Sistema de Control en lazo cerrado de la Velocidad de un Motor AC Trifásico .

INTEGRANTES WILSON CAPOTE JOHANA CORDOBA ALEXANDER GAVIRIA ROSMYR ARTEAGA

CONTENIDO Descripción del Proyecto Objetivo general y específicos Justificación Marco referencial (Redes industriales, Variadores de velocidad de Motores, Taco dinamo, Familia PLC Nais, Pantallas ATM, Sistemas SCADA) Diseño del proyecto (especificaciones de funcionamiento, Diagrama de bloques funcionales, entradas y salidas del sistema, controladores y supervisores, diagrama funcional del sistema, diagramas eléctricos de conexionado, Herramientas Software del sistema, Grafcet 1 y 2 del programa de control) Desarrollo del Proyecto (Metodología de Desarrollo de una aplicación con Control FPWIN PRO, Configuración de la comunicación con Control FP WEB Server, Configuración de las pantallas ATM, Desarrollo de una Aplicación con P-CIM) Implementación del Proyecto (Diagrama detallado de conexión, descripción detallada para el montaje del sistema con fotos o diagramas) Pruebas de Funcionamiento (Listado de pruebas de funcionamiento, pruebas realizadas y respuestas del sistema, modificaciones hechas) Conclusiones y observaciones

DESCRIPCION DEL PROYECTO En este proyecto se debe diseñar e implementar un sistema de control análogo en lazo cerrado para controlar la velocidad de un Motor AC trifásico utilizando un variador de velocidad comandado por un PLC de gama media de la serie Nais de Aromat realimentado por un DINAMOTACOMETRICO EL PLC es el encargado de regular la velocidad del motor AC por medio del variador de velocidad y mediante la programación de un algoritmo de control llamado PID (control Proporcional-Integral-Derivativo).

Descripción .

II.OBJETIVO GENERAL Diseñar e implementar un sistema para el control de la velocidad de un motor trifásico AC por medio de lógica programada usando un PLC y un sistema de supervisión.

OBJETIVO ESPECIFICO Revisar y analizar la información relacionada al proyecto Determinar la instrumentación industrial requerida con base en información técnica Estructurar el proyecto de automatización Alistar los componentes a utilizar y revisar su información técnica (tacodinamo y su acondicionamiento de señal, variador de velocidad, motor AC trifásico, PLC, pantalla ATM, circuitos convertidores de voltaje a corriente, el software del sistema) Implementar el sistema y realizar pruebas de funcionamiento

III.JUSTIFICACION La realización de este proyecto permitirá afianzar los siguientes aspectos: Las ventajas de usar lógica programada Usar tecnologías de automatización aplicables en la industria Realizar proyectos de automatización siguiendo una metodología Brindar soluciones a un problema industrial Trabajar en equipo Usar las TIC´S Formación a partir de la elaboración de un proyecto

IV. MARCO REFERENCIAL

REDES INDUSTRIALES Tipos de redes (bus, anillo, estrella) Las redes de comunicaciones industriales deben su origen a la fundación FieldBus (Redes de campo). La fundación FieldBus, desarrollo un nuevo protocolo de comunicación, para la medición y control de procesos donde todos los instrumentos puedan comunicarse en una misma plataforma. Tipos de redes (bus, anillo, estrella) Redes industriales estandares (Fieldbus, Canopen, Modbus, CAN, Asi, etc) Diagrama de una red industrial Piramide CIM

VARIADOR DE VELOCIDAD Los variadores de velocidad son dispositivos empleados para controlar la velocidad de motores eléctricos, estos son capaces de manejar motores monofásicos bifásicos y trifásicos, por lo cual son muy útiles en procesos industriales en donde se requiere tener un control estricto sobre la rotación del motor. Tipos de variadores Referencias comerciales Ventajas y desventajas de usarlos

CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES(PLC). Son dispositivos electrónicos que controlan maquinas y procesos. Utiliza una memoria programable para almacenar instrucciones y ejecutar funciones especificas que incluyen activación y desactivación, temporización, conteo, secuencias aritméticas y manejo de datos. Los plc incluyen componentes que hacen la interfaz con los dispositivos de control de entrada (botones, selectores, interruptores de limite y nivel, sensores, entre otros.) y de salida (válvulas arrancadores de motores, bobinas de relevador, alarmas, luces, ventiladores, bocinas, entre otros). Diagrama general de la Estructura bàsica de un PLC (entradas, salidas, CPU, fuente de alimentaciòn, unidad de programaciòn) Gamas de PLC (Modular y compacto)

