Tesina - Desactivacion de Soja
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UNIDAD DE FORMACION, INVESTIGACION Y DESARROLLO
TECNOLOGICO - ANEXO ORAN
DISEO Y PROGRAMACION DE SISTEMA DE CONTROL DE
HORNO DESACTIVADOR DE SOJA AUTOMATIZADO
TESINA
PARA ACREDITAR CONOCIMIENTOS Y EXPERIENCIAS ACADEMICAS
CORRESPONDIENTE A LA CARRERA DE:
TECNICATURA SUPERIOR EN MECATRONICA CON ORIENTACION EN
AUTOMATIZACION Y MANTENIMIENTO INDUSTRIAL
AUTORES:
CAPA OSCAR MARCELO, D.N.I.: 24.775.438
LIENDRO JUAN PABLO, D.N.I.: 29.499.089
San Ramn de la nueva Oran, Marzo de 2014
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2
Agradecimientos
Nuestros agradecimientos a todas las personas que de alguna manera
cooperaron para lograr nuestro objetivos, tantos acadmicos como de vida.
Agradecemos por su incondicional compromiso con nuestra educacin como
tcnicos a todo el plantel docente y administrativo de U.F.I.De.T. Anexo Oran.
Que cada uno desde sus funciones y acciones nos proporcionaron los
conocimientos tcnicos, las relaciones sociales y lo ms importante, nos
inculcaron el sentido de responsabilidad en los compromisos con los estudios
que ahora los trasladaremos a nuestros trabajos.
De forma especial agradecemos a los siguientes docentes, profesora Ines
Ayllon, profesor Sebastin Albaizeta, profesor Vctor Petrello y al Sr. director
Nstor Liendro, por estar siempre a disposicin y comprometidos en la solucin
de cualquier inconveniente que se suscitara a lo largo de nuestros estudios.
Y muy especialmente nuestros agradecimientos va dirigido a nuestros padres y
familias, que sin el apoyo brindado este objetivo de ser tcnicos mecatrnicos
no sera realidad y tambin por el incansable afn diario de lograr de nosotros
buenas personas.
A todos muchas Gracias.
Capa Oscar Marcelo
Liendro Juan Pablo
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INDICE Introduccin.. 4
Objetivos.. 5
Antecedentes 5
Capitulo 1: Sistema de control.. 6
Sistema de control. 6
Sistema automtico de control. 6
Tipos de sistemas de control.. 6
Capitulo 2: Diseo y funcionamiento Desactivador de soja. 7
Esquema del desactivador.. 8
Panel de control y proceso en HMI.. 9
Dispositivos y funcionamiento del sistema de control 9
reas y elementos.. 9
Descripcin del proceso.. 10
rea material 10
rea desactivacin.. 11
rea vapor.. 12
rea descarga. 12
Deteccin de posicionamientos de vlvulas on-off.. 13
Etapas del proceso, de forma cronolgica.. 13
Capitulo 3: Programacin en step 7 y wincc flexible 15
Bloques y tablas. 15
FC Cocimiento. 15
FC105 Scale. 15
FB41 CONT_C (PID) 16 Parmetros de entrada y salida 16
Estructura de FB41 Cont_c . 18
NEG_R (Invertir signo de un nmero real). 19
FC Carga-descarga-desagote. 20
Tabla de smbolos. 25
Bloques de datos globales. 25
Interfaz maquina humano HMI. 26
Conexin entre HMI y CPU.. 26
Tabla de variables vinculadas al HMI.. 27
Conclusin. 28
Bibliografa 29
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4
INTRODUCCION
La calidad de la soja argentina sigue siendo un aspecto de inters por ser nuestro
pas primer exportador mundial de aceite y harina de soja. Las condiciones
agroecolgicas son ideales para su desarrollo y expansin, convirtindola en el
cultivo ms importante en superficie y productividad.
