Automatización de un proceso industrial mediante autómatas

TRABAJO FINAL DE GRADO ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR DE ALCOY GRADO DE INGENIERIA ELÉCTRICA AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO INDUSTRIAL MEDIANTE AUTÓMATAS AUTORA: MARIA CRUZ, PACHECO TEJUELO TUTOR: JORGE, REIG BORONAT SEPTIEMBRE 2015 Contenido 1. Antecedentes y objeto del proyecto. ........................................................................................ 5 1.1 Antecedentes previos sobre el método RYB de mezclado de colores. .................................. 5 2. Destinatario. .............................................................................................................................. 6 3. Situación y emplazamiento. ...................................................................................................... 6 4. Descripción y especificaciones de la instalación. ...................................................................... 7 4.1 Descripción del sistema. ...................................................................................................... 7 4.2 Partes funcionales de la instalación. ................................................................................... 9 4.3 Equipos a instalar. ............................................................................................................. 11 4.4 Funcionamiento del sistema. ............................................................................................ 12 5. Valoración de las soluciones propuestas y justificación de la solución adoptada. ................ 14 6. Selección y descripción de los equipos y elementos que forman parte de la instalación. ..... 15 6.1 Características generales del PLC y Módulos adicionales. ................................................ 15 6.2 Características de los módulos de Comunicación. ............................................................ 18 6.3 Características de los Variadores de Frecuencia. .............................................................. 21 6.3.1 Introducción al funcionamiento de los Variadores. ................................................... 21 6.3.2 Variador de Frecuencia SINAMICS G 120 ................................................................... 22 6.4 Características Pantalla Táctil. ........................................................................................... 23 6.5 Características dispositivos de Control y Sensores. .......................................................... 24 6.6 Características de los dispositivos de Protección. ............................................................. 27 6.7 Características de los dispositivos seguridad. ................................................................... 28 6.8 Características del cuadro eléctrico. ................................................................................. 29 6.9 Dispositivos programables instalados en el cuadro y referencias. ................................... 32 7. Normativa y especificaciones del sistema. ............................................................................. 33 7.1 Programación. ................................................................................................................... 33 7.1.1 Software. .................................................................................................................... 33 7.1.2 Cables de Comunicación PLC/PC. ............................................................................... 34 7.1.3 Transferencia del programa al PLC. ............................................................................ 35 7.1.4 Comunicación entre PLCs/Equipos periféricos. ........................................................ 37 7.1.5 Cables de Comunicación entre PLC’s/equipos periféricos. ....................................... 38 7.2 Instalación y montaje del armario eléctrico................................................................ 38 7.2.1 Placa de montaje, carril DIN normalizado y mecanizado de armario y puerta. ......... 38 7.2.2 Montaje PLC y otros elementos en el armario. .......................................................... 39 7.2.3 Espacio necesario para montar la CPU....................................................................... 40 7.3 Cableado del cuadro y de la instalación. Normativa correspondiente. ............................ 41 7.3.1 Puesta en marcha de las instalaciones. ...................................................................... 41 7.3.2 Reglas de puesta a tierra de las masas .ITC-BT-18 ..................................................... 44 7.3.3 Reglas para la instalación con corriente continua. (DC)............................................. 45 7.3.4 Reglas para la instalación con corriente alterna. (AC). .............................................. 