como para llenar

ambos depósitos de trabajo y, aun así, seguir manteniendo una cantidad considerable de

líquido en su interior.


21

Ilustración 7: Depósito de drenaje abierto y Vcaío

El depósito de drenaje está construido con chapa metálica y consta de 4 tomas de

entrada/salida de fluido para poder ser conectado con el resto del equipo.

En la parte delantera del depósito hay un indicador visual de nivel para poder saber la

cantidad de líquido que hay en su interior en todo momento.

6.4 Equipo de Control

El equipo de control es la parte de control eléctrico de la planta. Se encarga de activar y

desactivar actuadores, de leer las variables de los tanques y de realizar el control requerido.

Anteriormente, este equipo estaba formado por un conjunto de módulos electrónicos que se

encargaban de realizar esta función y desde los cuales el usuario podía manipular las

distintas variables de la planta. En la actualidad, estos módulos no serán utilizados, por lo

que se utilizarán otros métodos para llevar a cabo esta función.


22

6.5 Ejemplo de Uso

Ilustración 8: Ejemplo de uso de la maqueta

En la ilustración anterior podemos visualizar un circuito de ejemplo de las conexiones a

realizar en la planta para el llenado y Vaciado de un depósito de trabajo. Se puede ver

como se conecta el depósito de drenaje a la motobomba, la cual impulsará fluido hacia el

depósito de drenaje para llenarlo. A la hora de realizar el vaciado, el tanque de trabajo está

conectado a una electroválvula, al activarse fluirá fluido hacia el depósito de drenaje de

nuevo.

Ilustración 9: Esquema de control de proceso del flujo del fluido por la planta

Depósito de Drenaje

Motobomba

Depósito de Trabajo

Control

Electroválvula


23

En la ilustración 9 se ve el proceso básico explicado que seguiría el fluido a partir de las

conexiones de la ilustración 8, incorporando el control que se realizaría en el depósito de

trabajo por el usuario.

7 Condiciones de Partida

En este apartado se describe el estado del equipo al iniciar el proyecto y se realiza un

diagnóstico con los cambios necesarios a realizar para la restauración de la planta.

7.1 Planta

Ilustración 10: Estado de la planta al iniciar el proyecto

Se trata de una planta utilizada como objeto de prácticas hace más de 30 años. A causa del

deterioro del tiempo se observa una gran cantidad de cal, tanto en los tanques de trabajo

como en las mangueras de plástico, y un mal estado general de la maqueta.


24

Ilustración 11: Cal acumulada en el fondo del depósito de trabajo 1

Ilustración 12: Estado de las tomas de entrada/salida y de las mangueras de plástico al iniciar el proyecto

Se revisa el estado de las conexiones de las mangueras y se observa que no todas funcionan

correctamente, algunos tubos están atascados en las tomas en las que están conectados. Se

requiere una renovación de estos elementos.

Las partes de los diferentes componentes de los depósitos de trabajo que dan al exterior

están cubiertas por tapas metálicas que hay que extraer para poder trabajar con sus

respectivos componentes.


25

Ilustración 13: Ejemplo de tapa metálica cubriendo el cableado de la resistencia calorífica

Además, el cableado de distintos componentes se va juntando por el interior de mangueras

negras que se extraerán para poder hacer las comprobaciones y cambios necesarios.

El fluido actual en el interior de la planta es anticongelante que no ha sido cambiado desde

su último uso. Se realizará un cambio completo por agua destilada.

Ilustración 14: Agua estancada en el interior del depósito de trabajo 2

Se abre el depósito de drenaje para hacer una limpieza completa de este y poder sustituir el

líquido que queda en él.

El indicador de nivel del depósito de drenaje está en muy malas condiciones habiendo

cambiado incluso su color, así que requiere de una renovación completa. Este se trata de un

mero indicador visual para poder tener un control del líquido que hay en el depósito.


26

Ilustración 15: Indicador de nivel del depósito de drenaje en mal estado

7.2 Componentes de la Planta

Se procede a hablar más detenidamente de los componentes de la planta, de su utilidad

dentro de la planta, de las primeras impresiones que se han obtenido al valorarlos y de los

resultados que han dado al ponerlos a prueba. Con ello se lleva a cabo un diagnóstico y se

realizan propuestas para la futura restauración de la planta.

Este procedimiento de evaluación del equipo se realiza con cada componente

individualmente y en diferentes intervalos de tiempo ya que, dependiendo del estado de la

planta, las pruebas de algunos componentes no es posible realizarlas en cualquier

momento.

7.2.1 Motor-Agitador

7.2.1.1 Uso

En los depósitos de trabajo se calentará el fluido desde la parte inferior donde se

encuentran las resistencias caloríficas. Cuando un fluido es calentado, la temperatura no se

reparte uniformemente por todo el tanque de trabajo, sino que se crea una corriente de

convección que hace ascender al líquido caliente debido a la diferencia de temperaturas

entre la parte baja y alta del depósito.

La función de los agitadores es la de girar para empujar el líquido hacia abajo, reduciendo

la velocidad de ascenso del calor para dar tiempo a que haya una temperatura uniforme en

todo el depósito. Para poder girar, los agitadores necesitan la ayuda de unos motores que

estarán conectados al eje de los primeros.

Ilustración 16: Ejemplo de corriente creada por convección y efectos del agitador


27

7.2.1.2 Diagnóstico

Como se puede ver en la ilustración 11, la parte formada por los agitadores metálicos rojos

ha sido afectada por la cal acumulada en la planta. Se realizará una limpieza de estos a la

vez que se realice la de los tanques.

Tras retirar las chapas metálicas que cubren los motores de los agitadores de cada tanque

de trabajo, lo primero a identificar para poder realizar la prueba es la tensión de

alimentación del componente. En este caso, se observa que funcionan con una tensión de

alimentación alterna de 230 Vrms y a una velocidad de 60 rpm.

Ilustración 17: Imagen del motor-agitador con la tapa retirada

Al realizar la prueba de los motores de los agitadores, estos parecen no funcionar bien,

emitiendo un extraño ruido al ser alimentados. Se sospecha que el problema se debe a la

acumulación de cal en la conexión entre el motor y el agitador que impide que el segundo

pueda girar.

El diagnóstico es realizar una limpieza para repetir la prueba y ver si el equipo es

funcional. De todos modos, uno de los objetivos del proyecto es la de ajustar el equipo al

utilizado en el ambiente industrial real, donde se intenta trabajar con el equipo alimentado

a la misma tensión, la cual acostumbra a ser de 24 Vcc. Se puede aprovechar la ocasión

para sustituir los motores por unos alimentados a 24 Vcc y con las mismas dimensiones

que el anterior para poder reutilizar los agujeros del tanque sin necesidad de ser ampliados

o de añadir ninguna modificación en la arquitectura de este.

7.2.2 Electroválvulas

7.2.2.1 Uso

Las electroválvulas sirven de compuerta del paso del fluido. Se consta de dos

electroválvulas, una para cada tanque. Su uso habitual en este caso es el del vaciado de los

depósitos de trabajo hacia el depósito de drenaje, aunque debido a que funcionan a partir de


28

las conexiones hechas por las mangueras de plástico por donde pasará el fluido, se puede

manipular su uso a decisión del usuario.

Se trata de electroválvulas todo o nada, es decir, que su estado es activado o no activado

por lo que la compuerta estará o completamente abierta o completamente cerrada. Las

electroválvulas se activan mediante un electroimán que cuando recibe energía se contrae y

abre la compuerta permitiendo pasar al fluido. Un muelle hace fuerza en sentido contrario

para que cuando el electroimán no reciba energía las compuertas se cierren por sí solas.

Este modo de trabajo significa que se trata de compuertas NC (Normally Closed), que se

abrirán en estado activo y estarán cerradas en estado de reposo.


Para que el fluido pase por las electroválvulas se conectan mangueras de plástico a las

tomas de conexión por el exterior de la planta. Por la parte interna de las tomas, hay tubos

de plástico que llegan a las electroválvulas para que el fluido llegue hasta ellas. Estos tubos

están en bastante mal estado y requieren de un cambio.

Ilustración 18: Conexión interna de electroválvula a toma

La tensión de alimentación de las electroválvulas es tensión alterna de 230 Vrms. Se

realiza la prueba alimentando ambas electroválvulas y, además de oírse el ruido de la

compuerta abrirse, se observa como el nivel de los tanques de trabajo va bajando

lentamente.

7.2.3 Motobomba

7.2.3.1 Uso

La motobomba es la encargada de hacer fluir el flujo del fluido por la planta. Esta

proporciona la fuerza suficiente que se necesita para desplazar el fluido entre las distintas

zonas de trabajo, principalmente del depósito de drenaje a los depósitos de trabajo. Según

la fuerza que la bomba necesite para impulsar el fluido esta consume más o menos

corriente.

Para mantener la eficiencia del equipo es mejor evitar pasar el líquido a través de la bomba

cuando este se encuentre a una temperatura elevada.


29


Igual que en el caso de las electroválvulas, los tubos conectados internamente a la

motobomba se encuentran en mal estado y se realizará una renovación de estos.

Ilustración 19: Motobomba en estado previo al cambio de tubos

La bomba es de corriente continua y tiene una tensión nominal de 24 Vcc y una corriente

de 3,5 A. Para poder realizar la prueba de funcionamiento se utiliza una fuente de tensión

del laboratorio.

Para realizar la prueba se conecta una manguera de plástico des del depósito de drenaje a la

motobomba y de esta hacia uno de los depósitos de trabajo, simulando el ejemplo de

funcionamiento de la ilustración 8. Ya que se trata de un elemento que requiere potencia,

inicialmente la tensión de alimentación proporcionada por la fuente del laboratorio será de

alrededor de 14 V y una intensidad limitada a 2 A.

En la prueba se observa como la motobomba funciona correctamente y que a medida que

se aumenta la tensión de alimentación hasta llegar a los 24 Vcc la fuerza con la que

impulsa el fluido va en aumento.

7.2.4 Captador de Nivel

7.2.4.1 Uso

Este elemento se encarga de indicar en todo momento el nivel de fluido de su tanque de

trabajo mediante una señal analógica, permitiendo realizar controles de nivel.


30

Ilustración 20: Captador de nivel capacitivo

Este sensor se coloca en la parte superior de los tanques de trabajo y deja entrar el tubo

blanco para medir el nivel del fluido. Según la cantidad de líquido en contacto con el

sensor, este tiene una variación de capacidad, de allí que se trate de un sensor capacitivo.

Para ayudar a la interpretación del nivel de cada depósito de trabajo, además de la

medición de los captadores, en las paredes de los tanques hay un indicador de nivel

enganchado, tal y como se puede observar en las distintas ilustraciones en las que se ven

los depósitos de trabajo.

Ilustración 21: Indicador de nivel en la pared de un depósito de trabajo


31


Como se ha comentado, el captador de nivel es del tipo capacitivo. El problema con estos

sensores es que para interpretar su señal de medición se requiere de electrónica específica

para ello y el objetivo de este proyecto es el de utilizar equipo de uso común en la

industria. Por lo tanto, se investigará en el mercado la posibilidad de utilizar unos

captadores de nivel distintos y que se adapten mejor a las necesidades del proyecto.

7.2.5 Captador de Temperatura

7.2.5.1 Uso

Parecido al caso del captador de nivel, pero en este caso sobre la temperatura, este captador

se encarga de indicar la temperatura del fluido de cada tanque de trabajo, permitiendo

realizar controles de temperatura.

Ya que la resistencia calefactora se encuentra en la parte inferior de los tanques de trabajo,

el sensor de temperatura también lo está. Además, hay un tercer captador de temperatura

colocado en el depósito de drenaje para conocer la temperatura del fluido en este depósito.

Ilustración 22: Circuito del captador de temperatura

El sensor es introducido por un pequeño agujero en la base de los tanques hasta llegar al

interior de estos para poder entrar en contacto con el líquido. Los sensores de temperatura

utilizados se tratan de AD-590. Estos funcionan de manera que entregan una corriente

variable en función de la temperatura que están leyendo. La relación de la temperatura con

la corriente es de 1 µA/K.

En la imagen anterior, junto al sensor, en el exterior del tanque podemos observar un

circuito electrónico cubierto por una chapa metálica negra. Este se encarga de adaptar la

señal obtenida por el sensor transformándola en una señal de tensión continua variable

entre 0 V y 10 V, dependiendo de la temperatura. Esta tensión tiene una relación de 0,1

V/ºC, de manera que, si el fluido está a 25 ºC, estaremos leyendo una tensión de salida de

2,5 V.


32


En la instrumentación actual, uno de los métodos de lectura de sensores analógicos más

utilizados es el de 0-10 Vcc, así que se puede reaprovechar el circuito referente al captador

de temperatura de la planta.

El circuito adaptador tiene 4 conexiones. Dos para la alimentación del propio circuito a

±15 V, una para hacer de referencia a 0 V y una cuarta desde donde realizar la lectura

cogiendo los 0 V como referencia. En la cara delantera podemos ver los componentes que

forman el circuito y los puertos donde realizar las conexiones de los cables.

Ilustración 23: Cara delantera del circuito adaptador de la señal de temperatura

Los cables a conectar de izquierda a derecha son:

- Negro: alimentación negativa

- Verde: referencia 0 V

- Blanco: señal de salida a leer

- Rojo: alimentación positiva

En la cara trasera podemos observar las pistas del circuito y la conexión entre el sensor que

se encuentra en la base de la planta y el propio circuito.

Ilustración 24: Cara posterior del circuito adaptador de la señal de temperatura


33

Este tipo de alimentación no es el deseado así que se investigará la manera de realizar la

alimentación a 24 Vcc para que el equipo siga la misma línea como es habitual en la

industria.

De todos modos, para realizar la prueba se utilizará la fuente de alimentación del

laboratorio ya que tiene un modo de alimentación a ±15 Vcc con una tercera salida de 0 V

de referencia, ideal para el caso.

Ilustración 25: Fuente de alimentación conectada a ±15V

Para comprobar si el captador funciona se alimenta el circuito y se observa la tensión de

salida. El sistema tarda poco más de dos minutos en estabilizarse y una vez hecho se

somete el sensor a una variación de temperatura. Al realizar esta prueba la planta estaba

siendo limpiada, los tanques de trabajo estaban separados de esta y sin cristal, solo quedaba

la base con los componentes, por lo que para la variación de temperatura bastará con poner

la yema del dedo en el sensor para calentarlo y ver como reacciona el sistema.

Ilustración 26: Sensor de temperatura en la base del tanque


34

Efectivamente, se observa como el valor de la tensión aumenta un par de décimas de voltio

simulando ser un aumento de grados.

El circuito adaptador tiene un potenciómetro amarillo, como se ve en la ilustración 23, que

permite ajustar el valor de la señal de tensión de salida que indica la temperatura medida.

Es necesario hacer un ajuste ya que como hace mucho que no se utiliza la planta estos

valores están descuadrados. Por ejemplo, para la temperatura ambiente marca 4 V (que

serían 40 ºC). Para poder tener un valor de referencia exactos de la temperatura a la que

calibrar los captadores se utilizan distintos instrumentos como una pistola láser de

temperatura, o un termómetro de varilla de vidrio.

Ilustración 27: Calibración del captador de temperatura 1

Las pruebas y ajustes se realizan para los tres captadores de temperatura de la planta, tanto

en los dos tanques de trabajo como en el depósito de drenaje.

Se hacen funcionar los sensores varios minutos y se nota que uno de los componentes de

cada circuito adaptador, los AO (amplificadores operacionales), se calientan bastante. Se

investiga el circuito para ver su funcionamiento más de cerca.

El análisis del circuito adaptador se realiza en el apartado de “Anexos” en el punto

“Análisis del Circuito del Sensor de Temperatura.

Se ha medido la temperatura de los AO utilizando un IR thermometer (marca Fluke 561),

pistola láser mostrada en la imagen anterior, y como resultado los sensores de los depósitos

de trabajo están a 30 º y el del depósito de drenaje está a 36º. Es una temperatura no

habitual en estos componentes, pero tampoco significa que estén funcionando mal.

Para comprobar el correcto funcionamiento de la placa se desuelda el sensor de

temperatura AD590 y se utiliza un nuevo sensor del laboratorio de la universidad para

reemplazarlo. Primeramente, se comprueba el circuito sin el sensor añadido. El AO es

alimentado correctamente y su comportamiento es el esperado. Una vez soldado y

alimentado el nuevo sensor se realizan las comprobaciones.


35

Se obtiene una salida de 1.8 V, nada raro ya que mide la temperatura ambiente del

laboratorio a 0.1 V/ºC. Se procede a calentar el sensor con los dedos para ver si el circuito

reacciona bien a una variación de temperatura y el resultado es el correcto. Además,

también se comprueba que el AO se llega a calentar un poco igual que en la prueba con el

sensor de la planta.

Ilustración 28: Sensor de temperatura del laboratorio utilizado para la prueba

De esta prueba sacamos que el equipo con el que se trabaja en la planta funciona

correctamente y está preparado para trabajar en el proyecto.

7.2.6 Resistencias Calefactoras

7.2.6.1 Uso

Como su nombre indica, se trata de una resistencia que sirve para calentar, en este caso, el

fluido de los tanques de trabajo. Las resistencias están situadas en el interior de los tanques,

en la base, por debajo del nivel indicado como el 0%. Esto es porque para evitar dañar el

equipo, la resistencia tiene que estar cubierta de líquido siempre que se vaya a utilizar.

Junto con la resistencia hay un elemento de seguridad llamado termostato. El termostato,

de manera parecida al sensor de temperatura, se encuentra en la parte exterior de la base de

los depósitos de trabajo y mediante un agujero en esta puede llegar al interior de los

tanques para entrar en contacto con el fluido en un punto cercano a la resistencia. Este

funciona como un interruptor de seguridad cortando la alimentación de la resistencia al

detectar una temperatura de 63 ± 10 ºC en el interior del tanque.


36

Ilustración 29: Termostato

El conexionado del termostato y la resistencia están cubiertos por una chapa metálica como

se ve en la ilustración 13. Los dos elementos están conectados en serie para que el

termostato pueda hacer su función de interruptor.

Ilustración 30: Conexionado de la resistencia calefactora sin tapa


Las resistencias calefactors de la planta se alimentan a una tensión alterna de 230 Vrms.

Para el conexionado del conjunto de la resistencia y el termostato se utilizan tres cables.

Uno para la alimentación que será la fase, otro para el neutro y un tercero que se conecta

entre el termostato y la resistencia. Este último cable se utiliza para saber si el termostato

ha cortado el circuito de alimentación de la resistencia ya que, si el usuario estuviese

activando la resistencia, pero a través de este cable no hubiese tensión, significa que el

termostato ha actuado abriendo el circuito.


37

Del mismo modo que con el captador de temperatura, la prueba de la resistencia se realiza

cuando la planta se está limpiando y solo se usa la base de los tanques de trabajo con sus

componentes. Es importante que para realizar la prueba las resistencias estén cubiertas

completamente por líquido para no dañar el equipo, como ya se ha comentado

anteriormente.

Ilustración 31: Base de un depósito de trabajo vacío

Al efectuar las pruebas el líquido es calentado muy rápidamente, en parte debido a la poca

cantidad de este.

Se realiza también una prueba alimentando las resistencias con corriente continua a 24 Vcc

para verificar si se puede alimentar el actuador a la misma tensión que los demás.