DIAGRAMA GENERAL ESTRUCTURA DE UN PLC

FAMILIA NAIS AROMAT Serie FP-X: C14R, C30R, C60R, C14T, C30T, C60T Serie FP-e Serie FP-sigma Serie FP0 Serie FP1/FP-M Serie FP2 Serie FP3/FP-C Serie FP5 Serie FP10/FP10S Serie FP10SH Serie FP2SH El que se va utilizar en esta practica sera la serie fpo

MEDIDORES DE VELOCIDAD ANGULAR EN MOTORES Otras tecnologías para medir velocidad Es un sensor de velocidad que va unido al eje primario del motor , proporciona una tensión eléctrica en función de la velocidad del motor. CARACTERISTICAS TECNICAS referencia: REO 444. Constante: 60v/1000 rpm. Velocidad máxima: 1000 rpm. Altura del eje: 80mm

Familia nais aromat Serie FP0R Serie FP-e Serie FP-X Serie FP2 Modular Serie FP-Sigma Serie FP0R Serie FP-e Serie FP-X Serie FP2 Modular Serie FP2SH

PLC NAIS AROMAT FPO Máx.. 64 entradas / 64 salidas transistor o 54 salidas a relé. Máx.. 24 entradas análogas/ 12salidas análogas 2 x RS232C interfaces Memoria del programa: 2700 a 10000 pasos Datos de memoria:1660 a 16384 palabras. PROFIBUS, Ethernet TCP/IP, Modbus, S-Link, CC-Link Referencias: C10RS, C14RS, C16, C16C, C32, C32C

MODBUS BASICOS PLC NAIS MODULO DISCRETO FP0-E16RS MODULO ANALOGO FP0-A21 MODULO E/S TRANSISTOR FP0-E32T FUENTE DE ALIMENTACION PSA-2 CPU FP0-C10RS

Conformación de E/S en la CPU: FP0-C10RS

INTERFACES HMI Es un controlador donde se pueden supervisar datos; y poder tener control de ellos Tipos de interfaces HMI Referencias comerciales otros facbricantes Fotos de diferentes pantallas

PANTALLAS ATM Pantalla de programación almacenada en 8k/32k (EEPROM). Pueden ser almacenados en memoria 132/352 mensajes. Puerto pass through: datos pueden ser transferidos de ATM a PLC. Puerto serial (PLC) conecta de ATM. tipo RS232C Control e instrucciones: los mensajes pueden ser configurados para leer/escribir datos en instrucciones al PLC.

SCADA: (Sistema de Adquisición de datos, control y supervisión.) Es una aplicación software especialmente diseñado para funcionar sobre ordenadores en el control de producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores autónomos, autómatas programables, etc.) y controlando el proceso de forma automática desde la pantalla del ordenador Què se puede hacer con un sistema SCADA Ventajas y desventajas Referencias comerciales

COMPONENTES DEL SISTEMA SCADA Los tres componentes de un sistema SCADA son : Estación maestra y computador con HMI, desde la cual se interrogan las RTU y en la cual se cuenta con las funcionalidades ya descriptas para los HMI. Múltiples unidades de terminal remota (RTU), donde se realiza la adquisición de datos y el comando de los elementos finales de control. Infraestructura de comunicación, que permite vincular las diferentes RTU con la estación maestra.

HMI (interface hombre-maquina) ESTACION MAESTRA Se refiere a los servidores y el software responsable para comunicarse con el equipo de campo (RTUs, PLCs, etc.) en estos se encuentra el software HMI corriendo para las estaciones de trabajo en el cuarto de control. La estación maestra se realiza principalmente la tarea de recopilación y archivado de datos. HMI (interface hombre-maquina) Es el dispositivo que presenta los datos a un operador y a través del cual este controla el proceso. RTU (unidad terminal remota) Es el conjunto e elementos dedicados a labores de control y/o supervisión de un sistema. Alejados del centro de control y comunicados con este por algún medio.

CIM (computer integrated manufacturing) Se divide en 5 partes: ERP: planificación de recursos empresariales, engloba la gestión de finanzas, compras ventas, logística. MES: gestión de la producción, comprende la gestión de calidad, documentación, gestión la producción, mantenimiento y optimización. CONTROL: abarca la automatización y gestión delos procesos. AUTOMATISMO: Desarrollo de un proceso o funcionamiento de un mecanismo por si solo. DATOS DE PLANTA: son los que envian los equipos a los automatismos.