49 7.3.5 Conductores apropiados. ........................................................................................... 50 8. Programación de los diferentes bloques del sistema. PLC Y HMI. .......................................... 50 8.1 Tabla de E/S y variables del proceso. ................................................................................ 50 8.2 Configuración del HW del PLC. .......................................................................................... 53 8.3 Bloques de Programa. ....................................................................................................... 57 8.4 Alarmas. ............................................................................................................................. 86 8.5 Configuración de las Comunicaciones. .............................................................................. 87 8.6 Pantallas de navegación, diagnóstico y proceso. .............................................................. 91 9. Presupuesto............................................................................................................................. 97 9.1 Introducción. ..................................................................................................................... 97 9.2 Software y hardaware. ...................................................................................................... 97 9.3 Material eléctrico. ............................................................................................................. 98 9.4 Armario eléctrico. .............................................................................................................. 99 9.5 Programación y puesta en marcha. ................................................................................ 100 9.6 Presupuesto total. ........................................................................................................... 100 10. Planos y Esquemas eléctricos. ............................................................................................. 102 10.0 Situación y emplazamiento. .......................................................................................... 102 10.1 Esquema de Potencia. ................................................................................................... 102 10.2 Esquema eléctrico detectores inductivos. .................................................................... 102 10.3 Esquema eléctrico aparatos de mando. ........................................................................ 102 10.4 Esquema eléctrico dispositivos analógicos. .................................................................. 102 10.5 Esquema eléctrico preactuadores. ............................................................................... 102 10.6 Esquema eléctrico pilotos de señalización. ................................................................... 102 10.7 Esquema eléctrico autómata. ....................................................................................... 102 10.8 Esquema eléctrico conexión HMI. ................................................................................. 102 4 5 1. Antecedentes y objeto del proyecto. El proyecto propuesto se basa en la necesidad de la automatización del proceso de mezclado para una fábrica de pintura, en la que se podrá obtener cualquier color partiendo de los tres colores primarios (cian, magenta y amarillo). Para ello se parte de la existencia de unos depósitos reguladores que aseguran una reserva suficiente de los colores primarios, para posteriormente proporcionar el suministro de pintura. Todo este sistema ha de ser estudiado para que trabaje de forma autónoma y eficaz, mediante la instalación equipos de dialogo “Hombre – Máquina”, sensórica que permita un control y vigilancia continua, así como facilitar el trabajo al personal de mantenimiento. Además de obtener un ahorro energético considerable. El presente proyecto incluirá todos los datos necesarios para la puesta en marcha real de la fábrica. Esto significa: • Esquemas, planos y documentos necesarios para la realización mecánica. • Software a implantar para que los autómatas puedan realizar su tarea. • Presupuestos para saber el alcance económico del proyecto. 