Desgraciadamente, la temperatura del líquido apenas varía en 5 minutos de funcionamiento

así que se da por cancelada esta opción.

Por último, se comprueba la efectividad en el funcionamiento de los termostatos. Para ello

se alimenta la resistencia y se espera a que el líquido se caliente lo suficiente como para

que este salte y abra el circuito.

Se comprueba correctamente que ambos termostatos abren sus respectivos circuitos a

temperaturas cercanas a los 60 ºC.

Debido a la tensión de alimentación que necesitan las resistencias y que sus conexiones

están cubiertas por chapas metálicas, como protección se planea incorporar un cuarto cable

de referencia a tierra para aislar la parte metálica sobrante del componente que queda por

fuera del tanque y de la propia caja metálica que lo cubre. Esto hará que si por algún

motivo el conexionado interno se desconecta y llegase a hacer contacto con la parte

metálica mientras una persona manipula el equipo no se pueda llegar a electrocutar.

7.3 Conexiones Eléctricas

En el interior del segundo nivel encontramos el cableado de todos los elementos eléctricos

de la planta cuyos extremos van a parar a unos bornes en el lateral de esta como se puede

ver en la ilustración 6. Se cuenta con distintas mangueras que se pueden conectar a los

bornes.


38

Ilustración 32: Dibujo de manguera conectada a uno de los bornes de la maqueta

La intención es la de aprovechar tanto los bornes como las mangueras para realizar las

conexiones entre el equipo y una nueva estación de control desde la que poder controlar la

activación de los actuadores y hacer la lectura de los captadores.

Con este objetivo se comprueba el estado del equipo en cuestión. Se mira la continuidad de

los cables que van desde los elementos de la planta hasta los bornes de esta. De esta

manera se aprovecha para comprobar la utilidad que tiene cada pin de los bornes.

Ilustración 33: Borne de tres pines

Hay bornes con diferente número de pines, pero todos siguen una numeración inscrita tanto

en la base macho como en el conector hembra para poder seguir un orden.

A continuación, se describirán los bornes de los diferentes componentes, incluyendo la

numeración vista desde la base macho indicada en la ilustración 6, a qué corresponde cada

pin y de qué color es el cableado que conecta al pin en cuestión por el interior de la planta.

7.3.1 Agitadores

Los agitadores van conectados a un motor que los hace girar, por lo que necesitarán dos

cables cada uno, uno para la alimentación y otro para hacer de referencia y que haya una

diferencia de tensión.


39

Ilustración 34: Borne de los agitadores

Como se puede ver en la ilustración anterior, el borne de los agitadores consta de tres

pines, uno en la parte superior y dos en la parte inferior.

El pin número 1 situado en la parte superior va conectado a dos cables blancos los cuales

van cada uno a un motor distinto, haciendo la función de nodo de referencia para su

respectivo motor.

Los pines 2 y 3 van conectados a un cable marrón cada uno que se encargará de alimentar

sus respectivos motores.

En el caso de los agitadores se utiliza una regleta de conexión de dos contactos para

conectar los cables blanco y marrón de los pines junto a los cables negro y rojo,

respectivamente, que entran en contacto directamente con el motor.

Se comprueba que las conexiones tienen continuidad desde el pin hasta el equipo.


Ilustración 35: Borne de las electroválvulas


40

El caso de las electroválvulas es idéntico al de los agitadores con la excepción de que el los

cables que hacen van al nodo de referencia (en este caso se trata del cable neutro de

conexión trifásica) son de color azul y no blanco. Además, en este caso no se utiliza

ninguna regleta de conexión en los cables que llegan a la electroválvula.


7.3.3 Motobomba

Ilustración 36: Borne de la Motobomba

La distribución de los pines en el borne de la motobomba es algo diferente a los anteriores.

Además, en este caso hay uno de los pines que no está conectado a ningún cable ya que,

para ser alimentada, la motobomba solo necesita de dos conexiones y solo se consta de una

motobomba para llenar ambos depósitos de trabajo.

Igual que en el caso de los agitadores, se utiliza una regleta de conexión de dos contactos

para conectar los cables negro y rojo que salen de la motobomba a los cables azul y

marrón, respectivamente, que llegan a los bornes.


7.3.4 Captadores

Los captadores son un caso especial. Se utilizan dos bornes destinados cada uno a un

depósito de trabajo distinto. Cada uno de estos bornes tiene siete pines, cuatro de ellos

dedicados a la alimentación y lectura del captador de temperatura y los otros tres para el

captador de nivel.

La instrumentación no solo requiere de cables para la alimentación, sino que también se

necesitan distintos para poder leer la señal que transmite el captador correspondiente y así

saber el valor de la variable de medida.


41

Ilustración 37: Borne de los Captadores

Se comprueba que las conexiones tienen continuidad desde el pin hasta el equipo del borne

del captador 1 correctamente. En el caso del captador del depósito de trabajo 2 se observan

problemas de continuidad en los pines del captador de nivel.

Ilustración 38: Borne del Captador 2 extraído

Para comprobar el problema se extrae el borne y se observa que, efectivamente, los cables

del captador de nivel están desoldados.


Las resistencias siguen el ejemplo de los captadores y utilizan dos bornes separados para

cada tanque de trabajo.


42

Ilustración 39: Borne de las Resistencias

En este caso los bornes son de cuatro pines, aunque uno de ellos está desconectado de

cualquier cable. Dos de los otros pines son la alimentación y el neutro como en los otros

actuadores. A diferencia de los demás, contamos con un cable extra que nos proporcionará

información sobre si el termostato ha sido activado o no, tal y como se ha comentado

anteriormente.


La conexión del pin número 2 tiene previsto utilizarse para el cuarto que será de referencia

a tierra tal y como se ha previsto en el diagnóstico del elemento.


43

Fase 2: Retrofit de la Planta de Fluidos

Fase 2: Retrofit de la Planta de Fluidos Universitat Rovira i Virgili

44

En este punto se hablará del seguimiento del proceso de restauración de la planta y de sus

componentes. También se comentarán distintos problemas sucedidos durante el proceso y

las soluciones adoptadas.

8 Restauración de la Planta

8.1 Planta

Para empezar el proceso de restauración la planta se desmonta, separando las distintas

zonas vistas en el apartado 6 para llevar a cabo su limpieza.

Ilustración 40: Estado de la planta una vez limpiada

Como se observa en la imagen anterior, el estado de la planta ha mejorado bastante

respecto al inicial. Se han sustituido todas las tomas de entrada/salida para las mangueras

de plástico por las que se mueve el fluido. Las mismas mangueras también han sido

sustituidas debido al estado en el que se encontraban anteriormente.


45

8.1.1 Depósito de Trabajo

Ilustración 41: Nuevas tomas de entrada/salida de fluido

Para poder realizar la limpieza del interior de los tanques, estos han sido separados de la

propia planta.

Ilustración 42: Estado de la planta en restauración

Para facilitar el trabajo, los tanques han sido desmontados, separando la cubierta superior,

las paredes de cristal y la base de mental.

Se retira el líquido de su interior y se aplica ácido cítrico en el interior de la base para

poder eliminar toda la cal posible. Se consigue que tengan un aspecto mucho mejor al

previo de realizar la limpieza.

8.1.2 Conexiones y Control de Fluido

La motobomba y las electroválvulas han sido retiradas para poder limpiar el interior de la

zona central y así aprovechar para cambiar los tubos de plástico en mal estado que iban

desde las tomas de fluido hasta los componentes por el interior de la planta.


46

Ilustración 43: Interior de la planta con elementos extraídos

Sobre las conexiones de los bornes y el cableado se hablará más adelante con más detalle.

8.1.3 Depósito de Drenaje

Se han retirado los niveles superiores de la planta dejando solo el depósito de drenaje para

ver su estado. Se ha retirado el líquido que había anteriormente y se ha realizado una

limpieza completa de su interior.

Ilustración 44: Depósito de drenaje antes de la restauración

Este depósito es de 30 𝑑𝑚3 por lo que, una vez limpiado, se rellena con 25 L de agua

destilada. Cada depósito de trabajo tiene la capacidad de tener 6 L en su interior cuando

esté marcando un 100% del nivel, así que será suficiente líquido para trabajar con la planta

durante un tiempo. Se observa que al realizar las conexiones y desconexiones en las tomas

de entrada/salida de fluido se puede perder un poco de líquido. Puesto que hay de sobras no


47

es un problema inmediato, pero si algo a tener en cuenta a largo plazo por si hiciese falta

rellenar el depósito de nuevo.

Además, se ha sustituido el pequeño indicador del nivel del depósito por uno nuevo en

buen estado como se puede ver en la siguiente imagen.

Ilustración 45: Nuevo indicador de nivel del depósito de drenaje

Este indicador está situado en la parte central delantera del depósito, en el mismo sitio que

el anterior.

8.2 Equipo de la Planta y su Cableado

8.2.1 Motor- Agitador

El diagnóstico del motor indicaba que había un problema con la conexión entre motor y

agitador. Por ello y para eliminar la cal, el conjunto de motor-agitador se limpia mediante

el uso de ácido cítrico y se vuelve a poner a prueba.

Ilustración 46: Motor-agitador tras la limpieza

Se comprueba el funcionamiento de los motores de cada tanque y se observa que ambos

giran correctamente como deberían.


48

Como se ha comentado durante el diagnóstico, se ha buscado la posibilidad de cambiar los

motores por unos alimentados en corriente continua a 24 Vcc. Se han encontrado unos que

siguen las mismas dimensiones que los utilizados anteriormente así que no supondría un

problema su instalación en la planta.

A partir de aquí, se toma la decisión de comprar los nuevos motores-agitadores de corriente

continua de 24 Vcc y velocidad de rotación de 22 rpm.

Ilustración 47: Nuevo motor instalado

Se realiza la prueba de funcionamiento con la fuente de alimentación del laboratorio y se

comprueba que funcionan correctamente. Se observa que la rotación del agitador es inversa

a la deseada, ya que empuja el agua hacia arriba y no hacia abajo, y se soluciona de manera

sencilla, invirtiendo la alimentación del motor.

El cableado del motor anterior llegaba a una regleta de conexión de dos contactos por lo

que resulta sencillo invertir la polaridad del motor invirtiendo la conexión de los cables de

alimentación en esta regleta. Los cables que llegan a esta regleta des del motor son de color

negro y rojo, llegándose a juntar el negro junto al marrón y rojo junto al blanco que llegan

a los bornes por el interior de la planta.

El cableado se introduce al interior de la planta por el interior de una manguera negra que

lleva las conexiones hacia la parte interior de los bornes.


Las electroválvulas se han comprobado que funcionan correctamente así que no necesitan

ningún cambio urgente. Son extraídas para retirar el trozo de manguera de plástico que va

desde la electroválvula hasta la toma de fluido des del interior de la planta.


49

Ilustración 48: Electroválvula extraída

No se realiza ningún cambio en el conexionado del interior de la planta de este elemento.

8.2.3 Motobomba

El caso de la motobomba es exactamente el mismo que el de las electroválvulas, no

necesita de ningún cambio urgente ya que se diagnosticaron como operativas.

Ilustración 49: Motobomba extraída


50

En la imagen anterior se puede apreciar el cableado de la motobomba que llega a la regleta

de conexión de dos contactos a los que se volverán a conectar los cables que van a los

bornes del interior de la planta al volver a colocar la motobomba.

Anteriormente la motobomba se ha probado utilizando una fuente de alimentación del

laboratorio sin llegar a limitar el corriente. Ahora, para la alimentación de los equipos se

utiliza la fuente de alimentación que se utilizará en el equipo final. Se ve necesario volver a

probarla desde esta nueva fuente porque, aunque sea de corriente continua a 24 Vcc, está

limitada a entregar un corriente de 1,2 A, el cual puede no ser suficiente para que la

motobomba funcione.

Ilustración 50: Fuente de alimentación 24 Vcc y 1,2 A

En la prueba se ha podido observar que, a pesar de escucharse un ruido desde la bomba

intentando mover el líquido, no ha llegado a pasar el fluido del depósito de drenaje a uno

de los depósitos de trabajo porque no tenía la fuerza suficiente para hacerlo.

Para solucionar el problema se consigue una nueva fuente de alimentación de 24 Vcc con

capacidad de entregar hasta 10 A a su salida, que serán más que suficientes para alimentar

la motobomba y el resto de los actuadores.


51

Ilustración 51: Fuente de alimentación de 24 Vcc y 10 A

Con esta fuente la motobomba ha sido capaz de funcionar correctamente durante las

pruebas, así que de ahora en adelante los actuadores funcionarán a partir de esta fuente de

alimentación.

Como la prueba es un éxito y ya se puede empezar a mover el líquido a través de la planta

con facilidad, desde este punto se pueden hacer distintas pruebas con los captadores.

8.2.4 Captador de Nivel

El captador de nivel inicial ha sido extraído y se toma la decisión de sustituirlo.

Ilustración 52: Captador de nivel capacitivo extraído


52

Se decide que el nuevo sensor de nivel a incorporar será un sensor de ultrasonidos. Este es

un modelo de última generación dentro de la instrumentación de los sensores de nivel.

La medición de nivel por ultrasonidos proporciona una medición de nivel continua, sin

contacto y sin necesidad de mantenimiento.

La elección ha sido uno de los sensores de la marca Schneider Electrics, de forma

cilíndrica y que se puede colocar en el mismo punto que en el anterior aprovechando el

agujero en la tapa de los depósitos de trabajo.

Ilustración 53: Sensor cilíndrico de ultrasonidos

Se coloca el sensor para que realice la medida y poder realizar las pruebas.

Ilustración 54: Sensor de ultrasonidos colocado en la tapa superior de un depósito de trabajo

El conexionado de este sensor utiliza cuatro cables, dos utilizados para la alimentación del

sensor y los otros dos para obtener la señal de salida.


53

Ilustración 55: Conexionado del sensor de ultrasonidos

Como se observa en la imagen anterior, la alimentación del sensor acepta 24 Vcc, tal y

como queríamos normalizar dentro del equipo, además de dar la señal de salida del modo

0-10 Vcc, igual que en el caso de los captadores de temperatura. También vemos el uso de

cada cable según su color, siendo el marrón y azul para la alimentación positiva y negativa

respectivamente, el negro para la señal variable de salida y el blanco para la referencia del

valor de salida.

Este sensor utiliza una función de autoaprendizaje que, una vez posicionado, nos permite

indicarle los límites de mínimo y máximo al sensor, que simbolizarán la señal de salida que

corresponde a los valores de 0 V y 10 V. Si el sensor mide algún caso en que el fluido se

encuentre fuera de los límites establecidos este simplemente marcará 0 V o 10 V.

Este tipo de sensores necesita de una distancia mínima de seguridad para poder funcionar,

es decir, si el objeto se encuentra demasiado cerca del sensor este no funcionará

correctamente.

Durante las pruebas se realiza la función de autoaprendizaje correctamente y se observa el

valor de salida para distintos niveles dentro del depósito de trabajo. Los sensores de ambos

tanques funcionan correctamente de manera bastante precisa.

Como el sensor de ultrasonidos viene con su propio cableado se prescinde de los cables

que van por el interior de la planta hacia los bornes, que casualmente en el caso del tanque

2 ya estaban desoldados. El proceso de retirarlos es complicado. Primero de todo, se

desueldan los cables que pasan por el interior de la maqueta hasta los pines interiores de

los bornes.

Ilustración 56: Vista del interior del borne del captador 1 con un cable desolado


54

Una vez desoldados todos los cables, para retirarlos se alarga la manguera negra por la que

pasaban, se retiran los prensaestopas que provocan estrangulación en los cables que pasan

por ella y se va estirando de los cables a retirar.

Ilustración 57: Extracción de los cables del captador de nivel

El cableado del sensor de ultrasonidos se pasa por la parte trasera de la maqueta.

8.2.4.1 Función de Autoaprendizaje del Sensor de Ultrasonidos

Esta función sirve para marcar los límites de medida del sensor que corresponderán con la

señal de salida de 0-10 V. Para llevarlo a cabo seguir los pasos a continuación:

1. Primero de todo, asegurarse de que el sensor está siendo alimentado y está colocado

en la posición en la que realizará las mediciones.

2. Se presiona el botón de autoaprendizaje que queda en la parte superior del sensor

durante 2 segundos. En este punto un LED de color verde parpadeará lentamente

indicando que el sensor está pidiendo el primer límite.

3. En este punto se tiene que colocar el nivel del líquido en la posición del 0%. Una

vez colocada y sin que el nivel oscile se pulsa el botón de autoaprendizaje de

nuevo. El LED parpadea lentamente en ámbar, indicando que el sensor solicita el

segundo límite.

4. Se coloca el nivel del líquido al 100% y se presiona de nuevo el botón de

autoaprendizaje. En caso de que el nivel introducido sea correcto, el LED

parpadeará rápidamente en verde durante 3 segundos y se pondrá a funcionar,

dando valores de salida dentro de los nuevos límites.


55

5. Si sucede algún error durante la introducción de alguno de los límites, el LED

destella rápidamente en rojo durante 3 segundos y luego solicita de nuevo el límite

en el que se ha producido el error, es decir, el LED destella en verde si se solicita el

primer límite o en ámbar si se solicita el segundo.

El sensor ha sido posicionado a una altura suficiente en la que funciona correctamente para

todo el rango de valores requerido del 0-100%. De todos modos, se ha observado que

alguna vez en las que se ha calibrado el sensor del tanque número 1, al terminar el proceso

de autoaprendizaje y tener que empezar a dar valores en la señal de salida el LED se activa

de color rojo. Esto se debe a que el sensor tiene una distancia mínima de seguridad a la que

puede empezar a realizar mediciones y el nivel al 100% se encuentra cerca de este. De

todos modos, se ha comprobado que funciona correctamente sin ningún problema.

IMPORTANTE: Tal y como está explicado, los límites se introducirán de tal manera que el

nivel del 100% corresponderá a la señal de 10 V y el nivel del 0% a 0 V. Si los límites son

introducidos en orden inverso se invertiría esta manera de funcionamiento siendo el 100%

la señal de 0 V. El programa funciona correctamente realizando mediciones a partir del

modo de funcionamiento explicado anteriormente. En caso de realizarse al revés las

alarmas y actuadores podrían dejar de funcionar como el usuario quiera.

8.2.4.2 Error de Proximidad

Al día siguiente de realizar la configuración de los sensores se observa que están dando

valores incorrectos respecto al nivel de los tanques. Se realizan diversas pruebas,

configurándolos desde distintas alturas para ver si se resuelve el error de medida. Después

de 3 intentos el sensor sigue dando algún error, ya que marca una medición de 10 Vcc

cuando el nivel del líquido está al 85%.

Realizando más pruebas de configuración con distintos niveles se observa que el sensor

siempre mide 84.4% como el nivel máximo configurado. Se procede a realizar pruebas con

el otro sensor para ver si es problema único del primero y puede haberse estropeado.

El sensor de nivel 2 ha aceptado los límites correctamente, pero a la hora de tomar medidas

ha empezado con el LED iluminado en rojo, indicando un error de proximidad al estar el

líquido en un nivel del 100%, a pesar de haber aceptado el límite máximo. Vaciando el

tanque se observa que la medida del sensor respecto el nivel del tanque tiene una variación

del 10%, ya que al bajar del 90% el nivel real, el valor medido ha empezado a bajar de los

10 Vcc.

Se determina que este problema se debe a la proximidad que tiene el sensor al líquido

cuando se le calibra el nivel máximo. Para solucionar el error, se realizan pruebas

colocando el sensor a distintos niveles de altura mientras se hacen comprobaciones de su

correcto funcionamiento. Una vez dada con la altura ideal se monta un soporte para que el

sensor pueda trabajar correctamente.