El grano de soja por su excelente aporte proteico pude utilizarse como un
componente muy importante en la formulacin de alimentos balanceados tanto
para aves doble propsito, pollos camperos, porcinos e inclusive para alimento
humano. El grano de soja debe ser desactivado antes de ser utilizado en las
formulaciones.
El grano de soja contiene una sustancia anti-nutritiva que bloquea la accin de la
tripsina, enzima esta que participa en la digestin de las protenas del aparato
digestivo; Estas sustancias son termolbiles y se destruyen por calor. Es por eso
que debe ser desactivada por medio del calor, ya sea en forma de vapor o
tostada.
Si la temperatura de estos procesos es baja, no se destruyen los factores
antinutricionales y si es excesiva se corre el riesgo de quemar las protenas y
destruir aminocidos. Si es la adecuada se tendr el punto justo de desactivado,
donde los compuestos antinutricionales presentes en la soja (inhibidores de la
tripsina del pncreas, enzima fundamental para la digestin) quedan inactivos,
para que pueda ser utilizada con eficiencia en las raciones de los animales y/o
humanos.
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5
Objetivo
El objetivo de este proyecto es proporcionar los medios para la desactivacin de
soja a escala industrial de forma controlada y segura, teniendo en cuenta los aspectos tales como la calidad del producto, la calidad del proceso y un puesto de
trabajo seguro e innocuo para la salud del operario que supervisa y opera el desactivador.
Antecedentes
Los sistemas de control en automatizaciones en este tipo de maquinarias son
relativamente nuevos por lo menos en nuetro pas.
Hasta 1970 en la Argentina la soja constitua un cultivo casi experimental. Sin embargo entre esa fecha y los primeros aos del siglo XXI el avance de su
produccin result extraordinario. Esta vertiginosa expansin provoco que la Argentina sea el primer exportador mundial de aceite y harina de soja y el tercero
de granos.
Este tipo de maquinas en sus orgenes aos posteriores a 1975 eran precarias y econmicas de fabricacin muchas veces caceras, o en fabricas poco
especializadas, eran maquinas que tenan una produccin a baja escala y una calidad de producto final relativamente buena y en algunos casos no muy buena.
Si bien en la actualidad siguen existiendo y fabricndose, son para uso
exclusivamente en granjas o criaderos pequeos, para satisfacer el consumo interno.
Posteriormente al ao 1975 la demanda a nivel mundial de esta oleaginosa y los
productos provenientes de esta, tuvieron un crecimiento exponencial, generando producciones de aceites, harina, etc. a escala industrial. Generando de esta forma
una necesidad de fabricar tanto molinos como desactivadores, etc. para produccin a nivel industrial.
Con la continua innovacin de esta maquinas en su estructura y en su
funcionamiento, se han desarrollado maquinas ntegramente automatizadas de excelente rendimiento y calidad de producto.
A partir de esta premisa, se genera este proyecto de un sistema automtico de
control, controlado por PLC para un desactivador de soja.
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6
CAPITULO 1: INTRODUCCION A SISTEMAS DE CONTROL
1. SITEMA DE CONTROL
Un sistema de control est definido como un conjunto de componentes que
pueden regular su propia conducta o la de otro sistema con el fin de lograr un funcionamiento predeterminado, de modo que se reduzcan las probabilidades de
fallos y se obtengan los resultados buscados.
Estos sistemas fueron relacionados por primera vez en 1948 por Norbert Wiener en su obra Ciberntica y Sociedad con aplicacin en la teora de los
mecanismos de control.
2. SISTEMAS AUTOMTICOS DE CONTROL
Un sistema automtico de control es un conjunto de componentes fsicos conectados o relacionados entre s, de manera que regulen o dirijan su actuacin
por s mismos, es decir sin intervencin de agentes exteriores, corrigiendo adems los posibles errores que se presenten en su funcionamiento. Actualmente,
cualquier mecanismo, sistema o planta industrial presenta una parte actuadora, que corresponde al sistema fsico que realiza la accin, y otra parte de mando o control, que genera las rdenes necesarias para que esa accin se lleve o no a
cabo.