1.1 Antecedentes previos sobre el método RYB de mezclado de colores. Historia La idea de la mezcla de colores existe desde la antigua Grecia; sin embargo, la teoría de la existencia de colores primarios y sus derivados, fue desarrollada por Isaac Newton y publicada en su libro Opticks de 1704. Newton planteaba que existían 7 colores básicos en la luz, dándole total relevancia a los tonos que más resaltaban en el espectro de un prisma, lo cual idealizaba el modelo sin tener en cuenta que en el fenómeno de la dispersión de la luz existe una gradación tonal, correspondiente a una distribución uniforme de rangos de frecuencia. Posteriormente, la Escuela Francesa de pintura en el siglo XVIII, apoyada en el modelo descrito por Johann Wolfgang von Goethe en su libro Teoría de los colores de 1810, creó el Modelo RYB (Red, Yellow, Blue). Tras el desarrollo del impresionismo en el siglo XIX, las investigaciones sobre la naturaleza ondulatoria de la luz y la percepción visual humana, estudiados durante los siglos XIX y XX, se encontraron las pistas para determinar con mayor precisión un grupo más cercano al ideal de colores primarios, encontrando que en la mezcla sustractiva el azul y el rojo son aproximaciones bastante imprecisas, puesto que éstos pueden obtenerse a través de la mezcla de varios tintes. De esta manera, el cian se determinó como un mejor sustituto para el azul, y el magenta reemplazó al rojo, dando origen al modelo de síntesis sustractiva de color actual, la cual reemplaza al modelo RYB. El cual se sigue aprovechando para todas las técnicas que exijan 6 representación de color, entre las cuales figuran la televisión, la fotografía, la impresión, y en general, la industria de las artes gráficas. Proporciones La realización del presente proyecto está basado en la siguiente imagen que muestra las proporciones exactas en la mezcla de colores. Nuestra proceso realizará la obtención de la gama correspondiente a la realizada con los tres colores: cian, magenta y amarillo Estas cantidades son las que se han introducido en la memoria del PLC. 2. Destinatario. El presente proyecto está destinado a la fábrica de pinturas “PINTURAS ALICANTE” S.L. para la posterior automatización de su planta. 3. Situación y emplazamiento. La planta está situada en la avenida Lorenzo Carbonell 32-34 con código postal 03007, Alicante. Apartado planos: Plano 0. 7 4. Descripción y especificaciones de la instalación. 4.1 Descripción del sistema. Se pretende realizar un automatismo de una máquina mezcladora de pintura, que permita efectuar el llenado y la mezcla de botes de pintura de 3 tamaños diferentes, seleccionando pintura de cualquier color desde una pantalla HMI. Mediante la mezcla de 3 pinturas de colores primarios. Con 2 modos de funcionamiento manual y auto. Para ello se dispone de una instalación tal como la representada en las figuras 3 y 4. Fig. 3. Esquema de proceso 8 Fig. 4. Panel de mando. El operario dispondrá de un dispositivo HMI en el que podrá seleccionar el color y el tamaño que se desee producir en ese momento (1, 3 o 5L), pudiendo también crear recetas nuevas escogiendo la cantidad de color de cada tanque, el tiempo de mezclado y su velocidad. Todo estará controlado por el PLC Siemens S7-1214 DC/AC/RLY. Una vez dada la orden, se abastecerá la línea con botes vacíos que irán pasando por debajo de los tanques con los colores primarios. Cuando el sensor inductivo situado debajo de cada electroválvula detecte, se parará la cinta y se empezará a verter pintura hasta que la báscula analógica indique que se ha llegado a la cantidad deseada para la mezcla, cerrando la electroválvula y activando la cinta de nuevo. Si el color escogido por el operario no precisa de ese primario, la cinta no se detendrá. La cantidad de pintura vertida dependerá del color y tamaño deseado, siendo ésta calculada por el medidor de peso analógico. 9 Una vez se haya llenado el bote con las cantidades necesarias, pasará al proceso de mezclado, gobernado por un variador de frecuencia Sinamics G120 que controlará las distintas velocidades y tiempos según el tamaño. A mayor tamaño de bote, mayor tiempo y velocidad de mezclado. Desde el dispositivo HMI se podrá visualizar en todo momento el proceso en tiempo real. También dispondrá de una pantalla de alarmas, la cual nos informará sobre el nivel de los tanques de pintura, a través de sonares analógicos, avisándonos cuando el nivel de éstos sea bajo. La pantalla de producción nos indicará la cantidad de botes de pintura realizados, su tamaño y su color. También se creará una aplicación móvil en la que el operario encargado del mantenimiento pueda abrir y cerrar las electroválvulas de los tanques desde su smartphone para proceder a su limpieza sin necesidad de tocar el cuadro principal. Tanto el PLC como la pantalla y el variador estarán comunicados mediante Ethernet. 4.2 Partes funcionales de la instalación. • Se dispone de tres tanques de pintura de 5000 l para cada color primario situadas sobre la cinta transportadora, con una electroválvula para el llenado y un medidor de nivel analógico para conocer en todo momento la cantidad de pintura que contiene:  El primer depósito lleva incorporado un sensor de nivel tipo sonar en el interior, cuyo transmisor envía una señal analógica entre 0 y 10 V proporcional al volumen contenido en el depósito (0-5000 litros), para el control del nivel de pintura cian. También dispone de una electroválvula NC 2/2 monoestable V1 que permite realizar el llenado de pintura color cian.  