56

Ilustración 58: Colocación final del sensor de ultrasonidos

8.2.4.3 Error de Condensación

Otro de los problemas observados mientras se hacían distintas pruebas es de la pérdida de

valores de medida por parte del sensor de nivel después de calentar considerablemente el

líquido. Este se llega a convertir en vapor y se condensa en el propio sensor, creando gotas

de agua que se tienen que retirar manualmente o se tendrá una señal falseada del sensor de

nivel.

Para evitar este problema, mediante control se tendrá que evitar la posibilidad de aumentar

mucho la temperatura del líquido. Además, para dar salida al vapor de agua se hace un

agujero en la base sobre la que es colocado el sensor, como se puede ver en la ilustración

59, y se retira una de las tomas de entrada/salida de fluido de la parte superior de los

tanques.

Ilustración 59: Toma de entrada/salida de fluido de la parte superior del depósito de trabajo retirada


57

Si se trabaja elevando la temperatura del líquido por encima de los 35 grados se

recomienda extraer el sensor al acabar la prueba para secar las gotas de agua acumuladas y

repetir el proceso de autoaprendizaje para delimitar de nuevos los niveles mínimo y

máximo correctamente.

8.2.5 Captador de Temperatura

Se ha comprobado que el sensor de temperatura funciona correctamente, pero se quiere dar

un paso más en intentar que este equipo pueda funcionar con la misma tensión de

alimentación que los demás.

Para normalizar la tensión de alimentación del captador de temperatura a 24 Vcc se lleva a

cabo una prueba. Se trata de, mediante un divisor de tensión, dividir los 24 Vcc de modo

que se tenga una diferencia de tensión de 12 V en dos puntos distintos.

Ilustración 60: Divisor de tensión de 24 V

Las resistencias son de 1 MΩ para que no haya pérdidas de corriente notables a través de

ellas. De esta manera entre cada uno de los puntos laterales y el centro tenemos 12 V.

Haciendo las conexiones adecuadamente podemos llegar a tener la alimentación a ±12 V

además de un punto de referencia a 0 V. Para más detalles del circuito ir al apartado de

“Anexos” en el punto “Análisis del Circuito del Sensor de Temperatura”.

Para realizar la prueba de funcionamiento, la ampliación del circuito es realizada mediante

el uso de una placa protoboard.

Ilustración 61: Divisor de tensión en protoboard


58

Al cambiar la tensión de alimentación se tiene que ajustar un poco el potenciómetro para

que la tensión de salida coincida con la temperatura real cumpliendo la relación 0,1 V/ºC.

La prueba es un éxito y el sistema funciona y reacciona a las variaciones de temperatura

correctamente.

El lugar donde se encuentra el circuito adaptador de la señal del sensor de temperatura

consta de un espacio muy limitado ya que está cubierto por una caja metálica hecha a

medida. Por ello hacer una ampliación del circuito es complicado y se contemplan diversas

opciones.

Ilustración 62: Cara posterior del circuito adaptador de la señal de temperatura

Debido al delicado punto en el que se trabaja, donde el circuito adaptador está conectado al

sensor de temperatura, este se llega a desoldar varias veces durante el proceso de

manipulación del circuito. Con un soldador y un poco de estaño se rehacen las soldaduras y

se comprueba que el circuito funciona correctamente de nuevo.

Debido al estado del proyecto y el trabajo a llevar a cabo que todavía hay que realizar, se

descarta la opción de diseñar una nueva placa que pudiese caber con las mismas

dimensiones que la anterior en el mismo sitio. Tampoco es una opción el utilizar una placa

de topos para colocar las resistencias porque no hay espacio suficiente.

Finalmente, la opción por la que se opta es la de conectar las resistencias directamente en

las regletas donde se conecta la alimentación haciendo de puente.


59

Ilustración 63: Resistencias añadidas al circuito adaptador de la señal de temperatura

Llevar a cabo estas conexiones es bastante complicado ya que el diámetro de los cables es

distinto al de las patas de las resistencias por lo que no siempre se conectan bien ambas

piezas en el puerto que les corresponde al mismo tiempo.

Cuando se procede a realizar la prueba con las nuevas conexiones no se obtiene la señal de

salida esperada y además se percibe un olor que puede indicar que se ha quemado algún

componente.

Para investigar el error se han comprobado las tensiones del circuito con el amplificador

operacional extraído de su base para evitar dañarlo. Se ha visto que hay un problema en la

conexión de las resistencias para realizar el divisor de tensión ya que al medir en los puntos

en los que habría que tener una diferencia de tensión de -12 Vcc no había diferencia de

tensión, además, al comprobarlo con el punto donde se conectan los 24 Vcc y tener que

haber una diferencia de tensión de 12 V respecto el 0 se han observado 24 Vcc en el

multímetro.

Este error sucede para los dos circuitos de los tanques así que se han retirado las

resistencias. Se ha comprobado que los circuitos todavía funcionasen correctamente

utilizando la protoboard y la fuente de tensión del laboratorio. El resultado ha sido bueno,

ya que parece que todavía funcionan correctamente y llegan las alimentaciones adecuadas a

las distintas partes del circuito.

Se ha intentado la prueba una vez más, pero al repetirse el mismo error se decide parar. Se

revisan las conexiones y una de las patas de la nueva resistencia estaba mal conectada. Se

retiran las resistencias para poder comprobar que el circuito aún funciona y así es.

Puesto que no hay espacio para poner las resistencias para realizar el divisor de tensión de

otro modo se toma la decisión de volver al modo de trabajo inicial utilizando la fuente de

tensión del laboratorio alimentando los circuitos adaptadores a ±15 Vcc. Puesto que no es

un tema trivial para el avance del proyecto y está retrasando bastante la planificación, se

deja como una propuesta de mejora a falta de ser implementada de manera práctica en el

futuro.

Como se ha hecho el cambio de alimentación se vuelve a ajustar el potenciómetro para que

la señal de tensión de salida sea el buscado.


60


Las resistencias calefactoras han respondido correctamente a las pruebas así que se

utilizarán las mismas que se encontraban inicialmente en la planta. En el apartado del

diagnóstico de este equipo se ha mencionado la idea de introducir un cuarto cable al

conexionado por seguridad. Este haría la función de traer el elemento tierra a las partes

metálicas que cubren el conexionado del equipo ya que se trabaja con una tensión elevada.

Para llevarlo a cabo, se pasa un cable amarillo y verde, que representa un cable de

conexión a tierra, a través de la misma manguera negra por la que se pasan los otros tres

cables que van a la resistencia. Para ello, se realiza un proceso similar a cuando se retiraron

los cables del captador de temperatura, retirando los prensaestopas para poder pasar el

cable.

Por un lado, una punta del cable va a parar al interior de los bornes. Por suerte, uno de los

pines de estos estaba sin conectar a ningún cable, así que se aprovecha este cuarto pin para

soldar el cable de conexión a tierra.

Ilustración 64: Cable de conexión a tierra pasado por la parte de los bornes

Se suelda el cable al pin correspondiente de cada borne. Por el otro lado, el cable se

conecta a un elemento metálico que entra en contacto con toda parte metálica de la zona de

conexión de las resistencias.

Se comprueba la continuidad entre las zonas y el pin de cada borne de conexión a tierra

con éxito.


61

Ilustración 65: Nuevo conexionado de las resistencias y el termostato

La tapa metálica que cubre las resistencias y su conexionado contaba con varios

prensaestopas antiguos que han dificultado el trabajo. Aprovechando la ocasión se

renuevan por unos nuevos.

Ilustración 66: Prensaestopas antiguos de la planta

Los nuevos pasan de ser metálicos a ser de plástico.


62

Ilustración 67: Prensaestopas de plástico nuevos

Este cambio le da un mejor aspecto a esta parte de la planta.

Ilustración 68: Nuevos prensaestopas colocados

Todo este procedimiento se repite para las 2 resistencias.

8.3 Conexiones de la Planta

Hasta ahora se ha hablado del conexionado de los diferentes componentes y de cómo

llegan por el interior de la planta hasta los bornes de conexión. Ahora se hablará de los

cambios efectuados desde los bornes hacia afuera.


63

Ilustración 69: Estado final de las conexiones de la planta

Como se ha comentado anteriormente, a los bornes se les conectan unas mangueras que

llevan cables en su interior que llegan a cada pin de cada borne.

Ilustración 70: Conexión de una manguera de 3 cables

Todas las tomas de conexión de las mangueras tienen una pequeña marca y una

numeración para poder identificar el orden y el color de los cables que pasan por ella.

Las mangueras tienen el mismo aspecto que se aprecia en la imagen anterior por ambas

puntas, cambiando entre conexiones hembra y macho y el número de pines según la

manguera.


64

Anteriormente, una de estas conexiones llegaba a unos módulos de control que se

encargaban de manejar los elementos de la planta. La idea actual es la de contar con una

estación de control que no necesitará de este tipo de conexiones, por lo que una de las

puntas es cortada para poder llegar hasta los cables de su interior.

Ilustración 71: Manguera de 3 cables abierta

8.3.1 Manguera de los Agitadores

Durante la revisión de las mangueras se detecta que una de las mangueras de 3 cables está

cortada dejando muy poco cable suelto para después poder llevarlo hasta la estación de

control.

Ilustración 72: Manguera de 3 cables cortada

Por este motivo se decide sustituir la manguera de cables por una nueva que nos permita

trabajar de manera cómoda al realizar las conexiones. Para ello, primero se tendrá que

extraer la toma de conexión al borne del extremo de la manguera antigua.


65

Ilustración 73: Toma de conexión eléctrica de las mangueras desmontada

Los cables están recubiertos por termoretráctil en la zona de conexión con los pines para

evitar posibles cortocircuitos entre ellos. Se rompe para ser retirado y después se desueldan

los cables. Una vez retirada la manguera antigua se coloca la toma de conexión en una

nueva de color negro. Se elige una pauta de colores según a qué pin irá cada cable de la

nueva manguera y se sueldan. Por último, se vuelve a montar el conector. Este se introduce

en su correspondiente borne y se comprueba la continuidad del nuevo cableado del equipo

respecto al de la planta. Todo correcto, el sistema de colores utilizado es el siguiente:

Pin Cable Interior

Planta

Cable Exterior

Planta

Función Cable

1 Blanco Verde Referencia 0 V de los dos agitadores

2 Marrón Negro Alimentación +24 V de Agitador 1

3 Marrón Blanco Alimentación +24 V de Agitador 2

Tabla 1: Cableado agitadores

8.3.2 Manguera de las Electroválvulas

En la manguera de las electroválvulas no se ha realizado ningún cambio a parte de cortar

una de las tomas de un extremo y pelar los cables de su interior para poder trabajar con

ellos.


66

Pin Cable Interior

Planta

Cable Exterior

Planta

Función Cable

1 Azul Azul Referencia 0 V de las dos electroválvulas

2 Marrón Negro Alimentación +24 V de Electroválvula 1

3 Marrón Marrón Alimentación +24 V de Electroválvula 2

Tabla 2: Cableado electroválvulas

8.3.3 Manguera de la Motobomba

En este caso se repite el mismo proceso que en el anterior a excepción de que se están

utilizando tres cables cuando solo hacen falta dos. Esto provoca que al cortar uno de los

extremos de la manguera y pelar los cables quede uno libre. Para evitar posibles problemas

de cortocircuitos con el cable suelto se utiliza termorretráctil para taparlo.

Ilustración 74: Cables de la manguera de la motobomba

El resultado es el siguiente.

Ilustración 75: Cables de la manguera de la motobomba arreglados


67

El código de colores seguido es el siguiente:

Pin Cable Interior

Planta

Cable Exterior

Planta

Función Cable

1 Azul Azul Referencia 0 V de las dos electroválvulas

2 NC Negro -

3 Marrón Marrón Alimentación +24 V de Motobomba

Tabla 3: Cableado motobomba

8.3.4 Manguera de los Captadores

En el caso de los captadores tampoco se realiza ningún cambio en específico. La señal de

los captadores tiene que ser precisa, por eso estas mangueras cuentan con una protección

extra en su interior para evitar pérdidas en las señales.

Ilustración 76: Cables de la manguera de un captador

Pin Cable Interior

Planta

Cable Exterior

Planta

Función Cable

1 Rojo Amarillo Alimentación positiva a captador temperatura

2 Blanco Verde Señal de medida de la temperatura

3 Negro Gris Alimentación negativa a captador temperatura

4 NC Blanco -

5 NC Rosa -

6 NC Marrón -

7 Verde Azul Tensión de referencia a 0 V

Tabla 4: Cableado de cada captador


68

Los tres cables no conectados corresponden al antiguo captador de nivel que ya no está en

la planta.

8.3.5 Manguera de las Resistencias

Las resistencias ahora cuentan con un nuevo cable soldado al interior de los bornes por lo

que se tiene que cambiar la manguera actual de tres cables por una de cuatro. Para el

cambio de la toma de conexión se repite el proceso utilizado en la manguera de los

agitadores.

Ilustración 77: Anterior conexión a los cables de la toma de cuatro pines

Se puede ver el pin suelto que había anteriormente que ahora estará ocupado por un cable

de conexión a tierra.

Pin Cable Interior

Planta

Cable Exterior

Planta

Función Cable

1 Rojo Negro Alimentación, cable de fase 230 Vrms

2 Verde-Amarillo Verde-Amarillo Conexión a tierra

3 Negro Azul Neutro

4 Verde Marrón Comprobación de termostato activo

Tabla 5: Cableado de cada resistencia


69

Fase 3: Equipo de Control

Conclusiones Universitat Rovira i Virgili

70

9 Equipo de Control

Se ha comentado en varias ocasiones que la planta funcionaba a partir de unos módulos de

control. Ahora se hablará de los elementos que sustituirán a estos módulos de ahora en

adelante.

Ilustración 78: Estado final de la estación de control

El equipo de control final consta de:

1. Placa telequick

2. 6 carriles DIN

3. Autómata: PLC Modicon M241 (TM241CE24R)

4. 2 módulos de ampliación de señales analógicas TM3AM6

5. Módulo switch Ethernet 4 puertos TM4ES4

6. Pantalla HMI Magelis (HMIS5T)

7. Fuente de alimentación de 24 Vcc (1.2 A)

8. Fuente de alimentación de 24 Vcc (10 A)

9. Fuente de alimentación del laboratorio (se utilizan los puertos de ±15 V)

10. Interruptor automático magnetotérmico de protección

11. Seta de emergencia NC

12. Contactor con bobina de control de 24 Vcc

13. 5 relés de miniatura enchufables con bobina de control de 24 Vcc


71

14. 2 relés miniatura enchufables con bobina de control de 230 Vca

15. 2 relés de estado sólido con entrada a 24 Vcc y salida de 230 Vca

16. Toma de corriente modular

17. Cableado variado

18. Múltiples bornes de conexión carril DIN de varios colores

Se elabora un esquema eléctrico para poder entender la intención de la estructura eléctrica

que se lleva a cabo. Este esquema se va reestructurando y actualizando a medida que

avanza el proyecto. En el apartado de “Anexos” en el punto de “Esquema Eléctrico” se

encuentra el esquema final.

Schneider Electrics es el proveedor del material utilizado para el equipo de control.

9.1 Base del Equipo

El equipo de control se coloca en una placa telequick con silentblocks de goma para poner

sobre la mesa y tener así todo el material en una posición cercana.

Ilustración 79: Placa telequick

Sobre la placa se colocan hasta 6 carriles DIN para instalar el equipo de control sobre ellos.

1 de los carriles está situado en un nivel superior al resto ya que es donde se colocan los

elementos más importantes como el PLC o las fuentes de alimentación.


72

Ilustración 80: Carril DIN

9.2 PLC-Autómata

El autómata es la parte más importante del equipo de control. Se encarga de llevar en todo

momento el control de la información obtenida de los sensores y actuar en consecuencia

activando los actuadores. Para ello tiene un código que ejecutar, el cual se puede modificar

para tener un gran número de posibilidades.

En este proyecto el PLC que se utilizará es el PLC Modicon M241 (TM241CE24R) de la

marca Schneider Electrics, que pertenece a la última generación de controladores para

máquinas dentro de la automatización industrial.

Ilustración 81: PLC Modicon M241

El PLC es colocado en un carril DIN en un nivel superior para poder manejarlo con mayor

facilidad. En el autómata se cablean las entradas y salidas digitales necesarias para el

proyecto que se quiera llevar a cabo. En el caso de las salidas hay de dos tipos:

- Salidas transistorizadas: son capaces de conmutar a gran velocidad, 4 salidas

numeradas de la TR0 a la TR3.

- Salidas por relé: conmutan a una velocidad más limitada que el caso anterior, 6

salidas numeradas de la Q4 a la Q9.


73

9.2.1 Conexionado

El autómata se alimenta a partir de la tensión alterna de red a 230 Vrms que viene desde un

cable del interruptor magnetotérmico de protección. También es conectado al módulo

switch ethernet para las comunicaciones con la pantalla y el PC mediante un cable ethernet.

9.2.1.1 Entradas

El diagrama eléctrico de las entradas digitales es el siguiente:

Ilustración 82: Conexionado entradas digitales al PLC

Cuando una señal de 24 V de tensión en referencia al puerto COM correspondiente llegue a

la entrada esta se activará y pasará al estado activo para el programa.

Es importante que la alimentación de 24 V que entrará por los puertos del PLC sean

respecto los 0 V colocados en los puertos COM. En nuestro caso no se utilizan los 24 V de

salida que proporciona el PLC, sino que se usan los de la fuente de alimentación, por lo

que no cortocircuitamos los 0 V del propio PLC con los puertos COM si no los de la

fuente.

Las entradas conectadas son 3:

- I0: Seta de emergencia. Si esta es pulsada se detecta por esta entrada.

- I1: Termostato tanque 1. Se detecta si el termostato ha sido activado por esta

entrada.

- I2: Termostato tanque 2. Se detecta si el termostato ha sido activado por esta

entrada.

9.2.1.2 Salidas

El diagrama eléctrico de las salidas digitales transistorizadas es el siguiente:

Ilustración 83: Conexionado salidas digitales transistorizadas


74

El modo de funcionamiento es sencillo. Hay una tensión de alimentación de 24 Vcc

conectada entre V0+ y V0-. Cuando desde programa se active una de las salidas, el PLC

hará función de esta alimentación para poder activarlas.

Las salidas digitales transistorizadas son:

- TR0: Resistencia calefactora 1. Activa el relé que permite la alimentación de esta

resistencia.

- TR1: Resistencia calefactora 2. Activa el relé que permite la alimentación de esta

resistencia.

- TR2: Motobomba. Activa el relé que permite la alimentación de la motobomba.

Las salidas digitales por bobina tienen una conexión un tanto distinta:

Ilustración 84: Conexionado salidas digitales por bobina

Básicamente, estas salidas funcionan del modo en que al activarse se cierra un interruptor

por bobina en el interior del PLC que permite comunicar la corriente que entra por el

puerto COM a la salida correspondiente. Es importante fijarse que cada puerto COM tiene

unas salidas asignadas. En el conexionado se cortocircuitarán los puertos COM en los

bornes para evitar problemas.

Las salidas digitales por bobina son:

- Q4: Agitador 1. Activa el relé que permite alimentar este agitador.