En un sistema automtico de control intervienen un conjunto de variables, las cuales son manipuladas y/o controladas para conseguir un objetivo y cumplir con
garantizar la estabilidad de si mismo y, particularmente, ser robusto frente a perturbaciones y errores.
Ser tan eficiente como sea posible, segn un criterio preestablecido. Normalmente
este criterio consiste en que la accin de control sobre las variables de entrada sea realizable, evitando comportamientos bruscos e irreales.
Ser fcilmente implementable y cmodo de operar en tiempo real con ayuda de
un ordenador.
3. TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL
Sistemas de bucle o lazo abierto: son aquellos en los que la accin de control es independiente de la salida.
Sistemas de bucle o lazo cerrado: son aquellos en los que la accin de control depende en cierto modo, de la salida, responde a una perturbacin en esta.
Sistemas con avanaccin: Mientras el control con realimentacin es reactivo
por naturaleza y responde al efecto de una perturbacin, los esquemas con avanaccin responden directamente a las perturbaciones.
Los transmisores miden los valores de las variables de carga, mientras una unidad de clculo computa la seal correcta de control para el valor de
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referencia y las condiciones de carga existentes. De esta manera, los cambios
en las condiciones de carga provocan un cambio directo de la seal de control sin esperar que se modifique la variable controlada.
Por lo general, esta tcnica es ms complicada, ms costosa y se requiere una mayor comprensin del proceso que en los sistemas con realimentacin. Por lo tanto, el control con avanaccin normalmente se reserva para aplicaciones
difciles y crticas.
CAPITULO 2: DISEO Y FUNCIONAMIENTO
DESACTIVADOR DE SOJA
Esta mquina fue diseada aplicando conocimientos adoptados acadmicamente a
lo largo de toda la carrera de tcnico mecatrnico con orientacin en
automatizacin y mantenimiento industrial, involucrando la totalidad de las
materias del plan de estudio en la mayora de los casos, y tambin a partir de
investigaciones propias y prcticas de campo o laboratorio con el indefectible
proceso de prueba y error, en todo lo que se refiere o concierne al sistema
automtico de control.
Tanto la estructura del desactivador como su sistema de control fueron diseados
contemplando la eficiencia del proceso, como as tambin se contemplo facilitar
las acciones de mantenimiento necesarias para el funcionamiento ptimo de esta.
No se profundizo en los clculos estructurales, tipos de materiales y mecanismos
para la estructura fsica del desactivador, pues lo que nos compete es el sistema
de control. La estructura es una consecuencia de la necesidad definir el tipo, las
etapas y la forma del proceso, la ubicacin y montaje de sensores, detectores y
actuadores.
El desactivador de soja est constituido principalmente por un contenedor
hermtico de acero inoxidable, que funciona como horno de desactivacin o
coccin, este es de forma cilndrica finalizando en su parte inferior de forma
cnica, En esta parte se encuentran dos vlvulas on-off, una con la funcin de
descarga de materia prima y la otra de desagote del lavado.
Por la parte superior del contenedor esta ubicada la carga de la materia prima
controlada por una vlvula on-off, tambin se sita en este sector la vlvula de
lavado y el motor que proporciona movimiento rotatorio a las paletas del agitador.
En la parte superior de sus laterales se encuentran ubicadas tres vlvulas, dos de
ellas modulantes y una on-off. Una de las vlvulas modulantes es de venteo la
cual se encarga de controlar la presin interna del contenedor, otra vlvula
auxiliar en este caso on-off se usa para evitar el aumento de presin interna en la
carga de la materia prima o el vacio en la descarga de este. Tambin se encuentra
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una vlvula modulante que controla la entrada de vapor, proveniente de una
caldera, el cual proporciona la temperatura de desactivacin.