PIRAMIDE DE CIM

RED MODBUS CON PLC NAIS

MODBUS Red industrial estandarizada de acuerdo al estándar Modbus RTU Los participantes individuales de la red Modbus (PLC´s, HMI´s, controladores de temperatura, driver´s) se pueden configurar en una red punto a punto o multidrop Velocidad de transmisión: up tú 115.2Kbps Max. numero de estaciones: 99 Max. distancia: 1,200m

MODBUS Protocolo de comunicaciones situado en el nivel 7 del Modelo OSI el cual se basa en la arquitectura Maestro/Esclavo o Cliente/Servidor Fue diseñado en 1979 por MODICON para su gama de PLC´s Se ha convertido en un protocolo de comunicaciones estándar de la industria y es el que goza de mayor disponibilidad para la conexión de dispositivos electrónicos industriales Las razones por las cuales el uso de Modbus es superior a otros protocolos de comunicaciones son: es público, implementación fácil y requiere poco desarrollo Maneja bloques de datos sin suponer restricciones

MODBUS Se usa para la conexión de un ordenador de supervisión con una unidad remota (RTU) en sistemas de supervisión y adquisición de datos (SCADA) Existen versiones del protocolo Modbus para Puerto Serie (Modbus RTU y Modbus ASCII) y Ethernet (Modbus/TCP). Modbus RTU es una representación binaria compacta de los datos (generalmente datos de 8 bits) Modbus ASCII es una representación menos eficiente La versión Modbus/TCP es muy semejante al formato RTU, pero estableciendo la transmisión mediante paquetes de acuerdo al protocolo TCP/IP

Módulo FP WEB - Server Permite la conexión de los PLC´s de Panasonic a la red Ethernet Corresponde a un servidor WEB (páginas HTML, Email, Internet Browser) Integración de datos del PLC en páginas WEB El PLC puede enviar Email reconfigurados PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN: Mewtocol, HTTP, SMTP, FTP, TELNET, TCP/IP, Modbus

EtherNet Panasonic: Módulo FP-Web Server Para comunicación entre factoría vía Ethernet Usa redes existentes a nivel mundial Software y herramientas estándar para PC Control remoto, monitoreo y programación Se utiliza el módulo FP Web-Server Programación y configuración del módulo con la herramienta FP-WEB Configurator

Ejemplos de aplicación Visualización y control remoto vía HTTP Presentación de datos del PLC en paginas WEB Programación remota del PLC vía TCP/IP Programación y monitoreo mediante Internet Envío de alarmas mediante correos electrónicos preconfigurados

V. DISEÑO DEL PROYECTO

ESPECIFICACIONES DE FUNCIONAMIENTO Dar las órdenes de: Marcha izquierda (MI) Marcha derecha (MD) Paro (P) al variador de velocidad mediante interruptores dispuestos para ello. Para cambiar el sentido de giro del motor primero se debe dar la orden de Paro (P) y el cambio de giro deberá estar temporizado por seguridad Entradas por Paro de Emergencia (E) y Rearme (R): al producirse un problema en el sistema se pulsará la emergencia, el motor deberá detenerse inmediatamente y no tendrá efecto ninguna otra entrada hasta cuando se accione la entrada de rearme (R) Cambio de la velocidad del motor a través de su entrada de referencia o setpoint que se realizará a través de un potenciómetro externo y en todo momento el controlador actuará sobre el variador el cual modificará la velocidad actual del motor: Si la carga disminuye la velocidad actual del motor, el controlador deberá ajustarla.

ESPECIFICACIONES DE FUNCIONAMIENTO El controlador debe activar tres (3) lámparas luminosas de acuerdo al estado del motor: L1 si el motor gira a la izquierda, L2 si gira a la derecha y L3 si el motor está parado Los siguientes eventos y valores deben ser indicados en la pantalla ATM: estado del motor (parado, giro a la izquierda, giro a la derecha), estado del sistema (sistema en emergencia, sistema normal), valor de referencia (setpoint de velocidad en RPM), velocidad actual en RPM La pantalla ATM deberá ser configurada para ejercer control desde la pantalla sobre algunas acciones del sistema: marcha a la izquierda, marcha a la derecha y parada del motor El sistema supervisor en el computador permitirá mostrar en un gráfico los siguientes datos: valor de referencia (setpoint de velocidad en RPM), el valor del error calculado por el controlador, el valor medido de la velocidad del motor en RPM y el valor de corrección calculado por el controlador PID

Modbus: Cómo funciona Cada dispositivo de la red Modbus posee una dirección única Cualquier dispositivo puede enviar órdenes Modbus, aunque lo habitual es permitirlo sólo a un dispositivo Maestro Cada comando Modbus contiene la dirección del dispositivo destinatario de la orden Todos los dispositivos reciben la trama pero sólo el destinatario la ejecuta Cada uno de los mensajes incluye información redundante que asegura su integridad en la recepción Los comandos básicos Modbus permiten controlar un dispositivo RTU para modificar el valor de alguno de sus registros o bien solicitar el contenido de dichos registros Existe gran cantidad de Módems que aceptan el protocolo Modbus Existen implementaciones Modbus para conexión por Cable, Wireless, SMS o GPRS

