Guía de laboratorio Planta de Sistemas a Eventos Discretos Laboratorio de Control de Procesos

Guía de laboratorio









Planta de Sistemas a Eventos Discretos












Laboratorio de Control de Procesos


Planta de Sistemas a eventos discretos


La planta de Sistemas a Eventos Discretos es un sistema compuesto por un
circuito hidráulico y la instrumentación necesaria para emular el proceso
de elaboración de bebidas carbonatadas.

Está diseñada de tal manera que al emular el proceso se realice mediante
la comunicación directa a un PLC micrologix 1500 serie C de Allen-Bradley,
o por medio del nodo DeviceNet de Unicauca conectado a la red Device Net.

El objetivo principal de esta práctica es implementar un programa que
represente el proceso mencionado mediante el formalismo de las redes de
Petri, a través de:

Una conexión directa a las entradas y salidas del PLC.
Conexión con el Nodo de la red DeviceNet (NAGA).
































Contenido

Planta sistemas a eventos discretos


1. Conocimiento de la planta
2. Prácticas
2.1 Práctica Inicial
2.2 Práctica 1
2.3 Práctica 2
3. Anexo1: Elaboración de bebidas carbonatadas
4. Anexo 2: Guía para la elaboración de planos con el estándar Cemat
5. Anexo 3: Planos de la planta de sistemas a eventos discretos
6. Anexo4: Manejo del software PetriLLD
7. Anexo 5: Comunicación entre la planta y el PLC.
8. Anexo 6: Manual de usuario del nodo Unicauca
9. Anexo 7: Guía para la comunicación con el nodo Device net.
10. Anexo 8: 1747-SDN DeviceNet Scanner Module





























1. Reconocimiento de la planta



Descripción física de la planta

La planta cuenta con 5 tanques de acrílico con su respectiva
instrumentación (sensores de efecto hall y electroválvulas), llaves
manuales, una motobomba y un circuito de tuberías para transportar agua
hacia los diferentes tanques del sistema, lo que permitirá emular el
proceso de fabricación de bebidas carbonatadas.
La planta a trabajar es mostrada en la siguiente figura (figura1).


























Figura1. Planta


A continuación se presenta una lista de la instrumentación y
elementos de la planta, tanto en campo como en el tablero de control.





La planta en campo cuenta con:

5 tanques
1 motobomba (Figura 2)
7 electroválvulas solenoides (Figura 3)
10 sensores magnéticos de efecto hall (Figura 4)
5 flotadores magnéticos para la activación de los sensores (Figura 5)
2 agitadores (Figura 6)
Tubería bypass (Figura 7)
5 válvulas manuales en tubería (1 de ellas instalada en la tubería
bypass)
4 válvulas de purga (respectivas para los tanques 1,2,3 y 4)



















Figura 2. Motobomba















Figura 3. Electroválvula















Figura 4. Par de sensores magnéticos













Figura 5. Flotadores magnéticos












Figura 6. Motores de agitadores














Figura 7. Tubería de Bypass




Electroválvulas solenoides: Dependiendo de su ubicación y uso, son las
encargadas de cargar o descargar un tanque. Por ejemplo: La válvula 5
descarga los tanques 4 y 5 y carga los tanques 2 y 3.
Motobomba: Con la tubería, succiona agua del tanque de suministros
(tanque 1), y permite que llegue a los diferentes tanques del sistema.
Sensores: Los sensores detectan los límites superior e inferior de
cada uno de los tanques por medio de los flotadores.
Los flotadores son imanes forrados en icopor que se encuentran
ubicados en un riel al interior de cada tanque. Mientras el tanque se
llena, los flotadores suben (por el icopor y la silicona que los
recubre) activando el sensor cada vez que el agua llegue a su límite
(En la figura 4 se muestra el riel externo del tanque 5).
La ubicación de los rieles es la misma para cada uno de los 5 tanques.
Por fuera los rieles externos y por dentro los internos.
Agitadores: Estos motores son los encargados de agitar la mezcla que
se encuentra depositada en los tanques 2 y 3.
Tubería de bypass: Esta tubería es la que permite que agua succionada
por la motobomba pueda regresar al tanque de suministros.
Válvulas manuales
Las válvulas manuales ubicadas en la tubería son las que determinan el
flujo de agua que llegará a cada tanque, dependiendo de la apertura de
esta.
Las válvulas de purga en cada tanque son para realizar la descarga
manual de estos.




El Tablero de control cuenta con:

Ver figura 8.