El segundo depósito lleva incorporado un sensor de nivel tipo sonar en el interior, cuyo transmisor envía una señal analógica entre 0 y 10 V proporcional al volumen contenido en el depósito (0-5000 litros), para el control del nivel de pintura magenta. También dispone de una electroválvula NC 2/2 monoestable V1 que permite realizar el llenado de pintura color magenta.  El tercer depósito lleva incorporado un sensor de nivel tipo sonar en el interior, cuyo transmisor envía una señal analógica entre 0 y 10 V proporcional al volumen contenido en el depósito (0-5000 litros), para el control del nivel de pintura amarilla. También dispone de una electroválvula NC 2/2 monoestable V1 que permite realizar el llenado de pintura color amarillo. • Una cinta transportadora para desplazar los botes de pintura, accionada directamente por un motor trifásico ~ de 400/230V, 1 CV, 1,27 A, a través de un contactor tripolar. La cinta incorpora 5 sensores inductivos (24 V cc, PNP): 1 sensor inductivo en el tanque de cian. 1 sensor inductivo en el tanque de magenta. 1 sensor inductivo en el tanque de amarillo. 1 sensor inductivo en el mezclador. 1 sensor inductivo al final de la cinta de fin de proceso. 16 Datos técnicos CPU con alimentación en corriente alterna a 230 V y fuente de alimentación propia. Tiene integradas 14 entradas digitales, 2 entradas analógicas a tensión, y 10 salidas digitales a relé. Fuente de alimentación 120/240V AC con DI 14 x 24V DC SINK/SOURCE, DQ 10 x relé y AI2 integradas; 6 contadores rápidos y 4 salidas de impulso integradas; Signal Board amplía I/O integradas; hasta 3 módulos de comunicación para comunicación serie; hasta 8 módulos de señales para ampliación I/O; 0,04ms/1000 instrucciones; conexión PROFINET para programación, HMI y comunicación PLC-PLC. 17 Módulos adicionales: -Módulo SM1221 DC (16 DI), (221 1BH30-0XB0). De 16 entradas: Módulo de entradas digitales DI16 x 24V DC SINK/SOURCE; retardo a la entrada parametrizable; bloques de bornes enchufables. -Modulo SM1222 RLY (16 DO), (22 1HH30-0XB0). De 16 salidas a relé: Módulo de salidas digitales DQ16 x relé; bloques de bornes enchufables. -Signal board analógica SB1232 AQ, (232 4HA30-0XB0) De una salida: Signal board AQ1 x 12 bits; bloques de bornes enchufables; salida: +/-10V y 0..20mA; diagnóstico parametrizable; valor sustitutivo parametrizable para la salida. 18 Datos técnicos 6.2 Características de los módulos de Comunicación. La comunicación se va a realizar por protocolo Profinet, y se va a utilizar un switch para interconectar los diferentes elementos, tendrá las siguientes características: -CSM 1277, (6GK7 277-1AA00-0AA0): Módulo switch compacto CSM 1277, conecta SIMATIC S7-1200 y hasta 3 dispositivos adicionales con Industrial Ethernet, switch 10/100 Mbits/s unmanaged, 4 puertos RJ45, alimentación de tensión externa DC 24 V, LED de diagnóstico. 19 El equipo CSM 1277 permite construir a bajo coste redes Industrial Ethernet con topología en línea y estrella con funcionalidad de conmutación (Switching). 20 Datos técnicos La cantidad de Switches conectados influye en el tiempo de paso de los telegramas. Cuando un telegrama pasa por el CSM 1277, es retardado por la función Store&Forward del Switch. - Para una longitud del telegrama de 64 Byte, el retraso es de unos 8μs (con 100 Mbit/s) - Para una longitud del telegrama de 1500 Byte, el retraso es de unos 125μs (con 100 Mbit/s) Esto significa que cuantos más Switches CSM 1277 se atraviesen, más largo será el tiempo de paso de los telegramas. 21 6.3 Características de los Variadores de Frecuencia. 6.3.1 Introducción al funcionamiento de los Variadores. Los variadores de velocidad son dispositivos electrónicos que permiten variar la velocidad y el par de los motores asincrónicos trifásicos, convirtiendo las magnitudes fijas de frecuencia y tensión de red en magnitudes variables. Se utilizan estos equipos cuando las necesidades de la aplicación sean: − Dominio de par y la velocidad. − Regulación sin golpes mecánicos. − Movimientos complejos. − Mecánica delicada Los arrancadores y variadores electrónicos eliminan los inconvenientes que surgen en el arranque de motores asíncronos, tales como: − El pico de corriente en el arranque que puede perturbar el funcionamiento de otros aparatos conectados a la red. − Las sacudidas mecánicas que se producen durante los arranques y las paradas pueden ser inaceptables para la máquina así como para la seguridad y comodidad de los usuarios. − Funcionamiento a velocidad constante. FUNCIONES PRINCIPALES Aceleración controlada La aceleración del motor se controla mediante una rampa de aceleración lineal. Generalmente, esta rampa es controlable y permite por tanto elegir el tiempo de aceleración adecuado para la aplicación. Variación de velocidad La velocidad del motor se define mediante un valor de entrada (tensión o corriente) llamado consigna o referencia. Para un valor dado de la consigna, esta velocidad puede variar en función de las perturbaciones (variaciones de la tensión de alimentación, de la carga, de la temperatura). El margen de velocidad se expresa en función de la velocidad nominal. 