ESTRUCTUA DEL MODBUS

Cómo funciona: Cada dispositivo de la red (PLC, HMI, Panel de control, Driver, controlador de movimiento, Dispositivo E/S) puede usar el protocolo Modbus para iniciar una comunicación remota Esta comunicación puede hacerse a través de un enlace serie o a través de una red Ethernet TCP/IP Las pasarelas (Gateways) también permiten la interconexión entre varios tipos de buses o redes usando Modbus

Modbus TCP Estandar de comunicación global usado para conectar el PLC a otros PLC´s de otros fabricantes, sistemas SCADA, OPC servers, y Modbus-RTU gateways El FP Web Server se puede configurar con las funciones: Modbus TCP Server y Modbus TCP Cliente Un Modbus-TCP Server es direccionado con una única IP address y un Port number (por default 502)

FP Web con funciones Modbus TCP Server El FP Web Server es accesado por un cliente Modbus TCP tal como un sistema SCADA Vía Ethernet para tomar datos del PLC El FP Web solicita datos del PLC (protocolo MEWTOCOL) vía puerto serial RS232C El puerto serial DB-9 permite establecer una conexión con una unidad esclava Modbus RTU El Modbus TCP soporta hasta 6 conexiones cliente simultáneas El cliente Modbus TCP puede direccionar los dos puertos seriales del FP WEB Server Esta función usa la Tabla de translación configurable de direcciones Modbus al PLC

FP Web con funciones Modbus TCP Server

FUNCION A1 Modbus: Modbus TCP Cliente – FP WEB Server - PLC

Bloques funcionales del sistema .

ENTRADAS DEL SISTEMA NOMBRE DE LA ENTRADA TIPO (análoga/digital) FUNCION DEL SISTEMA Velocidad del motor Análoga Velocidad del motor instantánea Marcha a la izquierda Digital Orden discreta que hace que gire el motor a la izquierda Marcha a la derecha Orden discreta que hace que gire el motor a la derecha Setpoint Orden para cambio de velocidad del motor Paro Orden discreta que para el motor para que cambie de giro Paro de emergencia Orden discreta que para el motor en cualquier momento debido a una falla Rearme Orden discreta que anula la orden de emergencia y el sistema espera una nueva orden

SALIDAS DEL SISTEMA NOMBRE DE LA SALIDA TIPO (análoga /digital) FUNCION EN EL SISTEMA Control del variador A: S1 análoga B: S2 análoga C:S! y S2 análoga Arranca el motor a la derecha Arranca el motor a la izquierda Para el motor Estado del motor a la izquierda Discreta Indica que el motor gira a la izquierda Estado del motor a la derecha Indica que el motor gira a la derecha Estado motor parado Indica que el motor se encuentra en reposo

SOFTWARE DE PROGRAMACION

Software de Programación Control FPWIN Pro Permite programación en cinco lenguajes de programación (Diagrama de contactos o Ladder, Lista de instrucciones, Diagrama de bloques de funciones, Diagrama secuencial, Texto estructurado) Diseñado bajo la norma IEC 61131-3 Programación del PLC mediante Proyectos Permite monitorización del programa en ejecución Monitoreo de variables y registros internos del PLC No tiene simulación

DESVENTAJAS DEL SISTEMA SCADA En caso de falla del computador o su sistema, la pérdida del valor de referencia del o los lazos de control. Se requiere de personal calificado que pueda diseñar y modificar programas de optimización, con dominio de modelos físicos-económicos.

SOFTWARE DE PROGRAMACION P-CIM P-CIM es una poderosa interface hombre maquina (HMI) de supervisión, control y adquisición de información (SCADA) que proporciona alarmas integradas y monitoreo de eventos así como la adquisición, análisis y presentación de la información. P-CIM recopila constantemente información de la planta en tiempo real, la almacena y procesa en la base de datos, evalúa y genera armas, brinda información a los operadores de la planta, supervisores y gerentes y puede emitir instrucciones a los PLCs en las planta. P-CIM contribuye a facilitar una eficiente fabricación al aumentar la fabricación al aumentar la productividad de la planta

ARQUITECTURA DE P-CIM

EDITOR DE ANIMACIONES

COMANDOS DE ACCION

SOFTWARE DE PROGRAMACION WEB-SERVER