1. Borneras de entrada y salida (con 30 bornes cada una)
2. 1 PLC micrologix 1500 serie C
3. 1 contactor
4. 1 relé térmico
5. 1 nodo Device net (NAGA)
6. 1 Fusible
7. 2 Luces piloto
8. 2 Pulsadores (Start, Stop de la motobomba)
9. 1 Llave selectora
10. 7 relés de conmutación entre le PLC y la red Device Net
11. 1 arreglo de 27 borneras industriales, para la conexión de la fase y
el neutro.



























Figura 8. Tablero de control

Borneras de entrada y salida: A estas borneras van las diferentes
entradas y salidas de la planta.
Contactor y el relé térmico: componen el circuito de protección de la
motobomba, los cuales protegen ante una eventual sobre carga de
corriente.

Nodo DeviceNet (Naga): es un dispositivo funcional con características
similares a las de un dispositivo industrial que permite conectar
sensores y actuadores discretos a la red DeviceNet.

Fusible: energiza y desenergiza la planta, sirviendo para protección
total de todos los instrumentos ubicados en la planta y los circuitos
del panel.

Luces Piloto: La luz piloto verde indica que la motobomba está
funcionando correctamente, y la luz piloto roja indica que la
motobomba se sobrecargó, es activada por el térmico.

Pulsadores: Son empleados para darle un arranque (Botón amarillo) o
parada (botón rojo) manual a la motobomba.

Llave selectora: Conmuta entre la red Device net y el PLC. Si la
perilla está en neutro quiere decir que la comunicación se está
efectuando directamente entre el PLC y la planta, y si está en otra
posición significa que puede realizarse la comunicación con el nodo.

Relés de conmutación: Se utilizan para trabajar con las salidas y las
entradas de la planta conectadas al PLC o al nodo deviceNet.


El estudiante deberá analizar cada uno de los elementos e
instrumentos presentados anteriormente y entender su funcionamiento,
verificando su ubicación en los planos adjuntos [Anexo3].


En el Anexo 3 se presentan los planos que indican las conexiones tanto
mecánicas como eléctricas de la planta, las cuales deben ser comprobadas
para realizar la práctica con todos los instrumentos y circuitos
conectados. Para facilitar la lectura de los mismos es necesario leer la
guía para elaboración de planos de planta, con base en el estándar de
SIEMENS: CEMAT. [Anexo 2].

Una vez reconocida la planta con la que se trabajará, el estudiante debe
estar al tanto el proceso que se desarrollará: Elaboración de bebidas
carbonatadas, para lo cual debe revisar el material anexo a la guía con el
mismo título [Anexo 1].



2. PRÁCTICAS



Una vez reconocidos los elementos de la planta y verificadas las conexiones
físicas y eléctricas, puede procederse a realizar las prácticas, atendiendo
cuidadosamente todas las recomendaciones y pasos expuestos en esta guía,
con el fin de evitar resultados que no correspondan a los esperados en las
prácticas.





2.1 PRACTICA INICIAL

AJUSTE DEL BYPASS DE LA MOTOBOMBA



Objetivo: Ajustar la válvula manual de bypass de manera que el agua sea
distribuida hacia todos los tanques y así la planta quede lista para
continuar con las siguientes prácticas.

Materiales:

Planta de sistemas a eventos discretos
Panel de conexiones con PLC micrologix 1500 (Ver figura 5)
Cable de conexión DH+ entre el PLC micrologix 1500 y el PC. Ver figura
9
Rockwell Software: Rs Linx, Rs Logix 500

Recipiente y manguera para purga de la motobomba














Figura 9. Cable de conexión entre el computador y el PLC



Parte 1: Ajuste inicial de la planta



Pasos a seguir:



1. Abrir las válvulas manuales ubicadas en diferentes puntos de la
tubería, incluyendo la válvula de la tubería bypass. En la figura 11
se encuentran señaladas las llaves a abrir.

2. Abra la válvula de bypass hasta la mitad, de manera que el volante
pueda moverse hacia ambos lados.

Siga la señalización ubicada en la tubería de bypass para abrir la
válvula.











Figura 10. Llaves que deben abrirse







3. Verificar que los tanques 2, 3,4 y 5 se encuentran vacíos, con el fin
de no tener alteraciones en el momento de realizar las prácticas. Si
no lo están, abrir la válvula de purga (ubicada en la parte inferior)
de los tanques que contengan agua de manera que toda esté
inicialmente en el tanque de suministros (tanque1). En la figura 12
se muestran la válvulas correspondientes a cada tanque.