22 6.3.2 Variador de Frecuencia SINAMICS G 120 Modularidad SINAMICS G120 consta de diferentes unidades funcionales: Control Unit (CU) Power Module (PM) Sinamics IOP (INTELLIGENT OPERATOR PANEL)  Módulo de control, CU250S-2 PN Vector, (6SL3246-0BA22-1FA0) versión de firmware 4.7. Tipo Control Unit: CU250S-2 PN Vector. Sistemas bus: PROFINET. Entradas analógicas: 2. Salidas analógicas: 2. Salidas de relé: 3. Entradas digitales: 11. Salidas digitales: 0. Otras entradas/salidas: 4 DI/DO. Funciones Safety: STO, SBC, SS1, SLS, SDI, SSM. Grado protección: IP20. -Módulo de potencia, PM240-2 IP20, (6SL3210-1PB13-8ULx). Tipo Power Module:  PM240-2 IP20 FSA U 1/3 AC 200 0,75 kW.  Rango tensión: 200 – 240 V. 23  Potencia (HO) potencia sobrecarga alta: 0,55KW CON 200% 3s, 150% 57s, 100% 240s, Temperatura ambiente de -10 a +50 oC.  Potencia (LO) potencia sobrecarga baja: 0,75KW CON 150% 3s, 110% 57s, 100% 240s, Temperatura ambiente de -10 a +40 oC.  Realimentación energía: no.  Posibles métodos frenado: freno mantenido motor, frenado corriente continua, frenado combinado, frenado reostático. Presenta un chopper de freno integrado y está concebido para accionamientos sin realimentación de energía a la red. La energía que se recupera se transformará en calor a través de resistencias de frenado conectadas externamente.  Grado protección: IP20. El Power Module PM240 alimenta el motor en una gama de 0,37kW a 132kW. Herramienta de puesta en marcha STARTER La herramienta STARTER facilita la puesta en marcha y el mantenimiento de SINAMICS G120. Ofrece una guía del operador para una puesta en marcha rápida y sencilla, combinada con amplias funciones fáciles de usar para la solución de accionamiento. Comunicaciones Capacidad de comunicación a través de PROFINET o PROFIBUS con perfil 4.0 PROFIdrive. -Reducción de interfaces. -Ingeniería cubriendo toda la planta. -Manejo fácil. 6.4 Características Pantalla Táctil. Pantalla táctil Simatic KTP1000 Basic color PN, (6AV6 647-0AF11-3AX0), versión 12.0.0.0, características:  Pantalla de 10.4'' TFT, 640 x 480 pixeles, Colores 256; Manejo táctil o con teclado, 8 teclas de función; 1 x PROFINET. 24 Están disponibles en 2 versiones: KTP1000 Basic color DP para conexiones tipo MPI/PROFIBUS/DP, y los KTP1000 Basic color PN para interface Ethernet. Estos dispositivos pueden ser configurados utilizando WinCC Basic (TIA Portal) o mediante WinCC Flexible Compact. 6.5 Características dispositivos de Control y Sensores. Sensores inductivos: para la detección de la presencia del bote de pintura. Modelo: Baumer IFRM 08P17A1/S35L. Protección contra rotura del cable (tensión), alta resistencia mecánica y ante vibraciones. 25 Datos Técnicos:  Protección contra cortocircuitos y polaridad invertida y proporciona una indicación LED de indicación de encendido y apagado.  Corriente de Conmutación 200 mA  Dimensiones 46 x 8 mm  Frecuencia de Conmutación <5 kHz  Longitud 46mm  Material de la Carcasa Acero inoxidable  Protección contra cortocircuitos/sobrecargas Sí  Protección de Polaridad Inversa Sí  Rango de Detección 2 mm  Tamaño de Rosca M8 x 1  Temperatura de Funcionamiento Máxima +75°C  Temperatura de Funcionamiento Mínima -25°C  Tensión DC Máxima 30V  Tensión de Alimentación 10 → 30 Vdc  Tipo de Cuerpo Cilíndrico  Tipo de Montaje Enrasado  Tipo de Salida PNP  Tipo de Terminal Conector M8  Índice de Protección IP IP67 Electroválvula: para controlar la salida de la pintura en cada tanque. Modelo: ASCO serie 210. Datos Técnicos: Presión diferencial: 0,2-10 bar Tiempo de respuesta: 295-560 ms Rango de Temperatura: 0 a +85o Alimentación a 24V Consumo 10.5 W 32 Variador: 6.9 Dispositivos programables instalados en el cuadro y referencias. 33 Direcciones físicas cableadas: 7. Normativa y especificaciones del sistema. 7.1 Programación. 7.1.1 Software. Utilizaremos para la programación de los PLCs, de la pantalla HMI y del variador de velocidad el software de Siemens TIA PORTAL, con los complementos:  Totally Integrated Automation Portal. Versión V13 SP1.  SINAMICS Startdrive. Versión V13 SP1.  STEP 7 Professional. Versión V13 SP1.  WinCC Advanced. Versión V13 SP1. Una de las ventajas de TIA Portal es que nos permite configurar o programar controladores lógicos programables PLCs, interfaces HMI, desarrollar sistemas de supervisión de adquisición y datos, o sistemas de distribución. Su principal utilidad radica en su viabilidad, puesto que permite integrar distintas aplicaciones de software industrial para procesos de producción en un mismo interfaz, facilitando la interconexión y la operación, sin una variedad amplia de sistemas de diferentes orígenes. Por lo tanto será el único software que necesitaremos tanto como para programar el PLC, la pantalla, o la configuración del variador. 