- Q5: Agitador 2. Activa el relé que permite alimentar este agitador.

- Q6: Electroválvula 1. Activa el relé que permite activar esta electroválvula.

- Q7: Electroválvula 2. Activa el relé que permite activar esta electroválvula.

- Q8: Activa el contactor de seguridad con bobina de control de 24 Vcc

9.3 Módulos de Señales Analógicas

Des del PLC solo se puede hacer lectura de señales digitales, es decir, de detectar un estado

como activado o desactivado. Para poder realizar las lecturas de los sensores se necesita


75

poder leer señales analógicas, es decir, distinguir valores intermedios según el nivel de la

señal a leer. Para ello, se utilizan dos módulos de expansión del PLC.

El código de referencia de los módulos utilizados es TM3AM6.

Ilustración 85: Módulo de expansión de señales analógicas

Estos módulos permiten la entrada de 4 señales analógicas y la salida de 2 señales

digitales. Como en el proyecto se realiza la lectura de 5 señales analógicas (3 de

temperatura y 2 de nivel) hacen falta dos de estos módulos. Además, si en un futuro se

realiza una ampliación de la planta seguiría habiendo espacio para incorporar más señales.

9.3.1 Conexionado

Estos módulos se conectan directamente en el lateral del autómata comunicándose con él.

El esquema eléctrico de los módulos es el siguiente:

Ilustración 86: Conexionado de los módulos de señales analógicas


76

Primero de todo, el módulo es alimentado a partir de una fuente de alimentación de 24

Vcc. Las salidas analógicas no son utilizadas en este proyecto, de todos modos, los puertos

han sido cableados hasta unos bornes por si en un futuro se llegasen a utilizar.

Las entradas analógicas, tal y como se ve en el esquema, se conecta la señal positiva

encima de la señal negativa. Las entradas cableadas en el primer módulo son:

- I0: Captador de temperatura 1.

- I1: Captador de temperatura 2.

- I2: Captador de nivel 1.

- I3: Captador de nivel 2.

En el segundo módulo solo está cableada la entrada analógica del captador de temperatura

3 como I0.

9.4 Módulo Switch Ethernet de 4 Puertos

Los diferentes equipos de control estarán conectados en una red LAN y las comunicaciones

entre ellos se realizan mediante una arquitectura ethernet. Este dispositivo es el encargado

de conectar la pantalla con el autómata y, además, también nos permitirá conectar nuestro

PC a la red LAN para poder realizar cambios en los programas introducidos o alterar

valores de variables manualmente.

Ilustración 87: Módulo switch ethernet de 4 puertos

El código de referencia del elemento elegido es TM4ES4.

Igual que en los módulos de señales analógicas, este componente se alimenta directamente

des del PLC conectándose a él desde uno de sus costados.


77

9.5 Pantalla HMI Magelis

Para poder operar en la planta es necesario un panel de control. Esta función la desempeña

una pantalla táctil con código de referencia HMIS5T. Esta pantalla cuenta con su propio

código a ejecutar que nos permite realizar cambios en las variables del código en ejecución

del PLC.

Ilustración 88: Cara posterior de la pantalla HMI Magelis

La pantalla se alimenta a una tensión de 24 Vcc, que proviene de una de las fuentes de

alimentación utilizadas.

La pantalla y su cableado se coloca en una caja de plástico, sobresaliendo solo la zona

táctil de esta.

Ilustración 89: Pantalla principal en la pantalla HMI

La pantalla se conecta vía ethernet con el módulo switch ethernet.

9.6 Fuentes de Alimentación

En el proyecto se llegan a utilizar hasta 3 fuentes de alimentación.


78

Dos de las fuentes encargadas de alimentar el equipo del proyecto que utilizan corriente

continua a 24 Vcc. Inicialmente solo se utilizaba una de ellas, pero después del problema

con la motobomba y por necesidad del proyecto se observó que había demasiado consumo

de corriente para una sola fuente. Por ello se decidió utilizar dos fuentes, una con un límite

de corriente de salida de 1,2 A para alimentar el equipo de control y otra con un límite de

corriente de salida de 10 A para alimentar exclusivamente los actuadores de la planta.

Las pruebas funcionaron correctamente siguiendo este sistema.

Ilustración 90: Fuente de alimentación de 24 Vcc y 1,2 A

El código de referencia de la fuente de la imagen anterior es ABL8MEM24012.

Esta fuente alimenta a:

- Pantalla HMI

- Salidas del PLC

- Captador de nivel 1 y 2

- Salida de relés por bobina de 230 Vca

Ilustración 91: Fuente de alimentación de 24 Vcc y 10 A


79

El código de referencia de la fuente de la imagen anterior es ABL8RPS24100.

Esta fuente alimenta a:

- Motobomba

- Agitador 1 y 2

Las alimentaciones no son cableadas directamente, sino que pasan a través de un borne de

conexión.

Debido al grosor de la fuente de 10 A y a la incorporación de otros componentes durante el

avance del proyecto se lleva a cabo un cambio del carril DIN del nivel superior por uno

más grande en el que quepan todos los elementos. Esto produjo algún problema de

conexión en los cables que se consiguió identificar y solucionar.

Ambas fuentes son alimentadas desde la tensión alterna de red, igual que el PLC.

La tercera fuente utilizada en el proyecto es la que pertenece a la universidad. Esta es

utilizada para alimentar los captadores de temperatura. Ya que tiene una función específica

de ±15 Vcc con referencia a 0 V es muy práctica para el caso.

Esta fuente es conectada a una toma de corriente modular incluida en el equipo de control,

en el carril DIN del nivel superior para ser alimentada.

Ilustración 92: Toma de corriente modular

El código de referencia de la toma de corriente modular utilizada es A9A15310.

9.7 Seguridad

9.7.1 Interruptor Automático Magnetotérmico de Protección

La toma de red de todo el equipo pasa por esta protección que, en caso de sobreintensidad

o temperatura impedirá el paso de la corriente. También sirve como interruptor manual


80

para desactivar o activar el funcionamiento de toda la planta, es decir, cuando se quiera

desconectar o conectar la planta, se debe utilizar este interruptor.

Ilustración 93: Interruptor automático magnetotérmico de protección

El código de referencia del interruptor magnetotérmico utilizado es A9F79216.

9.7.2 Contactor con Bobina de control de 24 Vcc

Mientras se realizaban las pruebas de funcionamiento básico desde control, se observó que

sería prudente contar con un sistema que desactivase los elementos de potencia de la planta

por seguridad. El contactor es el encargado de realizar este trabajo. Funciona de manera

similar a un interruptor NO. Cuando recibe señal de 24 Vcc que alimenta la bobina de

control se activa el interruptor permitiendo el paso de corriente a través de los puertos

conectados.

Como se utiliza una fuente de tensión distinta para los elementos de control que para los

actuadores de la planta, se toma la decisión de que a la fuente de 10 A no le llegará la

alimentación necesaria para funcionar a menos que el contactor esté activado, provocando

así que no se puedan activar los actuadores que dependen de ella. De la misma forma a los

actuadores alimentados con corriente alterna no les llegará alimentación sin que el

contactor esté activado.

A pesar de no estar activado, los elementos de control continuarán funcionando, por lo que

el control sobre el contactor lo tendrá el propio PLC en una de sus salidas controlada por

programa. Cuando esta está activa se alimenta la bobina del contactor.

El contactor también se denominará KM1 para evitar confusiones de ahora en adelante.


81

Ilustración 94: Contactor con bobina de control de 24 Vcc

El código de referencia del contactor es LC1D09BD.

La señal de activación del contactor KM1 viene de la salida digital del PLC Q8.

9.7.3 Seta de emergencia

Junto con la propuesta del contactor como método de protección del equipo también se

utiliza una seta de emergencia. Esta tiene conexiones NC en su interior que al activarse

cortará el paso del corriente a través de ella. Una vez pulsada queda enclavada hasta ser

desactivada manualmente

El contactor es activado a través del software del PLC, pero en este caso se trata de una

protección manual a la que tiene acceso el usuario en caso de error del software.

La seta está conectada en serie al contactor ya que, si esta es pulsada, el contactor no podrá

ser activado de ningún modo y todos los actuadores quedarán desactivados.

Para que el programa del PLC pueda saber si la seta ha sido pulsada, la salida además de ir

al contactor también va a la entrada digital del PLC I0.

Ilustración 95: Seta de emergencia


82

La seta es instalada en uno de los bordes de la placa telequick para que sea de fácil acceso

por el usuario. Para pasar los cables a través de la caja donde se encuentra la seta es

necesario hacer un agujero con un taladro en la zona central de esta.

9.8 Relés

Los relés son unos componentes utilizados para el control de la activación del equipo.

Cuentan con diversos contactos NC o NO, dependiendo de la intención del trabajo. Cuando

estos reciben una señal de entrada (que llamaremos de control) activan todos los contactos

asignados a ese relé.

A su salida conectaremos la alimentación que queramos en un extremo de un contacto NO

mientras que en su otro extremo colocaremos el cable proveniente de la planta que

corresponde al punto de la alimentación del componente. De este modo, al activarse el

contacto permitirá pasar el corriente para alimentar al actuador que corresponda.

9.8.1 Relé con Bobina de Control de 24 Vcc

En el caso de los actuadores, estos serán activados a partir de una señal del PLC a través de

una de sus salidas. Esta señal tiene una tensión de 24 Vcc por lo que este tipo de relés será

el idóneo para el caso.

Ilustración 96: Relé con bobina de control de 24 Vcc

Cada relé tiene inscrito el actuador al cual permite la alimentación en la tapa blanca de la

cara superior. El código de referencia de este relé es RXM2AB2BD.

Estos relés son colocados en una base que lo adapta al carril DIN, además de proporcionar

los pines de conexión al propio relé.


83

Ilustración 97: Base de los relés miniatura enchufables

El código de referencia de las bases de los relés es RXZE2S108M.

9.8.1.1 Conexionado

Esquema eléctrico del conexionado de los relés con bobina:

Ilustración 98: Conexionado de los relés con bobina

En la imagen se puede ver como si se alimenta la bobina en las patas A1 y A2, el relé se

activará cambiando de posición el interruptor. De esta manera, las salidas del PLC

dedicadas a la activación de los actuadores van a parar a las bobinas de estos relés,

activándolos en caso de que el programa active la salida. Entonces, la tensión de


84

alimentación va conectada a las patas 41 y 11 de los relés, se usa un puerto para la

alimentación positiva y el otro para el de referencia, y los cables que van a la planta van

conectados a los puertos 14 y 44.

Ilustración 99: Relés con bobina de control de 24 Vcc colocados

9.8.2 Relé con Bobina de Control de 230 Vca

Este tipo de relés es idéntico al anterior con una excepción, la entrada de control es de 230

Vca. Estos relés se utilizarán para el caso de los termostatos. Se ha mencionado que estos

contaban con un cable para indicar si se habían activado o no. Esta comprobación se

realizará gracias a estos relés.

A la entrada del relé se le conectará el cable que proviene del circuito de la resistencia

calefactora. Cuando pase corriente por la resistencia el relé se activará, cerrando un

contacto NO a la salida de este que dejará pasar una señal que irá a una entrada del PLC. Si

des del PLC se está ordenando a la resistencia encenderse, pero no se recibe ningún valor

de tensión en la entrada que acabamos de mencionar, significa que el termostato ha sido

activado y saltará una alarma.

Ilustración 100: Relé con bobina de control de 230 Vca

Este relé utiliza el mismo tipo de base que el anterior. El código de referencia de este relé

es RXM2AB2P7.


85

9.8.3 Relé de Estado Sólido

La motobomba y las resistencias calefactores son el equipo capaz de modificar las

variables del sistema, nivel y temperatura. Si estos son activados de manera constante

resulta difícil llevar a cabo un control exacto de estas variables. Por ese motivo, se

contempla la opción de que trabajen siguiendo ciclos de trabajo de pequeños periodos de

tiempo. Según la medición actual de la variable y el valor objetivo a conseguir, el ciclo de

trabajo de estos elementos variaría.

Inicialmente todos los relés de los actuadores eran con bobina de control, pero para realizar

esta función se necesitan relés capaces de conmutar a frecuencias altas para tener una

mayor exactitud en el sistema. Este tipo de relés en particular son transistorizados y

funcionan permitiendo una frecuencia de conmutación muy elevada, así que se utilizarán

en este caso.

Hay dos relés que permiten una salida de 230 Vca para utilizar en las resistencias y uno de

24 Vcc para la motobomba.

Al llevar a cabo las pruebas de funcionamiento de estos componentes se observa que la

motobomba empieza a funcionar ignorando que la señal de salida del PLC que la activa

esté apagada. Se para el sistema con el pulsador de emergencia y se inspecciona el

problema. Midiendo con el multímetro se comprueba que el contacto de la salida del relé

NO está haciendo contacto a pesar de estar extraído el componente. Esto significa que en el

interior del relé algún tipo de ruptura provoca un cortocircuito en los pines de salida

haciendo que esté siempre activa.

Puesto que no se detecta el causante del problema y puede haber sido un error del propio

elemento se sustituye por uno nuevo. El error se repite y el componente deja de funcionar

por el mismo motivo.

Este problema ha sucedido cuando la motobomba ha sido encendida y apagada

repetidamente. Comprobando en la información del componente, este admite una

intensidad de pico de 6 A a pasar por la salida. La motobomba tiene un consumo de

corriente elevado, especialmente en los picos que produce al encenderse, lo que puede

haber provocado fácilmente haber llevado al componente a su límite.

Se vuelve a sustituir por el relé anterior, con bobina de control de 24 Vcc y el sistema

vuelve a funcionar como debería.


86

Ilustración 101: Relé de estado sólido con salida de 230 Vca

El conexionado de estos relés es idéntico al de los anteriores con la diferencia de que en

este caso solo hay un contacto NO en vez de dos. Por este motivo se utiliza un borne de

conexión para pasar el neutro a las resistencias mientras que la fase pasará al activarse el

relé.

Ilustración 102: Conexionado de un relé de estado sólido

9.9 Bornes de Conexión de Carril DIN

Los bornes de conexión tienen dos puertos o bornes, uno en cada lado y se utilizan para

conectar componentes. En este caso se utilizan para ordenar el cableado de la planta

correctamente, sobre todo las entradas y salidas del PLC. Además, también son utilizados

para distribuir una conexión a diferentes componentes, como es el caso de las fuentes de

alimentación que se conectan a uno mientras que por el otro lado se conectan todos los

equipos que lo necesiten.


87

Ilustración 103: Bornes de conexión de carril DIN

En el proyecto se utilizan 2 carriles DIN para colocar bornes de conexión. En el carril

superior se encuentran conectadas las entradas y salidas digitales del PLC, además de la

fuente de alimentación de 24 Vcc y 1,2 A. En el carril inferior están conectadas las

entradas analógicas de los sensores de la planta a los módulos de conexión de señales

analógicas y la fuente de alimentación de 24 Vcc y 10 A.

Los bornes marrones son para conectar entradas y salidas, bornes grises para conectar la

fuente de alimentación de 24 Vcc y también hay un borne especial de color amaraillo-verde

que se utiliza para poner en común los cables de referencia a tierra situado en el extremo

izquierdo del carril DIN del nivel superior. Todos los bornes siguen una numeración

inscrita en la cara superior de estas.

Ilustración 104: Borne de conexión a tierra


88

Fase 4: Programación

Fase 4: Programación Universitat Rovira i Virgili

89

10 Software

Para realizar la programación del autómata se ha utilizado el programa SoMachine v4.3.

Este es desarrollado por el mismo Schneider Electrics al cual pertenece el material de

control utilizado en la planta por lo que es un programa específico para utilizar en este tipo

de casos.

Es ideal para el trabajo ya que permite desarrollar, configurar y poner en marcha toda la

maquinaria en un único espacio de trabajo. El mismo programa incluye métodos de

programación para el autómata y para la pantalla HMI utilizados en el proyecto. Además,

el mismo programa ya te permite poner en comunicación los dos elementos para que

puedan funcionar conjuntamente.

Una vez abierto el programa se crea un nuevo proyecto en el cual se tiene que añadir el

autómata y la pantalla HMI que se utiliza en el proyecto. Como todo el material es de

Schneider Electrics, los elementos del equipo se encuentran en la base de datos del

programa. Una vez creado, se abre una ventana con un diagrama de bloques.

Ilustración 105: Diagrama de bloques del flujo de trabajo del proyecto

El primer bloque sirve para añadir o quitar los componentes de control que utilizaremos en

el proyecto, es decir, el autómata la pantalla HMI que utilizamos, en caso de querer

modificarlos.

Los siguientes dos bloques que utilizaremos son para el Controlador (Logic Builder) y

HMI (Vijeo Designer). Estos se utilizan para escribir el código que ejecuta el autómata y

para diseñar la pantalla HMI respectivamente.

La descarga múltiple se utiliza para cargar el programa en múltiples dispositivos al mismo

tiempo, como puede ser cargar el código del Logic Builder en el autómata a la vez que se

carga el del Vijeo Designer en el HMI.

El bloque de mantenimiento sirve para hacer diagnósticos de la planta y actuar en

consecuencia, pero en el caso de este proyecto no será utilizado.

Se procede a explicar por encima lo que nos aporta cada uno. Para información más

detallada acceder a los manuales nombrados en los anexos.


90

10.1 Logic Builder

Desde esta parte del programa programaremos el código que ejecutará el autómata

mientras esté funcionando. La interfaz es la siguiente:

Ilustración 106: Interfaz de programación del Logic Builder

En el navegador del proyecto podemos ver las distintas partes que componen el programa.

Este está separado en 3 pestañas distintas para una mejor organización.

Lo primero que hay que hacer es ir a la primera pestaña y gestionar los dispositivos que

utilizamos en nuestro proyecto. En nuestro caso hay que añadir dos módulos de señales

analógicas y que configurar las comunicaciones vía ethernet para poder crear una red LAN

que funcione. Para ello se asignará una IP conocida tanto al autómata como a la pantalla e

incluso al PC, que compartan la misma codificación de red, pero con una numeración de

dispositivo diferente.

En la segunda pestaña navegamos entre las pestañas desde las que se realiza la

programación de la aplicación y todos sus elementos relacionados. Lo principal son los

POUs. Un POU es un archivo en el cual se escribe el código a ejecutar por el PLC. Utilizar

diferentes “POUs” es una manera de mantener el código ordenado y simplificado. Con

cada POU se crea un área privada para la declaración de variables de ese POU, como

vemos en la pestaña de declaración de variables de la imagen anterior. De todos modos,

casi todas las variables serán declaradas como globales para que los distintos archivos

puedan utilizarlas y para que sea más cómo a la hora de pasarlas al código del HMI. Se

puede elegir un lenguaje distinto de programación para cada POU, pero en este caso se

utiliza el diagrama de contactos (llamado también LD o KOP) para todos los POUs ya que

es un lenguaje muy utilizado en automatización que aporta facilidad a la hora de trabajar en

la planta y, además, es uno de los que nos han enseñado durante la carrera en la

universidad.


91

En la tercera y última pestaña tenemos las librerías y también seleccionaremos las variables

que queremos enviar al programa del HMI para que se puedan tratar en la pantalla.

El área de programación, tal y como su nombre indica, es donde se escribirá el código a

ejecutarse. Para un uso rápido de las herramientas en el código tenemos la barra de

herramientas de programación y el espacio de herramientas que nos proporcionan el uso de

bloques de programación que utilizaremos en el código.