Figura 11. Llaves para vaciar tanques




4. Dejar las válvulas manuales ubicadas en las tuberías y las válvulas de
purga de cada tanque abiertas.




Parte 2. Activar salidas




1. Encender la planta, pasar el fusible a ON. Ver figura 8 etiqueta 6.

2. Verifique la ubicación de la llave selectora, debe estar en posición
de neutro, Ver figura 8, etiqueta 9.

3. Realizar la comunicación entre el PLC y la planta. Para efectuar este
paso vea el anexo 6.

4. En Rslogix 500, abrir un proyecto nuevo, eligiendo los drivers que
escogió en el paso anterior y vaya a modo ONLINE.

5. Purgar la motobomba para permitir su adecuado funcionamiento. Para
ello se debe quitar el tornillo principal ubicado en la parte superior
de la motobomba, colocar la manguera en el orificio y echar agua hasta
que usted vea que comienza a rebosarse.

6. Vaya al anexo 2 y lea la Tabla 8, en la que aparecen la distribución
de salidas y entradas en el PLC.

Tomando como referencia esta tabla abra en el Data file, la ventana de
OUTPUT y active todas las electroválvulas y la motobomba.






Figura 12. Activar salidas







7. Si al accionar las electroválvulas el agua no llega a los tanques y
no se cumple con la distribución esperada, regule la válvula de
bypass manualmente abriendo en la dirección correcta. Se debe tener
especial cuidado para evitar que la motobomba siga succionando agua y
quede represada en la tubería, lo que podría ocasionarle graves daños
si transcurre mucho tiempo.

Si usted ve que pasados varios minutos el agua no se distribuye como
está programado, apague la motobomba con la parada de emergencia. Como
las electroválvulas están activas siga moviendo la válvula de bypass
hasta que caiga el agua represada en la tubería a cada tanque.

8. De la apertura de la válvula de bypass depende la velocidad con la que
llega el flujo de agua a cada tanque.

Si la válvula está muy cerrada el agua llegará más rápido a cada
tanque, por lo que podría rebosarse.

9. Deje la válvula de bypass en la posición en la que usted considere el
agua llega adecuadamente a cada tanque, considerando que si el tanque
se llena muy rápido podría rebosarse fácilmente, por eso fije
cuidadosamente la posición de la llave de bypass.

10. Desactive las válvulas y la motobomba.

11. Termine la comunicación con el PLC y apague la planta.

12. Cierre las llaves manuales que abrió en el punto 11 y 12.




Tenga en cuenta que de esta práctica depende el desarrollo de las
siguientes, por lo que la llave de bypass debe quedar en la posición
adecuada y el agua que usará el sistema debe encontrarse en el tanque 1.



Nota: No realice ninguna práctica sin antes haber purgado la motobomba y
regulado la válvula de bypass.






2.2 PRÁCTICA 1.

Elaboración de gaseosas carbonatadas mediante la conexión directa a las I/O
del PLC.

Objetivo: Usando el formalismo de la redes de Petri, generar un programa
que simule el proceso de elaboración de gaseosas y controlarlo por medio de
la conexión directa de las I/O del PLC.

Proceso a simular: El tanque de almacenamiento (TK1) es el que simula cada
una de los ingredientes líquidos que se requieren para la elaboración de
las gaseosas. Al inicio del proceso se activa la motobomba (PP1), la cual
permite que cada uno de los componentes de las gaseosas lleguen a su
respectivo tanque, por medio del circuito de tuberías. En la planta se
habilita el paso de agua hacia los tanques de elaboración de gaseosa
tradicional y light, hasta que en cada uno de ellos alcance su respectivo
límite superior y se cargan los tanques 4 y 5 de saborizantes y acidulantes
respectivamente. En esta parte del proceso se habilitan las electroválvulas
VV3, VV4, VV6 y VV7.

En el momento en que los tanques 2 y 3 llegan a su límite superior se
encienden los mezcladores (MX1 y MX2) por un tiempo, en el que se simula la
adición de azúcar para gaseosa tradicional y de edulcorantes para gaseosas
Light.

Posteriormente, cuando los 4 tanques se encuentran en sus respectivos
límites superiores se realiza la descarga de saborizantes y acidulantes a
los tanques de gaseosa Light y trandicional (tanques 2 y 3), para que se
realice el proceso de mezclado completamente. Se habilita la electroválvula
VV5

A continuación se encienden nuevamente los agitadores, y finalmente
terminada la preparación de las mezclas se habilitan las respectivas
electroválvulas de descarga hacia los correspondientes carbonatadores
(simulados por el tanque de almacenamiento, TK1) de cada uno de los
tanques, están corresponden a VV1 y VV2.

