Actividad 2

Procesos industriales digitales y analógicos

Preguntas

1. Realizar la descripción del funcionamiento del proceso mediante un diagrama de flujo.

Ejemplo 1:

Se ha realizado el diagrama de flujo basado en diagramas de estados ASM para sistemas digitales debido a que todas las entradas y salidas son digitales.

Figura 1. Diagrama de flujo del funcionamiento del sistema

Ejemplo 2:

2. Efectuar un esquema de conexiones de los sensores y actuadores hacia el PLC micro850. Además, realiza una breve descripción de cada componente.

Ejemplo 1:

A continuación, se detallan las entradas y salidas del sistema:

ENTRADAS

• PULSADOR DE MARCHA Un pulsador es un interruptor o “switch” que permite o interrumpe el paso del flujo eléctrico de manera momentánea, su principal característica es que no posee enclavamiento, es decir, solo trabaja mientras se mantenga presionado. Los hay de varios tipos NC (Normally Closed o normalmente cerrado) y NO (Normally Opened o normalmente abierto). [1]

Figura 2. Pulsador

• SENSORES S1, S2 Y S3 BOYAS INTERRUPTORAS DE NIVEL Este interruptor usa un flotador que contiene un switch de tres cables que abren o cierran un contacto. Estos tres hilos se disponen en común (negro), NC (azul) y NO (marrón). Cuando el flotador está arriba el cable negro y el cable azul tienen continuidad y cuando el flotador está abajo, entonces el cable negro y el cable marrón tienen continuidad. Para esta aplicación solo se ha usado la parte de flotador arriba, puesto que, si este se abre, se asume directamente que no está hacia arriba. [2]

Figura 3. Boya interruptora de nivel

SALIDAS

• CONTACTOR K1 Un contactor es un elemento electromecánico que establece o interrumpe el flujo o corriente eléctrica de una carga, cuenta con una bobina o solenoide y un núcleo por la que circula una corriente de menor intensidad que la de la carga, tiene la misma lógica que un relé. [3]

Figura 4. Contactor

• BOMBA DE AGUA Es un dispositivo que transforma energía eléctrica en mecánica para mover agua de un sitio a otro, posee un orificio de entrada o aspiración y otro de salida o impulsión. [4]

Figura 5. Bomba de agua

• ELECTROVÁLVULA Una electroválvula es un dispositivo que consta con un solenoide por el que circula una corriente, misma que genera un flujo magnético de manera que un núcleo ferromagnético se desplaza, siendo así posible que controle el movimiento para apertura o cierre de una válvula. [5]

Figura 6. Electroválvula

A continuación, se muestran las conexiones para las entradas y salidas al PLC:

Figura 7. Esquemático de conexiones al PLC

Ejemplo 2:

Ilustración 1: Esquema de conexión

Descripción de cada componente:

• PLC micro850 Esta componente es un controlador de 48 puntos que tiene la capacidad de aceptar diferentes módulos, para ser específicos hasta 4 módulos de E/S. También cuenta con un software compatible con tres diferentes de lenguajes de programación que son: por texto estructurado, diagrama de lógica de escalera y diagrama de bloques de funciones. También es importante mencionar que su software CCW es utilizado por toda la familia de controladores Micro800. (Automation, 2013)

Ilustración 2: PLC

• Relé Este componente es un dispositivo electromagnético que funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico, es decir que por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. (Sabaca, 2006)

Ilustración 3: Relé

• Sensor de nivel capacitivo: Los sensores de nivel capacitivo son utilizados para medir los niveles de fluidos en tanques o algún recipiente deseado. Están constituidos de una punta de prueba que es la que mide y también de una cabeza que ensambla con un módulo del gravamen del módulo. El contingente sobre las condiciones de trabajo, las pruebas distintivas son accesible. (INSTRUMENTATION, 2021)

Ilustración 4: Sensor capacitivo

Tecnología Capacitivo Medio Para líquido Aplicaciones Tanques Rango de niveles 4m (13’01) Presión de proceso 30 bar (435,11 psi) Temperatura de proceso 90 °C(194 °F)

Tabla 1: Características del sensor Capacitivo

• Electroválvula: Las electroválvulas son dispositivos que tienen la capacidad de responder a pulsos eléctricos, y esto se da por efecto de la corriente que circula a través del solenoide con lo cual es posible abrir y cerrar la válvula y de esta forma se podrá se tendrá el control de flujo de los fluidos. Cuando la corriente circula por el solenoide se genera un campo magnético que atrae el núcleo móvil y así se da el funcionamiento de la electroválvula. (SA, 2020)

Ilustración 5: Electroválvula

• PowerFlex 4m Los variadores de CA PowerFlex 4M son los miembros más pequeños y rentables de la familia de variadores PowerFlex. Este maneja un amplio rango de aplicaciones por la facilidad de su programación. Unas de sus características que más resaltan son las siguientes: (automation, 2021)

• Clasificaciones de alimentación eléctrica: o 100…120 V: 0.2…1.1 kW / 0.25…1.5 Hp / 1.6…6 A o 200…240 V: 0.2…7.5 kW / 0.25…10 Hp / 1.6…33 A o 380…480 V: 0.4…11 kW / 0.5…15 Hp / 1.5…24 A

• Carcasas IP20, NEMA/UL de tipo abierto, control V/Hz y compensación de deslizamiento

• Comunicaciones RS-485 integrales • Cableado de alimentación directa

Ilustración 6: PowerFlex 4m

3. Programar en diagrama de bloques del proceso descrito, incluyendo comentarios dentro del programa CCW, donde se apliquen contactos, bobinas, contadores, comparadores, temporizadores para el monitoreo y control de sensores y actuadores respectivamente.