Cuando se quiera cargar el programa en el autómata estos deben estar comunicándose entre

sí y el código debe compilar sin errores.

10.2 Vijeo Designer

Des del programa creado en la aplicación del Vijeo Designer se realiza el diseño de la

pantalla HMI. Esto incluye poder manejar las variables que desde el Logic Builder se de

acceso para ello ya sea modificándolas o simplemente visualizándolas. La interfaz es la

siguiente:

Ilustración 107: Interfaz de programación Vijeo Designer

1. Barra de herramientas que contiene los iconos de las diferentes acciones que se

pueden realizar en la pantalla, por ejemplo, añadir botones que modifiquen el valor

de una variable del Logic Builder, gráficas, visualizadores, etc.

2. Similar al navegador del proyecto del Logic Builder. Podemos navegar por las

distintas partes de nuestro programa. Desde aquí configuraremos la IP que le

daremos al HMI, configuraremos la manera de cargar el proyecto en la pantalla ya


92

sea por ethernet o vía USB. También crearemos y configuraremos las distintas

pantallas que tendrá nuestro diseño del proyecto en el HMI.

3. Área de la zona de trabajo en la cual crearemos la aplicación.

4. Desde este panel podemos ver y modificar los parámetros del objeto seleccionado

en cada momento.

5. Ventana desde la que se pueden ver los errores de compilación o mostrar una lista

de los objetos que hay en el panel en ese momento.

6. Caja de herramientas útiles que se pueden añadir como objetos al proyecto.

Para llevar a cabo una simulación del programa del Vijeo Designer que modifica valores de

las variables del Logic Builder se compila y simula primero el programa del Logic Builder

y, mientras está siendo simulado, se procede a simular la pantalla.

11 Programa

Para realizar la programación del sistema, primero se establecen las bases de

funcionamiento que se le quieren dar a la planta. Se pretende que haya dos maneras de

hacer funcionar el equipo:

1. De manera manual. Significa que se puedan activar los actuadores que el usuario

quiera simplemente activándolos mediante un botón.

2. Siguiendo un control. Este modo consiste en introducir por consigna un valor de

nivel o temperatura para cada tanque escogido por el usuario y que el equipo actúe

en consecuencia para conseguir ese objetivo. Por ejemplo, elegir que haya un 50%

de nivel en el depósito 1 cuando este está al 20 % activará la motobomba hasta

tener la medida requerida.

En todo momento estarán activas unas medidas de seguridad que impedirán la activación

de algunos actuadores en función del estado de las mediciones. Por ejemplo, si se detecta

que el nivel de depósito 1 está al 100%, no se podrá activar la motobomba para llenarlo

más ya que podría dañar el equipo.

Además de la seta de emergencia se configura un botón de paro al cual se tiene acceso a

través de la pantalla HMI. La diferencia entre los dos paros es que en el caso de activar el

paro por pantalla se los actuadores dejan de funcionar, pero estos seguirán en el mismo

estado tras desactivarlo, es decir, si estaban funcionando volverán a hacerlo. En cambio,

tras pulsar la seta de emergencia los valores de consigna del programa se reinician y los

actuadores se apagan de tal manera que al desactivar la seta el sistema se encuentra en un

estado inicial donde todo está apagado.

Previamente al programa final, es recomendable llevar a cabo pruebas de funcionamiento

con un programa sencillo de prueba des del cual activar salidas del PLC con facilidad para

observar los resultados.

Una vez añadidos des del programa los componentes utilizados en el proyecto comienza la

programación.


93

11.1 Logic Builder

El programa utilizado es separado en 4 POUs distintos para separar las distintas funciones

a realizar por el autómata. Estos son:

- Alarmas

- Actuadores

- Lectura

- Control

11.1.1 Entradas/Salidas

Es muy importante definir las entradas y salidas que habrá en nuestro sistema para poder

utilizar la información que se puede obtener a partir de ellas y utilizarla en la

programación.

Para configurar las entradas analógicas se tiene que añadir el módulo de señales analógicas

des del navegador del proyecto. Una vez añadido, en la configuración del elemento

podemos seleccionar como queremos realizar la lectura de dichas señales. En este proyecto

toda señal analógica será leída con una tensión de entrada de 0-10 Vcc. El propio programa

convierte la señal de tensión de la entrada en un valor numérico de 0-10000. La lectura de

un nuevo valor de entrada se realiza cada 1 milisegundo, tal y como establece el programa

de manera predeterminada y que es viable porque es un tiempo inferior a la máxima

velocidad de conmutación de los relés de estado sólido.

Ya se ha comentado anteriormente cuales son las entradas/salidas utilizadas en el proyecto

visto desde la conexión física en el cableado. Ahora se habla des del punto de vista de la

configuración de la programación en la siguiente tabla. La columna de “Variable”

corresponde al nombre que se le da a la variable dentro del código y l de PLC corresponde

al número de asignación que se le da a la variable des del PLC.


94

Elemento Descripción Variable PLC

Seta de Emergencia Entrada digital PE %IX0.0

Termostato 1 Entrada digital TERMO1 %IX0.1

Termostato 2 Entrada digital TERMO2 %IX0.2

Sensor Temperatura 1 Entrada analógica TEMP1 %IW2


Sensor Nivel 1 Entrada analógica NIVEL1 %IW4

Sensor Nivel 2 Entrada analógica NIVEL2 %IW5


Resistencia Calefactora

1

Salida digital transistorizada RESISTENCIA1 %QX0.0

Resistencia Calefactora

2

Salida digital transistorizada RESISTENCIA2 %QX0.1

Motobomba Salida digital transistorizada MOTOBOMBA %QX0.2

Motor-Agitador 1 Salida digital por bobina AGITADOR1 %QX0.4

Motor-Agitador 2 Salida digital por bobina AGITADOR2 %QX0.5

Electroválvula 1 Salida digital por bobina EV1 %QX0.6

Electroválvula 2 Salida digital por bobina EV2 %QX0.7

Activación Contactor

KM1

Salida digital por bobina HAB_POTENCIA %QX1.0

Tabla 6: Entradas/Salidas del programa

11.1.2 POU: Alarmas

Para mantener la seguridad del equipo se utilizan unas variables que se utilizan como

alarmas. Al estar activas impiden la activación de ciertos actuadores. Para activarse se

tienen que dar las condiciones para ello.

En total son programadas 11 posibles alarmas:


95

Nº Alarma Activación Efecto Desactivación

1 Seta de

Emergencia

Activación de la Seta

de Emergencia

Reset de todos los

actuadores y de los

valores de consigna.

Desactivación de la Seta

de Emergencia

2 Termostato 1

activado

Temperatura 1

elevada. No hay

potencia en la

Resistencia

Calefactora 1 cuando

su salida está activa

Impide activar la

Resistencia

Calefactora 1

Reset del sistema

3 Termostato 2

activado

Temperatura 2

elevada. No hay

potencia en la

Resistencia

Calefactora 2 cuando

su salida está activa

Impide activar la

Resistencia

Calefactora 2

Reset del sistema

4 Temperatura 1

alta

Temperatura del fluido

en el depósito 1

superior a los 45 ºC

Impide activar la

Resistencia

Calefactora 1


en el depósito 1 menor a

los 45 ºC

5 Temperatura 2

alta


en el depósito 2

superior a los 45 ºC

Impide activar la

Resistencia

Calefactora 2


en el depósito 2 menor a

los 45 ºC

6 Nivel 1 bajo

mínimo

Nivel del depósito 1

por debajo del 0.2%

Impide la activación

de la electroválvula 1

Nivel del depósito 1 por

encima del 2%

7 Nivel 2 bajo

mínimo

Nivel del depósito 2

por debajo del 0.2%

Impide la activación

de la electroválvula 2


encima del 2%

8 Nivel 1 máximo Nivel del depósito 1

por encima del 99.5%

Impide el uso de la

motobomba


encima del 99.5%

9 Nivel 2 máximo Nivel del depósito 2

por encima del 99.5%

Impide el uso de la

motobomba


encima del 99.5%

10 Sensor de

Temperatura 1

desactivado

Fuente de

alimentación externa

no activada

No funciona el sensor

de temperatura 1

Encender fuente de


11 Sensor de

Temperatura 2

desactivado

Fuente de


no activada

No funciona el sensor

de temperatura 2

Encender fuente de


Tabla 7: Alarmas

Las alarmas 2-4 y 3-5 son similares ya que se basan en la misma variable para activarse

haciendo que el caso de la 2 y la 3 no pueda llegar a saltar. Esto es porque estas nunca


96

deberían de llegar a saltar, pero si sucediese un error no controlado es necesario tenerlas

presentes para evitar cualquier daño.

Los valores atribuidos a la activación o desactivación de las alarmas han sido decididos

después de múltiples pruebas de funcionamiento. La temperatura máxima está limitada

debido a los problemas de condensación de los sensores de nivel comentados

anteriormente.

En el código utilizado para el proyecto final no ha sido utilizado el sensor de temperatura

número 3, por lo que no se le ha asignado ninguna alarma.

11.1.3 POU: Actuadores

Este es el POU principal. Aquí se define un estado inicial del proyecto, que también es

utilizado como un estado de retorno en caso de reset en el que todos los actuadores están

desactivados y los valores de consigna están vacíos. También incluye la activación de las

salidas del PLC que activarán los actuadores y las condiciones necesarias a cumplir para

que estas se activen.

Cada actuador se podrá activar tanto desde la activación manual por pantalla como

mientras se realiza un control que necesita ese actuador, siempre y cuando el pulsador de

paro de la pantalla no esté activado y no haya ninguna alarma activada que lo impida.

11.1.4 POU: Lectura

La función de este POU es la de leer los valores medidos desde la planta y convertirlos en

un tipo de variable con la que se pueda trabajar des del programa. También se encarga de la

configuración de la lectura y visualización de las consignas de los valores de temperatura y

nivel de ambos tanques de trabajo, además de preparar los valores introducidos para poder

realizar el control des del cuarto y último POU.

11.1.5 POU: Control

Cuando se detecta des del POU anterior que se ha introducido un valor por consigna se

pasa a realizar un control de los actuadores para poder cumplir con el objetivo establecido

por el usuario.

En el caso de las temperaturas se realiza un control por histéresis que funciona de la

siguiente manera.

Primero se introduce un valor por consigna válido superior a 20 ºC como por ejemplo 30

ºC. El POU de lectura creará dos valores cercanos al valor deseado, uno siendo ligeramente

superior y el otro inferior. Entonces, desde control se encenderá la resistencia ya que el

tanque se encontraba en una temperatura ambiente inferior a la de consigna. La resistencia

estará encendida hasta llegar al valor ligeramente superior al valor de consigna calculado

anteriormente, una vez superado se apagará. Cuando se apague y la temperatura del fluido

baje del valor ligeramente inferior a la temperatura de consigna la resistencia calefactora se

volverá a encender. Así continuará el ciclo de histéresis del control de temperatura.


97

Siempre que se introduzca una consigna de temperatura el agitador del tanque

correspondiente se activará con el fin de tener la misma temperatura en todo el fluido

dentro del tanque.

En cuanto al control de nivel es algo más sencillo de entender. Si el valor introducido por

consigna es inferior al nivel actual se abrirá la electroválvula correspondiente hasta detectar

un nivel ligeramente superior al de consigna, calculado después de varias pruebas

realizadas con el sistema. En el caso contrario en el que el valor de consigna sea superior al

actual, se encenderá la motobomba hasta llegar a un valor ligeramente inferior a este,

también calculado tras múltiples pruebas.

11.2 Vijeo Designer

El programa diseñado des del Vijeo Designer trata de ser intuitivo y fácil de utilizar para el

usuario. En total hay 5 paneles:

- Panel de Inicio

- Panel de Selección

- Depósito de Trabajo 1

- Depósito de Trabajo 2

- Panel de Alarmas

Todos los paneles excepto el inicial tienen un botón que cambiará de panel hacia el

anterior. Al cambiar de panel se realiza un reinicio del estado inicial del programa

eliminando valores de consigna y apagando los actuadores.

11.2.1 Panel de Inicio

Primero de todo, al encender el sistema vemos una pantalla de presentación del trabajo.

Ilustración 108: Panel de Inicio


98

En este panel encontramos el título del trabajo junto al nombre del autor y los iconos de la

universidad y de la empresa proveedora del material utilizado Schneider Electrics.

En la parte inferior derecha de todos los paneles se encuentra en todo momento la fecha y

hora. En caso de ser incorrecta debido a los reinicios del sistema esta se puede modificar.

Hay un gran botón verde de inicio que nos llevará hasta el siguiente panel.

11.2.2 Panel de Selección

Desde este panel se selecciona la función que el usuario quiere desempeñar, ya sea trabajar

con el depósito de trabajo 1, con el depósito de trabajo 2 o revisar el historial de alarmas.

Ilustración 109: Panel de Selección

11.2.3 Depósitos de Trabajo

Ambos paneles siguen la misma estructura, cada uno con información referente a su

depósito.

Ilustración 110: Panel del Depósito de Trabajo 1


99

En el lado izquierdo hay cuatro botones que sirven para activar manualmente el actuador al

que corresponden. Cuando el actuador en cuestión esté activado el botón cambiará a color

rojo, ya haya sido manualmente o desde control.

Al lado hay dos visualizadores que indican el nivel y la temperatura real del depósito en

todo momento indicando el valor con hasta dos decimales. Además, hay un indicador

visual de nivel del 0-100% para ayudar a tener una rápida interpretación de este que va

cambiando de color a amarillo naranja y rojo según se aproxima al nivel máximo en forma

de precaución.

A la derecha hay dos visualizadores que marcarán los valores de las consignas de nivel y

temperatura introducidos por el usuario. Mientras no se haya introducido ningún valor de

consigna, estos visualizadores marcarán los valores reales medidos por los sensores.

Los valores a introducir en las consignas están limitados. El valor de la consigna de nivel

debe estar entre el 0 y el 100 mientras que el de temperatura entre 20 y 50, ya que la

temperatura ambiente del laboratorio está entre los 19 y los 20 ºC.

Por último, en la esquina inferior derecha está el botón de paro que detendrá el

funcionamiento de los actuadores mientras esté activo. Cuando se activa se cambia su color

del verde al rojo.

11.2.4 Panel de Alarmas

Se ha creado un grupo de alarmas vinculadas a las variables de alarmas del programa del

Logic Builder y un mensaje vinculado a cada una de ellas.

En el panel de alarmas aparece una tabla que enseña el historial de alarmas desde que ha

sido encendido el sistema. Se puede ver la fecha, hora y el mensaje de alarma asignado a

cada una de ellas.

Ilustración 111: Panel de Alarmas


100

Las alarmas pueden aparecer en tres colores:

- Rojo: alarma activada y no reconocida.

- Amarillo: alarma activa reconocida. Para marcar una alarma como reconocida se

utilizan los dos primeros iconos de encima de la tabla, el primero para reconocer

todas y el segundo para reconocer la actual.

- Verde: alarma desactivada. Significa que se ha llegado a activar, pero ya no está en

estado activo.

Los otros iconos se utilizan para navegar por el panel de alarmas.

Cuando se activa una alarma, aparte de salir en el historial de alarmas, aparece un

visualizar móvil en la parte inferior de la pantalla, independientemente del panel en el que

se encuentre, que enseña el mensaje asociado a la alarma que le corresponde pasando de

derecha a izquierda por el visualizador.

Ilustración 112: Panel de Inicio con mensaje de alarma

En la imagen anterior se puede observar en la parte inferior del panel como han saltado

varias alarmas. Primero se ve la alarma de nivel mínimo en el tanque 1 seguido por una

alarma de nivel del tanque 2 aún en movimiento para llegar a aparecer en el visualizador.


101

Fase Final: Puesta en Marcha

Fase Final: Puesta en Marcha Universitat Rovira i Virgili

102

12 Pruebas del equipo

Una vez la maqueta ha sido rehabilitada, los programas han sido simulados y probados y el

equipo funciona correctamente de manera individual, se procede a realizar pruebas de

funcionamiento de todos los componentes del proyecto en común.

12.1 Programa

Al intentar cargar ellos programas en la pantalla HMI y en el autómata surgieron varios

problemas imprevistos solucionados de la siguiente manera:

- No simular ni cargar el código en el autómata o HMI mientras se tienen varios

proyectos abiertos a la vez. Da un error de comunicaciones que no se soluciona

hasta tener solo un proyecto abierto. Del mismo modo, este error sucederá si se

intenta cargar el programa en el equipo de control.

- Mantener actualizado el programa. Sucedió un error que no permitía cargar el

código en el equipo correctamente. No se consiguió descifrar el error hasta que se

utilizó otro ordenador para cargar el proyecto. Después de que funcionase se

actualizó el programa en el ordenador en el que inicialmente no funcionó y cargó el

programa correctamente.

- Si se están modificando los valores de las variables del programa des del PC es

posible que a veces el ordenador deje de comunicar con el PLC, lo detecta

conectado, pero la comunicación es fallida. Es importante estar atento ya que de

darse el caso en que un actuador está encendido no se podrá apagar sin pulsar la

seta de emergencia. En el caso de la motobomba puede llegar a ocasionar un error

grave para la planta. Si se desconecta y se vuelve a conectar funciona de nuevo.

12.2 Pérdidas de líquido

Se realizan varios ciclos de llenado y vaciado y se observa un pequeño inconveniente.

Tanto por la motobomba como por la electroválvula 1 se escapa fluido hacia el depósito de

drenaje si las mangueras de plástico se dejan conectadas. Estas pérdidas no son muy

relevantes, pero es importante tenerlas en cuenta a la hora de hacer la programación ya que,

si se pide tener cierto nivel desde control, se llega a este nivel, y luego poco a poco se va

perdiendo líquido, los actuadores continuarán funcionando intermitentemente.

Inicialmente no se habían tenido en cuenta estos problemas y en la primera prueba de

funcionamiento se observó una gran cantidad de rebotes con alta frecuencia que hacían

funcionar la motobomba. Se detuvo la prueba gracias a la seta de emergencia y se investigó

el problema. Esta prueba fue realizada con un relé de estado sólido permitiendo la

alimentación de la motobomba. Debido a los altos picos de corriente requeridos tan

seguidamente por la motobomba el relé dejó de funcionar. Se intentó utilizar otro relé del

mismo tipo, pero el error se produjo de nuevo y se acabó sustituyendo por uno de los relés

usados inicialmente de bobina de 24 Vcc, igual que los de los otros componentes.


103

También se contempla que puede haber un problema similar debido a las variaciones en la

señal de medición del sensor de nivel.

Por estos motivos se bloqueará el funcionamiento de la motobomba y electroválvulas

después de haber terminado el ciclo de llenado o vaciado, depende del nivel requerido por

el usuario, hasta tener un nuevo valor de consigna. Se puede ver la solución aplicada en el

programa realizado en el apartado de anexos.

Otra ocasión en la que se observan pérdidas de líquido es tras efectuar una prueba en la que

se aumenta mucho la temperatura del fluido. Al aumentarla el líquido se expande

aumentando de volumen. Al efectuar una de las pruebas en el depósito 1, se observa como

sale un poco de líquido por la parte de la junta de la base azul con el cristal que hace de

pared del tanque. Al ser pérdidas muy escasas no se ha realizado ninguna modificación con

inmediatez.