Materiales:

Planta de sistemas a eventos dicretos
Panel con PLC micrologix 1500
Cable de conexión entre el PLC micrologix 1500 y el PC. Ver figura 9
Imanes para activación de sensores (Ver figura 5)
Rockwell Software: Rs Linx, Rs Logix 500 y Rs View 32

Software PetriLLD


1. El estudiante debe leer en el anexo 4 el tutorial de redes de Petri,
en el cual se informará acerca de este tema y con el que podrá
realizar el control requerido para el proceso que simulará la planta
(Elaboración de bebidas carbonatadas, gaseosa light y tradicional).
2. Con el programa PetriLLD, crear la red Petri correspondiente al
proceso a controlar, transformar a lenguaje Ladder (como se menciona
en el anexo 4). El programa debe tener una parada de emergencia.
3. Utilizar Rockwell Software para ejecutar el ladder y realizar el
respectivo supervisorio del proceso en Rsview 32, en el cual se
muestre el control del proceso de elaboración de gaseosa light y
tradicional.
4. Probar el programa en el supervisorio realizado, y una vez esté seguro
de que funciona, continúe con los siguientes pasos para desarrollar el
proceso en la planta.
5. Definir los límites superior en inferior, con los que trabajará en la
planta. Ubicar los sensores de efecto Hall en el riel externo,
teniendo en cuenta que los tanques 2 y 3 recibirán la mezcla de los
tanques 4 y 5 por lo que podrían rebosarse. Por esto no elija los
límites superiores muy altos

6. Ubicar los flotadores para la activación de los sensores en los rieles
internos de cada tanque.

7. Purgue la motobomba como se indica en la práctica inicial.

8. Encender la planta, pasar el fusible a ON. Ver figura 8, (6).

9. Realizar la comunicación entre el PLC y la planta. Para efectuar este
paso vea el anexo 6.

10. Descargar el programa al PLC.

11. Programar el PLC y efectuar el proceso requerido.

12. Mientras ejecuta el programa verifique que los imanes suben con el
nivel del agua. Si no es así, dele pequeños golpes al riel externo
para tratar de ubicarlos y si la falla persiste pare el proceso
haciendo uso de la parada de emergencia, reubique los imanes y vuelva
a empezar.

5. Cuando finalice el proceso, termine la comunicación con el PLC y
apague la planta.




3. PRÁCTICA 2.

Elaboración de gaseosas tradicional mediante la conexión entre la planta y
el nodo Naga a la red Device net.

Objetivo: Usando el formalismo de la redes de Petri, generar un programa
que simule el proceso de elaboración de gaseosa tradicional y controlarlo
por medio de la conexión al nodo Naga que conecta a la red Device net.

Materiales:

Planta de Sistemas a Eventos Discretos
Panel con PLC micrologix 1500
Nodo NAGA
2 Cables de conexión Device net cerrado, uno que va del nodo NAGA a
la caja de conexión Device net respectiva y otro para el módulo 1770-
KFD. (Ver figura 10)
1 Cable serial para la conexión entre el módulo 1770 –KFD y el PC.(Ver
figura 11)
Módulo 1770-KFD (Ver figura 12)
Módulo escáner 1769 SDN (Ver figura 13)
Fuente para la Red Device net 1606 XL (Ver figura 14). Ubicada en el
panel de cableado de la planta de tanques interactuantes.
Petri LLD
Rockwell Software: Rs Linx, Rs Logix 500, Rs View 32, RSNetworx








Figura 12. Cable Device net cerrado















Figura 13. Cable serial













Figura 14. Módulo 1770-KFD



















Figura 15. Fuente 1606-XL


Recomendaciones antes de iniciar la práctica 2

Tenga en cuenta que como el nodo posee 8 entradas y salidas discretas
respectivamente, deberá deshabilitar 2 entradas y 3 salidas (los
sensores y el mezclador del tanque 3 (MX2), la vávula1 (VV1) y la
válvula 4 (VV4)).
Para esta práctica sólo se realizará el proceso de elaboración de
gaseosa tradicional, el tanque 3 de gaseosa light no será usado.
Deberá hacerse uso de un tapón en la salida de la electroválvula VV5,
que desemboca en el tanque 3, para evitar un desperdicio de material,
y así toda "la mezcla" caiga en el tanque 2.