34 7.1.2 Cables de Comunicación PLC/PC. Para la comunicación entre PLC y PC hemos utilizado cable Ethernet de Categoría 5, a través del protocolo Profinet. PROFINET ofrece una capacidad de I/O distribuida que es similar a PROFIBUS pero ofrece más flexibilidad, más poder, más oportunidades y por lo tanto tiene una mayor automatización potencial. Porque se basa en Ethernet, PROFINET facilita la integración de las operaciones. PROFINET incluso puede integrarse fácilmente a las redes existentes de bus de campo para ayudar a proteger las inversiones existentes como plantas migran hacia un futuro de Ethernet. Las características técnicas de este cableado son: - Conector RJ45 según estándar IEC 60603-7-3. - Protección IP65/67. - Conector Push Pull. - AWG 22 a 24 sólido o multifilar con apantallamiento. 35 Secuencia de cableado: 7.1.3 Transferencia del programa al PLC. La transferencia del programa realizado en cada uno de los PLC´s la realizaremos como el resto de comunicación por cable de Ethernet (Profinet). 36 La conexión la podremos realizar a través de un Switch o un Hub. Para ello es importante que nuestro equipo y el PLC en cuestión estén en la misma red o subred. Además, podemos realizar el conexionado a través de un Switch que cuelga de un router. Para ello nos aseguramos que nuestro PC está en asignación de IP dinámica, y que la IP asignada al PLC esté dentro de las asignadas por el router (según configuración del mismo), una vez tengamos esto podemos comenzar el proceso de transferencia: a) Situamos el puntero del ratón sobre el PLC y con este seleccionado pulsamos en cargar: 37 b) El siguiente paso es configurar la pantalla que nos sale, para localizar y cargar en el autómata deseado, y que no haya errores, para ello tenemos lo función parpadeo, para asegurarnos antes de cargar de que es el autómata correcto, y no otro. Una vez realicemos el volcado del programa, ya podemos comprobar el funcionamiento. 7.1.4 Comunicación entre PLCs/Equipos periféricos. La comunicación entre PLC’s será por PROFINET y se realizará como se ha indicado asegurándose de que todos los dispositivos están en la misma red. Es decir que la IP de un equipo sea visible con el otro. También la de los PLC’s con la pantalla HMI, será por PROFINET, y respetando los mismos requerimientos que el caso anterior. Y con el variador G-120 SINAMIC, se hará de la misma manera, es importantísimo en todos los casos, que la dirección este en la misma red, pero que no se repita ninguna dirección. 38 La configuración en la vista topológica quedaría de la siguiente manera: 7.1.5 Cables de Comunicación entre PLC’s/equipos periféricos. El cable de comunicación entre los PLC’s, la pantalla HMI, con la propia red y con el variador G120, será exactamente igual que el de comunicación entre PC y PLC, de protocolo Ethernet de 4 pares y con las especificaciones: - Conector RJ45 según estándar IEC 60603-7-3. - Protección IP65/67 Conector. PushPull. - AWG 22 a 24 sólido o multifilar con apantallamiento. 7.2 Instalación y montaje del armario eléctrico. 7.2.1 Placa de montaje, carril DIN normalizado y mecanizado de armario y puerta. -Placa de montaje del armario será: Construida: en acero galvanizado. Dimensiones: 1000×500×3 mm Fijada: al cuadro mediante tornillería de 8 mm. -Carril DIN: Modelo TS, de 35 mm de anchura, y fijado a la placa de montaje mediante tornillos del tipo “roscachapa”. 39 -Mecanizado del cuadro: Las operaciones de mecanizado consisten en dotar al cuadro de los orificios superiores e inferiores para la entrada y salida de cables, orificios laterales y frontales para la instalación de interruptores de mando y protección, pilotos luminosos, instrumentos de medida y otros elementos sobre la puerta, así como fijar sobre el fondo del cuadro los distintos elementos para el montaje de la aparamenta y guiado del cableado. Los mecanizados del cuadro se harán con coronas para los prensaestopas y los pulsadores. Mecanizado de las puertas: vendrá realizado con bisagras y aislantes en la juntas de cierre, colocados ya por el fabricante. 7.2.2 Montaje PLC y otros elementos en el armario. Los equipos S7-1200 son fáciles de montar. El S7-1200 puede montarse en un panel o en un raíl DIN, bien sea horizontal o verticalmente. El tamaño pequeño del S7-1200 permite ahorrar espacio. Como regla general para la disposición de los dispositivos del sistema, los aparatos que generan altas tensiones e interferencias deben mantenerse siempre alejados de los equipos de baja tensión y de tipo lógico, tales como el S7-1200. Al configurar la disposición del S7-1200 en el panel, se deben tener en cuenta los aparatos que generan calor y disponer los equipos electrónicos en las zonas más frías del armario eléctrico. Si se reduce la exposición a entornos de alta temperatura, aumentará la vida útil de cualquier dispositivo electrónico. También se debe considerar la ruta del cableado de los dispositivos montados en el panel. Evite tender las líneas de señales de baja tensión y los cables de comunicación en un mismo canal junto con los cables AC y DC de alta energía y conmutación rápida. Hay instalados tres carriles DIN sobre la placa del armario:  En el carril superior tenemos instalados los elementos de corte y protección.  