12.3 Control de Llenado y Vaciado

Se observa que el caudal de agua que proporciona la motobomba a los tanques es elevado y

difícil de controlar, por lo que se realizan varias pruebas y cálculos con el fin de poder

realizar un control más exacto cuando el usuario quiera llenar un depósito. El objetivo es el

de detener la motobomba cuando se detecte un nivel ligeramente inferior al querido por el

usuario. Del mismo modo se realizan pruebas en el sistema de vaciado por las

electroválvulas, aunque resulta más sencillo debido a que el caudal de salida es inferior.

Se logra llegar a una conclusión bastante exacta si comparamos los valores reales con los

medidos en los tanques.

12.4 Alarmas

Se ha comprobado la correcta activación todas las alarmas por separado, incluyendo la del

termostato. Aprovechando que las pruebas de los componentes han sido un éxito, se ha

procedido a calentar el líquido a más de 60 ºC para forzar el activado de los termostatos y,

así, comprobar el correcto funcionamiento de su sistema. El problema de este caso es que

habrá que limpiar la condensación de líquido del sensor de nivel y seguramente volver a

calibrarlo. Como la prueba ha sido un éxito, se ha podido verificar el funcionamiento de los

relés de los termostatos de bobinas de 230 Vca para indicar si llega corriente a la

resistencia o no.

Durante la prueba se va dejando de alimentar la resistencia en momentos determinados

para observar la histéresis de la temperatura en los tanques. Se observa que, una vez

apagadas las resistencias, el líquido se llega a calentar entre 2 y 3 grados de más y que

cuesta una cantidad considerable de tiempo que la temperatura vuelva a disminuir debido a

la gran cantidad de líquido en el tanque.

Se ha repetido el mismo proceso para el tanque 2 y se comporta de la misma manera.


104

12.5 Sensor de nivel

Después de las pruebas de temperatura se observa que los sensores de nivel no están

funcionando como deberían, tal y como se había previsto, los cuales parecen haberse

desconfigurado. Se deben volver a configurar cuando el líquido ya no se encuentra a una

temperatura elevada, más o menos inferior a 35 ºC según las pruebas.

Se retira el sensor de nivel y se observa que tiene gotas de líquido en la zona de medición.

Esto es producto del anterior experimento donde se calentaron las resistencias para hacer

saltar el termostato y el agua empezaba a evaporarse. Se limpia el sensor y se vuelve a

calibrar.

12.6 Controles

En el caso del control de temperatura funcionando por histéresis no acaba de ser del todo

exacto debido a que la temperatura aumenta unos 2 ºC tras cortar alimentación de la

resistencia así que se acotan los valores de histéresis superior e inferior lo máximo posible

dentro de los datos extraídos.

Gracias a los datos recopilados en las pruebas se modifica la programación en medida de lo

necesario y se vuelve a cargar el programa. Se comprueba el funcionamiento de los

controles tanto de nivel como de temperatura y ahora parecen funcionar exactitud tal y

como se proponía.

12.7 Puesta en Marcha

Una vez comprobado el funcionamiento de todos los elementos desde la pantalla, acotado

el funcionamiento de los controles y revisada la activación de las alarmas se da el visto

bueno a la finalización de la automatización y restauración de la planta.

La puesta en marcha significa que el equipo está preparado para su funcionamiento por un

usuario externo habiendo cumplido los objetivos iniciales esperados para el proyecto.

La información extraída de las pruebas realizadas con la planta se encuentra en el apartado

de anexos.


105

Presupuesto

Presupuesto Universitat Rovira i Virgili

106

13 Presupuesto

Material cedido por Schneider Electrics

Referencia Uds Descripción PVP ud

(€)

PVP Total

(€)

HMISTU855 1 TERMINAL D22 5.7'' COLOR QVGA ETH. 456 456

ABL8MEM24012 1 FUENTE CONMUT. MODULAR 1,2A 24Vdc

30W 106,87 106,87

TM241CE24R 1 CPU AC 14E/10S RELE ETHERNET 318 318

XX930A1A1M12 2 DETEC.ULTRASONIDOS ANALOGICO 1m

D30 408,34 816,68

XZCP1241L5 2 CONECTOR HEMBRA M12 ACOD 5M 13,46 26,92

TM3AM6 2 MODULO 4E/2S ANALOGICAS 196 392

XB6AS8349B 1 PULS.SETA PARADA EMERG.C/FRAUDES 52,19 52,19

TCSXCNAMUM3P 1 CABLE DE PROGRAMACION SOMACHINE,

3M 124 124

TMASD1 1 TARJETA SD M221/M241/M251 46,03 46,03

NSYTRV22 50 Borne conex tornillo, 2pts, 2,5mm gris 1,15 57,5

NSYMR65 1 Placa mont. Telequick 600X500 92,43 92,43

TPLINK 1 ACCESS POINT WIFI 40 40

A9A15310 3 TOMA DE CORRIENTE 2P+T 250V 19,95 59,85

A9F79616 3 iC60N 1P+N 16A C 63,89 191,67

RXM2AB2BD 10 RELÉ MINIATURA +LED 12A 2NANC 24VDC 9,36 93,6

RXZE2S108M 10 BASE RXM2, E/S SEPARAD, Tornillo 5,17 51,7

TM4ES4 1 MODULO M241/M251 SWITCH

4XETHERNET 112,86 112,86

SSM1A112BD 2 SSR monofásico 280VAC 12A 24VDC 58,42 116,84

SSM1D26BD 2 SSR monofásico Carga 60 VDC 6A Control 2 51,38 102,76

LC1D09BD 1 CONT 9A 1NA/1NC 24V CC-AR-ANTIP 106,34 106,34

XALK178F 1 CAJA 1 PULS.EMERGENCIA C. FRAUDES 2NC 70,25 70,25

RXM2AB2P7 2 RELÉ MINIATURA +LED 12A 2NANC 230VAC 10,02 20,04

Presupuesto Universitat Rovira i Virgili

107

RXZE2S108M 2 BASE RXM2, E/S SEPARAD, Tornillo 5,17 10,34

ABL8RPS24100 1 FUENTE CONM. FILTRO ARM. 10A 24Vdc

240W 333,6 333,6

NSYTRV22 100 TERMINAL DE TORNILLO ALIM 2P 2.5MM2

GRIS 1,15 115 Total:

NSYTRR62 1 TERM RSORT 2PT 6MM GR 1,76 1,76 3915,23

Material cedido por la Universidad

CMDVARIOS 1 OTROS MATERIALES FUNGIBLES 100 100 Total:

CMDMONTAJE 1 MONTAJE EQUIPOS 1000 1000 1100

NETO 5015,23

IVA 21% 1053,20

TOTAL 6068,43 €


108

Conclusiones

Cocnlcusiones Universitat Rovira i Virgili

109

14 Conclusiones

Principalmente me gustaría decir que estoy muy contento con la manera en la que he

concluido el proyecto. Se han podido cumplir los objetivos inicialmente propuestos y me

he podido introducir de lleno en un proyecto envuelto de temas industriales tal y como

pretendía en un inicio.

He llegado a tocar temas de instrumentación, de electrónica analógica, de automatización,

de soldadura de componentes y hasta de, porqué no decirlo, técnico de laboratorio al tener

que trabajar junto a varios trabajadores con componentes y herramientas que nunca antes

había utilizado.

Esto me ha otorgado una experiencia en realización de proyectos y en el uso y prueba de

material físico nuevo para mí que amplía el conocimiento que he podido llegar a adquirir

en los laboratorios de la universidad.

Como en todo proyecto, también existen las partes negativas. Inicialmente hubo un cúmulo

de ideas sobre lo que la planta podría llegar a hacer o planes de prácticas a llevar a cabo

pero que al final no se dispuso del tiempo o recursos necesarios para llevarlos a cabo. De

todos modos, esto me ha servido también para aprender en qué partes de un proyecto de

restauración hay que dedicar más recursos y, en general, a administrar mejor el tiempo

invertido en un proyecto de este tamaño.

Tengo que decir, para todo aquel dispuesto a realizar un trabajo similar, que la satisfacción

de poner en práctica tus conocimientos adquiridos y llegar al punto de ver como dan fruto

en el momento final en el que las cosas funcionan como deben, es de lo mejor que he

llegado a experimentar.

Este proyecto no termina aquí. Como he comentado hay una lista de ideas que no se han

podido llegar a aplicar en este trabajo final de grado, así que a continuación nombro

diferentes aspectos a mejorar del proyecto para otros alumnos dispuestos a continuar mi

trabajo.

14.1 Futuro del Proyecto

Posibles propuestas de mejora o de ampliación del proyecto:

1. Elaborar un conjunto de prácticas a realizar con la maqueta para ser utilizado por

alumnos. De este modo extraerían datos de la planta y se familiarizarían con un

entorno de procesos industriales.

2. Se ha observado que la electroválvula 1 y la motobomba no son estancas y tienen

pérdidas de líquido. Solucionar el problema mediante el cambio y prueba de nuevos

componentes.

3. Tras aumentar mucho la temperatura del depósito 1 se han observado unas

pequeñas pérdidas de líquido a través de la junta de la base de metal y la pared de

cristal. Estudio de la mecánica de fluidos que produce que el agua se dilate al

calentarse y aumente de vlúmen.

Cocnlcusiones Universitat Rovira i Virgili

110

4. Incluir en el equipo un zumbador que produzca una alerta de sonido que funcione

juntamente con la activación de las alarmas.

5. Renovar el circuito adaptador del sensor de temperatura para que esta funcione a

partir de la alimentación de la fuente utilizad en el equipo de control de 24 Vcc y

1,2 A.

6. Investigar el caso de los sensores de nivel en el que estos dejan de funcionar

correctamente debido a la condensación de líquido y aportar una solución.

7. El caso de no saber qué tomas de entrada/salida de fluido tienen una manguera de

plástico o no, impide llevar un control des del autómata que impida usar la

motobomba en caso de no estar bien conectada y que se pueda llegar a romper.

8. Des del autómata se pueden programar las salidas transistorizadas para funcionar

como un PWM. De esta manera no sería necesario que las resistencias y la

motobomba trabajen al 100% cada vez que funcionan. Así sería más sencillo y

viable poder llegar a realizar controladores efectivos de nivel y temperatura. En el

caso de las resistencias el relé de estado sólido instalado ya puede cumplir con esta

función.


111

Anexos

Anexos Universitat Rovira i Virgili

112

15 Anexos

15.1 Esquema Eléctrico

15.1.1 Simbología

Para entender el esquema eléctrico es necesario conocer la simbología utilizada en los

planos.

Cada símbolo sigue un código de numeración que consiste en una letra mayúscula que

identifica el elemento seguido de un número que identifica con un contador el número del

elemento.

Junto al dibujo del material utilizado se puede ver su código de referencia.

Codificación:

- W: Cableado de conexión a la red eléctrica

- QM: Interruptor automático magnetotérmico de protección

- T: Fuente de tensión

- X: Toma de corriente modular

- KM: Contactor. El caso particular de KM1 se trata del contactor de seguridad con

bobina de control de 24 Vcc

- R: Resistencia calefactora

- EV: Electroválvula

- AG: Agitador

- A: Autómata

- S: Seta de emergencia

- P: Pantalla HMI

- M: Módulo de señales analógicas

- L1: Cable de fase 230 Vca

- 1N: Cable de neutro

- PE: Protección Eléctrica. Cable de conexión a tierra

- L+: Cable de alimentación positiva de la fuente de tensión continua T1, 24 Vcc y

1,2 A

- L-: Cable de alimentación negativa de la fuente de tensión continua T1, 24 Vcc y

1,2 A


113

- I: Entrada digital del autómata

- TR: Salida digital transistorizada del autómata

- Q: Salida digital por bobina del autómata

- TEMP: Sensor de temperatura

- NIVEL: Sensor de nivel

15.1.2 Índice de Páginas del Esquema Eléctrico

Página Descripción de página

1 Alimentación general + Fuentes de tensión T1 y T2

2 Alimentación actuadores

3 PLC + Switch ethernet

4 I/O digitales

5 HMI

6 I/O Analógicas

Tabla 8: Índice de páginas del esquema eléctrico


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15.2 Tabla de Entradas/Salidas

Tabla que recopila información de las entradas y salidas de la planta.

Elemento Alimentación Control PLC HMI

Seta 24 Vcc Contactor KM1 %IX0.0 PE

Termostato 1 230 Vca Relé 230 Vca KM2 %IX0.1 TERMO1

Termostato 2 230 Vca Relé 230 Vca KM3 %IX0.2 TERMO2

Resistencia 1 230 Vca Relé estado sólido KM4

%QX0.0 RESISTENCIA1

Resistencia 2 230 Vca Relé estado sólido KM5

%QX0.1 RESISTENCIA2

Motobomba 24 Vcc; 3.5 A Relé 24 Vcc KM6 %QX0.2 MOTOBOMBA

Agitador 1 24 Vcc Relé 24 Vcc KM7 %QX0.4 AGITADOR1

Agitador 2 24 Vcc Relé 24 Vcc KM8 %QX0.5 AGITADOR2

Electroválvula 1 230 Vca Relé 24 Vcc KM9 %QX0.6 EV1

Electroválvula 2 230 Vca Relé 24 Vcc KM10 %QX0.7 EV2

Habilitar potencia 24 Vcc Contactor KM1 %QX1.0 HAB_POTENCIA

Sensor temperatura 1 ± 15 V %IW2 TEMP1


Sensor nivel 1 15-24 Vcc %IW4 NIVEL1

Sensor nivel 2 15-24 Vcc %IW5 NIVEL2


Tabla 9: Información de las entradas y salidas del PLC

15.3 Programa Completo

A continuación, se comentará el código implementado en el Logic Builder siguiendo la

estructura de los 4 POUs utilizados y la lengua utilizada, diagrama de contactos. Los POUs

están estructurados por segmentos de código donde cada segmento tiene una función en

específico.

15.3.1 Variables

Primero de todo se listan las variables utilizadas en el programa que, como ya se ha

comentado, serán todas globales con un par de excepciones. Las variables creadas con una

x al inicio del nombre indican que son booleanas, es decir, que tienen dos estados, 1 o 0.

Las variables con una r al inicio del nombre indican que son del tipo real ya que tendrán

que almacenar un valor relacionado con las señales analógicas.


121

VAR_GLOBAL

//Variables de control de seguridad

xVar_auxiliar: BOOL;

xVar_PARO: BOOL;

xVar_MARCHA: BOOL;

xVar_Reset: BOOL;

//Alarmas

xAlarma_Seta: BOOL;

xAlarma_Termo2: BOOL;

xAlarma_Termo1: BOOL;

xAlarma_temp1_alto: BOOL;

xAlarma_temp2_alto: BOOL;

xAlarma_nivel1_bajo_minimo: BOOL;

xAlarma_nivel2_bajo_minimo: BOOL;

xAlarma_nivel1_alto: BOOL;

xAlarma_nivel2_alto: BOOL;

xAlarma_sensor_temp1_desactivado: BOOL;

xAlarma_sensor_temp2_desactivado: BOOL;

//Variables de activación de actuadores

xVar_motobomba: BOOL;

xVar_control_motobomba_tanque1: BOOL;

xVar_control_motobomba_tanque2: BOOL;

xVar_ev1: BOOL;

xVar_control_ev1: BOOL;

xVar_ev2: BOOL;

xVar_control_ev2: BOOL;

xVar_resistencia1: BOOL;

xVar_control_resistencia1: BOOL;

xVar_resistencia2: BOOL;

xVar_control_resistencia2: BOOL;

xVar_agitador1: BOOL;

xVar_agitador2: BOOL;

//Lectura de variables reales de la planta

r_temp1: REAL;

r_temp2: REAL;

r_nivel1: REAL;

r_nivel2: REAL;

//control de temperatura tanque 1

r_consigna_temp1: REAL;

r_histeresis_temp1_superior: REAL;

r_histeresis_temp1_inferior: REAL;

r_consigna_temp1_mostrar: REAL;

xVar_control_enfriado_resistencia1: BOOL;

xVar_consigna_temp1: BOOL;

xVar_no_consigna_temp1: BOOL;

//control de temperatura tanque 2

r_consigna_temp2: REAL;

r_histeresis_temp2_superior: REAL;

r_histeresis_temp2_inferior: REAL;

r_consigna_temp2_mostrar: REAL;

xVar_control_enfriado_resistencia2: BOOL;

xVar_consigna_temp2: BOOL;

xVar_no_consigna_temp2: BOOL;

//control de nivel tanque 1

r_consigna_nivel1: REAL;


122

r_control_llenado_tanque1: REAL;

r_control_vaciado_tanque1: REAL;

r_consigna_nivel1_mostrar: REAL;

r_consigna_nivel1_antigua: REAL;

xVar_consigna_nivel1: BOOL;

xVar_control_llenado_tanque1: BOOL;

xVar_control_vaciado_tanque1: BOOL;

xVar_tanque1_llenado: BOOL;

xVar_tanque1_vaciado: BOOL;

xVar_TON_nivel1: BOOL;

xVar_no_consigna_nivel1: BOOL;

//control de nivel tanque 2

r_consigna_nivel2: REAL;

r_control_vaciado_tanque2: REAL;

r_control_llenado_tanque2: REAL;

r_consigna_nivel2_mostrar: REAL;

r_consigna_nivel2_antigua: REAL;

xVar_consigna_nivel2: BOOL;

xVar_control_vaciado_tanque2: BOOL;

xVar_control_llenado_tanque2: BOOL;

xVar_tanque2_llenado: BOOL;

xVar_tanque2_vaciado: BOOL;

xVar_TON_nivel2: BOOL;

xVar_no_consigna_nivel2: BOOL;

END_VAR

Código 1: Creación de variables globales utilizadas en el programa

En el caso de los POUs de alarmas y control tienen variables internas debido a que utilizan

temporizadores.

PROGRAM Alarmas

VAR

TON_TERMO1: TON;

VALOR_TON_TERMO1: TIME;

TON_TERMO2: TON;

VALOR_TON_TERMO2: TIME;

END_VAR

Código 2: Creación de las variables de los temporizadores de “Alarmas”

PROGRAM Control

VAR

TON_control_nivel1: TON;

VALOR_TON_control_nivel1: TIME;

TON_control_nivel2: TON;

VALOR_TON_control_nivel2: TIME;

END_VAR

Código 3: Creación de las variables de los temporizadores de “Alarmas”


123

15.3.2 POU: Alarmas

Segmentos 1 y 2: los dos primeros segmentos hacen referencia a la alarma de la seta de

emergencia. Desde el estado inicial se activa la variable HAB_POTENCIA que activa el

contactor KM1 permitiendo entregar potencia a los actuadores. Para saber que el contactor

recibe la alimentación para ser activado se utiliza la entrada I0 llamada PE, la cual si no

recibe señal a la entrada significa que el contactor tampoco.

Cuando se activa la alarma también se reinicia el sistema con la variable xVar_Reset. Para

desactivar la alarma se tiene que desactivar la seta permitiendo que la entrada I0 reciba

señal.

Segmentos 3 y 4: las alarmas de los termostatos una vez se activen no se podrán desactivar

a menos que se reinicie el sistema ya que es el caso más alarmante de los que se abarcan en

el proyecto. Se enciende la alarma cuando la salida de la resistencia calefactora está

encendida pero no se detecta una entrada que indique que está pasando corriente por la

resistencia.

