Manual de Maqueta Didctica de Cuatro Variables

Primera Edicin:Agosto 2014

Coordinador General:Emerson Isaula

Editor: Mario Castaneda

Elaboracin de Contenido:Mario Castaneda

Integrantes del Grupo:Emerson Isaula Kevin RodrguezHugo Meja Mario CastanedaDaniel RecinosMelvin vila

ContenidoIntroduccin3Objetivos4Captulo 1: Normas de Seguridad5Contenido5Descripcin5Declogo de la Seguridad5Orden y Limpieza6Equipos de Proteccin Individual6Herramientas Manuales6Captulo 2 Control de proceso7Proceso Industrial7Tipos de Sistemas8Sistemas de Lazo Abierto8Realimentacin de control9Sistemas de Lazo Cerrado10Descripcin general11Captulo 3 Actuadores y salidas12Actuadores12Tipos de Salida12Rels de Estado Slido (SSR)13Salidas Anlogas13Practica #1 Llenado con interruptores de nivel14Captulo 4 Circuito de proceso15Sensores y accionamientos15Practica #2 Llenado de tanque controlando nivel y caudal16Captulo 5 Circuito de calentamiento17Sensores de temperatura17Conexionado de Termocuplas18Practica#3 Control de temperatura en la caldera19Practica#4 Enfriar caldera por medio del intercambiador20

Introduccin

La formacin de disciplinas de carcter tecnolgico, especialmente en los entornos industriales, une, a su consabido grado de dificultad, la necesidad de estudiar equipos e instalaciones industriales complejas siendo necesario disponer de equipamientos muy costosos que, en muchas ocasiones, no estn disponibles.El desarrollo de plataformas tecnolgicas que permitan el acceso remoto a este tipo de instalaciones a travs de redes locales facilita, no solo el acceso, sino una mayor flexibilidad en cuanto a las estrategias de formacin y, por supuesto, de disponibilidad de dichos equipos. Adems, es cada vez ms notorio, que las tecnologas emergentes van a tener un mayor peso en aquellos aspectos vinculados a la formacin/autoformacin continua.Desde el punto de vista acadmico, este tipo de sistemas se convierten en una potente herramienta no solo para la docencia y aprendizaje prcticos, sino tambin en las exposiciones tericas. Con una toma de red y un ordenador, estos sistemas permiten su utilizacin de forma continuada en las exposiciones tericas, y adems facilitan la interaccin de los alumnos sobre sistemas reales a la vez que estn recibiendo formacin terica.El proyecto que aqu se presenta ha partido de la necesidad de facilitar el acceso a las personas (profesores, alumnos, trabajadores, profesionales, etc.) de la forma ms fcil y flexible, sin restricciones de horarios, a instalaciones reales, complejas, costosas y en las que se pueda interactuar sobre ellas de forma real y no simulada.

Objetivos

Los objetivos de este trabajo se centran en dos aspectos generales: por una parte el diseo y desarrollo de una maqueta que permita realizar procesos industriales manejando independientemente o de forma conjunta 4 variables: presin, temperatura, caudal y nivel; por otra parte, facilitar su operacin, manejo. Las especificaciones iniciales del diseo de la maqueta se han establecido en base a los siguientes objetivos: Portabilidad: las maquetas son autnomas y estn montadas sobre un bastidor de madera revestido con formica. Todos los accionamientos son elctricos y nicamente se necesita una toma de agua de proceso y un desage. Flexibilidad en el control: la maqueta puede ser controlada por un PLC, PC o SCADA. Acceso remoto: Con el fin de garantizar una operacin remota segura, se ha dotado a la maqueta de los enclavamientos cableados necesarios. Amplio espectro de operacin: las maquetas se pueden configurar para desarrollar desde experiencias de control bsico a experiencias de control avanzado multivariable debido a las interacciones que se pueden establecer entre los diferentes lazos de regulacin. Si se acoplan al menos 2 maquetas de este tipo, se pueden realizar experiencias de procesos tipo batch. Carcter industrial: tanto los accionamientos como la instrumentacin son todos ellos de tipo industrial.

Captulo 1: Normas de Seguridad

Contenido Descripcin Declogo de Seguridad Orden y Limpieza Equipo de Proteccin Individual Herramientas Manuales

DescripcinLa seguridad es uno de los factores ms importantes en la elaboracin y ejecucin de procesos tan complejos como es en el caso de nuestra maqueta didctica de cuatro variables. Como todos los procesos mecnicos presentan grado de peligro de accidente, era de esperarse que la elaboracin de esta maqueta presentara algunos riesgos y peligros. Afortunadamente la cantidad de riesgos presentados en la maqueta no es muy alta y siguiendo estas normas a cabo se reducirn los riesgos de accidente tanto en el uso del almacn como la elaboracin del mismo.Declogo de la Seguridad

1. El orden da seguridad al trabajo. 2. Corregir o dar aviso de las condiciones peligrosas e inseguras.3. Usar las herramientas apropiadas y cuidar su conservacin. Al terminar el trabajo dejarlas en el sitio adecuado. 4. Utilizar, en cada paso, las prendas de proteccin establecidas. Mantenerlas en buen estado. 5. Todas las heridas requieren atencin.6. No gastar bromas en el trabajo. 8. Prestar atencin al trabajo que se est realizando. Atencin a los minutos finales. La prisa es el mejor aliado del accidente.

