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UNIVERSIDAD DE JAÉN Escuela Politécnica Superior de Linares

Trabajo Fin de Grado

______ PROGRAMACIÓN DEL SOFTWARE

DE UNA MAQUINA RECUPERADORA DE BOTELLAS DE PLÁSTICO CON EL SIMATIC

1200

Alumno: David Zambrano Conejero Tutor: Prof. D. Manuel Ortega Armenteros Depto.: Ingeniería Eléctrica

Junio, 2016

UNIVERSIDAD DE JAÉN Escuela Politécnica Superior de Linares



Alumno Tutor

PROGRAMACIÓN DEL SOFTWARE DE UNA MAQUINA

RECUPERADORA DE PLÁSTICO CON EL SIMATIC 120

de 101

Resumen

El presente trabajo fin de grado, ha tenido como propósito el diseño del sistema de

automatización de una maquina la cual recupera y clasifica las botellas de plástico en función

de si son de color o son trasparentes, mediante un sistema de inspección óptica artificial y

posterior devolución de una cantidad monetaria que va en función del número de envases

introducidos.

Para la realización de dicho trabajo se han tenido que emplear básicamente dos entornos de

programación. El primer entorno que se ha empleado ha sido el de LabVIEW, este es un

entorno de programación grafica basado en bloques el cual se encargara de examinar la

imagen tomada por la cámara USB e indicarnos si la botella introducida es transparente o de

color. Y el otro entorno de programación es TIAPortal, es un programa para poder programar

los autómatas de Siemens, en él se establecerán contactos, contadores, temporizadores, etc.

los cuales nos harán activar o desactivar los diferentes elementos que componen la

instalación. Ambos entornos se explicaran más extensamente en el interior del presente

trabajo.

Otra parte a considerar del presente trabajo es la realización de la programación de una

pantalla táctil HMI (interfaz hombre-máquina), la cual se emplea para iniciar el proceso de

recuperación de botellas, para finalizar el proceso y para la devolución del dinero de una

forma fácil e intuitiva con la que los usuarios no van a tener ningún tipo de problema.

de 101

ÍNDICE 1. Memoria descriptiva.................................................................................................... 8

1.1. Objetivo del proyecto ............................................................................................ 8

1.2. Titular .................................................................................................................... 8

1.3. Antecedentes .......................................................................................................... 8

1.4. Especificaciones de la máquina ............................................................................. 8

1.4.1. Funcionamiento ............................................................................................... 8

1.5. Montaje del sistema ............................................................................................... 9

1.5.1. Introducción ..................................................................................................... 9

1.5.2. Sistema de visión ............................................................................................. 9

1.5.2.1. Iluminación............................................................................................. 10

1.5.2.1.1. Tipo de lámparas ............................................................................... 11

1.5.2.1.2. Sistemas de iluminación ................................................................... 12

1.5.2.2. Cámara de visión artificial ..................................................................... 15

1.5.2.2.1. Óptica ................................................................................................ 16

1.5.2.2.2. Nivel de detalle ................................................................................. 17

1.5.3. Sistema de control y toma de datos ............................................................... 17

1.5.3.1. Controlador Lógico Programable (PLC) ................................................ 17

1.5.3.2. Supervisión de control y toma de datos (SCADA) ................................ 25

1.5.4. Actuadores ..................................................................................................... 26

1.5.4.1. Pistón ...................................................................................................... 27

1.5.4.2. Controlador del servomotor ................................................................... 29

1.5.4.3. Motorreductores ..................................................................................... 31

1.5.4.3.1. Rodillo triturador .............................................................................. 34

1.5.4.4. Células de carga (balanza)...................................................................... 34

1.5.4.5. Sensor de presencia ................................................................................ 36

1.5.4.6. Cinta transportadora ............................................................................... 37

1.6. Software para la visión ........................................................................................ 39

1.6.1. ¿Por qué se va a utiliza LabVIEW? ............................................................... 40

1.6.2. Aplicaciones de LabVIEW ............................................................................ 40

1.6.3. Modulo NI-IMAQ ......................................................................................... 41

1.7. Sistema LabVIEW ............................................................................................... 41

1.7.1. Programación del sistema LabVIEW ............................................................ 43

1.8. Hardware y software en sistema SCADA ........................................................... 51

1.8.1. Hardware ....................................................................................................... 51

de 101

1.8.1.1. Elementos utilizados .............................................................................. 52

1.8.2. Software ......................................................................................................... 53

1.8.2.1. Elementos empleados ............................................................................. 54

1.9. Configuración del sistema SCADA ..................................................................... 55

1.9.1. Programación del PLC .................................................................................. 55

1.9.2. Programación del sistema SCADA ............................................................... 67

1.9.3. Creación de variables..................................................................................... 73

1.9.4. Desarrollo de la imagen del proyecto ............................................................ 75

2. Cálculos Eléctricos ..................................................................................................... 79

2.1. Protecciones ......................................................................................................... 79

2.2. Conductores ......................................................................................................... 80

2.3. Motores ................................................................................................................ 80

3. Planos .......................................................................................................................... 82

3.1. Distribución interior lado izquierdo .................................................................... 82

3.2. Distribución interior, parte trasera ....................................................................... 83

3.3. Distribución interior, parte superior .................................................................... 84

3.4. Esquema de la automatización ............................................................................ 85

3.5. Detalle salida autómata S7-1200 ......................................................................... 86

3.6. Detalle entrada autómata S7-1200 ....................................................................... 87

3.7. Detalle conexión salida de los elementos ............................................................ 88

4. Pliego de condiciones ................................................................................................. 90

4.1. Condiciones Generales ........................................................................................ 90

4.1.1. Aplicación de las normas ............................................................................... 90

4.1.2. Desarrollo del proyecto ................................................................................. 90

4.1.3. Alteraciones y modificaciones....................................................................... 90

4.1.4. Inspecciones................................................................................................... 91

4.1.5. Calidades ....................................................................................................... 91

4.2. Condiciones Técnicas .......................................................................................... 91

4.2.1. Reglamentación de obligado cumplimiento .................................................. 91

4.2.2. Documentación gráfica .................................................................................. 92

4.2.3. Documentación final de obra ......................................................................... 92

4.2.4. Garantía ......................................................................................................... 93

4.3. Condiciones económicas ..................................................................................... 93

4.3.1. Liquidación en caso de rescisión ................................................................... 93

4.3.2. Fianza ............................................................................................................ 93

de 101

4.3.3. Precio de la instalación .................................................................................. 94

4.3.4. Infracciones ................................................................................................... 94

4.4. Condiciones Administrativas ............................................................................... 94

4.4.1. Personal contratado........................................................................................ 94

4.4.2. Conservación de las obras ............................................................................. 94

4.4.3. Contrato ......................................................................................................... 94

4.4.4. Responsabilidades ......................................................................................... 94

4.4.5. Rescisión del contrato .................................................................................... 94

4.5. Condiciones Facultativas ..................................................................................... 95

4.5.1. Ejecución de la obra ...................................................................................... 95

4.5.2. Recepción de la obra...................................................................................... 95

4.5.3. Plazo de garantía ............................................................................................ 95

5. Presupuesto ................................................................................................................ 97

5.1. Capítulo 1. Instalación eléctrica y aparamenta .................................................... 97

5.2. Capítulo 2: Instalación de automatización........................................................... 98

5.3. Capítulo 3: Desarrollo del proyecto .................................................................... 99

5.4. Resumen del Presupuesto .................................................................................... 99

6. Referencias ............................................................................................................... 101

de 101

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Iluminación frontal ............................................................................................... 12 Figura 2. Iluminación lateral ............................................................................................... 13 Figura 3. Iluminación por campo oscuro ............................................................................. 13 Figura 4. Iluminación por contraste ..................................................................................... 13 Figura 5. Iluminación axial difusa ....................................................................................... 14 Figura 6. Iluminación difusa ................................................................................................ 14 Figura 7. Cámara Basler ...................................................................................................... 15 Figura 8. Parámetros a considerar ....................................................................................... 16 Figura 9. PLC S7-1200 ........................................................................................................ 24 Figura 10. Ejemplo en Panel TP700 Confort ...................................................................... 26 Figura 11. Pistón .................................................................................................................. 27

Figura 12. Características del Servomotor .......................................................................... 27 Figura 13. Dimensiones de la unión fija .............................................................................. 29 Figura 14. Controlador del Servomotor ............................................................................... 29 Figura 15. Esquema de contactos del Servomotor .............................................................. 30 Figura 16. Motorreducto ...................................................................................................... 32 Figura 17. Contactor bipolar ................................................................................................ 33 Figura 18. Guardamotor ...................................................................................................... 33 Figura 19. Rodillos trituradores ........................................................................................... 34 Figura 20. Celda de carga .................................................................................................... 35 Figura 21. Celda falsa de carga ........................................................................................... 35 Figura 22. Transmisor de peso LAUMAS .......................................................................... 36 Figura 23. Sensor de presencia ............................................................................................ 37 Figura 24. Cinta transportadora ........................................................................................... 38 Figura 25. Estructura de LabVIEW ..................................................................................... 39 Figura 26. Ejemplo de LabVIEW ........................................................................................ 42 Figura 27. Panel frontal de LabVIEW ................................................................................. 43 Figura 28. Programación en LabVIEW ............................................................................... 44 Figura 29. IMAQdx Open Camera VI ................................................................................. 45 Figura 30. IMAQdx Configure Grab VI .............................................................................. 45 Figura 31. IMAQ Create VI ................................................................................................ 46 Figura 32. IMAQdx Grab VI ............................................................................................... 47 Figura 33. IMAQ ColorLearn VI ........................................................................................ 47 Figura 34. Index Array Function ......................................................................................... 48 Figura 35. In Range and Coerce Function ........................................................................... 49 Figura 36. Compound Arithmetic Function ........................................................................ 49 Figura 37. IMAQdx Close Camera VI ................................................................................ 50 Figura 38. While Loop ........................................................................................................ 50 Figura 39. Case estructure ................................................................................................... 51 Figura 40. Segmento 1 de TIAPortal ................................................................................... 56 Figura 41. Segmento 2 TIAPortal........................................................................................ 56 Figura 42. Segmento 3 TIAPortal........................................................................................ 57 Figura 43. Segmento 4 TIAPortal........................................................................................ 58 Figura 44. Segmento 5 TIAPortal........................................................................................ 58 Figura 45. Segmento 6 TIAPortal........................................................................................ 59

de 101

Figura 46. Segmento 7 TIAPortal........................................................................................ 59 Figura 47. Segmento 8 TIAPortal........................................................................................ 59 Figura 48. Parte del segmento 9 TIAPortal ......................................................................... 60 Figura 49. Parte del segmento10 TIAPortal ........................................................................ 61 Figura 50. Segmento 11 TIAPortal ..................................................................................... 61 Figura 51. Segmento 12 TIAPortal ..................................................................................... 62 Figura 52. Todas las variables empleadas en el PLC .......................................................... 67 Figura 53. Tipos de paquetes WinCC .................................................................................. 68 Figura 54.Árbol de proyectos .............................................................................................. 68 Figura 55. Selección de la pantalla ...................................................................................... 69 Figura 56. Parte 1 de la configuracion ................................................................................. 69 Figura 57. Parte 2 de la configuración ................................................................................. 70 Figura 58. Parte 3 de la configuración ................................................................................. 70 Figura 59. Parte 4 de la automatización .............................................................................. 71 Figura 60. Parte 5 de la configuración ................................................................................. 72 Figura 61. Parte 6 de la configuración ................................................................................. 72 Figura 62. Entorno de trabajo .............................................................................................. 73 Figura 63. Crear variables ................................................................................................... 74 Figura 64. Variables creadas para la HMI ........................................................................... 74 Figura 65.Herramientas para la configuración .................................................................... 75 Figura 66. Resultado final de la pantalla ............................................................................. 76

de 101

MEMORIA DESCRIPTIVA

de 101

1. Memoria descriptiva

1.1. Objetivo del proyecto

El objeto del presente proyecto es la obtención de título de Grado en Ingeniería

Eléctrica, para dicho fin se va a realizar la automatización de una maquina recuperadora

de botellas de plástico, separándolas si son de color o no mediante inspección óptica

artificial y devolviendo posteriormente la cuantía económica que le pertenece al usuario

por la cantidad de botellas introducidas.

1.2. Titular

La máquina recuperadora de botellas de plástico ha sido encargada por la empresa

nacional Ecoembes para promover el reciclaje.

1.3. Antecedentes

El reciclaje que realizan una pequeña parte de los ciudadanos de a pie en la actualidad

no se ve gratificado aun teniendo que llevar los envases que van a ser reciclados a unos

puntos determinados. Para motivar a la población a realizar dicha tarea se va a diseñar

esta máquina para ver si así la población llevar más a cabo esta tarea de una forma

sencilla.

1.4. Especificaciones de la máquina

La máquina tiene dos partes fundamentalmente, una de inspección y automatización,

y otra más mecánica en la cual nosotros no entraremos por falta de conocimientos.

1.4.1. Funcionamiento

Para iniciar el funcionamiento de la maquina el usuario tiene que pulsar el botón

inicio que aparece en la pantalla táctil una vez ejecutado te indica que puede ir

introduciendo botellas de una en una. Al accionar dicho botón se ponen en marcha

tanto una cinta transportadora, como un detector de presencia y dos motores que nos

aplastan las botellas.

Cuando se introduce la primera botella es transportada por la cinta pasando por

un detector de presencia que hace incrementar el contador y encender la cama que

nos indicara si es de color, si esta botella es transparente continuara su camino por la

cinta transportadora que al final la vierte a un cajón donde están unos rodillos

metálicos con unos dientes entrelazados para aplastar las botellas y sacarle el aire

que contienen y así hacer que ocupen menos volumen.

Si la botella introducida es de color la cinta la transporta, activando el sensor de

presencia e incrementando el contador, al detecta la cámara de visión artificial el

color, procesa una señal que hace activar un pistón que hace sacar la botella de la

de 101

cinta transportadora e introducirla en un cajón similar al que se encuentra al final de

la cinta donde hay unos rodillos metálicos con unos dientes entrelazados para aplastar

y sacarle el aire a la botella.

Cuando el usuario termina de introducir las botellas tiene que pulsar el botón

de parada que se encuentra en la pantalla para detener el proceso y posteriormente,

debe de pulsar el botón de devolución para que le abone la cuantía en metálico que

le pertenece por la cantidad de botellas introducidas.

Esta máquina también dispone de un sistema de seguridad el cual hace detener

el proceso normal de funcionamiento cuando detectan las balanzas donde están

apoyado los cajones donde se vierten las botellas que sobrepasa los límites fijados.

1.5. Montaje del sistema

1.5.1. Introducción

El sistema tiene tres partes claramente diferenciadas, que serían la parte de

visón (formada por el Labview que es el programa que nos procesa la imagen y la

cámara de visón artificial), el sistema de control, supervisión y adquisición de datos

en modo HMI (Human Machine Interfaz) compuesto por un PLC que será el

encargado de controlar el sistema, unos actuadores (que serían un pistón y unos

motores) y un sistema SCADA mediante el cual el usuario podrá iniciar y finalizar

el proceso.