El temporizador es a la conexión, es decir, tiene que estar la entrada a este activa durante el

tiempo programado para llegar a activarse la salida. Está colocado porque el código se

ejecuta a una velocidad superior a la que es activada la salida por bobina de la resistencia

físicamente, por lo que en el instante en el que se coloca a 1 por programa la salida

RESISTENCIA1 y todavía no ha llegado a pasar corriente por la resistencia para activarse

la entrada I1 o TERMO1 la alarma se activa sola. Para solucionarlo es suficiente con

temporizadores de 50 ms.

Las resistencias antes se activaban con un relé de control por bobina igual que los demás

actuadores en vez de con el relé de estado sólido. Ese relé conmuta a una velocidad de 40

ms y por eso el tiempo elegido fue de 50 ms en su momento y así se ha mantenido.


124

Segmentos 5 y 6: alarmas activadas por una temperatura superior a 45 ºC. Además de

activarse la alarma, por seguridad se desactiva la activación manual de las resistencias

reseteando la variable xVar_resistencia1.

Segmentos: 7 y 8: alarmas por nivel de líquido inferior al 0% en los tanques. Cuando el

sensor mide menos de un 0.2% del nivel se activa la alarma y se detiene la activación

manual de las electroválvulas con la variable xVar_electrovalvula1. Está marcado este

nivel porque realizando las pruebas de vaciado del tanque se observa que si se ajusta más el

valor al 0% se vacía un poco más de lo esperado al tratarse de un control todo o nada.

Para desactivar la alarma el nivel tiene que estar por encima del 2%. Esto se debe a que con

el movimiento del líquido el sensor de nivel marca valores de nivel que fluctúan un poco y

en las pruebas se ha comprobado que tras vaciarse completamente llega a marcar algún

valor superior al 1%, incluso después de bajar del 0% del nivel, provocando que la alarma

se desactive y la electroválvula se mantenga abierta haciendo bajar el nivel del líquido más

de lo esperado.


125

Segmentos 9 y 10: alarma por llegar al nivel máximo de líquido en el depósito de trabajo.

Además de activarse la alarma, se detiene la activación manual de la motobomba con la

variable xVar_motobomba.

Segmentos 11 y 12: durante las pruebas hubo varios casos que, debido a que la

alimentación de los sensores de temperatura se realiza a partir de una fuente de

alimentación del laboratorio, no se encendía y estos no hacían su función. Como fue más

común de lo esperado se añade una alarma que recuerde al usuario que debe encender la

fuente.

15.3.3 POU: Actuadores

Segmento 1: implementación de una variable auxiliar al iniciar el código para establecer el

estado inicial.


126

Segmento 2: estado inicial. Este es el estado inicial y de retorno del programa que lo

dejará preparado para la puesta en marcha. Desde aquí se resetean las variables de

activación manual de los actuadores (xVar_ev1, xVar_agitador1, xVar_motobomba, etc) y

se reinician las consignas de los valores de nivel y temperatura a introducir por el usuario.

El motivo por el que se coloca el valor 101 en las variables de consigna para reiniciarlas se

verá más adelante.

También se reinicia el paro propio del programa. Ya que al entrar y salir de cada panel se

retorna al estado inicial se puede desactivar el paro sin problemas. Se habilita la salida Q8

o HAB_POTENCIA para activar el contactor KM1 y permitir dar potencia a los actuadores

y finalmente se sale del estado inicial para no estar reiniciando continuamente el sistema.

Segmento 3: vuelta al estado inicial debido a la activación de variable reset la cual es

activada desde la alarma de la seta de emergencia vista anteriormente.


127

Segmentos 4 y 5: activación de las electroválvulas ya sea manualmente (xVar_ev1) o por

control (xVar_control_ev1) siempre que no esté activado el paro o la alarma de nivel

mínimo.

Segmentos 6 y 7: activación de los agitadores ya sea manualmente (xVar_agitador1) o por

control (xVar_consigna_temp1) siempre que no esté activado el paro.

Segmentos 8 y 9: activación de las resistencias ya sea manualmente (cVar_resistencia1) o

por control (xVar_control_resistencia1) siempre que no esté activado el paro ni ninguna de

las alarmas que impiden su funcionamiento.


128

Segmentos 10: activación de la motobomba ya sea manualmente (cVar_motobomba) o por

control (xVar_control_motobomba_tanque1 o xVar_control_motobomba_tanque2)

siempre que no esté activado el paro ni ninguna de las alarmas que impiden su

funcionamiento.

15.3.4 POU: Lectura

Segmentos 1, 2, 3 y 4: lectura de las entradas analógicas y colocación de su valor en una

variable real par poder tratarlo y operar con él. El valor de lectura es de 0-10000 así que

para obtener un rango de 0-100 se divide el valor de lectura entre 100 antes de colocarlo en

la variable real.


129

Segmentos 5 y 6: lectura del valor de consigna de temperatura en el depósito de trabajo 1.

En el estado inicial se escribía en la variable de consigna el valor 101. Esto es porque se

hace una diferenciación de cuando hay un valor de consigna escrito y cuando no. Como por

pantalla no se puede escribir nunca un valor superior a 100, en el momento en el que este

valga 101 significa que no hay valor por consigna insertado. En el panel se muestra un

valor diferente en el visualizador del valor de consigna en función de si se ha escrito por

pantalla en la consigna, por eso el segmento empieza con una diferenciación al respecto y

selecciona un valor a mostrar.

En el caso de que haya un valor introducido en la consigna se activa la variable

xVar_consigna_temp1 dando paso al segmento 6. En este segmento se trata el valor

introducido por consigna preparando los valores a utilizar en el control por histéresis de la

temperatura. Tras varias pruebas con la maqueta se ha decidido que el valor de histéresis

superior no tiene que variar mucho del valor objetivo ya que las medidas de temperatura

siguen subiendo hasta 1 o 2 grados de más al desactivarse la resistencia calefactora debido

a la gran cantidad de líquido en movimiento que hay en el tanque calentándose al mismo

tiempo.


130

Segmentos 7 y 8: lectura del valor de consigna de temperatura en el depósito de trabajo 2.

El funcionamiento es el mismo que en los segmentos 5 y 6.

Segmentos 9 y 10: lectura del valor de consigna de nivel en el depósito de trabajo 1. El

funcionamiento básico sobre la detección de un valor introducido o no por consigna es el

mismo que en el caso de la temperatura.

En el segmento 10 se hace un cálculo a partir de la variable de consigna basado en distintas

pruebas con la maqueta que harán que el nivel al que se llegará sea el indicado por el

usuario. Esto se debe a que al vaciarse el depósito se tiene que cerrar la electroválvula un

poco antes de llegar al valor de consigna para que en el momento en que se estabilice el

líquido tener el mismo nivel que el indicado en consigna.


131

En el caso de llenado la mentalidad es la misma pero debido a que el caudal introducido en

el tanque es superior al de salida se varía el valor de consigna un poco más para conseguir

que el líquido se estabilice en el nivel indicado en la consigna.

Segmento 11 y 12: lectura del valor de consigna de nivel en el depósito de trabajo 2. El

funcionamiento es el mismo que en los segmentos 9 y 10.

15.3.5 POU: Control

Segmentos 1 y 2: control por histéresis de la temperatura del fluido en los depósitos de

trabajo según el valor introducido por consigna. El control se basa en encender y apagar la

resistencia calefactora según la temperatura actual del fluido y la temperatura introducida

por consigna. Si la temperatura real es inferior a la temperatura calculada como histéresis

superior se encenderá la resistencia, una vez sobrepase este límite se apagará hasta estar

por debajo del límite inferior de histéresis.

Mientras se realiza un control de temperatura el agitador estará encendido en todo

momento.


132

Segmento 3.1: control del nivel de los depósitos de trabajo según el valor introducido por

consigna. La explicación de este segmento se divide en dos partes para facilitar su

comprensión.

De las cuatro primeras ramas del segmento las dos primeras corresponden al llenado del

depósito de trabajo y las otras dos corresponde al vaciado. Cuando se detecta que el nivel

real está por debajo del valor de consigna de llenado (calculado en el POU de lectura a

partir del valor introducido por el usuario) se activa la motobomba para llenar el depósito y

se inhabilita la posibilidad de que se active el control por vaciado mediante la variable

xVar_control_llenado_tanque1. Una vez se llegue al nivel deseado se activa la variable

xVar_tanque1_llenado que sigue impidiendo la activación de la electroválvula de vaciado

por control. Esto es debido a que los valores recibidos por el sensor de nivel varían

ligeramente debido a la fluctuación del líquido y a la precisión del sensor y esto podría

provocar que la lectura del valor real variase entre superior e inferior al valor de consigna

lo que llevaría a unos rebotes en los elementos de control del fluido (electroválvulas y

motobomba) que no terminarían nunca. A la inversa funciona de la misma manera.

Segmento 3.2: La quinta rama de este segmento es la que se encarga de controlar si ha

habido un cambio en el valor de consigna de nivel. Cada segundo se ejecutará esta rama en

la que si hay una consigna nueva se reiniciarán las variables de control de las otras ramas

que impedían el vaciado mientras se realiza un llenado y a la inversa.


133

Segmento 4.1: control del nivel de los depósitos de trabajo según el valor introducido por

consigna. Funciona del mismo modo que el segmento 3.1.

Segmento 4.2: funciona del mismo modo que el segmento 3.2.

15.4 Tabla del Cableado de la Planta

Recopilación de datos de todo el cableado utilizado en el proyecto. Uso para aumentar la

documentación disponible del estado actual de la planta para facilitar su comprensión a

posibles futuras personas que trabajen con ella.


134

Origen Destino Función del cable Color del

cable

Secci

ón del

cable

(mm^

2)

Observaciones

Red

Regleta de tierra Conexión a tierra para el resto del equipo amarillo/ver

de 1.5 Parte superior magnetotérmico

Magnetotérmico Vfase. Alimentación 230 Vca con aislante marrón -

azul 1.5 Parte superior magnetotérmico

Magnetotérmico

Enchufe Alimentación 230 Vca con aislante negro - azul 1.5 Parte inferior magnetotérmico

Fuente de tensión 24 Vcc 1.2 A Alimentación 230 Vca con aislante negro - azul 1.5 Parte inferior magnetotérmico

PLC Alimentación 230 Vca con aislante negro - azul 1.5 Parte inferior magnetotérmico

Contactor KM1: puertos 1L1 y 3L2 Alimentación 230 Vca con aislante negro - azul 1.5

Parte superior contactor; Cables

conectados haciendo puente por la fuente de 24 Vcc 1.2 A

Regleta de tierra

Enchufe Protección a tierra amarillo/ver

de 1.5 Parte Inferior regleta

Switches Protección a tierra amarillo/ver


PLC Protección a tierra amarillo/ver


Pantalla Protección a tierra amarillo/ver

de 1.5 Parte superior regleta

Resistencia 1 Protección a tierra amarillo/ver


Resistencia 2 Protección a tierra amarillo/ver


Módulos de señales analógicas Protección a tierra amarillo 0.22 Parte superior regleta

Salidas y entradas del PLC Protección a tierra amarillo 0.22 Parte superior regleta

Fuente de tensión 24 Vcc 1.2 A

Pantalla Alimentación 24 Vcc rojo - negro 0.75 Desde bornes interiores fuente

Regletas 1.29/1.31 y 1.30/1.32 Alimentación 24 Vcc rojo - negro 0.75 Desde bornes exteriores fuente

Contactor KM1: 2T1 y Fuente de tensión 24 Vcc 10 A Alimentación 230 Vac negro - azul 1.5 Parte inferior contactor


135

4T2 Patas 41 y 11 de relés de 24 Vcc R1, R2, EV1 y EV2

Alimentación 230 Vca a actuadores una vez los relés se activen

negro - azul 1.5

Parte inferior contactor; Relés están puenteados entre ellos; Alimentación actuadores cuando los relés se activen; KM4, KM5, KM9, KM10

Pata A2 de relés de 230 Vca TERMO1 y 2

Neutro a alimentación bobina de los relés de 230 Vca KM2 y KM3

azul 1.5 Se puentea un cable de color azulado distinto a los demás para conectar el neutro a los relés de 230 Vca

Fuente de tensión 24 Vcc 10 A

Regletas 2.25 y 2.26 Alimentación 24 Vcc rojo - negro 0.75 Desde bornes interiores fuente

Módulo Switches Pantalla Cable Ethernet blanco - Comunicaciones entre Pantalla y PLC

PLC Cable Ethernet blanco - Comunicaciones entre Pantalla y PLC

Salida PLC: TR0 Pata 14 de relé de 24 Vcc R1 Alimentación bobina KM4 24 Vcc transparente 0.22 Activar bobina relé resistencia 1, KM4

Salida PLC: TR1 Pata 14 de relé de 24 Vcc R2 Alimentación bobina KM5 24 Vcc blanco 0.22 Activar bobina relé resistencia 2, KM5

Salida PLC: TR2 Pata 14 de relé de 24 Vcc MB Alimentación bobina KM6 24 Vcc negro 0.22 Activar bobina relé motobomba, KM6

Salida PLC: Q4 Regleta 1.20 Alimentación bobina KM7 24 Vcc amarillo 0.22 Activar bobina relé agitador 1, KM7

Salida PLC: Q5 Regleta 1.21 Alimentación bobina KM8 24 Vcc naranja 0.22 Activar bobina relé agitador 2, KM8

Salida PLC: Q6 Regleta 1.23 Alimentación bobina KM9 24 Vcc verde 0.22 Activar bobina relé electroválvula 1, KM9

Salida PLC: Q7 Regleta 1.24 Alimentación bobina KM10 24 Vcc azul 0.22 Activar bobina relé electroválvula 2, KM10

Salida PLC: Q8 Regleta 1.26 Alimentación bobina KM1 24 Vcc marrón 0.22 Activar contactor para habilitar potencia si no está pulsada la seta, KM1

Regleta 1.5 Entradas PLC: I0 Entrada de Seta al PLC blanco 0.22 Activo si SETA no pulsada

Regleta 1.6 Entradas PLC: I1 Entrada al PLC desde pata 14 del relé del

Termostato 1 KM2 amarillo 0.22

Activo si pasa corriente por la resistencia

1

Regleta 1.7 Entradas PLC: I2 Entrada al PLC desde pata 14 del relé del

Termostato 2 KM3 naranja 0.22

Activo si pasa corriente por la resistencia

2

Regletas 1.29/1.31 y 1.30/1.32

Salidas PLC: alimentación V0+ V0- Alimentación salidas transistorizadas PLC rojo - azul 0.22

Regleta 1.25, 1.22, 1.19 Alimentación 24 Vcc puertos COM de salidas de bobina del PLC

rojo 0.22

Pata A1 de todos los relés de los actuadores

Neutro puenteado a todos los relés de los actuadores azul 0.22 Puenteados todos los neutros para alimentar las bobinas de los relés

Puerto A2 bobina contactor KM1 Neutro a bobina KM1 azul 0.22

Alimentación de sensor de nivel 1 Alimentación 24 Vcc marrón -

azul 0.22


136

Alimentación de sensor de nivel 2 Alimentación 24 Vcc marrón -

azul 0.22

Pata 11 de relés de 230 Vac TERMO1 y TERMO 2

Alimentación 24 Vcc una vez activados los relés KM2 y KM3

rojo 0.22

Regleta 1.19 PLC COM1 Alimentación 24 Vcc a salidas Q4 y Q5 blanco 0.22

Regleta 1.20 Pata A2 de relé AG1 Activa la bobina KM7 amarillo 0.22 Continuación salida PLC a alimentación relé de control

Regleta 1.21 Pata A2 de relé AG2 Activa la bobina KM8 naranja 0.22 Continuación salida PLC a alimentación relé de control

Regleta 1.22 PLC COM2 Alimentación 24 Vcc a salidas Q6 y Q7 lila 0.22

Regleta 1.23 Pata A2 de relé EV1 Activa la bobina KM9 verde 0.22 Continuación salida PLC a alimentación relé de control

Regleta 1.24 Pata A2 de relé EV2 Activa la bobina KM10 gris 0.22 Continuación salida PLC a alimentación

relé de control

Regleta 1.25 PLC COM3 Alimentación 24 Vcc a salidas Q8 gris 0.22

Regleta 1.26 Seta de emergencia NC Alimentación contactor KM1 que pasa por seta de emergencia

marrón 0.22 Salida de habilitar potencia a seta que al no estar pulsada se activa el contactor

permitiendo activar los actuadores

Regleta 2.5 Módulo analógico 1: I0+ Señal analógica del sensor de temperatura 1 naranja 0.22

Regleta 2.6 Módulo analógico 1: I0- Señal analógica del sensor de temperatura 1 transparente 0.22

Regleta 2.7 Módulo analógico 1: I1+ Señal analógica del sensor de temperatura 2 verde 0.22

Regleta 2.8 Módulo analógico 1: I1- Señal analógica del sensor de temperatura 2 azul 0.22

Regleta 2.9 Módulo analógico 1: I2+ Señal analógica del sensor de nivel 1 rosa 0.22

Regleta 2.10 Módulo analógico 1: I2- Señal analógica del sensor de nivel 1 lila 0.22

Regleta 2.11 Módulo analógico 1: I3+ Señal analógica del sensor de nivel 2 blanco 0.22

Regleta 2.12 Módulo analógico 1: I3- Señal analógica del sensor de nivel 2 gris 0.22

Regleta 2.17 Módulo analógico 2: I0+ Señal analógica del sensor de temperatura 3 naranja 0.22

Regleta 2.18 Módulo analógico 2: I0- Señal analógica del sensor de temperatura 3 naranja 0.22

Regleta 2.25 - 26 Pata 11 y 41 de los relés MB, AG1 y AG2

Alimentación 24 Vcc una vez activados los relés KM6, KM7 y KM8

rojo - negro 0.22 Proporcionan alimentación de 24 Vcc a los actuadores (agitadores y motobomba)

Seta de emergencia NC Contactor KM1 puerto A1 Alimentación 24 Vcc a contactor KM1 lila 0.22 Proporciona 24 Vcc al contactor si Q8 activo y seta no pulsada


137

Regleta 1.5 Entrada I0 al PLC blanco 0.22 Entrada para saber si la seta está pulsada

Fuente de tensión del laboratorio

Regletas 2.6, 2.8, 2.18 Neutro 0 V azul 0.22 Neutro del circuito de los sensores de temperatura; Pasa por protoboard

Sensor de temperatura 1, 2 y 3 Alimentación sensores de temperatura + 15 V amarillo 0.22 Pasa por protoboard

Sensor de temperatura 1, 2 y 3 Alimentación sensores de temperatura - 15 V gris 0.22 Pasa por protoboard

Pata 14 relé TERMO 1 Regleta 1.6 Señal de relé KM2 activo amarillo 1.5 Entrada PLC

Pata 14 relé TERMO 2 Regleta 1.7 Señal de relé KM3 activo naranja 1.5 Entrada PLC

Pata 14 y 44 de relé R1 Resistencia 1 Alimentación 230 Vac negro - azul 1.5

Pata 14 y 44 de relé R2 Resistencia 2 Alimentación 230 Vac negro - azul 1.5

Pata 14 y 44 de relé EV1 Electroválvula 1 Alimentación 230 Vac negro - azul 1.5

Pata 14 y 44 de relé EV2 Electroválvula 2 Alimentación 230 Vac marrón -

azul 1.5

Pata 14 y 44 de relé MB Motobomba Alimentación 24 Vcc marrón -

azul 1.5

Pata 14 y 44 de relé AG1

Agitador 1 Alimentación 24 Vcc negro - naranja

1.5

Pata 14 y 44 de relé AG2

Agitador 2 Alimentación 24 Vcc blanco -

verde 1.5

Resistencia 1 Pata A1 de relé TERMO 1 Alimentación 230 Vac marrón 1.5 Activa relé si pasa corriente por la resistencia

Resistencia 2 Pata A1 de relé TERMO 2 Alimentación 230 Vac marrón 1.5 Activa relé si pasa corriente por la resistencia

Sensor temperatura 1 Regleta 2.5 y 2.6 Señal del sensor de temperatura 1 verde - azul 0.22 Señal de 0 - 10 V



Sensor de nivel 1 Regleta 2.9 y 2.10 Señal del sensor de nivel 1 negro - blanco

0.22 Señal de 0 - 10 V

Sensor de nivel 2 Regleta 2.11 y 2.12 Señal del sensor de nivel 2 negro - blanco

0.22 Señal de 0 - 10 V

Tabla 10: Cableado de la planta


138

15.5 Análisis del Circuito del Sensor de Temperatura

El circuito de los sensores de temperatura sigue el siguiente:

Ilustración 113: Circuito eléctrico del sensor de temperatura

La primera parte del circuito hace referencia a la alimentación de ±15 V del circuito del

sensor y las protecciones para evitar que la corriente se desvíe. El nodo de referencia

presente en todo momento también viene desde la fuente de alimentación marcando los 0

V respecto los ±15 V con exactitud.

