supervisión de procesos con hmi - infoplc.net³n de los integrantes del grupo sobre el tema...

LABORATORIO N°6

Supervisión de Procesos con HMI

2011

PLC Laboratorio N°6: Supervisión de Procesos con HMI

www.industronicsa.com 2

LABORATORIO N°6 INTRODUCCIÓN: Hace algunas décadas, en todo sistema automatizado de control de procesos, el

operario podía interactuar con la máquina por medio de un tablero eléctrico en el que se

encontraban instalados indicadores luminosos, potenciómetros, pulsadores, interruptores,

etc; que le permitían recibir la información desde e interactuar con las variables

principales del proceso.

Ya en estos tiempos, ese tablero eléctrico compuesto de múltiples equipos e innumerables

cantidades de cables ha sido reemplazado por el panel operador de interface humano-

máquina o HMI (Human-Machine Interface) que solo utiliza tres cables de señal.

El presente laboratorio ayudará al participante a aprender a programar el equipo HMI

tomando como ejemplo una aplicación de supervisión de Nivel de Tanque visto en el

laboratorio anterior. También se aprenderá comunicar la PC, PLC y HMI en una red

Ethernet local.

OBJETIVOS: Diseñar la lógica del programa teniendo en cuenta las medidas de seguridad.

Comunicar la computadora, el PLC y el panel HMI por medio de un switcher.

Configurar un panel HMI para visualizar un proceso automatizado con PLC.

Documentar una aplicación con PLC.

COMPETENCIAS A ADQUIRIR: 1. Trabajar considerando las medidas de Seguridad, Orden y Limpieza.

2. Trabajar en equipo, comprometido en lograr los objetivos.

3. Demostrar actitud proactiva (iniciativa y responsabilidad).

4. Demostrar conocimientos y habilidades al ejecutar los temas del laboratorio.

LECTURAS Y BIBLIOGRAFÍA: Teoría dada en clases.

Laboratorio N° 5.

Module M08. WinCC flexible SIMATIC S7-1200 and KTP600 Basic Color PN.

MATERIALES A USAR: Computadora con sistema operativo Windows XP y programa Step 7 Basic V10.5.

PLC S7-1200 con una entrada analógica conectada a un sensor o potenciómetro.

Panel HMI modelo KTP600 Basic Color PN.

Switch SIMATIC NET Modelo CSM 1277

Tres cables (03) par trenzado con conectores RJ-45.

Potenciómetro 5K o 10K igual o mayor a ½ watt.

Módulo de salida analógica SB1232 AQ

NOTA: Las figuras mostradas son producto de usar el programa Step 7 Basic V10.5 de

Siemens y de la información de la bibliografía Module M08.



REPASO

Instalación

En la figura 1 se observan los equipos y programa que son necesarios para terminar con

éxito este laboratorio. Es importante recordar que el PLC debe tener instalado un

potenciómetro en la entrada analógica (canal 0) tal como en el laboratorio N°5.

Figura 1. Relación de equipos necesarios

Win CC flexible como interface operador

Un panel de interface humano-máquina o en siglas HMI (Human Machine Interface),

permite al operario la supervisión eficiente de las principales variables o estados que

intervienen en una máquina que forma parte de un proceso automatizado con PLC.

El control de todo el proceso reside en la CPU del PLC, en donde se tiene cargado el

programa. La interface de comunicación entre el panel y el CPU es establecida por medio

del programa WinnCC flexible que se encuentra ya integrado en el programa Step7 Basic

(TIA Portal). Mediante WinnCC se pueden visualizar las variables del proceso en el Panel,

con el objetivo de poner en conocimiento del operador para su evaluación ú oportuna

intervención de ser necesario.

Con WinnCC flexible se pueden:

Representar el proceso

Intervenir en el proceso

Leer las alarmas

Tener un registro y documentar los valores de las variables y mensajes.

Cambiar las características de control del CPU para otro formato de producto.



Pruebas de conexiones entre PC, PLC y HMI

Proceda a instalar los cables de comunicación RJ entre los puertos de la PC, PLC, Switcher

y HMI. En la barra de “Inicio” de la PC, seleccione “Ejecutar” (ver la figura 2).