1.5.2. Sistema de visión

Este sistema se encargara de tomar la imagen y procesarla y analizarla para

mandar una señal al equipo de control. A continuación se explica cómo se realiza

cada operación.

• Obtención de la imagen digital: La luz es recibida por el objetivo, pasa algunos

filtros y llega hasta el sensor de imagen, denominado CCD, que se constituye

por una multitud de receptores fotosensibles, llamados fotodiodos. La luz que

detecta genera un minúsculo impulso eléctrico en cada receptor.

Posteriormente, esta señal es pasa a datos digitales mediante el conversor ADC,

estos datos se pueden representar como una serie de cadenas de ceros y unos,

es decir, dígitos binarios. Este código binario (0, 1), se muestra como pequeños

cuadrados, llamados pixeles, que forman un mosaico. Como los pixeles

minúsculos, el ojo y el cerebro del que ve la imagen se encargan de darle

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formar, tomando una imagen continua, no percibiendo las minúsculas piezas

que la forman.

• Procesamiento de la imagen digital: Se efectúa dividiendo la imagen en un

arreglo rectangular de elementos. Así, los valores de la luminosidad de cada

pixel, con sus coordenadas que indican su posición, definen completamente la

imagen. Todos estos números se almacenan en la memoria del ordenador.

El tercer paso es alternar los valores de la luminosidad de los pixeles mediante

las operaciones o transformaciones matemáticas necesarias, a fin de hacer que

resalten los detalles de la imagen que sean convenientes. El paso final es pasar

la representación de estos pixeles a un monitor.

1.5.2.1. Iluminación

La iluminación en un sistema de visón artificial es sin duda un factor muy

importante en la resolución de la aplicación. Pensemos que las cámaras capturan

la luz reflejada de los objetos para su posterior análisis. El propósito de la

iluminación es el de controlar la forma en que la cámara va a ver el objeto para

determinar si cumple con las especificaciones requeridas. Sin duda, si se utiliza

la iluminación correcta en una aplicación, esta será de fácil solución. Por el

contrario, si se utiliza una iluminación incorrecta, dicha aplicación puede que sea

de imposible solución. Los objetos de la iluminación son: optimizar el contraste,

normalizar cualquier variación de la iluminación ambiente y simplificar el

proceso de tratamiento posterior de la imagen. Los principales factores que

determinan la iluminación son:

• El origen, determina muchas veces el resto de los factores. Se entiende

por luz natural la proporcionada por el sol aunque este oculto por las

nubes. La luna y las estrellas e incluso el fuego, son también

iluminación natural, aunque por su poca intensidad no se utilizan. La

luz artificial puede continua o discontinua.

• El número de fuentes influye sobre el contraste y el modelado de la

imagen. En general, se recomienda utilizar el menor número posible

de fuentes en aras de una mayor naturalidad en la foto.

• La dirección de la luz y la altura desde la que incide tiene gran

importancia en el aspecto básico de la fotografía. Si modificamos la

posición del foco emisor, pueden acentuarse los detalles más

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importantes y camuflarse los que tengan menos interés. De la

orientación de la luz también influye en la sensación de volumen, la

textura y la intensidad de los colores. Aunque las posiciones de la luz

respecto al motivo y la cámara, pueden ser infinitas.

• La difusión o calidad de la luz, define la nitidez del borde de las

sombras y por tanto la intensidad o claridad de la imagen. En conjunto,

la luz intensa produce, en general, efectos intensos y sensacionales,

mientras que la suave simplifica la sombras y hace que sea el volumen

prevalezca sobre las líneas. Ambos sistemas de iluminación están

definidos por el tamaño y cercanía de la fuente emisora.

• La intensidad y la duración influyen casi exclusivamente sobre la

combinación diafragma-obturador. El obturador es el mecanismo que

controla el tiempo de exposición y el diafragma es el que regula la

intensidad de luz, estrechando el cono de luz que penetra por el

objetivo.

• El color viene definido por el tamaño de longitud de la onda de luz y

por el color del objeto, con la única excepción de las sustancias que

emiten luz propia; fosforescentes, fluorescentes, biolouminiscentes,

etc.

1.5.2.1.1. Tipo de lámparas

En el mercado podemos encontrar varias opciones para la iluminación

como puede ser:

Halógenas

• Larga vida de las lámparas.

• Flujo luminoso elevado y estable

• Temperatura de color: 2800ºK

Incandescentes

• Económicas

• Temperatura de color: 2800ºK

Fluorescentes

• Alto flujo luminoso inicial

• Larga vida • Multitud de formas • Temperatura de color: de

3000 a 6500ºK

de 101

LED

• Larga vida útil • Alta luminosidad • Temperatura de color: de

3000 hasta 6500ºK Tabla 1.Tipo de luminarias

Cada una de las lámparas descritas emite luz en diferentes longitudes

de onda (colores) útiles para las distintas inspecciones.

Una vez estudiado las diferentes lámparas disponibles en el mercado

me he quedado con la lámpara LED por su larga vida útil, por la amplia

variedad que dispone de temperatura de color y por la variedad de formas con

las que se pueden encontrar.

1.5.2.1.2. Sistemas de iluminación

Existen distintas técnicas de iluminación para resaltar aspectos de los

objetos a analizar. A continuación explicaremos los sistemas más utilizados

en el sistema de visión artificial.

• Iluminación frontal: La cámara se posiciona mirando al objeto en la

misma dirección que la luz. Esto reduce las sombras, suaviza las

texturas y minimiza la influencia de rayas, polvo e imperfecciones que

pueda tener el objeto.

Figura 1. Iluminación frontal

• Iluminación lateral: La cámara se coloca mirando al objeto mientras

que la dirección de la luz es lateral al objeto. El grado de inclinación

del elemento emisor de luz vendrá determinado por el grado deseado

de resalte de los relieves.

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Figura 2. Iluminación lateral

• Iluminación por campo oscuro (Dark Field): La luz es emitida

lateralmente con un ángulo muy pequeño en todas las direcciones,

rebotando en los defectos del objeto a analizar e incidiendo en la

cámara.

Figura 3. Iluminación por campo oscuro

• Iluminación por contraste (Backlight): La luz es emitida desde la parte

posterior del objeto quedando este entre la fuente de iluminación y la

cámara. La iluminación tiene que ser uniforme en toda la superficie

del objeto. La cámara inspecciona la silueta del objeto por contraste

pudiendo realizar mediciones muy precisas, ya que se eliminan por

completo las sombras producidas por la iluminación.

Figura 4. Iluminación por contraste

de 101

• Iluminación axial difusa: La luz es emitida lateralmente siendo

reflejada 90º por un espejo semitransparente que desvía los haces de

luz en la misma dirección que el eje de la cámara, consiguiendo una

luz difusa homogénea. En superficies planas reflectantes si no se

utiliza este método de iluminación, la cámara vería reflejando su

propio objetivo.

Figura 5. Iluminación axial difusa

• Iluminación difusa tipo Domo: La luz emitida dentro de una cúpula

esférica resultando una luz difusa desde todas direcciones, eliminando

sombras y reflejos, suavizando texturas y minimizando la influencia

de rayas, polvo, relieves y curvaturas que pueda tener el objeto

inspeccionado.

Figura 6. Iluminación difusa

Una vez analizados los sistemas de iluminación más empleados en los

sistemas de visión artificial me decanto por emplear una iluminación frontal ya

que es la que nos va a dar menos sombras, nos va a resaltar los colores y podemos

tener una distancia más grande entre la cámara y el objeto a inspeccionar.

de 101

1.5.2.2. Cámara de visión artificial

El conjunto de cámara-óptica, hardware IMAQ de captura de imágenes y

software NI-IMAQ driver forman el sistema de adquisición de imágenes de una

aplicación de visión artificial basada en PC.

Su función es capturar la imagen proyectada en el sensor, para poder

transferirla a un sistema electrónico. Las cámaras utilizadas en visión artificial

requieren de una serie de características que permitan el control del disparo de la

cámara para capturar piezas que pasan por delante de ella en la posición

requerida. Son más sofisticadas que las cámaras convencionales, ya que tienen

que poder realizar un control completo.

Figura 7. Cámara Basler

El dispositivo seleccionado para este fin ha sido la cámara Basler, acA 1300-

200uc serie as. Principalmente se ha seleccionado por incorporar el protocolo

estándar de transmisión de video, USB3 Vision, que mediante el puerto USB

garantiza estabilidad en el sistema, el uso de la CPU es bajo y mínimo retardo.

Y algunas de sus características son las siguientes:

• Resolución: 1280 px x 1024 px

• Cuadros por segundo: 20 fps

• Mono/Color: Color

• Formato de salida de video: Bayer BG 8, Bayer BG 10,BG 10 Bayer

en Bolsa

• La profundidad de bits de pixeles: 10 bit

• Entrada digital: 1

• Salida digital: 2

• Consumo de energía: 3W

de 101

1.5.2.2.1. Óptica

Una vez se tiene la cámara, el reto inmediatamente posterior es

establecer la óptica más adecuada para la aplicación que se tiene.

Normalmente en los sistemas de adquisición de imágenes la cámara se

selecciona primero basándose en las necesidades de la aplicación, ya que la

medida de la matriz de los sensores CCD es uno de los parámetros

imprescindibles para encontrar la óptica más adecuada. Por tanto, los

parámetros a considerar para la elección de un buen sistema para adquisición

de imágenes es el siguiente:

• Resolución, vendrá dada por la medida de la características

más pequeñas del objeto que se quiera destacar.

• Medida del sensor (sensor size), dimensiones del área activa

del sensor CCD.

• Campo de visión (field of view), área bajo inspección que la

cámara puede adquirir.

• Distancia de trabajo (working distance), que es la distancia

desde la óptica de la cámara hasta el objeto a inspeccionar.

En la siguiente figura, se muestra los parámetros más a tener en

cuenta a la hora de diseñar un sistema de adquisición de imágenes.

Figura 8. Parámetros a considerar

El sistema de adquisición debe ser diseñado con el objetivo de

captar imágenes de suficiente calidad como para extraer la

información necesaria para extraer conclusiones.

de 101

Dentro de las diversas especificaciones de los objetos, es

interesante destacar dos:

• Distancia focal: es la distancia existente entre la matriz

CCD y el punto de enfoque del objeto. En cuanto más

pequeña sea la distancia focal, mayor será el campo de

visión.

• Tamaño de la matriz CCD: que es lo que nos va a dar más

o menor resolución de la imagen en función de lo grande o

pequeña que sea.

1.5.2.2.2. Nivel de detalle

Es necesario calcular cual será la resolución con la que el sistema será

capaz de obtener las imágenes. Así, se podrá determinar que limite se tiene

para inspeccionar detalles pequeños.

En nuestra instalación se examinaran botellas de plástico para determinar si

son de color o transparentes, con lo cual no será necesario tener unos niveles

de detalle elevados. Con las resolución de nos proporciona la cámara

seleccionada nos cubre con garantía las inspecciones a realizar.

1.5.3. Sistema de control y toma de datos

El sistema de control y toma de datos está formado por el conjunto de elementos

que hacen que el equipo pueda controlar en todo momento de forma autónoma los

procesos a ejecutar. Lo forma generalmente un PLC (Controlador Lógico

Programable) y una pantalla con un interfaz hombre-máquina con una aplicación

SCADA (Supervisión de Control y Adquisición de Datos), ambos conforman la

gama de productos de automatización SIMATIC de la multinacional Siemens.

1.5.3.1. Controlador Lógico Programable (PLC)

Los Controladores Lógicos Programables comenzaron a formar parte de la

industria en los años 70. Se buscaba una solución más flexible a los sistemas de

control primarios basados en circuitos electromecánicos (empleando

normalmente contactores, relés, interruptores, etc.). Eran pensados para un

control de un ciclo determinado de un sistema de producción concreto, pero que

no ofrecía versatilidad al modificar el sistema de producción y esto provocaba

considerables gastos económicos y de tiempo, produciéndose esta tarea cada vez

que era necesario modificar el sistema de producción. Se realizó este sistema de

control que ofrecía la posibilidad de ajustarse a cualquier técnica de fabricación.

de 101

Debido a la amplia oferta del mercado surge la necesidad de seleccionar el

equipo más adecuado para nuestro proceso. La decisión debe basarse en un

análisis concreto de una serie de factores. El análisis se divide en factores

cuantitativos y factores cualitativos.

Factores cuantitativos

Se entiende a la capacidad del equipo para aguantar todas aquellas

especificaciones del sistema de control y se pueden agrupar en las siguientes

categorías:

• Entradas/Salidas (E/S): cantidad, tipo, prestaciones, etc.

• Tipo de control: una o varias máquinas, proceso, etc.

• Memoria: cantidad, tecnología, etc.

• Software: conjunto de instrucciones, módulo de programas, etc.

• Periféricos: equipos de programación, dialogo hombre-máquina.

• Físicos y ambientales: características constructivas, temperatura.

Entradas/Salidas (E/S)

El primer paso a realizar al iniciar la implementación del sistema de

control es determinar la cantidad de entradas y salidas que debe ser capaz

de tratar el equipo. Debemos considerar el número de elementos cuyo

estado hay que leer o gobernar, y una vez recibidas estas cantidades se

debe reservar espacio para ampliaciones futuras. Estas reservas las suele

fijar el cliente.

Los fabricantes ofertan una cantidad inmensa de soluciones en cuanto

a las características constructivas y de funcionamiento de los elementos

del sistema de entrada/salida. Por lo que además de saber el número de

entradas/salidas que necesitamos debemos elegir el tipo de tarjetas que

utilizaremos según las características de nuestra instalación.

En el caso de señales de entrada discreta o digitales hay que intentar

que las entradas contengan filtros para evitar lecturas incorrectas en caso

de señales erróneas.

Para las salidas discretas o digitales es conveniente que incorporen

una protección de sobrecarga, que en caso de ser un fusible, es mejor que

sea de acceso frontal, y además que incorporen un indicador de fusible

fundido para su inmediata localización.

de 101

Respecto a las E/S de señal analógica tiene las adecuadas para el

procesamiento de señales, procedentes de los instrumentos de campo más

usuales. En las características del módulo, el fabricante especifica los

parámetros de precisión de la conversión.

En el caso de grandes sistemas de control, es importante disponer de

E/S remotas. La ubicación de estructuras de E/S junto a los elementos de

campo y unidas a la Unidad Central con un solo cable de comunicaciones

(bus de campo), disminuye los costes de cableado, tanto en cantidad de

material como en horas empleadas por el técnico para hacer la instalación.

Por otra parte, agiliza las tareas de puesta a punto y mantenimiento, ya

que se pueden realizar estas funciones por varias áreas funcionales sin

afectar al normal funcionamiento resto del sistema.

En nuestra instalación, el sistema estará compuesto únicamente por

entradas/salidas digitales, exactamente con 14 entradas/10 salidas.

Tipo de control

En aplicaciones en las que se pretende controlar varias áreas o

maquinas independientes, pero con funciones autónomas, se plantea el

problema de optar por un control centralizado o distribuido.

La importancia de realizar dichas funciones por si solas, o la

posibilidad de subdividir la tarea de control determina en muchos casos

la elección de uno u otro sistema de control.