El funcionamiento, control y monitorizacin del proceso y del desactivador se
llevan a cabo a travs de un PLC desde una interfaz hombre-mquina HMI, la cual
est vinculada a este y al sistema de control a travs de una red de Ethernet
industrial.
El funcionamiento es sencillo, el contenedor tiene una carga mxima de 3
toneladas, un sensor de nivel indica en ausencia de materia prima que esta vacio,
esto activa la descarga de material, hasta que el mismo sensor indica carga
completa, seal que dispara un temporizador que controla 45 minutos de coccin
a una temperatura de 105 grados a una presin mxima de 2 kg/cm2. Finalizado
el tiempo de coccin la vlvula de descarga se activa descargando la totalidad de
la materia prima en contenedor, luego se cierra la vlvula de descarga,
proporcionando las condiciones para el lavado. Terminado este, el sistema que en
espera para el siguiente ciclo de desactivacin.
El lenguaje de programacin utilizado es el ladder o de contactos, los programas
fueron Step 7, Wincc Flexible de Siemens y el PLC es un Siemens Simatic S7 300.
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IMAGEN DEL PANEL DE CONTROL Y PROCESO EN HMI
DISPOSITIVOS Y FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE CONTROL.
AREA FUNCIONAL ELEMENTOS CORRESPONDIENTES
AREA MATERIAL
Sensor de nivel: LT-04
Controlador indicador de nivel: LIC-04
Vlvula de alimentacin (on-off): FV-04
Vlvula de caudal rociador de agua: FV-06
Temporizador T5
AREA DESACTIVADO
Sensor de presin: PT-03
Controlador indicador de presin: PIC-03
Vlvula de venteo: FV-03
Vlvula de alivio auxiliar: FV-08
Motor M-03 de agitador
AREA VAPOR
Sensor de temperatura: TT-02
Controlador indicador de temperatura:TIC-02
Vlvula modulante de alimentacin de vapor: FV-02
Sensor de presin: PT-01
Sensor de caudal: FT-001
AREA DESCARGA
Vlvula de descarga (on-off): FV-05
Vlvula de descarga (on-off): FV-07
Temporizador T7
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Descripcin del proceso
El sistema de control, puede funcionar en modo automtico o en modo manual.
El modo automtico es el modo de produccin, mientras que el modo manual es
el modo de mantenimiento.
El sistema tambin cuenta con una parada de emergencia que efecta una
parada total del proceso de forma inmediata este en cualquiera de los dos
modos de funcionamiento.
El ciclo se inicia por primera vez presionando el botn automtico seguido de
inicio y siempre y cuando se verifique por medio del sistema, las condiciones de
activacin de la Vlvula FV-04, FV-08 y motor en modo automtico, de no ser
as el sistema no responder.
Llegando al nivel seteado en el sensor LT-04 de nivel de coccin (desactivacin),
la vlvula FV-04 y FV-08 se desactivaran, comenzara el reloj T5 el conteo del
tiempo de desactivacin o coccin de la soja y T6 de 1 segundo de tiempo para
la activacin de las vlvulas PV-03 y FV-02 del sistema de control del proceso.
Concluido el conteo de T5, se activan las vlvulas FV-05 y FV08, para descarga
de la soja ya procesada, y desactivara las vlvulas FV-02 y PV-03 manipuladas
por un control PID y encargadas de controlar temperatura y presin de proceso.
Finalizada la descarga se desactivara el sensor S12 de proximidad,
determinando que el contenedor del desactivador se vaci y activara FV-06, FV-
07 y T7 es el temporizador que controla el tiempo de lavado, desactivando en
simultneo FV-05.
Concluido T7 desactiva FV-06, FV-07 y FV-08.
Para terminar la produccin en cualquier momento se presiona el botn paro, el
sistema de control terminara la desactivacin en proceso y quedara en espera o
standby para el siguiente ciclo de trabajo.
rea: Material
Esta rea es la cual provee la alimentacin del material al contenedor del
desactivador. La descarga del material al mismo se logra por efecto de la
gravedad y se controla por medio de una vlvula de caudal de dos posiciones
(on-off) FV-04. Dispone de un solenoide con muelle antagonista.