Figura 2. Selección de “Ejecutar” en sistema operativo Windows XP

Escriba “cmd” y seleccione “Aceptar” (ver la figura 3)

Figura 3. Ingresando al DOS del sistema operativo

Tal como se observa en la figura 4, hacer “ping” para verificar la correcta instalación. Debe

hacer dos veces esta actividad; una para verificar la comunicación entre la PC y el PLC (en

la figura 4 corresponde al IP del PLC) y luego otra para verificar la comunicación entre la

PC y el panel HMI (tener en cuenta su IP: 192.168.0.2 en este documento)

Figura 4. Verificando la comunicación entre PC y PLC



Tarea 1:

Haga un estimado del costo de fabricar un cable de comunicación de par trenzado de 2m de

longitud y el conector RJ45. Luego dibuje el diagrama de conexiones para fabricarlo.

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Discusión de los integrantes del grupo sobre el tema tratado:

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Ejercicio 1. Supervisión del Nivel de un Tanque con equipo HMI: 1. Descripción del funcionamiento

a) Para el programa de control con el PLC

Un sensor mide el nivel en un tanque y lo convierte a una señal de tensión de 0 a 10Vdc. El

valor 0 corresponde al nivel de 100 litros y 10V al nivel de 1000 litros.

El sensor es conectado a la primera entrada analógica del PLC. La señal es luego ingresada a

la función FC1 y normalizada.

En el programa debe considerar un indicador de nivel máximo permitido para 990 litros, y

un indicador para el nivel mínimo permitido de 110 litros.



b) Para el Panel HMI

El panel HMI se empleará solo para facilitar la supervisión del estado de nivel del tanque.

El operario no podrá intervenir en el proceso, sólo observarlo. Los requisitos para el diseño

del panel son:

Pantalla inicial o pantalla raíz en donde se tenga toda la información, que se

presente al encender el equipo.

presentación del nivel del tanque por medio de una barra vertical color azul que

indique los valores en porcentaje de 0 a 100.

Indicadores luminosos para los niveles mínimo y máximo cuyo color de fondo sea el

amarillo claro y que presenten un color rojo intermitente cuando se cumplan sus

condiciones de comparación.

Una tecla de manipulación del estado de la pantalla.

2. Esquema tecnológico

En la figura 5 se presenta el diseño de la pantalla a desarrollar la cual cumple con las

especificaciones dadas línea arriba.

Es muy importante notar que los colores de diseño siguen un estándar dado por

organizaciones técnicas que buscan evitar el cansancio visual de los operadores así como

llamar la atención cuando ocurra algún evento en el proceso.

Figura 5. Presentación a diseñar en la pantalla del HMI

Tarea 2:

Encuentre el número de estándar o el nombre de las organizaciones que se encargan de dar

sugerencias para el color a utilizar al diseñar los programas en los paneles HMI.

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3. Lista de ordenamiento

A las variables globales utilizadas en el laboratorio N°5, se le agregan las dos últimas con el

objetivo de permitir la visualización de la variable analógica en la pantalla HMI.

TABLA 1. Lista de ordenamiento

4. Diagrama de conexiones al PLC

Realice la conexión del potenciómetro en la entrada analógica que corresponde a la

dirección %IW64 (canal 0) tal como se hizo en el laboratorio N°5. Manipulando la perilla del

potenciómetro se va a simular la actuación del sensor de nivel de 0 a 10Vdc.

5. Diagrama de conexiones PC, PLC, Switcher y HMI

Tarea 3:

En el recuadro de la figura 6, dibuje las conexiones a realizar para comunicar a todos los

elementos mostrados en la figura 1.

Figura 6. Diagrama de conexiones

Llame al profesor para mostrarle su respuesta. Explique verbalmente al profesor como

llego a la solución.

V°B° del profesor: (Incluya comentarios si es posible)

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Símbolo Dirección Descripción Tipo dato

AI Nivel de tanque1 IW 64 Nivel llenado del tanque1 Int

Tanque1_max Q0.0 Indicador nivel ≥ 990 litros Bool

Tanque1_min Q0.1 Indicador nivel ≤ 110 litros Bool

Norm MD10 Normalizado para HMI Real

Nivel_% MD14 Nivel % para HMI Dint



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PROCEDIMIENTO

1. Abrir el programa del laboratorio N°5 (en nuestro caso “Nivel_Tanque”). Ver fig. 7.

Figura 7. Abriendo el programa del laboratorio N°5

2. En la pantalla mostrada seleccione “Abrir la vista del proyecto” en la sección “Primeros

pasos”.

3. Guarde con un nuevo nombre (HMI_Nivel_Tanque1) el proyecto abierto (ver la figura 8).

Figura 8. Guardando proyecto con otro nombre

4. Para adicionar el HMI al nuevo proyecto (que ya tiene al PLC_1 del laboratorio anterior),

siga los pasos indicados en la figura 9.