El control centralizado presenta un gran inconveniente de que si el

autómata falla se produce una parada total del proceso, por tanto en este

tipo de sistemas en los que se desarrolla una actividad importante se opta

por utilizar unidades redundantes. Una unidad esta en activo controlando

las entradas y salidas, mientras la otra está en la reserva, de forma que si

la primera falla la segunda asume el control de la entradas y salidas.

El control distribuido requiere que puedan considerarse maquinas o

grupos de máquinas susceptible de ser definidas por un algoritmo de

control. A cada una de ellas se destinara un autómata dimensionado de

acuerdo con los requerimientos de cada área.

Debido a la dependencia que puede existir entre las operaciones que

tienen lugar en cada área, hay que tener en cuenta que puede ser necesario

interconectar los autómatas entre sí a través de una red de

de 101

comunicaciones, por tanto el autómata utilizado debe permitir las

comunicaciones.

En nuestra instalación, el sistema es centralizado con un solo

autómata. El principal motivo de la elección de este sistema es que para

la actividad que se va a llevar acabo no se necesita un sistema centralizado

redundante o un sistema descentralizado para controlar las diferentes

zonas.

Memoria

En cuanto a la memoria es necesario considerar dos características

principales: tamaño y tipo de la memoria.

Las unidades centrales suelen incorporar una memoria de tamaño

acorde con su capacidad de control y la potencia del conjunto de

instrucciones con las que opera. Aunque para adaptarse mejor a cada

aplicación por razones económicas los fabricantes suelen sacar al

mercado en un mismo equipo distintas opciones de cantidad de memoria.

En cualquier caso la posibilidad de expansión de memoria futura suele

existir para no encontrarse con la necesidad de sustituir toda la unidad.

No existe una regla fija para la evaluación de la cantidad de memoria

necesaria para una determinada aplicación, aunque existen ciertas

fórmulas de aproximación. El valor que obtengamos debe ser

incrementado en el caso de que el programa vaya a realizar cálculos de

considerable complejidad.

Al igual que ocurre con las E/S, para la memoria es recomendable

dejar un espacio adicional de reserva. Ya que debido a la flexibilidad del

autómata es frecuente que el usuario una vez resuelto el problema de

control se plantee obtener determinada información del proceso u

optimizar alguna de las operaciones del proceso.

El tipo de la memoria empleada dependerá de la aplicación concreta:

• Memoria RAM o Flash EPROM; Ideal para aplicaciones en

que es necesario introducir cambios en el funcionamiento con

cierta frecuencia con la posibilidad de que el proceso no se

detenga.

• Memoria EPROM o EEPROM; Proporciona un medio muy

fiable de almacenamiento del programa. Ideal para empresas

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que se dedican a realizar maquinas estándar que tienen siempre

el mismo funcionamiento.

En algunos equipos ofrecen la posibilidad de tener ambos tipos de

memorias (permanentes o volátiles), de forma que el usuario tiene la opción

de modificar facilmente el funcionamiento de la instalación.

En nuestra instalación, se empleara una autómata Siemens S7-1200 con

una memoria RAM de 75Kbyte.

Software

Una vez aclarado y definido el funcionamiento de la instalación, el

programador tendrá una referencia clara del tipo de instrucciones que podrán

ser necesaria para programar las secuencias lógicas definidas, e incluso para

aquellas funciones especiales que no afectan directamente al proceso, como

son cálculos o tratamiento de datos, etc, que requerirán de unas instrucciones

especiales. El conjunto de instrucciones facilitara las tareas de programación,

y en general reducirá el tiempo de respuesta del sistema, además del tiempo

de programación.

También hay que considerar la existencia de una librería de funciones

preprogramadas suministradas por el fabricante, en la que simplemente con

personalizar parámetros y direcciones de variables se puedan emplear en

nuestro propio programa.

En nuestro caso el autómata se programa con el software SIMATIC STEP

7 Profesional, el cual permite la utilización de módulos de organización,

módulos de funciones, funciones lógicas, módulos de datos, tipos de datos y

tablas de variables.

Periféricos

Los fabricantes ofertan varios niveles de equipos para programar, cuya

finalidad depende del tipo de trabajo la que se destinen. Así los pequeños

terminales tipo calculadora son muy útiles y económicos cuando se utilizan

como unidad de monitorización y para pequeñas modificaciones, sin embargo

trabajar con ellos en programas complejos resulta poco útil y engorroso.

Actualmente se ofrecen elementos de programación mediante software

para PC, lo que da la posibilidad de tener en un solo equipo de programación

el software de diferentes fabricantes a un coste aceptable, y si además

de 101

añadimos los ordenadores portátiles ahora entendemos el porqué de que se

hayan desplazado las consolas de programación.

Respecto a otros elementos periféricos hay que comprobar que el

autómata permita la interconexión con otros sistemas de control como

monitores, paneles de control, etc.

En nuestra instalación se programara con un PC portátil y lleva asociado

un panel táctil de control TP 700 Confort.

Físicos y ambientales

Las características respecto a los materiales empleados, forma de

presentarlos y dimensiones, deben ser estudiadas en función de las

condiciones mecánicas de la instalación. En cada caso hay que tener muy en

cuenta las condiciones ambientales de la instalación, polvo, humedad,

temperatura y considerar la necesidad de tomar las medidas de precaución

correctas al respecto.

Todos los fabricantes realizan una serie de ensayos, cuyos resultados nos

muestran las características técnicas de los equipos: banda de temperatura de

trabajo, vibraciones soportadas, resistencia mecánica, etc.

En nuestro caso el autómata trabaja adecuadamente en las condiciones

ambientales de la instalación.

Factores cualitativos

En bastantes ocasiones la decisión se toma a partir de los criterios comerciales

y en general limitados por el tema económico de la compra.

Una vez analizados todos los factores correspondientes a las características

técnicas y constructivas de los elementos que conforman al autómata y equipos

periféricos, hay que considerar otros aspectos que en definitiva tendrán una

mayor importancia a medio plazo y largo plazo.

• Ayudas al desarrollo del programa.

• Fiabilidad del producto.

Ayudas al desarrollo del programa

Son las proporcionadas por las herramientas de programación ofrecidas por

los fabricantes. En un entorno de programación hay que valorar ciertas

características que pueden facilitar el desarrollo del programa:

• Detección de errores de sintaxis de la programación en curso.

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• Potencia de los mandatos de edición y modificación.

• Listado de referencias cruzadas.

• Información de ocupación de memoria (tanto E/S como memoria

interna).

• Lenguaje de programación ofrecido por el entorno.

• Posibilidad de documentación del programa.

• Ayuda del entorno de programación y listado de instrucciones.

• Posibilidad de simular.

En las fases de puesta a punto es necesario disponer de la opción de

visualización y forzado de estado, tanto en E/S como en variables de trabajo

internas. Esta opción permite determinar el estado o valor de las variables de

trabajo internas. Esta opción permite determinar el estado o valor de las variables

independientemente del que le corresponda por el desarrollo del programa. La

posibilidad de forzar es una gran ayuda, ya que nos permite probar todas las

salidas de la instalación de forma independiente.

Estas ayudas disminuyen considerablemente los tiempos de programación, y

puesta a punto que constituyen siempre un coste considerable en el sistema

programable.

Fiabilidad del producto

Este es un factor importante, si tenemos en cuenta que una error se traduce

directamente en tiempos de parada y por tanto, costes de producción.

Un indicador de la fiabilidad lo constituyen los parámetros del tiempo medio

entre fallos, que el fabricante debe proporcionar, al igual que otros datos, como

su control de calidad en curso de fabricación.

Otro indicador lo constituyen las experiencias de otros usuarios que tienen

instalaciones similares en las que el equipo ha probado su valía. Es por esto, que

normalmente una empresa que quiere automatizar la instalación decida contar

con componentes de marcas con experiencia.

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Figura 9. PLC S7-1200

Una vez analizados todo los puntos anteriormente descritos y

comprobando que el dispositivo seleccionado nos cubre todas y cada una de

las necesidades de las que disponemos sea seleccionado un dispositivo de la

casa SIEMENS, modelo SIMATIC S7-1200 con una CPU 1214

AC/DC/RLY.

Datos técnicos:

• Memoria de usuario

o Memoria de trabajo: 50 KB

o Memoria de carga: 2 MB

o Memoria remanente: 2 KB

• E/S integradas locales

o Digitales: 14 entradas/10salidas

o Analógicas: 2 entradas

• Tamaño de la memoria imagen de proceso

o 1024 bytes para entradas (I)

o 1024 bytes para salidas (Q)

• Área de marcas (M)

o 8192 bytes

• Ampliación con módulos de señales

o 8

• Módulos de comunicación

o 3 (ampliación en el lazo izquierdo)

• Contadores rápidos

o Fase simple: 3 a 100 kHz

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o Fase en cuadratura: 3 a 80 kHz

• Memory Card

o SIMATIC Memory Card (opcional)

• PROFINET

o 1 puerto de comunicación Ethernet

• Velocidad de ejecución de funciones matemáticas con número reales

o 18 µs/instrucción

• Velocidad de ejecución booleana

o 0.1µs/instrucción

• Tensión de alimentación

o 8 a 264 V AC

• Tensión de entrada DI

o 24 V DC

• Tensión de salida DO

o 5 a 30 V DC / 5 a 250 V AC

• Intensidad de salida

o 2A ; 30 vatios DC / 200 vatios AC

1.5.3.2. Supervisión de control y toma de datos (SCADA)

En la actualidad casi todas las instalaciones por pequeñas que sean requieren

la existencia de un terminal de operador como interfaz hombre-máquina.

La mayoría de los paneles del mercado permiten su interconexión con

autómatas de diferentes fabricantes, no obstante es preferible que el panel de

operador sea del mismo fabricante que el autómata, ya que de ese modo

evitaremos problemas de comunicación entre ambos dispositivos, y obtendremos

así una mayor fluidez en las operaciones entre ambos.

La concretar la elección del panel de operador también es un punto

importante, ya que existen una gran variedad de paneles diferentes dentro de un

mismo fabricante e incluso otras opciones más potentes que los propios paneles.

Por ejemplo SIEMENS ofrece las siguientes soluciones como interfaz Hombre-

Máquina (SIMATIC HMI):

• SIMATIC HMI Key Panels.

• SIMATIC HMI Basic Panels.

• SIMATIC HMI Comfort Panels.

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• SIMATIC HMI Mobile Panels.

Dentro de cada grupo de paneles existen diferentes modelos de paneles con

diferentes características, por lo tanto a la hora de elegir un panel hay que ver si

cumple características necesarias para colocarse en nuestra instalación.

Figura 10. Ejemplo en Panel TP700 Confort

En nuestra instalación debido a la sencillez de la misma se ha elegido una

pantalla TP 700 Comfort modelo 6AV2124-0GC01-DAX0.

Para realizar todas las operaciones de control a través de las pantallas y que

se puedan visualizar en estas se debe configurar y relacionar la información

programada en el autómata con la propia pantalla para que esta pueda hacer

visible el proceso escalable (SCADA). Para esta operación de comunicación y

diseño se emplea el SIMATIC WinCC Advanced.

La palabra SCADA es el acrónimo de la expresión inglesa “Supervisory

Control And Data Acquisition”, traducido al español “Supervisión de control y

adquisición de datos”.

El SCADA, es una aplicación software, diseñada para trabajar sobre

ordenadores o pantallas para controlar los sistemas de producción. Su función es

la de controlar procesos a tiempo real, facilitar la comunicación con los

dispositivos de campo (controladores, PLC, etc.) y regular los procesos de forma

automática desde un panel PC. También nos facilita toda la información que se

genera en el proceso.

1.5.4. Actuadores

Los actuadores son los dispositivos capaces de transformar energía hidráulica,

neumática o eléctrica para la activación de una seria de sucesos con la finalidad de

producir un efecto sobre un proceso automatizado. Este recibe la orden de un

de 101

controlador y en función a ella genera la orden para activar un elemento final de

control.

1.5.4.1. Pistón

El pistón es un actuador lineal eléctrico, es un dispositivo que convierte el

movimiento de rotación de un motor de corriente continua de baja tensión en

movimiento lineal.

Figura 11. Pistón

El pistón seleccionado para este proyecto ha sido uno de la casa SMC modelo

LEY 25RAA-250-R36P1 porque es el que mejor se nos adapta a nuestras

especificaciones, para llegar a esta conclusión sea tenido que hacer una búsqueda

dentro de unas graficas donde se corrobora.

Figura 12. Características del Servomotor

La grafica mostrada pertenece al pistón con servomotor de 24 V CD, en ella

se va a determinar que fuerza de empuje (%) va a tener en función de la fuerza

(N) del objeto a desplazar. Nosotros vamos a desplazar botellas de plástico vacías

las cuales van a tener un peso medio de 45gr con lo cual tenemos 0.441N, para

entrar en los mínimos de la máquina vamos a considerar 5N para poder obtener

un 20% de fuerza de empuje. Determinamos este resultado llevando una recta

paralela al eje de abscisas hasta cortar la recta perteneciente al pistón

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seleccionado, en ese punto trazamos una recta perpendicular al eje de abscisas

hasta que corte con él y hay tendremos el porcentaje de la fuerza de empuje que.

Se ha cogido el LEY 25 AA por el tamaño, porque emplea servomotor y por la

distancia del paso que tiene.

El resto de características con las siguientes:

• Carrera (mm): 200

• Carga trabajo (Kg) Horizontal: 7

• Fuerza de empuje (N): 18 a 35

• Velocidad (mm/s): 18 a 500

• Velocidad de empuje (mm/s): 35 o menos

• Paso de husillo (mm): 12

• Resistencia a impactos/vibraciones (m/s2): 50/20

• Tipo de actuación: Husillo a bolas + Correa

• Tipo de guiado: Cojinete deslizante (vástago de émbolo)

• Potencia motor (w): 36

• Tipo de motor: Servomotor (24V DC)

• Tensión nominal (V): 24V DC ± 10%

• Consumo de energía (W): 86

• Consumo de energía máx. Momentánea (W): 96

En el extremo exterior del vástago instalamos una fijación de unión simple de

acero inoxidable (Ref. YB-03) que es la que impactara con las botellas para

sacarlas de la cinta transportadora, el citado elemento tendrá unas dimensiones

de:

• B(mm) 12 • J(mm) 9

• D(mm) 7 • M(mm) 34

• E(mm) 32 • Ø O(mm) 11.5 prof. 7.5

• T1(mm) 6.5 • W(mm) 50

• T2(mm) 10 • RS(mm) 9

• V(mm) 18

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Figura 13. Dimensiones de la unión fija

1.5.4.2. Controlador del servomotor

Este elemento tiene un programa especial que permite comunicar el PLC con

el pistón, es decir, que “conduce” los mensajes hasta su destino. Es un mensajero

sin el cual no sabría hacer nada el pistón con la información que le llega.

Figura 14. Controlador del Servomotor

Al seleccionar el tipo de pistón que tenemos automáticamente nos asigna el

tipo de controlador que vamos a emplear en este caso e un LECA 6N (NPN) de

la compañía SMC.

Algunas de sus características son:

• Motor compatible: Servomotor DC

• Tensión de alimentación: 24V DC ± 10%

• Consumo de corriente: 3ª (máx. 10A)

• Entradas en paralelo: 11 entradas (aislamiento fotoacoplado)

• Salidas en paralelo: 13 salidas (aislamiento fotoacoplado)

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• Encoder compatible: Fase A/B/Z, entrada del receptor de línea,

resolución 800 p/r.