Cuando el solenoide est activo, est abierta la vlvula. Cuando el solenoide est desactivado, est cerrada la vlvula.
La vlvula de caudal de dos posiciones FV-04 tiene un control de
posicionamiento para verificacin de apertura y cierre y es manipulada por
medio del controlador LIC-04, el cual recibe la seal de error del un sensor de
nivel LT-04.
La vlvula FV-04 es controlada por el programa de usuario y manualmente.
Condiciones de activacin vlvula FV-04 en modo automtico:
Vlvula FV-02 cerrada.
Vlvula PV-03 cerrada.
Vlvula FV-05 cerrada.
Vlvula FV-07 cerrada.
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Motor M-03 habilitado.
Condiciones de desactivacin vlvula FV-04 en modo automtico:
Sensor de nivel LT-04 en error=0.
rea: Desactivacin
Esta rea de proceso, consta de un motor M-03 que proporciona movimiento al
agitador, haciendo fluir continuamente la carga de material y logrando as un
cocimiento homogneo.
La temperatura de coccin (desactivacin de la soja) es seteada desde el HMI, en
un campo de entrada Set point de Temperatura. Esta temperatura es
proporcionada por vapor que ingresa al contenedor a travs de la vlvula FV-02.
Dentro del desactivador la temperatura es monitoreada y controlada mediante un
control PID de accin aumento-disminucin y los siguientes dispositivos:
Sensor de presin TT-02
Controlador PIC-02
Vlvula de venteo FV-02.
Una Vez alcanzado el error = 0 en el sensor de nivel LT-04, se inicia el conteo de
45 minutos en el reloj o temporizador T5. Transcurridos 45 minutos en T5, el
sistema de control activa la vlvula FV-05 y FV8.
La presin de proceso es seteada desde un campo de entrada en HMI indicado
como Set point de presin. La presin de proceso existente por causa del ingreso de vapor al contenedor es
monitoreada y controlada por medio de un control PID, y los siguientes
dispositivos:
Sensor de presin TT-03
Controlador PIC-03
Vlvula de venteo PV-03.
El controlador PIC-03, recibe la seal de error del un sensor de presin PT-03 y
apartir de esta seal manipula la vlvula PV-03, con una accin aumento-
aumento.
La vlvula es controlada por el programa de usuario y manualmente.
Vlvula FV-06, es la que proporciona el agua para la limpieza del contenedor
luego de cada desactivacin, funciona en el modo de dos posiciones.
Las vlvulas PV-03, FV-04, FV-06, contienen un control de posicionamiento para
verificacin de apertura y cierre, tambin disponen de un solenoide con muelle
antagonista.
Cuando el solenoide est activo, est abierta la vlvula. Cuando el solenoide est desactivado, est cerrada la vlvula.
Las vlvulas anteriormente enunciadas son controladas por el programa de
usuario y manualmente.
Condiciones para activacin de vlvula PV-03 en modo automtico:
Sensor de nivel LT-04 en error = 0.
Presin del interior del contenedor mayor a la de set-point.
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Condiciones para desactivacin de vlvula PV-03 en modo automtico:
Presin del interior del contenedor menor a la de set-point.
Condiciones de activacin de Vlvula FV-06 en modo automtico:
Sensor de nivel LT-04 en error=100.
Temporizador T5 0 minutos.
Vlvula FV-02 desactivada.
Vlvula PV-03 desactivada.
Vlvula FV-04 desactivada.
Vlvula FV-05 desactivada.
Motor M-03 habilitado.
Condiciones de desactivacin de Vlvula FV-06 en modo automtico:
Temporizador 47 minutos.