En el carril de en medio tenemos instalada la fuente de alimentación para el PLC, el PLC 1200 con sus respectivos módulos.  En el carril inferior tenemos instalados los borneros, tanto de potencia como de mando. 40  En la puerta hay instalados botones de marcha y reset, pulsadores de paro y emergencia, el selector de modo automático y modo manual y 2 lámparas de habilitación y avería, además de la pantalla HMI. 7.2.3 Espacio necesario para montar la CPU. La refrigeración de los dispositivos S7-1200 se realiza por convección natural. Para la refrigeración correcta es preciso dejar un espacio mínimo de 25 mm por encima y por debajo de los dispositivos. Asimismo, se deben prever como mínimo 25 mm de profundidad entre el frente de los módulos y el interior de la carcasa. Al planificar la disposición del sistema S7-1200, se ha de preveer espacio suficiente para el cableado y la conexión de los cables de comunicación. 41 7.3 Cableado del cuadro y de la instalación. Normativa correspondiente. 7.3.1 Puesta en marcha de las instalaciones. El artículo 18 del reglamento electrotécnico de baja tensión , RBT, indica: Artículo 18. Ejecución y puesta en servicio de las instalaciones. 1. Según lo establecido en el artículo 12.3 de la Ley 21/1992, de Industria, la puesta en servicio y utilización de las instalaciones eléctricas se condiciona al siguiente procedimiento: a) Deberá elaborarse, previamente a la ejecución, una documentación técnica que defina las características de la instalación y que, en función de sus características, según determine la correspondiente ITC, revestirá la forma de proyecto o memoria técnica. b) La instalación deberá verificarse por el instalador, con la supervisión del director de obra en su caso, a fin de comprobar la correcta ejecución y funcionamiento seguro de la misma. c) Asimismo, cuando así se determine en la correspondiente ITC, la instalación deberá ser objeto de una inspección inicial, por un organismo de control. d) A la terminación de la instalación y realizadas las verificaciones pertinentes y, en su caso, la inspección inicial, el instalador autorizado ejecutor de la instalación, emitirá un certificado de instalación, en el que se hará constar que la misma se ha realizado de conformidad con lo establecido en el Reglamento y sus instrucciones técnicas complementarias y de acuerdo con la documentación técnica. En su caso, identificará y justificará las variaciones que en la ejecución se hayan producido con relación a lo previsto en dicha documentación. e) El certificado, junto con la documentación técnica y, en su caso, el certificado de dirección de obra y el de inspección inicial, deberá depositarse ante el órgano competente de la Comunidad Autónoma, con objeto de registrar la referida instalación, recibiendo las copias diligenciadas necesarias para la constancia de cada interesado y solicitud de suministro de energía. Las Administraciones competentes deberán facilitar que éstas documentaciones puedan ser presentadas y registradas por procedimientos informáticos o telemáticos. 2. Las instalaciones eléctricas deberán ser realizadas únicamente por instaladores autorizados. 3. La empresa suministradora no podrá conectar la instalación receptora a la red de distribución si no se le entrega la copia correspondiente del certificado de instalación debidamente diligenciado por el Órgano competente de la Comunidad Autónoma. 4. No obstante lo indicado en el apartado precedente, cuando existan circunstancias objetivas por las cuales sea preciso contar con suministro de energía eléctrica antes de poder culminar la tramitación administrativa de las instalaciones, dichas circunstancias, debidamente justificadas y acompañadas de las garantías para el mantenimiento de la seguridad de las personas y bienes 48 49 7.3.4 Reglas para la instalación con corriente alterna. (AC). En el caso de la corriente alterna, se considera de baja tensión cuando es menor o igual a 1000 Voltios y el reglamento nos indica que tenemos que hacer: Nuestra tensión de trabajo estará en dos rangos, que serán 230 Voltios en monofásico y 400 en trifásico. Y cumpliremos lo siguiente: Las ITC-BT de la 19 a la 24 para instalaciones interiores o receptoras, cada una se refiere a: ITC-BT-19 Instalaciones interiores o receptoras. Prescripciones generales. ITC-BT-20 Instalaciones interiores o receptoras. Sistemas de instalación. ITC-BT-21 Instalaciones interiores o receptoras. Tubos y canales protectoras. ITC-BT-22 Instalaciones interiores o receptoras. Protección contra sobreintensidades. 