• Comunicación en serie: RS485 (según protocolo Modbus)

• Memoria: EEPROM

• Cable de comunicación: E/S

• Sistema de refrigeración: Refrigeración natural

El esquema del cableado del controlador y sus contactos es el siguiente:

• COM+: Conectar la alimentación de 24V para la señal de

entrada/salida.

• COM-: Conectar la alimentación de 0V para la señal de entrada/salida.

• IN0 a IN5: Nº bits especificado en los datos de paso.

• SETUP: Instrucciones para el retorno a la posición de origen.

• HOLD: El funcionamiento se detiene temporalmente.

• DRIVE: Instrucción para accionamiento.

• RESET: Reinicio de alarma e interrupción del funcionamiento.

• SVON: Instrucción de activación del servoaccionamiento.

Figura 15. Esquema de contactos del Servomotor

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Para que este elemento funcione correctamente como nosotros queremos

si tiene que configurar mediante un software a través de un ordenador. En las

distintas ventanas se indica el ajuste de los datos de paso, el ajuste de

parámetros como la posición, la velocidad, la fuerza, etc.

1.5.4.3. Motorreductores

Los motorreductores son máquinas que se emplean para bajar la velocidad de

un motor. En la industria se utiliza este tipo de equipos para variar las

revoluciones por minuto, ya que en la mayoría de los procesos, las velocidades

de los motores son más altas que las que se necesitan. Con la instalación de los

reductores de obtiene un menor número de revoluciones por minuto de salida,

pero sin disminuir de manera significativa la potencia, aumentando el par de

torsión de forma segura y eficiente.

Para seleccionar el motorreductor adecuado para nuestra instalación se ha

tenido en cuenta una serie de factores tales como:

• Potencia en kW, en nuestra instalación no se va a requerir una gran

cantidad de potencia con lo cual se instalara un motor de 0.09 kW.

• Tipo de maquina motriz, nuestra instalación tendrá un motor eléctrico

que es el que mejor se adapta a nuestras exigencias tanto técnicas

como económicas.

• Tipo de carga, nuestra carga será discontinua ya que habrá momentos

en los que el motor tenga poca actividad y otros que tenga un

funcionamiento casi sin descanso.

• Duración de servicio, se estima que tendrá unas horas 4 horas de

funcionamiento aproximadamente de a lo largo de un día.

• Arranques por hora, este apartado es uno a tener muy en cuenta ya que

por el tipo de funcionamiento que va a tener el motor siempre va a

estar arrancando y parando mucho en poco tiempo.

• Condiciones del ambiente, se debe de tener muy en cuenta aunque

nuestra instalación no se va a someter a ambientes agresivo con lo cual

con las protecciones mínimas exigidas vamos a estar protegidos

correctamente.

de 101

• Ejecución del equipo, el eje de salida que más nos interesa es un eje

horizontal para que pueda accionar correctamente los rodillos de

triturado.

Una vez visto y analizado todos estos factores nos hemos decantado por un

motorreductor de la casa SIEMENS helicoidal sinfín-corona, modelo MOTOX.

Esta elección ha sido llevada a cabo porque es el modelo que nos proporciona

una potencia pequeña y unas revoluciones por minuto aceptables para la función

a realizar.

Figura 16. Motorreducto

Y sus características a destacar son las siguientes:

• Potencia (kW): 0.184

• Frecuencia (Hz): 50

• Velocidad de salida (rpm): 2

• Par de salida (Nm): 241

• Factor de servicio: 1.5

• Índice de reducción: 320.67

Al no poder accionar los motores directamente a través de la señal de salida

del PLC debido a que estos requieren una mayor valor de tensión y de corriente

para su puesta en marcha que la que nos proporciona dicho componente. Para

solucionar este inconveniente utilizando tres contactores bipolares de la marca

Schneider Electric, dos para los motorreductores y otro para el motor de

accionamiento de la cinta transportadora.

Los contactores son los encargados de recibir la señal de salida y con esta se

activa la bobina que hará cerrar los contactos a los cuales están conectados los

terminales del motor.

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Figura 17. Contactor bipolar

Las características de los contactores utilizados son los siguientes:

• Tensión nominal de alimentación auxiliar: 24V AC/DC

• Tensión contactos de fuerza (V): 250 (2 polos)

• Potencia (230V): 1.3kW

• Corriente térmica Ith (A): 25

• Fusible de protección gG (A): 25

• Nº de contactos: 2 NA

Cada motor ira protegido con un guardamotor monofásico.

Figura 18. Guardamotor

Las características del guardamotro empleado son las siguientes:

• Tensión (v): 220/400

• Potencia (CV): 1 / 2

• Regulación (A): 2.5 – 4

• Corriente de corte 415 V: > 100 kA

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1.5.4.3.1. Rodillo triturador

Es un rodillo doble que combina las fuerzas de compresión con las de la

cizalladura, trabajando a muy pocas revoluciones con lo que se obtiene un

alto par de trabajo.

Los elementos principales del sistema son unos discos de cantos agudos

provistos de garfios. La función de los garfios consiste en agarrar el producto

y llevarlo hasta las fresas montadas sobre dos ejes contragiratorios, que

realizan un corte neto del material.

Figura 19. Rodillos trituradores

1.5.4.4. Células de carga (balanza)

Las células de carga se basan en el funcionamiento de cuatro galgas

extensiométricas colocadas de una forma determinada.

Estas galgas extensiométricas son básicamente resistencias eléctricas. El

parámetro que varía en dicha galga es la resistencia y la variación de la resistencia

depende de la deformación que sufre la galga.

El sensor está formado por una base muy delgada no conductora, sobre la cual

va adherido un hilo metálico muy fino, de forma que la mayor parte de su longitud

está distribuida paralelamente a uno de sus bordes.

La resistencia eléctrica del hilo es directamente proporcional a su longitud, o

lo que es lo mismo, su resistencia aumenta cuando este aumenta su longitud.

De este modo las deformaciones que se producen en el objeto, en el cual está

adherida la galga, provoca una variación de la longitud de la galga y, por el

consiguiente, una variación de la resistencia.

Este método lo hemos seleccionado para instalarlo en las bases donde se

colocaran los cajones donde se van a verter las botellas que se recuperen, las

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células de carga nos enviaran una señal al transmisor de peso donde se procesara

la señal y se enviara a una de las entradas del PLC que controla el proceso.

Cuando el PLC recibe la señal analógica nos indica que uno de los recipientes

ha alcanzado su nivel máximo de carga lo cual hace que desactive todo el proceso

e incluso que no se pueda poner en funcionamiento la máquina de nuevo.

Las células de carga seleccionadas son de la casa LAUMAS electrónica,

modelo A1.1 ALL con una plataforma de 250 x 350 mm. Se han seleccionado

estas células de carga porque son las que trabajan con el rango de valores más

pequeños y así por lo tanto los que se utilizaran ya que no se sobrepasara

fácilmente los 3Kg máximos de carga.

Se instalaran dos una para cada plataforma y otras dos falsas células para

equilibrarla, (estas falsas células no emiten ningún tipo de señal eléctrica),

también de la casa LAUMAS electrónica, modelo FCK (5-10 Kg).

Figura 20. Celda de carga

Figura 21. Celda falsa de carga

Las características de las células son las siguientes:

• Carga nominal (E. máx): 3 kg • Error combinado: ≤ ± 0.02 % • Sensibilidad: 2mV/V ± 10% • Rango de temperatura de trabajo: -35ºC / +65ºC • tensión de alimentación máxima tolerada: 18 V • Resistencia de entrada: 409 Ω ± 6 • Resistencia de salida: 350 Ω ± 3 • Carga estática máxima (% en el fondo de escala): 150%

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• Carga de rotura (% en el fondo de escala): 300%

Y el transmisor de peso utilizado es también de la casa LAUMAS electrónica,

serie TLB será el encargado de comunicar la célula de carga con el PLC.

Figura 22. Transmisor de peso LAUMAS

Las características del transmisor son las siguientes:

• Transmisor-indicador de peso con pantalla LED rojo de 6 dígitos

• Cuatro pulsadores para la calibración

• 6 LED de señalización

• Puerto RS485 (Modbus RTU/protocolo ASCII Laumas)

• 2 entradas lógicas

• 3 salidas lógicas de relé

• Alimentación 12 – 24V DC ± 10% - 5W

• Convertidor A/D: 24 bit 4.8KHz

• Buses de campo opcional: CANopen, DeviceNet, CC-LINK, PROFIBUS

DP, PROFINET IO, Ethernet/IP, POWERLINK, etc.

1.5.4.5. Sensor de presencia

Son sensores de lazo cerrado, es decir, que utilizan un emisor y un receptor

sincronizado. La luz emitida va a una frecuencia exacta, y en ocasiones con una

secuencia concreta para que el receptor identifique en todo momento si la luz que

recibe pertenece a su emisor, evitando así que se active debido a influencias

ambientales. También puede tener una precisión muy exacta colocando un

emisor y un receptor enfrentados, con un sistema de lentes que obliguen a que

ambos elementos estén perfectamente alineados, de modo que el haz de luz pueda

ser interrumpido por un objeto. Aún se puede aumentar la precisión utilizando

barreras de fibra óptica o fotocélulas laser.

de 101

Nosotros más concretamente vamos a utilizar un sensor de barrera óptica,

estos son dispositivos en forma de barra que se colocan uno frente al otro, de

modo que crean una barrera óptica. Su función es detectar si algún objeto se pasa

al interior de la máquina, activando la cámara de visón artificial e inicializando

el proceso de clasificación. Esta barrera contiene varios pares de emisores y

receptores que crean haces de luz paralelos.

En la instalación colocaremos un sensor fotoeléctrico de la casa

Telemecanique, modelo Osiris con un alcance de hasta 1.2m. Nos hemos

decantado por este sensor porque es el que trabaja con una distancia emisor-

receptor más pequeña y dispone de una buena precisión par la función que va a

desempeñar en nuestra instalación.

Figura 23. Sensor de presencia

Sus características son:

• Alimentación: DC PNP.

• tensión de alimentación (V): 24 a 30 DC.

• Consumo (mA): < 10.

• Tipo de luz: luz roja 660 nm.

• Corriente de salida (mA): 50.

• Frecuencia de conmutación (Hz): 200.

• Tiempo de respuesta (ms): < 2.5.

• Grado de protección: IP 67.

1.5.4.6. Cinta transportadora

Es un sistema de transporte de forma continua conformado por una banda

continua que se mueve entre dos cilindros.

La banda es movida por la fricción de sus cilindros, que a la vez uno de los

extremos es movido por un motor. Esta fricción es la resultante de la aplicación

de una tensión a la banda, mediante un mecanismo tensor por husillo o tornillo

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tensor. El tambor del extremo opuesto suele girar libre, sin ningún tipo de

accionamiento, y su función es la de hacer volver a la banda. Si la banda tiene

una longitud considerable es soportada por rodillos ubicados entre los dos

tambores de los extremos.

Debido al movimiento de la banda el material u objeto depositado sobre ella

es transportado hacia el tambor donde se encuentra el accionamiento que le hace

girar dando la vuelta y dirigiéndose en sentido contrario. En esta zona el material

u objeto depositado sobre la banda es vertido fuera de la misma debido a la acción

de la gravedad y/o de la inercia.

Teniendo en cuenta varias condiciones como el espacio del que disponemos,

el peso del material a transportar, potencia del accionamiento, etc. nos hemos

declinado hacia una cinta transportadora de la casa Camprodón, modelo C60-

45R Estándar CARGAS MEDIAS.

Figura 24. Cinta transportadora

Y sus características fundamentales son:

• Anchura (mm): 200

• Longitud (mm): 500

• Diámetro rodillo exterior (mm): 45

• Velocidad (m/min): 20 m/min

• Accionamiento: Motor reductor GST Coaxial de engranajes

helicoidales de alto rendimiento EEC

• Motorización: MD Motorización Directa

• Elemento transportador: PVC Estándar

• Guiado lateral: Guía fija estándar

• Tambor motriz: Tambor con perfil guía central

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1.6. Software para la visión

Para realizar la visión artificial sea utilizado un software de National Intruments

LabVIEW. Es una herramienta de programación grafica destinada al desarrollo de

aplicaciones que involucren sistemas de adquisición de datos, instrumentación,

control, análisis y presentación de datos.

A diferencia de un instrumento real, que podemos tener en cualquier laboratorio

o planta de procesos, y que queda perfectamente definido por unos mandos de control

y unos elementos de representación, el instrumento virtual estará ligado al concepto

de software. Este software se ejecutara en un ordenador que tendrá alojado unos

elementos hardware concretos.

Nuestro instrumento virtual permitirá manejar ese hardware mediante una

interfaz gráfica de usuario (IGU) que se asemejara al panel de mandos de los aparatos

habituales.

Mediante la representación en pantalla de los elementos gráficos de

visualización y control que servirán de interfaz con el usuario, este observara los

estados de las entradas seleccionadas en la pantalla e interactuara con las salidas

directamente o mediante la ejecución de las rutinas que haya programadas.

Estructura del software

Figura 25. Estructura de LabVIEW

• Básicamente, el software se encargara de comunicar la interfaz de

usuario del ordenador con el hardware de adquisición de datos dotando

a la aplicación de la funcionalidad requerida.

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• Podemos realizar una separación de las capas o partes del software:

Programas de aplicación, controladores de dispositivos (Drivers) y

librerías de aplicación (API´s).

1.6.1. ¿Por qué se va a utiliza LabVIEW?

Habitualmente, la gran mayoría de las estructuras de control o de adquisición

de dato se realizan en lenguajes de alto nivel tales como el C, Pascal, Basic, etc.

El inconveniente de estos lenguajes es que no facilita la posibilidad de ejecutar

la programación de forma gráfica. Por otro lado, hay lenguajes de programación

como el Visual C++ o Visual Basic que permiten trabajar con entornos gráficos,

pero son mucho más difíciles para usar a nivel de usuario.

En cambio LabVIEW nos da la facilidad de crear una interfaz de usuario que

permite estar interactuando con el sistema, valido para cualquier clase de

programador incluyendo a personas con pocos conocimientos en programación.

La programación en LabVIEW se podría asemejar con un circuito impreso,

ya que consta de componentes electrónicos (resistencias, condensadores,…) que

se relacionan con bloques de funciones (circuitos integrados) para producir los

datos que queremos que se vean. La programación se efectúa de forma gráfica

(editando y conectando iconos), por lo que las aplicaciones se crean de manera

fácil, rápida e intuitiva (dejando representada las ideas sobre el diagrama de

bloques). Todo esto se produce sin escribir línea de código.

Entre sus principales ventajas se encuentran:

• Puede trabajar con programas de otras áreas de aplicación, como por

ejemplo Matlab/Simulink, .Net, DLL, AutoCAD.

• Facilidades en el manejo de interfaz de comunicación. Podemos citar:

Puerto Serie, Puerto Paralelo, USB, entre otros.

• Fácil integración con Hardware, por ejemplo: tarjetas de adquisición,

medición y procesamiento de datos (incluyendo adquisición de

imágenes).

Todo esto facilita mucho el trabajo y aporta flexibilidad al sistema.