El motor M-03 es controlado por el programa de usuario o manualmente
rea: Vapor
Esta rea es la que proporciona la temperatura necesaria al proceso. Una vlvula
modulante FV-02 controla el vapor que ingresa al contenedor del desactivador y
que proviene desde una caldera, el conjunto de este lazo cerrado est constituido
por un sensor de temperatura TT-02, el cual enva una seal de error al
controlador TIC-02 el cual manipula la vlvula FV-02 por medio de un control PID.
Tambin integran esta rea un sensor de presin PT-01 y un sensor de caudal FT-
01 solo de lectura para monitorear el funcionamiento de la vlvula FV-02 y
caldera.
La vlvula es controlada por el programa de usuario y manualmente.
Condiciones para activacin de vlvula FV-02 en modo automtico:
Sensor de nivel LT-04 en error=0.
Temperatura de contenedor menor a set-point.
Vlvula FV-04 desactivada.
Vlvula FV-05 desactivada.
Vlvula FV-06 desactivada.
Vlvula FV-07 desactivada.
Condiciones para desactivacin de vlvula FV-02 en modo automtico:
Vlvula FV-05 activada.
Temperatura de contenedor mayor a set-point.
rea: Descarga
Esta rea tiene como funcin la descarga del producto desde el contenedor hasta
su deposicin final.
La integran dos vlvulas de dos posiciones FV-05 y FV-07 la primera de descarga
de producto y la segunda de descarga del agua de limpieza entre cargas.
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Al desactivarse la vlvula FV-07, se reinicia el temporizador T5.
Condiciones para activacin de vlvula FV-05 en modo automtico:
Temporizador T5 en 0 minutos.
Sensor de nivel LT-04 en error = 0.
Vlvula FV-02 desactivada.
Vlvula FV-04 desactivada.
Vlvula FV-06 desactivada.
Vlvula FV-07 desactivada.
Motor M-03 habilitado.
Condiciones para desactivacin de vlvula FV-05 en modo automtico:
Sensor S12 desactivado.
Condiciones de activacin de Vlvula FV-07 en modo automtico:
Vlvula FV-06 activada.
Condiciones de desactivacin de Vlvula FV-07 en modo automtico:
Temporizador T7 en 50 minutos.
DETECCIN DE POSICIONAMIENTOS DE VLVULAS ON-OFF.
S1: Final de carrera vlvula FV-04 cerrada; 1 = Activado 0 = Desactivado.
S2: Final de carrera vlvula FV-04 abierta; 1 = Activado 0 = Desactivado.
S3: Final de carrera vlvula FV-06 cerrada; 1 = Activado 0 = Desactivado.
S4: Final de carrera vlvula FV-06 abierta; 1 = Activado 0 = Desactivado.
S5: Final de carrera vlvula PV-03 cerrada; 1 = Activado 0 = Desactivado.
S6: Final de carrera vlvula PV-03 abierta; 1 = Activado 0 = Desactivado.
S7: Final de carrera vlvula FV-05 cerrada; 1 = Activado 0 = Desactivado.
S8: Final de carrera vlvula FV-05 abierta; 1 = Activado 0 = Desactivado.
S9: Final de carrera vlvula FV-07 cerrada; 1 = Activado 0 = Desactivado.
S10: Final de carrera vlvula FV-07 abierta;1 = Activado 0 = Desactivado.
ETAPAS DEL PROCESO, DE FORMA CRONOLGICA
Etapa 1: Carga
1- Vlvula de pulverizador de agua FV-06 cerrado (lavado).
2- Vlvula de descarga FV-05 cerrado.
3- Vlvula de venteo PV-03 abierto.
4- Motor de paletas M en funcionamiento.
5- Vlvula de alimentacin de vapor FV-02 cerrado.
6- Sensor de nivel LT-04 menor que 10%.
7- Vlvula auxiliar FV-08 abierto.
8- Vlvula de Carga FV-04 abierto.
Etapa 2: Desactivacin o coccin.