50 ITC-BT-23 Instalaciones interiores o receptoras. Protección contra sobretensiones. ITC-BT-24 Instalaciones interiores o receptoras. Protección contra los contactos directos e indirectos 7.3.5 Conductores apropiados. Son los encargados de dirigir la corriente a todos los componentes de la instalación eléctrica. Para la fuerza serán cables de 1.5 mm2 de sección, siendo las fases de color negro, marrón o gris, y el neutro azul. Para la maniobra de 24V serán de 0.5 mm2 azules, y para la de 230V rojos de 0.75mm2. Todos estarán numerados para facilitar su posterior identificación. 8. Programación de los diferentes bloques del sistema. PLC Y HMI. 8.1 Tabla de E/S y variables del proceso. Autómata 1214 AC/DC/RLY, 214 1BG40-0X0B 51 52 53 8.2 Configuración del HW del PLC. Para configurar el hardware, lo primero que hacemos es abrir un programa nuevo en Tia Portal, y en el árbol que tenemos en la derecha, pulsamos en agregar dispositivo, se nos abre una pantalla en la que elegiremos que tipo de dispositivo necesitamos, en primer lugar agregamos los autómatas que se van a utilizar: 54 A continuación agregamos la pantalla HMI y el accionamiento que hace referencia al variador G120: Una vez creados pulsaremos en el árbol de la derecha y dentro del dispositivo en cuestión, en configuración de dispositivos, en esta parte debemos añadir todos los módulos que tiene conectados el autómata, tanto de entradas y salidas como de potencia si los tiene. Empezamos por el S7-1214 AC/DC/RLY, añadiendo los módulos de 16 entradas y 16 salidas, y la signal board de 1 AQ. Para ello en la pantalla de la derecha buscamos la referencia de cada uno y lo arrastramos al slot correspondiente: 55 Una vez tenemos todo el hardware seleccionado en el programa, en la misma pantalla de configuración de dispositivos, en la pantalla inferior, en propiedades, es donde seleccionamos la configuración que necesitamos para trabajar. Seleccionando puntos como:  La dirección IP que va a tener el dispositivo. 56  Activar las marcas de sistema.  También pondremos una dirección más cómoda a los módulos de entradas y salidas digitales. Una vez realizado esto ya tenemos configurado nuestro hardware y podemos pasar al programar el funcionamiento del sistema. 57 8.3 Bloques de Programa. 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 69 70 71 72 73 74 75 86 8.4 Alarmas. Se producirán alarmas visibles en la pantalla mediante un aviso emergente y mediante un indicador luminoso, cuando alguno de los niveles de los tanques descienda del 20% de su capacidad. Este nivel será medido por un sónar analógico. En la pantalla de “Alarmas” se podrán consultar un histórico de alarmas, también se podrán borrar o acusar. 87 El nivel de los tanques se podrá consultar en todo momento en la pantalla “nivel tranques”. 8.5 Configuración de las Comunicaciones. Después de añadir todo el hardware deberemos ir a la “vista de redes” en Tia Portal para configurar la red Profinet. 88 Una vez creada accederemos a la “vista topológica” donde añadiremos el CSM 1277 Simatic NET. Variador de frecuencia Sinamics G120 En la “vista de dispositivos” seleccionaremos las propiedades del pm420-2 y diremos que el telegrama de intercambio de datos cíclicos será Standard Telegramm 1, es decir, 2 words de escritura y dos de lectura. Y comprobamos con quien realiza el intercambio de datos y que direccionamiento presenta. 95 Por último, desde la pantalla “Receta propia” será donde podremos introducir una nueva mezcla no preestablecida. 96 97 9. Presupuesto. 9.1 Introducción. En el presente documento se realiza el presupuesto del Trabajo realizado, en el cual aparece la información detallada sobre el coste total del mismo. Está desglosado en diversos apartados referentes a los conceptos que lo componen y que, conjuntamente, proporcionan el importe total del proyecto realizado. 9.2 Software y hardaware. 98 9.3 Material eléctrico. 99 9.4 Armario eléctrico. 100 9.5 Programación y puesta en marcha. 9.6 Presupuesto total. 101 102 10. Planos y Esquemas eléctricos. 10.0 Situación y emplazamiento. 10.1 Esquema de Potencia. 10.2 Esquema eléctrico detectores inductivos. 10.3 Esquema eléctrico aparatos de mando. 10.4 Esquema eléctrico dispositivos analógicos. 10.5 Esquema eléctrico preactuadores. 10.6 Esquema eléctrico pilotos de señalización. 10.7 Esquema eléctrico autómata. 10.8 Esquema eléctrico conexión HMI. MARI CRUZ PACHECO TEJUELO 92 ESQUEMAS ELÉCTRICOS r - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - ~- - - - - - - -. - -. - - - - - - - - - - -,- - - - - - - - - - - -.- - -,- - - - - - -. ~ R S T N - .- " , . ., , H+-. ' } l ~ : , , , , , ~ r - J Y.- , "" . ~ r MOTORCNT'" , , , , , , , , .. , , , ,- .? , ," .. , <- , " • - - , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,~ , '" , , , , , , , , , ., i- . ~ -- ~ . "", .? '" . ~ " , , ,,1 • : [4'1 " . 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