Ejemplo 1:

Ejemplo 2:

4. Reestructure el proceso de la figura para que se utilice sensores y actuadores analógicos en lugar de digitales, como sensor de caudal o nivel, actuador proporcional, etc. Además, agregar un variador de frecuencia PowerFlex 4M a la bomba para que se pueda controlar el caudal de llenado del tanque. Por tanto, debe describir el nuevo funcionamiento del proceso, realizar un gráfico del sistema y un diagrama de flujo el funcionamiento.

Ejemplo 1:

i. Descripción del funcionamiento del nuevo sistema: a. Se tiene una bomba de presión acoplada a un motor eléctrico MIJA de 60

Hz de frecuencia nominal mismo que cuenta con un control de velocidad mediante un variador de frecuencia PowerFlex 4M.

b. La electroválvula se alimenta desde el PLC. c. Partiendo desde el reposo (depósito vacío), al activar momentáneamente

el pulsador de puesta en marcha (MARCHA), se pone en funcionamiento el motor encargado del llenado del depósito.

d. Cuando se da marcha hasta que el nivel llega hasta la mitad, el motor actúa con el 50% de su potencia (30Hz).

e. Una vez que el nivel llega a la mitad del tanque, entonces se abre la electroválvula (E) comenzando a salir el líquido. A su vez el motor se configura al 100% de su potencia (60Hz). Siendo así que el tanque se sigue llenando.

f. El motor se apaga una vez que el nivel del agua llega a su máximo, mientras que la electroválvula permanece activa, de manera que empieza el proceso de descenso del depósito.

g. Mientras baja el nivel del líquido desde el punto máximo al punto mínimo la electroválvula permanecerá activada.

h. Al descender el nivel del líquido por debajo del mínimo, entonces se desactiva la electroválvula (E). Donde permanece en estado de espera hasta que se vuelva a pulsar marcha (MARCHA).

i. Si se activa el pulsador de marcha (MARCHA) mientras el nivel del líquido está descendiendo, entonces se pondrá en marcha el motor volviendo a realizar la secuencia anteriormente indicada.

ii. Gráfico del sistema

Gráfico del sistema

iii. Diagrama de flujo del sistema

Flujo del sistema del sistema

Ejemplo 2:

El sistema cumple la misma función que el caso anterior, pero en ese caso se usan sensores analógicos. El sistema inicia su funcionamiento con un pulsador de marcha similar al caso anterior. Para medir el nivel de agua en el tanque se usa un sensor capacitivo y dicha información es enviada al PLC. Además, mediante una HMI se establecen los niveles de referencia en los cuales se deba efectuar cambios en la salida, en este caso se definen 3 niveles de referencia. También se agrega un variador de velocidad para variar el caudal de llenado del tanque.

Al iniciar el funcionamiento del sistema, el motor se activa y la electroválvula permanece desactivada. El valor obtenido en el sensor es constantemente comparado con los niveles de referencia establecidos en la HMI, cabe recalcar que dichos niveles de referencia son iguales a las alturas correspondientes a las boyas usadas en el caso anterior.

El tanque inicia a llenarse y por tanto el nivel del agua va aumentando. Cuando el valor marcado por el sensor de nivel sea igual a la primera referencia, no se presentan cambios en las salidas, es decir, el motor sigue activo y la electroválvula desactivada.

Cuando el valor del sensor es igual al segundo nivel de referencia entonces se activa la electroválvula y el motor sigue activo. El nivel del agua sigue aumentando puesto que no se ha detenido el motor, por lo cual cuando el nivel del agua llega al tercer nivel de referencia entonces el motor se apaga y la electroválvula permanece activa.

Ya que el motor se ha apagado entonces el nivel del agua empieza a disminuir y cuando el sensor marca el mismo valor que el primer nivel de referencia entonces se procede a apagar la electroválvula. A continuación se presenta el proceso:

Se pueden evidenciar otros dispositivos los cuales permitieron reestructurar el proceso de digital a analógico.

• HMI: Es la interfaz Hombre-Máquina, la cual permite al usuario interactuar y controlar el proceso mediante la modificación de parámetros. Además, permite visualizar otros parámetros del proceso por lo cual facilita la supervisión del mismo.

• Sensor de Nivel: Este es un sensor capacitivo y sirven para la detección de metales y no metales pero es más usada en materiales plásticos, líquidos, etc.

• Variador de Frecuencia: Tal y como su nombre lo indica, permite variar la frecuencia de un motor con lo cual también permite variar la velocidad de dicho motor.

Diagrama de Flujo

5. Con su compañero de trabajo, escoger un proceso de llenado de la pregunta anterior de cualesquiera de los integrantes con la finalidad de realizar la programación en diagrama de bloques e interfaz HMI en el software CCW. En el siguiente enlace, deben adjuntar la programación del proceso automatizado y un video de máximo 15 minutos explicando la simulación de la programación y describiendo brevemente la interfaz HMI realizada

Ejemplo 1:

https://drive.google.com/drive/folders/1a9AgaVzMlEwg6xEzDNfIjWFACJq4zoxE?usp=sharing

Ejemplo 2:

https://drive.google.com/drive/folders/1MeuqbNgiSMdY0eIwwj4XLcuo3yDIpC88?usp=sharing