T1 representa al sensor de temperatura AD590 que según la temperatura real envía una

señal de corriente de 298.2 µA para una temperatura de 25 ºC. Las variaciones siguen una

relación de 1 µA/ºC en la corriente transmitida por el sensor.

El AO utilizado es un 741 de la hoja de datos del cual se extrae la siguiente información

sobre su conexionado:


139

Ilustración 114: Conexionado del AO 741

Estos funcionan en un rango de tensión de alimentación de entre ±18 V por lo que no hay

ningún problema al utilizarlos.

Los valores de las resistencias para cada circuito son los de la siguiente tabla:

Captador de

Temperatura 1

Captador de

Temperatura 2

Captador de

Temperatura 3

R1 (Ω) 39000 39000 47000

R2 (Ω) 100 100 100

R3 (Ω) 33000 33000 33000

R4 (Ω) 100000 100000 100000

R5 (Ω) 100 100 100

Tabla 11: Resistencias de los circuitos de los sensores de temperatura

El potenciómetro P1 tiene una resistencia máxima de 10 kΩ.

Se realiza el análisis del circuito por superposición, primero eliminando la pata de V- se

obtiene una tensión en la salida Vs de:

𝑉𝑠1 = −𝑅4

𝑅1+𝑃1∗ 𝑉+ (1)

Eliminando la pata de V+ se obtiene una tensión en la salida Vs de:

𝑉𝑠2 = 𝑅4 ∗ 𝐼𝑇1 (2)


140

Solucionando la superposición se obtiene que:

𝑉𝑠 = 𝑅4 ∗ 𝐼𝑇1 −𝑅4

𝑅1+𝑃1∗ 𝑉+ (3)

Realizando mediciones en el punto V+ se observa una tensión de 12,8 V. La primera parte

de la resta sirve para situar la señal de tensión en un rango legible a partir de las

variaciones de temperatura que afectan a la intensidad 𝐼𝑇1. La segunda parte se trata como

un offset que se puede variar en función del potenciómetro P1. De esta manera se puede

calibrar la tensión de salida con una relación de 0,1 V/ºC.

En el caso del captador de temperatura 3, al tener un valor distinto en la resistencia R1

provoca que sea imposible conseguir esta relación partiendo desde un valor de 0 V que

represente a 0 ºC. Sin embargo, debido a que se trata de un simple offset de tensión

continua, la señal de salida sigue siendo lineal a partir de otro punto, por lo que se coge

como punto de partida los 4 V para representar los 20 ºC y las variaciones seguirán

teniendo una relación de 0,1 V/ºC.

15.5.1 Adaptación del circuito

Como se ha comentado durante el proyecto se ha rehecho el diseño del circuito para que

pueda funcionar a partir de una alimentación de 24 Vcc. El circuito eléctrico es el

siguiente:

Ilustración 115: Modificación del circuito eléctrico de los sensores de temperatura


141

Los cambios son realizados en la parte del circuito de la alimentación. Mediante un divisor

de tensión utilizando resistencias de 1 MΩ para evitar pérdidas de corriente se dividen los

24 V en dos puntos en los que habrá 12 V respecto el nodo de referencia. Uno se utiliza

como +12 V y el otro como -12 V.

En el punto V+ hay 11,5 V así que no hay ningún problema por parte del AO. Para la

tensión de salida, el cambio solo influye en este último valor, el cual pertenece al offset de

tensión que se utiliza para calibrar la señal. Variando un poco la resistencia del

potenciómetro se consigue fácilmente de vuelta la señal de tensión de salida calibrada con

una relación de 0,1 V/ºC.

15.6 Manual de Uso de la Planta

15.6.1 Iniciar el equipo

Para comenzar a utilizar la planta lo primero que hay que hacer es dar energía al equipo. Se

enchufa la manguera de cables que va al magnetotérmico que tiene una toma en su extremo

a la toma de corriente más cercana. Una vez enchufado subir el interruptor del

magnetotérmico para permitir que la corriente llegue al equipo.

Comprobar que la fuente de alimentación externa cableada en una protoboard también está

enchufada recibiendo alimentación. Puede estar conectada tanto a la toma modular del

equipo como a una toma de red externa. Además, recordar pulsar el botón de encendido de

la propia fuente para que los sensores de temperatura reciban la alimentación que

necesitan.

Esperar alrededor de 3 minutos para que caliente el equipo, en especial los sensores de

temperatura ya que tardan un breve periodo de tiempo en marcar la temperatura exacta del

fluido.

15.6.2 Conexiones de las mangueras de plástico

Las mangueras de plástico son fáciles de introducir en las tomas de conexión, pero algo

más complicadas de extraer. Para hacerlo hay que hacer un poco de fuerza empujando el

conector para después sacar la manguera. Al hacerlo es importante tener velocidad en

colocar el extremo del tubo cara arriba para no verter nada de líquido por lo planta o el

suelo.

También es importante que a la hora de retirar una de las mangueras se empiece con la que

está conectada en el nivel más superior de la planta, debido a que empezar por el nivel

inferior puede ocasionar un derrame de fluido importante.

En los casos en los que se retire la manguera completamente y quede fluido en su interior,

sujetarla por los dos extremos cara arriba y tener un cubo de agua disponible alrededor en

el que depositar el agua sobrante. En el laboratorio en el que se encuentra la planta

actualmente hay un bidón de líquido en el suelo del lateral de la mesa donde está la planta.

Como en los casos de la motobomba y la electroválvula 1 tenemos pequeñas pérdidas de

líquido, si se pretende realizar un control con exactitud se recomienda desconectar los


142

tubos que conecten estos componentes de los depósitos de trabajo mientras se trabaje en

ellos. Siempre recordar volver a conectar las mangueras cuando se quiera hacer uso de

nuevo de la motobomba y la electroválvula 1.

IMPORTANTE: Antes de realizar cualquier prueba con la planta siempre revisar con

antelación las conexiones de las mangueras de plástico conductoras de fluido. Si se llevase

a cabo el uso de la motobomba incorrectamente podría dañar parte del equipo además de a

sí misma.

15.6.3 Pantalla HMI

La explicación del uso del panel de trabajo ha sido hecha en uno de los apartados

anteriores, pero aquí se concretará más sobre su uso.

La pantalla funciona de manera táctil de modo que utilizaremos el dedo para navegar por

ella. En el panel inicial, si tocamos el logo de Schneider Electrics podemos acceder al

menú de configuración de la pantalla. Desde este menú, entre otras cosas, se puede

modificar la fecha y hora que aparece en la parte inferior de la pantalla en caso de no ser

correcta. Estas se suelen desincronizar cuando se apaga el sistema así que es importante

saber restablecerlas

Una vez encendido el equipo apretamos el botón de inicio en la página inicial y podremos

seleccionar la función que queremos realizar. Se recomienda, si es el primer inicio, entrar

en los dos paneles que corresponden a los depósitos de trabajo para comprobar los datos

que se están recibiendo por parte de los sensores, en especial los de nivel. Los valores de

temperatura deben estar alrededor de los 20 ºC ya que es la temperatura ambiente

aproximada del laboratorio.

Los sensores de nivel tienden a descalibrarse si se ha realizado una prueba con temperatura

elevada así que se recomienda hacer una revisión de que el valor marcado corresponde con

el valor real de la planta. En caso contrario habrá que realizar el proceso de autoaprendizaje

en el sensor que lo necesite.

Antes de utilizar el panel es importante identificar las alarmas activas en ese momento, si

las hay, para tener en cuenta los actuadores que no pueden ser activados. Si hay alguna

alarma activa aparece un visualizador amarillo en la parte inferior indicando la alarma en

cuestión. Para revisar más exactamente las alarmas que se han activado ir al panel de

alarmas des del cual se pueden reconocer para que dejen de salir en el letrero además de

salir listadas en orden cronológico de aparición.

Para activar un actuador, tocar con el dedo en el pulsador que le corresponde, se pondrá en

rojo y se activará. En el caso de estar haciendo un control, los botones de los actuadores

activos en cada momento también se pondrán en rojo al activarse. Se pueden activar

manualmente los actuadores mientras se realiza un control, aunque no es lo recomendado.

Para introducir un valor de consigna tocar con el dedo en uno de los visualizadores con

fondo azul e introducir un valor válido con el teclado que aparecerá. Se entiendo como

valor válido un número entre el 0 y el 100 en el caso del nivel y entre 20 y 50 en el caso de

la temperatura.


143

IMPORTANTE:

- Se hace hincapié en que antes de la activación de la motobomba, así como de los

controles de nivel, se revisen las conexiones de las mangueras de plástico para

evitar dañar el equipo. Tener en cuenta que la motobomba es utilizada para llenar

los dos tanques, por lo que es posible estar llenando el tanque 2 mientras se están

mirando los valores del tanque 1. Este es uno de los motivos por lo que si uno solo

de los tanques llega al máximo de nivel no se puede utilizar la motobomba.

- En el caso de utilizar la resistencia calefactora asegurarse de que esta está cubierta

de líquido para evitar dañar el equipo.

15.6.4 Parada

Hay dos tipos de parada:

1. Seta de emergencia. Pulsar la seta no solo desactivará los actuadores de la planta,

sino que además reiniciará sus valores dentro del programa, tanto del uso manual

como del de control reiniciando los valores de las consignas. Pulsar cuando suceda

algún funcionamiento imprevisto de la planta o en caso de error.

2. Stop. Botón de paro desde la pantalla HMI. Pulsar este botón desactivará todos los

actuadores y pasará a ponerse en rojo. Cuando se vuelva a pulsar volverá a estar en

verde y los actuadores volverán al estado en el que se encontraban antes de

pulsarlo.

15.7 Datos extraídos de la Planta/Parámetros de la Planta

Una vez realizada la puesta en marcha se procede a utilizar la planta para la obtención de

datos de esta. Ahora que el equipo funciona y el objetivo se ha cumplido resulta sencillo

utilizar la planta de manera eficaz.

Los datos recogidos de la planta son relevantes para la ayuda de un posible futuro estudio

de esta y así poder llegar a modelizarla y a crear controladores más precisos de los sistemas

de nivel y temperatura.

En las gráficas formadas a partir de estos datos que se ven a continuación, se observa la

evolución de la variable determinada en función del tiempo y, además, una línea de

tendencia de color naranja junto con la ecuación de la misma.

15.7.1 Nivel

Según un par de pruebas, haciendo variaciones manualmente de nivel utilizando la

motobomba y las electroválvulas hay hasta un 1.5% de error respecto el nivel querido.

La siguiente gráfica representa el llenado de uno de los depósitos de trabajo utilizando el

100% del funcionamiento de la motobomba en función del tiempo:


144

Ilustración 116: Gráfica del llenado de un depósito de trabajo

Se logra llenar el depósito del 0% al 100% después de exactamente 35,4 s. Se puede ver

que la línea de tendencia es bastante lineal a lo largo de todo el llenado del depósito.

A continuación, se observa una gráfica extraída de los datos obtenidos del vaciado de uno

de los depósitos de drenaje sin utilizar ninguna electroválvula, es decir, conectando un tubo

directamente de la base del depósito de trabajo al depósito de drenaje. Esto sirve para

después comparar con los datos del vaciado a través de las electroválvulas y poder observar

la resistencia que ejercen al paso del fluido a través de ellas.

Ilustración 117: Gráfica del vaciado de un depósito de trabajo sin electroválvulas

y = 0,0007x2 + 2,8181x - 0,7483

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Niv

el (%

)

Tiempo (s)

Llenado del depósito 1 con la motobomba al 100%

y = 0,0011x2 - 1,1169x + 99,68

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Niv

el (%

)

Tiempo (s)

Vaciado del tanque 1 sin electroválvula


145

Tarda en vaciarse exactamente 99,25 segundos del 100% al 0%.

Ahora veremos las dos gráficas obtenidas de vaciar cada depósito con su respectiva

electroválvula y como este proceso tarda más que el anterior mostrado debido a la

resistencia mencionada que ejercen los componentes.

Ilustración 118: Gráfica del vaciado del depósito 1 mediante la electroválvula 1

Tarda exactamente 164,02 segundos en vaciarse del 100% al 0%.

Ilustración 119: Gráfica del vaciado del depósito 2 mediante la electroválvula 2

Tarda exactamente 167,76 segundos en vaciarse del 100% al 0%.

y = 0,0004x2 - 0,6813x + 99,682

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Niv

el (%

)

Tiempo (s)

Vaciado del depósito 1 con electroválvula 1

y = 0,0004x2 - 0,6667x + 100,1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Niv

el (%

)

Tiempo (s)

Vaciado del depósito 2 con electroválvula 2


146

La electroválvula 2 ejerce un poco más de resistencia que la primera. Aunque se traten de

componentes idénticos, tras haber pasado tanto tiempo es normal que haya una pequeña

diferencia entre ambas debido al deterioro.

Las pruebas de control hechas desde la pantalla del HMI han llegado al punto de tener una

exactitud bastante elevada conforme a lo que el usuario pide. Esto es gracias a los cambios

en la programación realizados en función de diferentes pruebas.

15.7.2 Temperatura

Calentamiento del depósito de trabajo 2 con un nivel del 0%, para observar la actuación del

termostato y el enfriamiento del sistema tras su activación. Las mediciones se realizan con

intervalos de 10 segundos:

Ilustración 120: Gráfica de la temperatura del depósito 2 con un nivel del 0%

El termostato se activa a los 10 minutos. Hay una brecha de valores alrededor de ese

tiempo debido a un error de comunicación entre el ordenador y el autómata que no

permitió sacar los valores exactos durante un breve periodo de tiempo. El termostato salta

tras un funcionamiento del sistema de 10 minutos a una temperatura de 66,54 ºC. Tras

saltar, la temperatura llega a aumentar alrededor de 1 ºC más.

El periodo de enfriamiento es bastante lento a pesar de haber un nivel del 0% en el

depósito.

Para observar el ciclo de calentamiento hasta la activación del termostato tenemos la

siguiente gráfica:

y = -1E-13x5 + 5E-10x4 - 8E-07x3 + 0,0004x2 + 0,0023x + 22,906

0

10

20

30

40

50

60

70

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Tem

per

atu

ra (º

C)

Tiempo (s)

Temperatura depósito 2 al 0 % de nivel


147

Ilustración 121: Gráfica del calentamiento del depósito 2 con un nivel del 0%

Se observa que el calentamiento es bastante lineal, sin tener en cuenta el retraso inicial en

el que se está empezando a calentar el fluido.

La siguiente gráfica consiste en el mismo tipo de experimento, pero esta vez hay un nivel

de líquido del 50% del depósito.


En este caso, debido al mayor volumen de líquido a calentar el termostato tarda un poco

más en saltar, 13 minutos y 50 segundos a una temperatura de 61,2 ºC. Se vuelve a apreciar

la gran lentitud con la que se enfría el fluido, sobre todo con más volumen en el depósito.

y = -8E-08x3 + 9E-05x2 + 0,0536x + 21,246

0

10

20

30

40

50

60

70

0 100 200 300 400 500 600 700

Tem

per

atu

ra (º

C)

Tiempo (s)

Calentamiento depósito 2 al 0 % de nivel

y = -5E-08x3 + 6E-05x2 + 0,0291x + 21,386

0

10

20

30

40

50

60

70

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Tem

per

atu

ra (º

C)

Tiempo (s)



148

Se realiza la misma prueba en el depósito 1 para comprobar la diferencia de

funcionamiento entre ambas resistencias. Además, esta vez se observa el ciclo de

enfriamiento más a largo plazo.


Esta vez el termostato ha saltado después de 15 minutos de funcionamiento a una

temperatura de 63,22 ºC. Esto significa que la resistencia del depósito de trabajo 1 calienta

un poco más lentamente que la del depósito 2.

Podemos observar la larga duración del ciclo de enfriado del fluido con un nivel del 50%

que después de 30 minutos y 40 segundos todavía tiene una temperatura de 41 ºC.

A continuación, se muestra el ciclo de calentamiento sucedido en la prueba anterior con

más detalle:

Ilustración 124: Gráfica del calentamiento del depósito 1 con un nivel del 50%

y = 5E-17x5 - 1E-12x4 + 1E-08x3 - 5E-05x2 + 0,0831x + 15,937

0

10

20

30

40

50

60

70

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Tem

per

atu

ra (º

C)

Tiempo (s)


y = -3E-08x3 + 3E-05x2 + 0,0377x + 20,821

0

10

20

30

40

50

60

70

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Tem

per

atu

ra (º

C)

Tiempo (s)

Calentamiento depósito 1 al 50 % de nivel


149

Igual que en la gráfica del depósito 1, se observa un crecimiento bastante lineal de

temperatura exceptuando una pequeña curva en el estado inicial.

Para terminar, se muestra una de las gráficas realizadas a partir de los datos tomados a

partir de realizar un control de temperatura desde la pantalla HMI. En este caso, se trata de

una temperatura de 40 ºC en el depósito 1 cuando este tiene un nivel de líquido del 50%.

Ilustración 125: Gráfica del control de temperatura de 40 ºC en el depósito 1 con un nivel del 50%

El funcionamiento del control es por histéresis, lo que significa que la temperatura

aumentará hasta lograr un valor ligeramente superior al deseado para luego pasar a

enfriarse hasta lograr un valor ligeramente inferior al deseado y repetir el ciclo. En la

gráfica se puede llegar a apreciar este ciclo. Primero la temperatura sube hasta los 40 ºC

hasta llegar a un punto en el que se desconecta la resistencia calefactora. Al entrar en el

ciclo de enfriado, tarda bastante tiempo en volverse a encender la resistencia, la cual lo

hace después de 26 minutos y 50 segundos de haber iniciado el control o 20 minutos

después de haber empezado el ciclo de enfriamiento. Una vez se vuelve a encender la

resistencia esta solo tarda 40 segundos en volver a alcanzar la temperatura máxima del

ciclo de histéresis para volver a enfriarse.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Tem

per

atu

ra (º

C)

Tiempo (s)

Temperatura depósito 1 de 40 º C al 50 % de nivel

raúl gómez marcos proyecto de automatizaciÓn de...

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