1.6.2. Aplicaciones de LabVIEW

LabVIEW tiene su mayor aplicación en sistemas de medición, como monitoreo

de procesos y aplicaciones de control, un ejemplo de esto puede ser sistemas de

monitoreo en transportación, laboratorios para clases en universidades, procesos de

de 101

control industrial, etc. LabVIEW es muy utilizado en procesamientos digitales de

señales (wavelts, FFT, Total Distorsion Harmonic TD,…), procesamiento en tiempo

real de aplicaciones biomédicas, manipulación de imágenes y audio, automatización,

diseño de filtros digitales, generación de señales, entre otras.

1.6.3. Modulo NI-IMAQ

Esta herramienta proporciona la unión entre la aplicación software y el

hardware. Es la interfaz del software la que controla los detalles del hardware, se

comunica con las diferentes tarjetas, y permite que la funcionalidad de hardware sea

fácilmente accesible al programador sin necesidad de escribir a niveles de registros

u otros programas más complicados.

Es una extensa librería que contiene funciones como:

• Adquirir imágenes continuamente en memoria, adquisición desde

múltiples entradas, o adquisición de múltiples imágenes hacia

múltiples buffers.

• Manejar líneas digitales E/S para controlar relés de estada sólido.

• Iniciar la adquisición de imágenes por evento.

• Escalar o diezmar la imagen desde el hardware.

NI-IMAQ dispone de dos niveles de programación: funciones de

programación de alto y bajo nivel, lo cual proporciona flexibilidad, funcionalidad

y un camino de interfaz fácil entre LabVIEW y los dispositivos hardware.

Además, se tiene una ayuda para reducir el tiempo de desarrollo de la aplicación,

pudiéndose elegir entre muchos tipos de métodos de adquisición. De esta manera,

se pueden intercambiar cámaras y procesos sin tener que cambiar

significativamente ningún tipo de código. El NI-IMAQ está diseñado para

trabajar con IMAQ Vision (software de procesado de imágenes), ofreciendo

capturas en tiempo real, así como la extracción de información crítica en

procesos de tiempo real.

1.7. Sistema LabVIEW

LabVIEW sigue un modelo de transmisión de datos para ejecutar los VIs. Un nudo

del diagrama de bloques se ejecuta cuando recibe todo los datos a las entradas requeridas

para dicha función. Cuando el nudo se ejecuta, genera datos de salida y pasan los datos

al siguiente nudo en la trayectoria marcada por el flujo de datos. El movimiento de estos

de 101

datos a través de los nudos marca el orden de ejecución de los VIs y las funciones en el

diagrama de bloques.

Visual Basic, C++, JAVA y la gran mayoría de otros lenguajes de programación

basados en texto siguen un modelo de flujo de control para la ejecución de los programas.

En el flujo de datos, el orden de la secuencia de los elementos determina el orden de

ejecución del programa.

En un ejemplo de programación de flujo de datos, considera un diagrama de bloques

que suma dos números y después resta 50 al resultado de la suma como muestra la figura.

En este caso, el diagrama de bloques se ejecuta de izquierda a derecha, no porque los

objetos están colocados en ese orden, sino porque la función Resta no puede ejecutarse

hasta que la función Suma termine de ejecutarse, y que pasen los datos a la función Resta.

Recuerde que un nodo se ejecuta solamente cuando los datos están disponibles en todos

sus terminales de entrada y proporciona los datos a los terminales de salida solamente

cuando el nodo termina la ejecución.

Figura 26. Ejemplo de LabVIEW

Los datos entre objetos del diagrama de bloques se transfieren a través de cables. Los

cables conectan los terminales de control e indicadores a la función Suma y Resta. Cada

cable tiene una sola fuente generadora de dato, pero puede cablearlo a varios VIs o

funciones que interpretan estos datos. Los cables tienen diferentes colores, estilos y

grosores en función del tipo de dato.

Un cable cuando no está bien conectado o roto aparece con una línea negra con

puntitos con una X roja a la mitad. Los cables rotos ocurren cuando intentas cablear dos

objetos con el tipo de dato generado y leído no compatible. En la tabla se muestran los

cables más comunes.

Tabla 2. Tipología de transmisión

de 101

En LabVIEW, se utilizan cables para conectar varios terminales entre sí para pasar

datos en un VI. Se conectar el cable a las entradas y salidas que son compatibles con los

datos que se transfieren. Por ejemplo, no se puede cablear una salida de matriz a una

entrada numérica. Además, la dirección de los cables debe de ser correcta. Debe conectar

los cables a una sola entrada y por lo menos a una salida. Los componentes que

determinan la compatibilidad de cableado incluyen el tipo de datos del control y/o el

indicador y los tipos de datos de la terminal.

Por ejemplo, si un interruptor tiene un borde verde, puede conectarse a cualquier

entrada con una etiqueta verde en un VI Express. Si un botón tiene un borde naranja, se

puede conectar a cualquier entrada con una etiqueta de color naranja. Sin embargo, no

se puede conectar un mando naranja a una entrada con una etiqueta verde. Observe que

los cables son del mismo color que el terminal.

1.7.1. Programación del sistema LabVIEW

Todo el proceso de visualización se realiza a través del panel frontal.

Figura 27. Panel frontal de LabVIEW

Aquí podemos modificar la exactitud de la división del espectro de luz para que sea más preciso.

Este es el LED que se activa cuando se ha detectado color.

Este es el botón que se activa cuando el sensor de presencia detecta botella a la entrada.

Estos son los valores de los colores según el espectro de luz.

Pantalla para visualizar las imágenes tomas por la cámara USB.

Es la zona donde se produce la valoración del color.

de 101

En dicho panel se pueden diferenciar varios elementos que nos permiten realizar la

inspección correctamente, detrás de esta visualización aparentemente simple se

encuentra un extenso cuadro de programación.

En la figura que se muestra a continuación, se puede apreciar la parte de LabVIEW

que se encarga de adquirir e inspeccionar la imagen para detectar la presencia o ausencia

de color. Una vez aclarado este punto, se describirá función por función como se realiza

la adquisición de la imagen.

Figura 28. Programación en LabVIEW

de 101

La descripción de los componentes es la siguiente:

• IMAQdx Open Camera VI: Es el bloque que se encarga de darnos la opción

de elegir el tipo de cámara que queremos abrir en el proceso. En nuestro caso

tenemos activa la “Cam1” que es la perteneciente a la que tenemos conectada

al USB.

Figura 29. IMAQdx Open Camera VI

Y sus entradas son:

- Camera Control Mode: Es el modo de control de la cámara utilizada

durante la transmisión de imágenes.

- Session In: Especifica el nombre de la cámara que se desea abrir. El

valor por defecto es Cam0.

- Error In: Describe el estado del error antes de que este en el VI.

Y sus salidas son:

- Session Out: Es la única referencia de la cámara. La sección de salida

es la misma que la sección de entrada.

- Error Out: Contiene información del error.

• IMAQdx Configure Grab VI: Este bloque se encarga de configurar e iniciar

la adquisición de la imagen. Esta acción se realiza continuamente en un bucle

hasta que no se finaliza la actividad de la cámara, lo que en definitiva está

haciendo es copiar continuamente imágenes en la memoria. También se

puede emplear el VI de apoyo para la adquisición de imágenes de alta

velocidad. Si se llama a este bloque antes que se seleccione la cámara a

emplear el sistema toma como por defecto la “Cam0”.

Figura 30. IMAQdx Configure Grab VI

de 101

Y sus entradas son:

- Session In: Especifica el nombre de la cámara que se desea

restablecer. El valor por defecto es Cam0.

- Error In: Describe el estado de error antes de que este en el VI. El

valor predeterminado es no tener ningún error.

Y sus salidas son:


es la misma que la sesión de entrada.


• IMAQ Create VI: Este bloque genera una ubicación temporal en la memoria

para la imagen. Cuando se quiere disponer de las imágenes de NI Vision en

LabVIEW se utiliza dicho bloque con el bloque IMAQ Bota VI

conjuntamente.

Figura 31. IMAQ Create VI

Y sus entradas son:

- Border Size: Determina la anchura, en pixeles, de la frontera para

crearla alrededor de la imagen.

- Image Name: es el nombre asociado con la imagen creada. Cada

imagen creada debe tener un nombre único.

- Error in (no error): Describe el estado del error antes de este en el VI.

- Image Type: Especifica el tipo de imagen.

Y sus salidas son:

- New Imagen: Es la referencia de la imagen que se suministra como

entrada a todas las funciones posteriores (aguas abajo) utilizados por

NI Vision.


• IMAQdx Grab VI: Este bloque adquiere el marco más actual en la imagen de

salida. Hay que llama a este VI únicamente después de llamar a IMAQdx

ConfigureGrab VI. Si el tipo de imagen no coincide con el formato de video

de 101

de la cámara, este VI la cambia automáticamente al tipo de formato adecuado

para esa imagen.

Figura 32. IMAQdx Grab VI

Y sus entradas son:

- Session In: Es la única referencia para la cámara, que se puede obtener

con la cámara IMAQdx Open VI.

- Image In: Es la referencia de la imagen que recibe los datos de pixeles

capturados.

- Wait for Next Buffer? (Yes): Si el valor es “SI”, el driver espera al

siguiente buffer disponible.

- Error in: Describe el estado del error antes de que este en el VI.

Y sus salidas son:


es la misma que la sesión de entrada.

- Image Out: Es la referencia de la imagen capturada.

- Buffer Number Out: Es el número real devuelto.


• IMAQ ColorLearn VI: Este bloque se utiliza para extraer las características

del color de una imagen, también puede ser utilizado para la coincidencia de

un color u otras aplicaciones relacionadas con la información del color, tales

como la identificación del color a través del análisis del espectro de luz y la

segmentación de la imagen en colores.

Figura 33. IMAQ ColorLearn VI

Y sus entradas son:

- ROI Descriptor: Es una descripción que indica las regiones de la

imgen que contienen los colores que se desean estudiar.

de 101

- Image: Es una referencia a la imagen en color desde la que se desea

estudiar la información del color.

- Color Sensitivity: Especifica la sensibilidad de la información del

color de la imagen.

- Error in (no error): Describe el estado del error antes de este en el VI.

- Lear Saturation Threshold: Específica el valor del umbral para

distinguir dos colores con el mismo valor de matriz.

Y sus salidas son:

- Color Spectrum: Devuelve las características del color que se

encuentra en la región de la imagen.


• Index Array Function: Este bloque representa a una matriz de dimensiones n.

Cuando se cablea una función como la matriz, la función cambia de tamaño

automáticamente obteniendo todas las entradas necesarias. También se le

pueden agregar elementos adicionales o subconjuntos terminales cambiando

el tamaño de la función. El panel conector muestra los tipos de datos

predeterminados para esta función polimórfica. Nosotros lo emplearemos

para determinar en él la cantidad de colores que queremos definir a partir del

espectro de luz, teniendo en cada color la zona más oscura y la zona más clara,

es decir, por cada color hay dos espacios.

Figura 34. Index Array Function

Y sus entradas son:

- N-dimension array: Es una matriz de dimensiones n de cualquier tipo.

- Index 0: Esta entrada debe de ser numérica. El número de las entradas

coincide con la dimensión de la matriz.

Y sus salidas son:

- Element or subarray: Tiene el mismo tipo de elementos que la matriz.

• In Range and Coerce Function: Este bloque se encarga de determinar si el

valor de X se encuentra dentro de un rango especificado por el límite superior

y por el límite inferior. La función realiza la coacción solo en el modo de

de 101

elementos de comparación. Esta función acepta valores de indicación de

tiempo si todas las entradas del tipo de indicadores de tiempo. El panel

conector muestra los tipos de datos predeterminados para este tipo de función

polimórfica. En nuestro caso recibirá la señal del array (matriz) y

dependiendo del color que sea nos enviara un valor de su parte más oscura y

otro de su parte más clara para así poder definir el color exacto. Si sale que

dicho valor se encuentra dentro de los límites fijados nos detecta como color

y nos manda una señal digital al siguiente elemento.

Figura 35. In Range and Coerce Function

Y sus entradas son:

- Upper limit, X, Lower limit: Por lo general son del mismo tipo de

estructura de datos, ya sean matrices o grupos, pueden tener diferentes

representaciones numéricas.

Y sus salidas son:

- Coerced (X): Devuelve el valor con cambios o sin ellos.

- In Range?: Es un valor booleano en el nodo de comparaciones.

• Compound Arithmetic Function: Este bloque se encarga de realizar

operaciones aritméticas con uno o varios números, matrices o entradas

booleanas. Para seleccionar la operación que se quiere realizar (suma,

multiplicación, AND, OR o XOR), haga clic con el derecho en la función y

seleccione “Change Mode” y ahí le aparecerán todas las operación que puede

realizar este elemento. Al seleccionar esta función desde la paleta de booleana

el modo por defecto que aparece es el de OR. Aquí nosotros recogemos las

señales analizadas en los rangos y si nos llega como señal positiva, es decir,

como que ha detectado color se manda una señal digital a la entrada del PLC

para que este haga accionar el pistón y saque de la cinta transportadora a la

botella analizada.

Figura 36. Compound Arithmetic Function

de 101

Y sus entradas son:

- Value 0: Puede ser un numero o valor booleano, un conjunto de

números o de valores booleanos, un grupo, etc.

Y su salida es:

- Result: Devuelve el resultado de la operación seleccionada.

• IMAQdx Close Camera VI: Este bloque detiene una adquisición en curso,

libera los recursos asociados con la adquisición y se encarga de cerrar la

sección de la cámara especificada en el proceso.

Figura 37. IMAQdx Close Camera VI

Y sus entradas son:

- Session In: Es la única referencia para la cámara, que se puede obtener

con la cámara IMAQdx Open VI.

- Error In: Describe el estado del error antes de este en el VI.

Y su salida es:


• While Loop: Este es uno de los bloques más importantes ya que sin él no se

pueden realizar muchas de las opciones del programa. Su función es la de

repetir el diagrama que se encuentra en su interior hasta que el terminal

condicional reciba una señal booleana que desactive el bucle. Cada ciclo que

se encuentra en su interior se ejecutara por lo menos una vez.

Figura 38. While Loop

• Case Structure: Este bloque dispone de uno o más subdiagramas o casos, uno

de ellos se ejecutara cuando la estructura se activa normalmente mientras que

el otro entrar a funcionar cuando la señal que le llega es contraria a la que

activar al primer caso y con lo cual no puede activar el primer caso. Los

valores que activan un caso u otro pueden ser booleanos, numéricos o enteros.

de 101

Para poder eliminar o añadir casos solo es necesario pinchar en el borde de la

estructura e indicar lo que se desee. Una vez fijados los casos que vamos a

tener hay que utilizar la herramienta de etiquetado para introducir el valor en

la etiqueta de selección de casos y configurar los valores que maneja cada

caso.

Figura 39. Case estructure

Una vez explicados y analizados cada uno de los bloques y estructuras

utilizados se puede realizar cualquier remodelación del sistema sin ningún tipo de

problema.

1.8. Hardware y software en sistema SCADA

Con un sistema SCADA se integran todas las máquinas y dispositivos existentes en

una planta de producción, si se trata de una industria, o de las instalaciones, si se trata de

otras ubicaciones. Se integran autómatas programables, motores, bombas, encoders, en

definitiva, todos los dispositivos que componen el sistema automatizado.