1. Leer el manual de usuario del nodo, para comprender su funcionamiento.
Anexo[7].
2. Una vez informado acerca de las redes Petri, realizar el programa de
elaboración de gaseosas tradicionales. Con las 8 entradas y salidas
requeridas.
3. Con el programa PetriLLD, crear la red Petri correspondiente al
proceso a controlar, transformar a lenguaje Ladder (como se menciona
en el anexo 4).
4. Utilizar Rockwell Software para ejecutar el ladder y realizar el
respectivo supervisorio del proceso en Rsview 32, en el cual se
muestre el control del proceso de elaboración de gaseosa tradicional.
Utilice las mismas direcciones expuestas en el anexo 2 para facilitar
su trabajo más adelante tendrá que redireccionar tomando en cuenta el
nodo.
5. Probar el programa en el supervisorio realizado, y una vez esté seguro
de que funciona, continúe con los siguientes pasos para desarrollar el
proceso en la planta.

6. Definir los límites superior en inferior, con los que trabajará en la
planta. Ubicar los sensores de efecto Hall en el riel externo,
teniendo en cuenta que el tanque 2 recibirá la mezcla de los tanques
4 y 5 por lo que podría rebosarse.

7. Ubicar los flotadores (Figura 4), en los rieles internos de cada
tanque.

8. Verficar si el escáner se encuentra en el PLC, si no agregar el módulo
como se ve en la figura 10

9. Conectar el módulo 1770-KFD al nodo que comunica a la red Device net
por su parte superior y al computador por la parte inferior, por medio
del cable serial.

10. Encender el 1770- KFD. En la parte superior derecha está ubicado el
switch de encendido y apagado.

11. Conectar el nodo Naga al nodo de conexión con la red Device net (Caja
de conexión a la red Device net ubicada abajo del panel). Ver figura
15

Verificar si el Led verde se enciende, lo que indica un correcto
funcionamiento, si se enciende el led rojo, ocurre alguna falla, por
lo que debe intentar nuevamente la conexión y revisar el anexo 7
(Manual de usuario del nodo unicauca).

12. Conectar el cable Device net cerrado al PLC. Ver figura 15 y 16

13. Cambiar de posición la llave selectora. Girar a la derecha para que
pueda realizarse la comunicación con la red Device net.

14. Encender la fuente para conexión a la red Device net 1606 XL, para
darle los 24 voltios que necesita la red.

15. Purgue la motobomba como se indica en la práctica inicial.

16. Encender la planta

17. Realizar la comunicación entre el PLC, la planta y el nodo. Para
efectuar la comunicación vea la guía para la red device net de la
Universidad del Cauca, anexo[6].


































































Figura 15. Caja de conexión a la red Device net.




















































Figura 16. PLC conectado




18. Verifique que en el display del escáner no aparezca ningún tipo de
error. Debe aparecer la dirección por la que se comunica. Si se queda
en un número fijo y y no muestra las direcciones, busque en el anexo
10 este número en la sección de errores y mire de que tipo de error se
trata. Corrija y vuelva a configurar la comunicación.

19. Abrir un archivo en blanco en el RS Logix 500.

20. Descargar el programa en blanco al PLC.

21. Reconocer las direcciones de salida y entradas.

Para ubicar la dirección de las entradas mueva los sensores y empiece
a ver en el Data file de las entradas que direcciones pasan de cero a
uno. Estas direcciones serán las correspondientes a las entradas de la
planta y las que deberá usar en el programa a implementar.

Verifique si las salidas son las mostradas en la siguiente tabla:


"Dirección "Dispositivo "
"O:1/32 "VV7 "
"O:1/33 "VV6 "
"O:1/34 "VV5 "
"O:1/35 "VV3 "
"O:1/36 "VV2 "
"O:1/37 "MX1 "
"O:1/38 "Stop motobomba "
"O:1/39 "Start motbomba "


Tabla1. Direcciones de las salidas de la planta utilizando el nodo







22. Al programa realizado en el numeral 4 cámbiele las direcciones de
acuerdo al punto anterior y repita el paso 16 para este programa.

23. Programar el PLC usando el nodo y efectuar en la planta el proceso
requerido.







-----------------------
7

8

11

9

4

1

3

10

6

5

2

10

2

Conexión del PLC a la red Device net


Conexión con el nodo NAGA

Conexión al computador

Conexión a la red

Escáner para la conexión a la Device net

Conexión hacia la red

Conexión hacia el PC

Válvula de bypass

MV4

MV5

Válvula de bypass

MV6

MV3

MV2

MV3

MV7

MV6

Tanque de suminsitros (TK1)

Tanques 2 y 3

Tanques 4 y 5

Circuito de tuberías

Válvula de purga tanque1

Motobomba

Válvula manual en tubería

Riel externo