Figura 9. Agregando el panel HMI

5. Se muestra al Asistente del panel operador KTP600 PN. Estamos en “Conexiones del

PLC”. Realice la conexión con el PLC_1 (nombre del PLC usado en el laboratorio N°5) tal

como se observa en la figura 10.

Figura 10. Conexión del HMI con el PLC_1



6. En la figura 11 se muestra la conexión de los equipos. Seleccione “Siguiente”.

Figura 11. Conexión efectuada

7. Estamos en “Diseño de la imagen”. En la figura 12 se muestran las configuraciones a

efectuar. Seleccione “Siguiente”.

Figura 12. Configurando la presentación de la pantalla



8. Estamos en “Avisos”. No usaremos los avisos, así que realice la configuración mostrada

en la figura 13. Seleccione “Siguiente”.

Figura 13. Desactivando los avisos en la pantalla del panel

9. En la sección “Imágenes” del Asistente configuramos para sólo usar la pantalla raíz. Ver

la figura 14.

Figura 14. Escogiendo la pantalla raíz



10. En “Imágenes del sistema” seleccionamos “Estados operativos” y “Salir de runtime”.

Ver la figura 15.

Figura 15. Configurando las imágenes del sistema

11. Finalmente en “Botones”, desactivamos los botones del sistema tal como se puede ver

en la figura 16.

Figura 16. Desactivando los Botones del sistema



12. Al finalizar el Asistente, se presenta la interface WinCC flexible tal como se observa

en la figura 17. Puede verse el botón “Imágenes de sistema” que fue seleccionado en la

figura 15. El área de trabajo es en la imagen que representa a la pantalla del HMI, las

herramientas se encuentran en el lado derecho y las propiedades en el lado inferior.

Figura 17. Interface WinnCC flexible

13. Para poder visualizar la variable analógica en el panel HMI, primero vamos a añadir dos

nueva variables globales tal como se muestra en la figura 18. Guardar el proyecto!.

Figura 18. Nuevas variables globales



14. Segundo y finalmente, editaremos el “Main” del antiguo programa utilizando dos

nuevos segmentos (Segmento 2 y Segmento 3). Ver las figuras 19 y 20. Compile, guarde y

descargue su programa al PLC.

Figura 19. Ingresando al “Main” para editarlo

Figura 20. Editando el “Main”



Tarea 4:

Explique verbalmente al profesor respecto del tratamiento dado a la variable analógica en

el Segmento 2 y Segmento 3 de la figura 20.


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15. Para verificar la comunicación entre PLC y HMI, seguir las indicaciones de las figura 21

y 22. Si se desea cambiar el IP del HMI, seleccione “Online y diagnóstico” en el Árbol.

Figura 21. Vista luego de seleccionar “Conexiones” en el Árbol de proyecto

Figura 22. Vista luego de seleccionar el ícono “Dispositivos accesibles”



16. Seleccione “Pantalla raíz” en el “Árbol de proyecto” para ver la imagen que representa

a la pantalla HMI. Haga clic-derecha en la palabra “Bienvenido a HMI_1 (KTP600 Basic

color PN)” y en la persiana abierta seleccione “Borrar”. Para configurar la tecla “F6” y darle

funciones que activen las “Imágenes del sistema”, se procede tal como se muestran en las

figuras 23 y 24.

Figura 23. Configurando F6

Figura 24. Seleccionando “Imagen de sistema”



17. En la figura 25 se observa a la tecla F6 con la esquina color amarillo, lo cual denota que

ha sido configurada. Proceda a borrar la tecla “Imágenes de sistema”.

Figura 25. Tecla configurada

18. Ahora vamos a diseñar los señalizadores de nivel mínimo y nivel máximo. En

“Elementos”, seleccione “Botón” y arrástrela a la pantalla de trabajo tal como se ve en la

figura 26.

Figura 26. Diseñando al señalizador de Nivel Mínimo

19. Haciendo doble-clic en el botón, se puede ver su configuración correspondiente en las

figuras 27 a 30.

Figura 27. Configuración “General” del botón



Figura 28. Configuración “Apariencia” de la sección Propiedades

Figura 29. Configuración “Apariencia” de la sección Animaciones

Figura 30. Poniendo texto



20. Se repite igual procedimiento para el botón de Nivel Máximo. Ver la figura 31 como

resultado final.