El sistema está compuesto por un software y por diferentes hardware de señales de

entrada y salida, pantallas interfaces entre el hombre y las maquinas (HMI), bases de

datos, redes, comunicaciones y controladores. El sistema captura toda la información del

proceso de producción, se visualiza en tiempo real el estado de las máquinas y

dispositivos, se realizan análisis y mediciones, se obtienen alarmas configuradas, se

pueden realizar gráficos con los datos obtenidos, etc.

El SCADA permite realizar retroalimentaciones al sistema, en función de los datos

obtenidos. Por ejemplo, tenemos definido que el nivel de un depósito de agua no puede

bajar por debajo del 50 % de su capacidad, el sistema automáticamente detectara ese

nivel mediante sensores y realizara las acciones oportunas para llenarlo sin derramar el

líquido.

1.8.1. Hardware

A pesar de que en los sistemas SCADA se tiene que considera que el software

tiene un gran peso, el cual no requiere de una gran exigencia del tipo de hardware,

no por ello hay que quitarle valor a los elementos físicos que lo forman.

de 101

Un sistema SCADA normal, en cuanto a hardware, está constituido de un interfaz

hombre-máquina (HMI), una CPU, una red de comunicación y una instrumentación

de campo. En función de las necesidades, o de las exigencias, pueden ser necesarios

más elementos o no.

1.8.1.1. Elementos utilizados

Un sistema SCADA, al ser una aplicación software industrial, necesita

algunos componentes adjuntos al hardware en su sistema, para poder procesar y

gestionar la información.

Los componentes que lo conforman son:

• Ordenador Central o MTU (Master Terminal Unit): Es el ordenador

principal del sistema el cual supervisa y recopila la información del

resto de las subestaciones, bien sean otros ordenadores conectados (en

sistemas complejos) a los instrumentos de campo o directamente

sobre dicho instrumento. Este ordenador es el que normalmente

soporta el HMI.

Aquí se observa que el sistema SCADA más sencillo es el compuesto

por un único ordenador.

Las funciones principales de la MTU son:

- Interrogar habitualmente a la RTU´s y transmitirle las

consignas, siguiendo el esquema esclavo-maestro.

- Hacer de interfaz al operador, incluyendo la presentación

de información de variables en tiempo real, la

administración de alarmas, etc.

- Puede ejecutar software especializado que cumple

funciones específicas asociadas al proceso supervisado por

el SCADA.

En nuestra instalación no disponemos de ordenador central ya que es

una automatización simple y nos basta con las prestaciones que nos

da el PLC.

• Ordenador remoto o RTU´s: Recopila la información procedente de

los sensores, comanda los elementos finales de control y realiza

comunicaciones con la estación maestra.

Estos ordenadores están situados en los nudos estratégicos del sistema

gestionando y controlando las subestaciones del sistema, reciben las

de 101

señales procedentes de los sensores, y comandan los elementos finales

de control ejecutando el software de la aplicación SCADA.

Se ubica en un nivel intermedio o de automatización, a un nivel

superior se encuentra el MTU y a un nivel inferior los instrumentos

de campo que son los que realizan la automatización física del sistema

de control y toma de datos.

La tendencia es la de dotar a los PLC´s con la capacidad de funcionar

como RTU´s gracias su mayor potencia de cálculo de las CPU. Esta

solución ha minimizado costes en sistemas poco complejos como el

de nuestra instalación que el PLC va a realizar la función de RTU.

• Red de comunicación: Aquí en este nivel se gestiona la información

de los instrumentos de campo los cuales la envían a la red del sistema.

El tipo de comunicación puede ser muy variado, nosotros vamos a

utilizar una comunicación ETHERNET mediante un protocolo

TCP/IP.

1.8.2. Software

Los paquetes de software SCADA son de tipo HMI, son de pago y para poder

trabajar con ellos se deben adquirir licencias de utilización. Cualquier programa

SCADA tendrá dos elementos software bien definidos, uno la parte de desarrollo y

otra la de simulación.

Los programas de desarrollo contienen las utilidades para la creación y edición

de las ventanas de la aplicación, así como de todas sus características (texto, colores,

dibujos,...), con lo cual estos programas tendrán herramientas para la edición de

gráficos, botones, indicadores,….

Estos programas se ejecutan en un terminal gráfico y alberga una serie de

elementos que nos facilita la comunicación con los dispositivos de control de planta

y los elementos de gestión mediante protocolos de comunicación Ethernet. Estos

programas se denominan controladores o drivers de comunicación, y están incluidos

en estos paquetes software de los fabricantes.

Algunos de los programas más utilizados en el panorama actual son WinnCC de

Siemens, LabVIEW de National Instruments, Sysmac SCS de Omron, etc. No

obstante el mercado nos brinda una amplia variedad de productos con notables

prestaciones entre unos y otros programas. Algunos de estos programas tienen las

de 101

licencias separadas, una para la parte de desarrollo, otra para la parte de simulación

y ahí otros que nos la proporcionan en su conjunto.

1.8.2.1. Elementos empleados

Para la puesta en marcha de este trabajo se ha seleccionado el programa

WinCC Advanced, ya que alberga una serie de características que nos

complementan y facilitan la ejecución de este proyecto, además es junto a

LabVIEW las dos soluciones software más extendidas hoy día para este tipo de

aplicaciones. A diferencia de LabVIEW, WinCC ofrece herramientas más

sencillas y adecuadas para este tipo de proyectos, mientras que LabVIEW parece

estar más relacionado a la toma de datos de instrumentación y calculo numérico.

Otra ventaja importante es la fácil integración con el PLC SIMATIC también de

la casa SIEMENS lo cual facilita muchísimo la comunicación entre ellos.

Este producto ofrece una serie de herramientas graficas bastante adecuadas

para la medición de procesos como indicadores manométricos, barras graduales,

indicadores (tanto numéricos como gráficos), etc. En todos ellos se puede

configurar la escala, el fondo de la escala, tipo de visualización, color, etc.

Los objetos pueden guardarse en librerías de forma centralizada y

estructurada para ser reutilizados en diferentes proyectos. También hay una gran

cantidad de objetos dinámicos y escalables, con los que se pueden formar bloques

faceplate (placa frontal). Los cambios que se realicen en los bloques guardados

no serán necesario repetirlos, de este modo tendrán el mismo efecto allí donde se

utilicen. Esto no solo agiliza el trabajo, sino que también garantiza la coherencia

de los datos.

Los avisos de WinCC Advanced pueden formarse como avisos digitales (en

bit), analógicos y procedimientos de señalización basada en eventos Alarm-S /

Alarm-D en SIMATIC S7. También soporta el nuevo sistema de alarma y

diagnóstico del controlador S7-1500.

Este software permite publicar listados e informes de forma controlada por

tiempo o bien por eventos. La visualización es también personalizable. Si se

necesita puede activarse una protección por contraseña para controlar el acceso.

Se da también la posibilidad de generar grupos de usuario con diferentes derechos

específicos.

El programa dispone de la utilidad Recipes, que se emplea para la creación

de registros para datos de máquinas o de producción, para la visualización e

de 101

introducción de registros mediante un objeto grafico configurable o repartidos

dentro del proyecto vía sinópticos de proceso, transferencia de registros

desde/hacia el PLC y para exportar e importar archivos CSV desde/hacia otras

herramientas para su edición.

Para WinCC Advanced existen las siguientes posibilidades de aplicación las

cuales son:

• WinCC SmartServer (manejo remoto)

• WinCC Recipes (sistema de recetas)

• WinCC Logging (archivación de valores de proceso y aviso)

• WinCC Audit (Audit Trail para aplicaciones reguladas)

• WinCC ControlDevelopment (aplicación mediante controles

específicos del cliente.

WinCC Advanced dispone además de varias opciones instaladas mediante

ampliaciones que potencia aún más este producto como con:

• SIMATIC WinCC Recipes

• SIMATIC WinCC Logging

• SIMATIC WinCC Audit

• SIMATIC WinCC Logon

• SIMATIC WinCC Sm@rtServer

1.9. Configuración del sistema SCADA

En este apartado se explicara de forma ilustrada y fácilmente comprensible todos y

cada uno de los pasos seguidos para configurar el sistema SCADA utilizando el

programa WinCC Advanced.

El sistema SCADA se fusiona con el PLC que paralelamente ha sido programado

para el control de todo el proceso. Se describirá brevemente en este capítulo los pasos

seguidos para la programación del PLC para introducir posteriormente la programación

del SCADA.

1.9.1. Programación del PLC

La programación del S7-1200 se ha realizado con el software SIMATIC STEP 7

Profesional, que está diseñado especialmente para la programación de los autómatas

de Siemens. Este software te da la posibilidad de programar en diferentes lenguajes

como son: KOP (lenguaje de contactos), FUP (funciones lógicas) y SCL (lenguaje

de texto estructurado). En nuestro caso al ser el lenguaje utilizado más habitualmente

de 101

sea seleccionado un lenguaje de contactos tipo KOP dentro de un bloque de

organización.

La estrategia seguida para desarrollar nuestra instalación ha sido la de estudiar el

proceso que queremos realizar a partir de las etapas en las que se divide.

La primera etapa en las en la que se divide el proyecto ha sido la de puesta en

marcha, en dicha etapa es donde se le da comienzo al proceso a través de la pantalla

táctil accionando el botón de “Inicio”.

Figura 40. Segmento 1 de TIAPortal

Al accionar el botón el contacto “M0.5” pasa de 0 a 1 cerrando el segmento y

activando la memoria “M0.0”.

La segunda etapa es la que activa todos los elementos que van a estar en continuo

funcionamiento durante el proceso como puede ser la cinta transportadora, el sensor

de presencia, los motores de los trituradores, etc.

Figura 41. Segmento 2 TIAPortal

Al estar activa las memorias “M0.0” perteneciente al primer segmento y las

memorias “M0.2” y “M0.3” pertenecientes a los sensores de las balanzas el

de 101

segmento se cerraría y activaría las salidas de la cinta transportadora, el motor de

la trituradora 1, el motor de la trituradora 2 y el sensor, poniendo así todo en

funcionamiento. Si alguna de las balanzas de los recipientes donde se vierten las

botellas trituradas alcanzara su valor máximo de tara fijado el contacto se

encontraría abierto con lo cual no se podría cerrar el segmento y no se activarían

las salidas, siendo esto un mecanismo de seguridad para evitar el desbordamiento

de los recipientes.

La tercera etapa es una parte importantes de la automatización ya que en ella

se encuentra la parte que detecta la cantidad de botellas introducidas en la

máquina y la activación de la cámara de visión.


Al estar activo todo el proceso de la maquina el sensor también está activo

con lo cual el contacto “M0.7” se encuentra cerrado. Al introducir la botella a la

maquina esta rompe la barrera infrarroja del detector de presencia y hace enviar

una señal digital al autómata la cual será procesada debidamente para que este la

pueda procesar. Una vez procesada la señal el contacto de entrada “I0.1” y se

cerrara, cerrando consigo todo el segmento y modificando el estado de la

memoria II de 0 a 1 y activando la cámara de inspección.

La cuarta etapa es el proceso de memorizar la cantidad de botellas que se

llevan introducidas sin que se borre hasta que nosotros demos la orden de

borrado.

de 101


En esta fase se ha colocado un contador ascendente, el cual contabiliza las

veces que le llega la señal. Esta señal llega porque se activa la memoria II (M0.1)

y esto se produce porque se detecta una botella a la entrada, y se desactiva cuando

no se detecta botella.

El contador vuelve a 0 cuando la “M0.4” se encuentra activa y vuelve a

contabilizar cuando el contacto vuelve a abrirse, es decir, se resetea. También se

ha fijado otra forma para volver el contador a 0 esta es cuando el numero

almacenado es mayor de 100 lo que hace que automáticamente el contador se

reinicie y vuelva a 0. Si la cifra es menor se va almacenando en la variable

“MD.104”.

La quinta etapa es en la que se encuentra el multiplicador el cual realiza dicha

operación matemática con la cifra almacenada en el contador, es decir, con

“MD.104” y un valor fijo preestablecido con anterioridad como es 0.05, que es

la cifra con la que se va a pagar cada botella que se introduzca.


de 101

Una vez realizada la operación entre la memoria del contador “MD.104” y el

valor prefijado el resultado se guarda en “QD.2”, es una variable real que se

mostrara más adelante.

La sexta etapa se encuentra una de las partes fundamentales de la instalación

ya que aquí se encuentra el contacto perteneciente a la señal emitida por

LabVIEW cuando detecta botella de color.


Al encontrarse la “M0.1” activa su contacto se encuentra cerrado lo que hace

que si la cámara detecta color una vez procesada la imagen emite una señal digital al

PLC que cierra el contacto “I0.3” cerrando con ella todo el segmento y activando la

salida del pistón. Esta señal le llega al controlador del pistón que igualmente procesa

la señal y en función de los parámetros introducidos se activa desplazando la botella

fuera de la cinta transportadora. Previamente se ha tenido que configurar el

controlador para fijarle los tiempos de acción así como los tiempos de retroceso.

La séptima y octava etapa son los procesos de las balanzas donde se vierten

las botellas trituradas.



de 101

En estos segmentos se cuenta con dos contactos normalmente cerrados lo que

hacen que cuando se active normalmente la máquina las salidas “M0.2” y “M0.3” se

encuentren activas. En el momento que una de las entras de cualquiera de las basculas

emita un 1 automáticamente se desactivaría la salida y paralizaría todo proceso de la

máquina, eso es debido a que a sobre pasado el valor de tara máximo fijado.

En la etapa novena se encuentra la parte donde se procesa la devolución del

dinero que va en función del número de botellas introducido. Nosotros hemos tenido

en cuenta que el valor máximo que podemos recibir es de 5 € pues a razón de ahí se

ha ido realizando dicha programación de forma que no nos dejemos ningún valor

fuera del rango. Se comienza cuando se finaliza el proceso, es decir, cuando se pulsa

el botón “Parada”, una vez ahí el proceso toma el valor almacenado en la memoria

de la operación matemática Mul (multiplicación), dicha variable se denomina

“QD.2”. A esta variable de le van realizando resta en función de la cantidad a

devolver y se va comparando para ver si es un valor positivo o negativo, si el

resultado de la resta sale que es positivo hay que hacer una devolución igual a la cifra

que se ha restado y si sale negativo hay que volver a restar por la cifra inmediatamente

inferior, esta operación se realiza tantas veces como sea necesario hasta que el valor

final sea cero. Los valores empleados son los valores normalmente utilizados en la

fracción del euro, es decir, monedas de 5 céntimos, 10 céntimos, 20 céntimos, 50

céntimos, 1 euro y 2 euros. (Esta etapa se expone solo una pequeña parte del

segmento debido a que es muy extenso y no se puede realizar una buena captura de

pantalla).