Orden y Limpieza

1. Mantener limpio y ordenado el puesto de trabajo2. No dejar materiales alrededor de la maqueta. Colocarlos en lugar seguro y donde no estorben el paso.3. Guardar ordenadamente los materiales y herramientas. 4 .No dejar las herramientas en lugares inseguros.

Equipos de Proteccin Individual

1. Utilizar el equipo de seguridad adecuado.2. Llevar ajustadas las ropas de trabajo; es peligroso llevar partes desgarradas, sueltas o que cuelguen3. Utilizar gafas de proteccin cuando el trabajo necesite este tipo de proteccin.4. Usar calzado de seguridad.

Herramientas Manuales

1. Utilizar las herramientas manuales slo para sus fines especficos. Inspeccionarlas peridicamente2. Las herramientas defectuosas deben ser retiradas de uso3. No llevar herramientas en los bolsillos salvo que estn adaptados para ello4. Cuando se utilice, dejar las herramientas en lugares que no puedan producir accidentes5. Dejar las herramientas ordenadas.Las presentes normas, son especficamente para la ejecucin de todos los procesos que trae consigo la maqueta, en otras palabras, son las normas de seguridad que es necesario tomar en cuenta para evitar cualquier dao a la integridad fsica.

Captulo 2 Control de proceso

Qu es el Control de Proceso?Es la capacidad de medir, indicar, controlar y registrar la cantidad de productos (variable de proceso) producido en una aplicacin industrial.Los mtodos ms comunes de control de procesos: Control de proceso contino Control de proceso por lotesProceso Industrial

Tipos de Sistemas

Hay 2 tipos de sistemas Sistemas de Lazo Abierto Sistemas de Lazo Cerrado

Sistemas de Lazo Abierto

Las perturbaciones externas no son compensadas Fluctuaciones de alimentacin. Cambios de temperatura. Modificacin del tipo de carga.

Realimentacin de control

Qu hace? Constantemente detecta y monitorea un resultado de control. Compara el resultado con la referencia Automticamente toma acciones correctivas

Sistemas de Lazo Cerrado

La variable de proceso a controlar ingresa en el sistema de control El controlador mide el valor de proceso, lo compara con la referencia y toman la accin correctiva.

Descripcin general

La maqueta industrial est constituida por un circuito principal de proceso y un circuito de asociado a la variable temperatura y presin:

Circuito de proceso: diseado para el control de cuatro variables fsicas en recirculacin con flexibilidad para la interaccin o independencia entre ellas. Bsicamente est constituido por dos depsitos en cascada asociados a los lazos de control de nivel. La recirculacin se realiza mediante un circuito de bombeo impulsado por una bomba centrfuga con accionamiento a velocidad variable. Incorpora la instrumentacin necesaria para implementar los lazos de control de presin, caudal, nivel y temperatura del fluido de proceso.

Circuito calentamiento: es el encargado de producir y almacenar agua caliente mediante una resistencia elctrica con accionamiento variable esttico. La transferencia de calor al proceso se realiza mediante un intercambiador de calor que proporciona una gran transferencia trmica y una enorme reduccin del espacio ocupado a igual potencia de intercambio frente a los tradicionales intercambiadores tubulares. Mediante una electrovlvula, se regula el caudal de agua caliente y por lo tanto la transferencia de calor al proceso.

Circuito de enfriamiento de agua: proporciona la capacidad de reducir la temperatura del proceso utilizando agua de red como fuente. La transferencia de calor al proceso se realiza mediante un intercambiador de similares caractersticas al de agua caliente.

Estos 3 circuitos estn montados sobre un panel de madera con revestimiento de formica de 150x170 cm en el que en su parte posterior se sita el armario elctrico.

Captulo 3 Actuadores y salidas

Actuadores

Cul es la funcin de los elementos de control final?Tomar cualquier accin requerida por el controlador para corregir la desviacin respecto del punto de referencia.Hay dos maneras en que un elemento final de control puede ser posicionado:1. Posicionado elctricamente: Vlvulas de solenoide. Rels. Bombas y ventiladores. Motores y variadores de frecuencia. Rels de estado slido para calefactores

2. Posicionado neumticamente por aire Vlvulas de control Actuadores neumticos Amortiguadores de aire.

Tipos de SalidaPodemos dividir las salidas en 2 tipos:1. CONTACTO Rel

2. ELECTRONICAS Tensin, para rels de estado solido Corriente

Rels de Estado Slido (SSR)

Cmo funciona un Rel de Estado Slido?