Figura 31. Vista de los indicadores mínimo y máximo

21. En este parte, vamos a agregar la imagen que representa al nivel del tanque. Como se

trata de una variable analógica, seleccionamos el Objeto denominado “Barra” y la jalamos

hasta nuestra área de trabajo. Ver la figura 32.

Figura 32. Vista de los indicadores mínimo y máximo

22. Para configurar la Barra de tal modo que cumpla los requisitos solicitados, se siguen las

acciones mostradas en las figuras del 33 al 36. .

Observe que la variable a usar para visualizar el nivel del tanque es “AI_%. En la figura 36

se debe tener en cuenta la “Posición inicial” y “Posición de destino”, que en este caso deben

ser iguales en el eje “Y” pues el tanque no se va a desplazar.

}



Figura 33.Configuración en “General”

Figura 34. Configuración en “Apariencia”

Figura 35. Seleccionando “Animaciones”



Figura 36. Configuración en “Movimiento vertical”

23. Ya terminado el diseño, se procede a compilar y guardar el proyecto. Se selecciona

“Descarga” para proceder a descargar el programa al HMI. Las figuras 37 y 38 muestran a

las ventanas que se observaran durante este proceso.

Figura 37. Ventana de descarga al HMI



Figura 38. Ventana de información de carga al HMI

24. En la figura 39 se muestra el diseño ya concluido y listo para proceder a las pruebas de

rigor.

Figura 39.

Proceda a realizar las pruebas de comprobación del correcto trabajo de la lógica del

programa (Debe manipular el potenciómetro). Avise al profesor para el visto bueno

respectivo!!

Tarea 5. Responda si la lógica del programa satisface los requerimientos solicitados.

¿Cuáles mejoras recomienda realizar al diseño para facilitar la lectura al operario del

HMI?, anótelos, discútalos en grupo y luego consulte con el profesor. Llame al

profesor para que le presenten su tarea terminada mediante breve explicación y les

dé el V°B°.


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REFLEXIONES Y DISCUSIÓN GRUPAL SOBRE LO APRENDIDO:

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PREGUNTAS DE COMPROBACIÓN

1. ¿Sólo se pueden usar las variables globales del PLC en una aplicación con HMI?.

Comente.

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2. ¿El control del proceso lo tiene el PLC o el HMI?. Sustente.

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3. Investigue en la sección “Gráficos” ubicado en el lado lateral derecho del programa

del HMI. Haga un resumen de los gráficos que se podrían haber utilizado en este

laboratorio en lugar de “Botones” y “Barra”.

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4. ¿Qué utilidad funcional proporciona la tecla F6?. Explique cada una de las opciones

que proporciona la tecla virtual “Tareas Varias”.

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5. ¿Qué concluye respecto de las palabras “Control” y “Supervisión” usadas en el

contexto de la automatización?. Sustente con ejemplos.

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6. ¿Qué significan las iniciales “SCADA”?. Dé ejemplos de aplicación.

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HOJA DE EVALUACIÓN DE COMPETENCIAS ADQUIRIDAS

Fecha: Grupo N°:

Sección: Hora de inicio y término:

Evaluador: Laboratorio:

Integrantes del grupo (Apellidos y Nombres)

1.

2.

3.

4.

Evaluación del trabajo en laboratorio (Peso: 0,6)

(Deficiente: 10-40%, Incompleto: 50-70%, Exitoso: 80-100%)

Nota

integrante

N°1

Nota

integrante

N°2

Nota

integrante

N°3

Nota

integrante

N°4

Comprometido con las

medidas de seguridad

Hace su parte según lo

asignado por el equipo

Demuestra una actitud

proactiva (iniciat. y respons.)

Actuación principal para

terminar los ejercicios en el

tiempo asignado

En todo momento trabajaron

manteniendo el orden y

limpieza en su mesa

TOTAL 1= (Suma/5)%

Evaluación del conocimiento (Peso: 0,4)

(Básico: 10-40%, Intermedio: 50-70%, Avanzado: 80-100%)

Nota

integrante

N°1

Nota

integrante

N°2

Nota

integrante

N°3

Nota

integrante

N°4

Demostró conocimiento al

responder oralmente a la

pregunta de comprobación

N°………………………………………..

respectivamente

Resultado del test escrito (en

porcentaje)

TOTAL 2= (Suma/2)%

NOTA FINAL = (0,6xTOTAL

1 + 0,4xTOTAL 2)

supervisión de procesos con hmi - infoplc.net³n de los integrantes del grupo sobre el tema...

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