Figura 48. Parte del segmento 9 TIAPortal

En la décima etapa se coloca la parte donde se refleja las diferentes salidas en

función del tipo de moneda a devolver.

de 101

Figura 49. Parte del segmento10 TIAPortal

Este proceso comienza a funcionar cuando se pulsa el botón “Devolución” en

la pantalla táctil, una vez ahí se cierra el contacto “M0.6” y al cumplirse la condición

que el número almacenado en la memoria de la operación lógica Mul (multiplicación)

es mayor a 0 comienza el proceso. Se cierran los contactos pertenecientes a los

diferentes tipos de moneda a devolver los cuales se han activado en el segmento

nueve una vez realizadas las operaciones y comparaciones pertinentes, cuando se

cierra uno de los contactos se activa la salida de los tipos de moneda que le pertenece

y nuestra así que moneda es la que percibe el usuario.

En la undécima etapa nos encontramos con el proceso de reseteo del contador

inicial.


En este proceso tenemos un temporizador ascendente el cual se activa cuando

se cierra el contacto “M0.6” y está contabilizando durante 20 segundos una vez

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pasado ese tiempo la salida “M4.0” y “M0.6” se activan repercutiendo en el contador

inicial poniendo su entrada de reseteo a 1.

En la etapa duodécima se encuentra otra de las parte para colocar el contador

inicial a 0 pero en esta ocasión lo que hacemos es deshacer la operación realizada en

el segmento anterior para poder así volver a realizar la operación de conteo.


Aquí disponemos de otro contador pero en este caso cuando entra en servicio

activa la salida que tiene inmediatamente a continuación y una vez que pasan los 10

segundos que le tenemos fijados se desactiva dejando cerrada la salida. Este conjunto

de elementos entra en funcionamiento cuando la memoria “M4.0” se activa y hace

cerrar el contacto.

En definitiva y para tener un resumen de todas y cada una de las variables

empleadas se adjunta una tabla con todas ellas, con su nombre, con la dirección y con

el tipo de dato que contienen.

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Figura 52. Todas las variables empleadas en el PLC

1.9.2. Programación del sistema SCADA

El paquete de software WinCC Flexible está compuesto por dos componentes

bien diferenciados, uno es la parte de configuración mientras el otro es la parte del

simulador:

• WinCC Adavanced: Nos permite realizar todas las tareas de

configuración. Con este componente se realiza la edición de las

pantallas que se visualizaran con anterioridad.

• WinCC Runtime Advanced: Es el componente de software encargado

de facilitar la visualización del proceso.

Este paquete de software es un sistema industrial diseñado para la

configuración de todos los paneles de operador asociados con este tipo de sistema así

como cualquier tipo de sistema PC. El programa presenta una estructura como la

mostrada a continuación, que va desde el WinCC Basic que nos permite operar con

unos pequeños paneles pasando por el WinCC Comfort que nos facilita la utilización

de paneles móviles y multipanel así como el WinCC Advanced que es el que

empleamos nosotros que este si nos permite trabajar en sistemas monopuerto basado

en un PC y por último el WinCC Profesional este software es el más potente que

dispone Siemens y con el sí se pueden realizar operaciones en sistemas multipuesto

basados en un PC.

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Figura 53. Tipos de paquetes WinCC

Para la producción de un nuevo proyecto, WinCC cuenta con un asistente para

ayudar al programador a configurar rápida y fácilmente el tipo de pantalla táctil

a utilizar, el tipo de conexión, el número de imágenes y las librerías disponibles

en función del tipo de HMI. Así una vez creado el proyecto bastara con integrar

el mismo con el proyecto de STEP 7 Profesional para poder contar con todas sus

variables definidas.

Para realizar un proyecto nuevo se realizara de la siguiente manera. Una vez

que tenemos seleccionado el PLC que se va a utilizar nos vamos al árbol del

proyecto y pulsamos “Agregar dispositivo”.

Figura 54.Árbol de proyectos

Una vez dentro buscamos el tipo de pantalla que vamos a emplear, pulsamos

en “HMI” y se nos desplegara una lista con todos los tipos de pantallas que

podemos emplear y ahí seleccionamos el que vamos a instalar.

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Figura 55. Selección de la pantalla

Una vez seleccionada la pantalla de damos a “agregar” para cargarla en

nuestro proyecto. Posteriormente nos saldrá una pantalla similar a la que se

expone, en ella se realiza la conexión entre el PLC y la pantalla para poder

continuar con el proceso. Dicha conexión se establece pinchando en el rectángulo

que pone “Examinar” ahí nos aparece un desplegable con los PLC disponibles

para la conexión, seleccionamos el nuestro y aceptamos, y automáticamente

aparece la conexión.

Figura 56. Parte 1 de la configuración

Para continuar pulsamos “Siguiente” y nos aparecerá la ventana en la cual

podemos modificar la apariencia de la pantalla. Podemos tocar la resolución el

color de fondo, si queremos o no encabezado, fecha/hora, logotipo, etc.

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Una vez establecidos los parámetros de visualización que queremos que tenga

nuestra pantalla de inicio del damos otra vez a “Siguiente” para irnos a la ventana

de avisos en esta ventana nos aparecerá los tipos de avisos que podemos tener en

la instalación y como queremos que nos aparezcan en la pantalla.


En nuestro caso no se han definido ningún tipo de aviso ya que es una

automatización pequeña y no se producirán fallos de grande envergadura.

Continuamos con la configuración de la pantalla pulsando de nuevo el botón

“Siguiente” para irnos a la ventana imágenes en la cual estableceremos el número

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de imágenes que va a disponer la pantalla, es decir, los proceso que va a tener

una imagen de fondo diferente. Nuestro caso solo tendrá la imagen raíz ya que

no se subdivide en otras.

Figura 59. Parte 4 de la automatización

A continuación pulsamos de nuevo a “Siguiente” y nos vamos a la ventana de

imágenes del sistema en la cual nosotros solo disponemos de la imagen principal

que no se ha visto oportuno introducir otras imágenes como la de información

del sistema, configuración del sistema, etc.

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Por ultimo pulsamos de nuevo “Siguiente” y nos vamos hacia la ventana de

botones en la cual se fijara la posición de los diferentes botones del sistema como

son el de la imagen inicial, el de iniciar sesión, idiomas o el de cerrar el runtime.

Nosotros solo hemos tenido en cuenta el boto para cerrar el runtime ya que los

otros no los veíamos útiles en nuestra instalación.

Y para finalizar el proceso de configuración de la parte visual de la pantalla

le damos a finalizar para que todos los cambios realizados se guarden y se

introduzcan dentro de nuestro proyecto.


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Una vez concluido toda la configuración visual de la pantalla ya se puede

trabajar sobre ella, en la pantalla tenemos varias zonas claramente divididas

donde se encuentran las diferentes herramientas con las que vamos a continuar

dándole forma al panel.

Figura 62. Entorno de trabajo

1.9.3. Creación de variables

Las variables se crean dentro del “árbol del proyecto” dentro del apartado de la

pantalla en nuestro caso “HMI_1” dentro de “Variables HMI”, “Mostrar todas las

variables”.

Aquí se ubica los elementos básicos para decorar el entorno.

Aquí encontramos los elementos que pueden modificar las variables. Hay botones,

Aquí se encuentran otro tipo de controles los cuales pueden interactuar con otros elementos externos al programa de Siemens.

Esta es la pantalla táctil en la cual se van a ir introduciendo todos los elementos que queramos que aparezcan en su funcionamiento.

Aquí encontramos el árbol del proyecto.

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Figura 63. Crear variables

Una vez dentro de “Mostrar todas las variables” se van creando todas y cada

una de las variables que vamos a ir necesitando. En este sistema de creación de

variables se tiene en cuenta las variables previamente definidas en el proceso del

PLC, ya que puede ser modificada si se desea directamente desde el sistema HMI,

o bien ser leídas directamente desde el PLC. Los tipos de datos utilizados son del

tipo real (valor de 4 bytes que pueden ser representados con notación de como

flotante), booleanos (valores de 1 bit que representan falso o verdadero) y tiempo

(valor de 4 bytes con signo que indica el valor de tiempo en milisegundos).

También se va realizando una relación de comunicación con la variable del PLC

y la variable definida para la pantalla táctil. Para poder así interactuar entra ambas

sin producir errores de comunicación. A continuación se muestra todas las

variables empleadas en nuestro proyecto para la configuración de la pantalla, así

como el tipo de datos que es.

Figura 64. Variables creadas para la HMI

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En nuestro proyecto las variables que se pueden modificar desde el puesto

HMI son las de “inicio”, “parada” y devolución dichas variables son del tipo

booleano y se van cambiando de 0 a 1 en función de si el usuario pulsa o no los

botones siempre siguiendo el orden establecido de funcionamiento. El resto de

variables empleadas son de lectura directa del PLC y solo muestra por pantalla

lo que tiene almacenado en las variables.

1.9.4. Desarrollo de la imagen del proyecto

Las imágenes son el elemento principal de un proyecto de este estilo, una vez que

se configuren será el interfaz que permite controlar y supervisar todo el proceso. Para

generar una imagen basta con hacer un doble clic sobre “Agregar imagen” en el árbol

del proyecto y se creara la imagen con el nombre por defecto Imagen_1, dicho

nombre lo podemos modificar cuando queramos y asígnale el nombre que queramos.

WinCC dispone de otros objetos como botones, campos de entrada/salida, texto o

visualizadores de imágenes que permiten configurar más fácilmente la imagen de

forma que el programador la pueda introducir en su proceso.

La forma de la imagen depende del panel para la cual se configure. La

representación se asemeja al aspecto de la interfaz de usuario del panel de operador.

Si el panel configurado tiene por ejemplo de teclas de función, estas se pueden ver

en la imagen. Otras propiedades, como la resolución, las fuentes y los colores,

dependen también del panel a configurar.

Para introducir nuevos objetos en la imagen solo tenemos que seleccionar la

pestaña “Objetos básicos” o “Elementos” de la ventana de herramientas y se observa

una lista de objetos a emplear, que una vez configurados permiten crear

prácticamente cualquier interfaz que se desee.

Figura 65.Herramientas para la configuración

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A partir de estos elementos se creado el interfaz que nos permite dar inicio y

parada a la actividad de la maquina así como nos proporciona el cambio, siempre

observando la cantidad de botellas introducidas y la cantidad de dinero que nos

pertenece.

Figura 66. Resultado final de la pantalla

Los tres botones con lo que disponemos van relacionados con diferentes

variables de la programación del PLC como son:

• El botón de “Inicio” va relacionado con el nombre de la variable

HMI_1_Start, es un contacto normalmente abierto en el momento que

se presiona cambia a ser un contacto cerrado y se inicia el

funcionamiento de la máquina.

• El botón de “Final” va relacionado con el nombre de la variable

HMI_1_Start, este lo que hace es deshacer lo que realiza el botón

“Inicio”, es decir, el botón inicio cierra el contacto y el botón “Parada”

lo abre impidiendo que se cierre el segmento.

• El botón “Devolución” va relacionado con el nombre de la variable

HMI_1_Stop, este lo que va a hacer es activar el contacto

normalmente cerrado para iniciar el proceso de devolución de dinero.

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También hay otro elementos relacionados a otras variables como son la botella y

la fecha de la parte de arriba que van parpadeando cuando el proceso está activo

y las monedas que también parpadean cuando se activa la salida que le

corresponde para poder ver gráficamente el tipo de monedas que tiene que recibir

el cliente.

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CALCULOS

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2. Cálculos Eléctricos

2.1. Protecciones

Interruptor general automático; El interruptor general automático seleccionado ha

sido uno con una intensidad de 10 A para que pueda proteger correctamente al resto de

la instalación. Esta elección se ha producido porque al observar que toda la instalación

funcionando a la vez, aplicándole su correspondiente factor de utilización y su factor de

utilización no sobre pasa el valor máximo de dicho interruptor. Así solo efectuara la

desconexión cunado realmente haya un fallo.

Interruptor diferencial; El interruptor diferencial seleccionado ha sido uno con una

sensibilidad de 10 mA y un valor de intensidad de 16 A capaza de proteger frente a fugas

de corriente alterna y corriente continua pulsante. Esta elección se ha realizado

considerando la corriente que consume el circuito y se ha buscado un valor de intensidad

más próximo, el valor que nos ofrecen los estándares de los comerciantes que se puede

incluir en la instalación es el de 16 A siendo también el valor más pequeño que podemos

encontrar de este tipo de interruptores.

Interruptor automático; El interruptor seleccionado ha sido uno de calibre 6 A ya que

es el que cubre el rango de corriente que vamos a tener en la instalación, debe estar

comprendido entre la máxima corriente consumida por todos los elementos y la corriente

máxima admisible del cable.

I ≤ I ≤ I

I =

=

.= 3.125A ≈ 4A

En este caso tenemos una potencia estimada en el total de la instalación de 600 W y

una corriente de 4 A, la corriente admisible del conductor es de 24 A que corresponde a

una sección de conductor de 2.5 mm2. Se elegido una sección tan grande con respecto a

la corriente consumida porque por normativa nos obliga a colocar esta sección a

dispositivos receptores que sean de fuerza reservando la sección de 1.5 mm2 solo a la

parte de alumbrado.

Guardamotor; Se instalaran tres guardamotores regulados para sacar de servicio a

los diferentes motores cuando sobrepasen la intensidad nominal, en este caso la

intensidad nominal de cada motor es de 3 A. Para cubrir dicha necesidad se van a instalar

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guardamotores con un valor máximo de regulación de corriente de 4 A, es lo mínimo

que nos proporciona la casa distribuidora.

2.2. Conductores

En este apartado no se han realizado ningún tipo de cálculos ya que simplemente nos

tenemos que acoger a la normativa, porque para elementos receptores se instala una

sección de cable de 2.5 mm2 como mínimo. Al observar que la intensidad máxima

admisible del conductor seleccionado era de 24 A y nosotros tenemos un consumo de

corriente en toda la instalación de 3.125 A cumplimos sobradamente para poder utilizar

este conductor sin tener ningún tipo de problema.

2.3. Motores

Los motores han sido seleccionados en función de la potencia ya que en nuestra

instalación no van a tener que realizar un trabajo excesivamente exigente con lo cual se

han seleccionado unos motores monofásicos de 0.183 kW cada uno los cuales nos van a

proporcionar un trabajo aceptable para la función a realizar.

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PLANOS

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PLIEGO DE CONDICIONES

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4. Pliego de condiciones

4.1. Condiciones Generales 4.1.1. Aplicación de las normas

El presente pliego de condiciones pretende establecer y aclarar las condiciones

de la instalación y uso de la máquina, con el fin de obtener el mayor rendimiento

haciendo un buen uso de la misma.

Este proyecto de automatización de una maquina “recuperadora de botellas de

plástico” mediante un autómata programable seguirá una serie de normas vigentes y

exigibles en este tipo de instalaciones. Las normas a seguidas son:

• UNE-EN 60439-1: Conjunto de aparamenta de baja tensión.

• UNE-EN 60073: Principios básicos y de seguridad para interfaces

hombre-máquina, el marcado y la identificación.

• UNE-EN 60204-1: Seguridad en las maquinas. Equipo eléctrico en las

maquinas. Parte 1: Requisitos generales.

• EN 50081: Compatibilidad electromagnética. Norma genéricas de

emisión.

• EN 50082-2: Compatibilidad electromagnética. Normas genéricas de

inmunidad. Parte 2: Entorno industrial.

• CEI 60447: Interfaz hombre maquina: Principio de maniobra.