Salidas Anlogas

Salidas de corriente Son para actuadores de tipo CONTNUOS. Con la salida de 0 a 100% generan una corriente de 4 a 20 mA o de 0 a 20 mA, y sirven para manejar todo tipo de dispositivo actuador.Practica #1 Llenado con interruptores de nivel

Objetivo: Al finalizar la practica el alumno sera capaz de programar un circuito cerrado utilizando los interruptores de nivel como una seal digital.

EJERCICIO:Programar el PLC para mandar a llenar el tanque 2, abriendo las VA2, VA4 y VA5. Controlar el llenado del tanque mediante los interruptores de nivel, indicando el mnimo y el mximo nivel. Programar la HMI para controlar el llenado con START y STOP.

Captulo 4 Circuito de proceso

Sensores y accionamientos

Qu miden los sensores de proceso?R- Miden las variables del proceso en un sistema de control, tales como: Temperatura, presin, caudal, nivel, pH, potencia, conductividad, velocidad, densidad, peso y humedad.Por qu son necesarios los sensores?R- Proporcionan la informacin medida como una seal analgica al transmisor o controlador.Cules son los tipos ms comunes de las seales de los sensores?R- 4-20mA, 0-20mA, 0-10mV, 0-100mV, 1-5V, 0-10VCul es la funcin de un transmisor de proceso?R- Los transmisores toman la seal de proceso medido y la convierten en una seal elctrica o neumtica. La seal de salida del transmisor se muestra y se enva a un controlador del proceso.Cmo opera un transmisor de proceso?R- Un transmisor es un "convertidor" que toma la seal de proceso y la convierte en una "seal estndar analgica", por ejemplo 4 a 20 mA.As se puede establecer una conexin segura con el controlador con cables de cobre estndar sobre virtualmente cualquier longitud y con una muy buena resistencia contra el ruido.

Practica #2 Llenado de tanque controlando nivel y caudal Objetivo: Al finalizar la practica el alumno sera capaz de programar un circuito cerrado utilizando las variables de nivel y caudal.

EJERCICIO:Programar el PLC para accionar la bomba a una frecuencia de 30Hz, abriendo las electrovlvulas VA2, VA4 y VA5. As mismo, programar el sensor ultrasnico y los interruptores de nivel ubicado en el tanque 2 para controlar el nivel del agua y el caudalmetro para controlar la cantidad de litros por minuto que pasan por la tubera. El nivel del agua del tanque, al llegar a su punto mximo, las electrovlvulas debern cerrarse y la bomba dejara de funcionar. Programar el HMI para visualizar el caudal en L/m y el nivel en %.

Captulo 5 Circuito de calentamiento

Sensores de temperatura

Para la medicin de temperatura utilizaremos termocuplas o termopares.

Estn construidas de dos tipos diferentes de metales soldados en un punto llamado junta caliente. Una junta caliente genera una fuerza termoelectromotriz de unos pocos milivolts que cambia de acuerdo a la temperatura.

Utilizando para el cable el mismo tipo de materiales que para la termocupla se evitan diferencias de medicin. Este cable se llama CABLE COMPENSADO, y existe uno para cada tipo de termocupla.

Conexionado de Termocuplas

Este tipo de sensores tienen impedancia casi 0 Ohm, lo que permite conectarlos a 1, 2 o mas controles de temperatura simultneamente.

Practica#3 Control de temperatura en la caldera

Objetivo: Al finalizar la prctica el alumno ser capaz de programar un circuito cerrado utilizando las variables de presin y temperatura.

EJERCICIO:Programar el PLC para mandar a llenar la caldera usando la VA1. Fijar la frecuencia del variador para accionar la bomba. Controlar el llenado con el interruptor de nivel, una vez hecho esto mandar a calentar la resistencia y controlar su temperatura, fijando los parmetros a unos 45C del sensor de temperatura. Programar la HMI para visualizar la presin del tanque usando el sensor de presin y controlar la temperatura del tanque.

Practica#4 Enfriar caldera por medio del intercambiador

Objetivo: Al finalizar la prctica el alumno ser capaz de programar un circuito cerrado utilizando las variables de presin, nivel y temperatura.

EJERCICIO:Programar el PLC para mandar a llenar la caldera usando la VA1. Fijar la frecuencia del variador a 30HZ para accionar la bomba. Controlar el llenado con el interruptor de nivel, una vez hecho esto mandar a calentar la resistencia y controlar su temperatura, fijando los parmetros a unos 45C del sensor de temperatura. Programar la HMI para visualizar la presin del tanque usando el sensor de presin y controlar la temperatura del tanque. Al llegar a la temperatura requerida, cerrar la vlvula manual de entrada de la bomba y abrir la vlvula manual de la caldera hacia la bomba. Abrir las electrovlvulas VA2, VA4 y VA3 para mandar a llenar el tanque 1 y de esta manera enfriar el agua que recircula por la caldera.

20