4.1.2. Desarrollo del proyecto El desarrollo del proyecto depende de entre otras consideraciones de la

interpretación técnica de los documentos que lo comprenden. Y estará al cargo de la

misma el director del proyecto. El contratista estará obligado a recurrir al director del

proyecto con cualquier duda o aclaración que surgiera durante su ejecución.

El contratista se hará responsable de cualquier fallo o mala ejecución del

proyecto motivado por la omisión de la obligación y por lo tanto las modificaciones

pertinentes correrán a cargo del contratista.

4.1.3. Alteraciones y modificaciones El director técnico tiene la facultad de introducir modificaciones de acuerdo con

su propio criterio. Siempre que se cumplan las condiciones técnicas referidas en el

presente proyecto y de forma que no varíe el importe del mismo.

Cualquier modificación, ya sea en concepto de interpretación del proyecto,

cumplimiento de normativa o por ajuste, deberá atenerse a lo indicado y, en cualquier

caso, deberá contar con el consentimiento por escrito del autor del proyecto y/o de la

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dirección. Toda modificación que no cumpla cualquiera de estos requisitos carecerá

de validez.

4.1.4. Inspecciones

La dirección podrá solicitar cualquier tipo de Certificación Técnica de

materiales y/o montajes. Asimismo, podrán realizar todas las revisiones o

inspecciones que consideren oportunas, donde el instalador este realizando trabajos

relacionados a esta instalación. Estas inspecciones pueden ser totales o parciales,

según los dictamine la dirección para cada caso.

4.1.5. Calidades

Cualquier elemento, maquina, material y, en general, todo elemento en el que

pueda ser definible una calidad, esta será la referida en el proyecto, muy bien definida

por su marca comercial o por la correspondiente especificación. Si no estuviera

especifica una calidad, la dirección podrá elegir la que se asemeje en el mercado a un

nivel considerado similar a los demás materiales definidos en el proyecto. En este

caso, el instalador queda obligado, por este pliego de condiciones, a aceptar las

calidades que le indique la dirección.

Todos los elementos principales de los equipos tienen que llevar el nombre, la

dirección del fabricante y el modelo y el número de serie en una placa colocada con

seguridad en un lugar visible. No se aceptara la placa del distribuidor. En los equipos

en los que se requiera placa colocados por la delegación de industria o cualquier otro

organismo oficial, será autoridad expresa del instalador tener la correspondiente

placa y abonar cualquier derecho o tasa exigible al respecto.

Mientras se realiza la instalación, el instalador está obligado a mostrar a la

dirección cuantos materiales o muestras de los mismos sean solicitado. En el caso de

materiales de gran volumen, se facilitara catálogos que reflejen exactamente las

características, terminado y composición de los materiales de que se vayan a utilizar.

4.2. Condiciones Técnicas

4.2.1. Reglamentación de obligado cumplimiento

Con total liberta de las recomendaciones indicadas en los documentos del

proyecto, es de gran importancia para el instalador el cumplimiento de cualquier

reglamentación de obligado cumplimiento que afecte, directa o indirectamente, a su

instalación, bien sea de origen nacional, autonómico, municipal, de compañía o, en

general, de cualquiera que pueda afectar a la correcta puesta en marcha legal y

necesaria para la obtención de las funciones previstas. El concepto de cumplimiento

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de normativa consta no solo al cumplimiento de toda la normativa del propio equipo

o instalación, sino también al cumplimiento de cualquier normativa obligatoria

durante la instalación, funcionamiento y/o rendimiento y/o sistema.

Es por tanto, competencia, obligación y responsabilidad del instalador la

revisión del proyecto antes de mostrar su oferta y, una vez concedido el contrato,

antes de que realice ningún pedido de material, ni que realice ningún montaje. La

segunda revisión del proyecto, a consecuencia del cumplimiento de la normativa, se

necesita tanto por si hubiera habido alguna modificación en la normativa empleada

después de la entrega de la oferta, como si, con motivo de alguna variación

importante sobre el proyecto original, esta pudiera infringir cualquier normativa

aplicable. Si se produce, queda el instalador obligado a explicarlo ante la dirección

técnica. Este mensaje deberá ser realizado por escrito y entregado en mano a la

dirección técnica. Una vez comenzados los trabajos o pedidos los materiales referente

a la instalación contratada, cualquier variación que fuera obligatoria realizar para

cumplimiento de la normativa, ya sea por olvido, descuido o por variación de la

misma, será afrontada con el gasto total al instalador y sin ningún coste para la

propiedad o contratista, reservándose esta los derechos para solicitar daños y

perjuicios en la forma que se considere.

Queda por tanto, el instalador es conocedor por este pliego de condiciones que

no podrá alegar incumplimiento de normativa por identificación de proyecto, ya sea

antes o después de la cesión de su contrato o por órdenes directas de la dirección.

4.2.2. Documentación gráfica

Los planos tienen que reflejar toda la instalación con completo detalle, así como

la situación exacta de diferentes elementos como son huecos, soportes, etc.

Estos planos deben de concordar levemente con lo instalado en la realidad.

Asimismo, al final de la instalación el instalador queda obligado a entregar a la

dirección los planos de la instalación y los de diferentes esquemas de funcionamiento

y conexionado necesarios para que haya una especificación precisa de cómo es la

instalación, tanto en sus componentes vistos, como en sus componentes más ocultos.

La entrega de esta información se considera vital.

4.2.3. Documentación final de obra

Antes de recibir de forma provisional la instalación, cada instalador queda

obligado a entregar todos los informes del proyecto, ya sea legal y/o contractual,

según los documentos del proyecto y conforme a lo aconsejado en este pliego de

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condiciones. Como parte de esta documentación, se incluye todos los informes y

certificados de tipo legal, pedidos por los diferentes organismos oficiales y

compañías suministradoras. En particular, esta documentación describe a lo

siguiente:

Certificados de cada instalación, entregados ante la Delegación del Ministerio

de Industria y Energía. Incorpora licencia de suministro, boletines, etc.

Protocolos de pruebas completos de la instalación (original y copia).

Manual de instrucciones (original y copia), incluyendo fotocopias de catálogo

de características técnicas de funcionamiento, mantenimiento y preservación de

todos los equipos.

Proyecto actualizado (original y copia), incluyendo planos de las instalaciones.

4.2.4. Garantía

Todos los elementos de la instalación, como su montaje y funcionabilidad,

quedaran respaldados por el tiempo marcado por la legislación que está en vigor, a

partir de la recepción provisional y, en ningún caso, esta garantía cesara hasta que

sea realizada la recepción definitiva. Se dejara la opción la dirección determinar ante

un fallo la de maquinaria su posible reparación o el cambio integro de la unidad.

Esta opción se aplica a todos los elementos y materiales que conforman las

instalaciones, siendo estos los especificados, de modo preciso, en los documentos de

proyecto o los documentos semejantes aceptados.

4.3. Condiciones económicas

4.3.1. Liquidación en caso de rescisión

Siempre que se requiera rescindir el contrato por las causas mencionadas en las

condiciones administrativas o bien por acuerdo entre ambas partes se abandonara a

la empresa el proyecto y el material adquirido para su desarrollo.

Cuando se rescinda el contrato llevara implícito la retención de la fianza para

los posibles gastos de conservación en el plazo de garantía y los derivados del

mantenimiento.

4.3.2. Fianza

En el contrato se deberá fijar la fianza que el contratista deberá disponer en

garantía de cumplimiento o se convendrá una retención sobre los pagos realizados a

cargo de instalación realizada. De no estipularse la fianza en el contrato, se entiende

que se adoptara como garantía una retención del 5% sobre el pago a cargo del

contratista.

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4.3.3. Precio de la instalación

El instalador presentara al precisar el contrato, el nexo de los precios de las

unidades de obra y el avance que comprende este proyecto.

En estos precios, se interpretan que incluye la ejecución total de la unidad de la

obra abarcando todos los materiales necesarios para su ejecución (cables, terminales,

etc.), trabajos y emolumentos correspondientes.

4.3.4. Infracciones

Por motivos de retardo en los plazos de entrega se podrán establecer

penalizaciones económicas que tendrán un coste y un retraso fiado en el contrato.

4.4. Condiciones Administrativas

4.4.1. Personal contratado

Las personas que realicen el montaje del proyecto deberán disponer de todo los

permisos necesarios para la ejecución, puesta a punto y puesta en marcha de la

máquina.

4.4.2. Conservación de las obras

La conservación de la maquina será la obligación del contratista, realizando las

inspecciones necesarias para un buen seguimiento de la instalación y su

conservación, hasta la fecha de recepción definitiva por el contratista. Yendo a su

cargo los gastos propios del mantenimiento.

4.4.3. Contrato

El contrato se realizara mediante un documento privado, que podrá elevarse a

escritura pública por petición de una de las dos partes.

La totalidad de los documentos que componen el proyecto técnico incorporados

al contrato y tanto el contratista como el director deberán firmar en testimonio de que

los conocen y los aceptan.

4.4.4. Responsabilidades

El contratista es el responsable de la ejecución de la maquina en las condiciones

establecidas.

4.4.5. Rescisión del contrato

Causas de rescisión; se consideran causas suficientes para la rescisión del

contrato las siguientes:

Primera; muerte o incapacitación del contratista.

Segunda; la quiebra del contratista.

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Tercera; modificaciones del proyecto cuando se produzcan alteraciones

superiores al 10% del valor contratado.

Cuarta; el no comienzo del proyecto en el plazo estipulado.

Quinta; subcontratar la totalidad o parte de la instalación a terceros.

4.5. Condiciones Facultativas

4.5.1. Ejecución de la obra

La realización de la automatización del proyecto se llevara a cabo entre los

meses de septiembre a octubre, del año 2016, ambos inclusive; como se establece en

el contrato firmado por ambas partes.

Cuando el ritmo normal de trabajo establecido por el contratista no sea normal

o bien por petición de alguna de las partes se podrá preparar una programación de

inspecciones obligatorias de acuerdo con el ritmo de la obra.

4.5.2. Recepción de la obra

Una vez finalizada la automatización de la máquina, su instalación y comprobar

su correcto funcionamiento se hace entrega de la maquina al director técnico que la

revisara y la entregara a la empresa; a partir de este día comienza el plazo de garantía.

4.5.3. Plazo de garantía

El plazo de garantía será de 1 mes, comenzara el 1 de noviembre del 2016.

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PRESUPUESTO

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5. Presupuesto

5.1. Capítulo 1. Instalación eléctrica y aparamenta

Referencia Descripción Precio Cantidad Importe

FL106A Armario OrionPlus metal.

400x300x160 mm 115.9 1 115.9

898CARCRA Carril DIN ranurado. 2.06 3 6.18

60.80.77 Canaleta ranurada.

Unex 60x80 en U23X 8.18 5 40.9

GV2ME10 Guardamotor Telemecanique 212.10 3 636.3 A9F74201 Interruptor automático Acti9 ic60N 75.24 1 75.24

A9F84202 Interruptor general automático

Acti9 ic60H 97.30 1 97.30

A9R71225 Interruptor diferencial Acti9 iID

clase AC 136.40 1 136.40

A9C2063 Contactor CT 99.40 5 497 UKH-046 Bornes de conexión para carril DIN 0.58 26 15.08

P-SUN5P Cable flexible de 0.6/1kV libre de

halógenos (Negro, azul, verde-amarrillo) 2.5mm2

0.40 35 14

1660103 Cable flexible GeneralCable

EXZHELLENT XXI 500V 0.5mm2 0.31 5 1.55

Total capítulo 1…..1635.85 €

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5.2. Capítulo 2: Instalación de automatización

Referencia Descripción Precio Cantidad Importe

- Simatic S7-1200 CPU 1214C

AC/DC/Rly. Model: 6ES7214-1BG31-0XB0

568.10 1 568.10

- Actuador eléctrico con vástago, SMC, LEY 25RAA-250-R36P1

244.50 1 244.50

- Controlador del servomotor, SMC,

LECA 6N (NPN) 420.60 1 420.60

- Motorreductor helicoidal sinfín-

corona, MOTOX 455.20 3 1365.60

- Celda de carga + Celda de carga falsa, LAUMAS, FCK (5-10 Kg)

295 2 590

- Transmisor, TLB, LAUMAS 305.20 1 305.20

- Pantalla Siemens, TP700 Confort,

6AV2124-0GC01 1056.33 1 1056.33

- Detector fotoeléctrico Osiris 330.70 1 330.70

- Cámara Basler, aCA 1300-200uc

serie as 180 1 180

- Duplicador RJ45 (1 macho – 2

hembras) 8.84 1 8.84

- Cable de red RJ45 1.67 3 5.01

Total Capítulo 2:……..5074.88 €

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5.3. Capítulo 3: Desarrollo del proyecto

Descripción Importe

Ingeniero en practicas 5.68 €/hora Duración del proyecto (2mese) 352 hora

Total Capítulo 3:…….1999.36 €

5.4. Resumen del Presupuesto

Descripción Importe

Capítulo 1: Instalación eléctrica y aparamenta 1635.85 € Capítulo 2: Instalación de automatización 5074.88 €

Capítulo 3: Desarrollo del Proyecto 1999.36 €

Presupuesto de ejecución 8710.09 € Gastos Generales (15%) 1306.51 €

Presupuesto Total de Ejecución 10016.60 €

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Referencias

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6. Referencias

http://visionartificial.fpcat.cat/wp-content/uploads/Conocimientos.pdf

http://www.baslerweb.com/de/produkte/kameras/flaechenkameras/ace/aca1300-200uc

https://www.smc.eu/smc/ProductsRepository/LEY/catalogues/LEY_cat_es.pdf

http://industria.siemens.com.mx/Motores/Docs/Motores%20NNM.pdf

http://www.lovatoelectric.es/HandlerDoc.ashx?s=15+-+Contactores+modulares_01_14.pdf&ic=174

file:///C:/Users/Usuario/Downloads/Load_cells_Mounting_Kits_catalog_ES.pdf

file:///C:/Users/Usuario/Downloads/Electronic_instrumentation_condensed_catalog_ES

http://www.ifm.com/products/es/ds/OH5002.htm

http://fidestec.com/blog/sensores-fotoelectricos-industriales-fotocelulas/

http://www.camprodon.biz/productos/transportador-de-banda-tipo-c60-45r-estandar-cargas-medias.html

http://w5.siemens.com/spain/web/es/industry/drive_tech/Documents/Catalogo%20Motorreductores.pdf

http://www.tritotutto.com/es/trituradora-con-granul ador-en-linea-modelos-tritotutto-combi

http://www.automation.siemens.com/salesmaterial-as/catalog/es/simatic-st80-stpc-chap04-spanish-2015.pdf

http://www.ni.com/pdf/labview101/us/gprogramming_explanation.pdf

http://www.gte.us.es/ASIGN/IE_4T/Programacion%20en%20labview.pdf

http://www.infoplc.net/files/documentacion/seguridad_normativa/infoPLC_net_NORMATIVA_CUADROS_ELECTRICOS.pdf

http://www.celing.net/catalogos/catalogoschneiderinterruptores.pdf

http://www.schneider-electric.com.pe/documents/local/list_de_precio_2015.pdf

http://www.conycal.com/PDF/SASSIN/DIFERENCIALES%20AUTOMATICOS.pdf