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1- Vlvula de pulverizador de agua FV-06 cerrado (lavado).
2- Vlvula de carga FV-04 cerrado.
3- Vlvula de descarga FV-05 cerrado.
4- Vlvula de venteo PV-03 modulando.
5- Motor de paletas M en funcionamiento.
6- Vlvula de alimentacin de vapor FV-02 modulando (funcionamiento).
7- Sensor de nivel LT-04 mayor o igual que el valor seteado.
8- Vlvula de auxiliar FV-08 cerrado.
Etapa 3: Descarga.
1- Vlvula de Pulverizador de agua FV-06 cerrado (lavado).
2- Vlvula de carga FV-04 cerrado.
3- Vlvula de descarga FV-05 abierto.
4- Vlvula de venteo PV-03 cerrado.
5- Motor de paletas M en funcionamiento.
6- Vlvula de alimentacin de vapor FV-02 cerrado.
7- Vlvula auxiliar FV-08 abierto.
8- Sensor de nivel LT-04 =0 %.
9- Sensor S12 de vaciado desactivado.
Etapa 4: Limpieza y Desagote
1- Vlvula de Pulverizador de agua FV-06 abierto (lavado).
2- Vlvula de carga FV-04 cerrado.
3- Vlvula de descarga FV-05 cerrado.
4- Vlvula de venteo PV-03 cerrado.
5- Vlvula auxiliar FV-08 abierto.
6- Vlvula de desagote FV-07 abierto.
7- Motor de paletas M en funcionamiento.
8- Vlvula de alimentacin de vapor FV-02 cerrado.
Etapa 5: Final de proceso.
1- Vlvula de Pulverizador de agua FV-06 cerrado (lavado).
2- Vlvula de carga FV-04 cerrado.
3- Vlvula de descarga FV-05 cerrado.
4- Vlvula de desagote FV-07 cerrado.
5- Vlvula de venteo PV-03 cerrado.
6- Motor de paletas M en funcionamiento.
7- Vlvula de alimentacin de vapor FV-02 cerrado.
8- Vlvula auxiliar FV-08 cerrado.
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CAPITULO 3: PROGRAMACION EN STEP 7 Y WINCC FLEXIBLE
En step 7 se programo la lgica del sistema automtico de control.
BLOQUES Y TABLAS
Como se observa en la figura se generaron dos funciones los bloques
COCIMIENTO y CARGA-DESCARGA-DESAGOTE, los bloque de datos DB1 global de variables generales y dos de instancia del FB CONT_C que son FB2
CONTROL_PID_TEMP y FB3 CONTROL_PID_PRES. Tambin se incluyeron los FC105 SCALE (escalado) y FC106 UNSCALE (des escalado) que en ltima instancia no se utilizo, y por ltimo se utilizo un bloque de funcin FB CONT_C (Control
PID)
FC COCIMIENTO
Es donde se encuentran los escalados y controles PID para las variables
temperatura de proceso y presin de proceso.
FC105 SCALE
La funcin Escalar valores (SCALE) toma un valor entero en la entrada IN y lo
convierte en un valor real, convirtindolo a escala en un rango comprendido entre
un lmite inferior y un lmite superior (LO_LIM y HI_LIM). El resultado se escribe
en la salida OUT.
Parmetros de la funcin SCALE (FC105)
Parmetro Declaracin Tipo de datos Descripcin
EN Entrada BOOL La entrada de habilitacin con estado de seal 1
activa el cuadro.
ENO Salida BOOL La salida de habilitacin tiene el estado de seal
1 si la funcin se ejecuta sin errores.
IN Entrada INT Valor de entrada a convertir a escala en valor
REAL.
HI_LIM Entrada REAL Lmite superior del rango escalar.
LO_LIM Entrada REAL Lmite inferior del rango escalar.
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16
OUT Entrada BOOL El estado de seal 1 indica que el valor de
entrada es bipolar; con el estado de seal 0
indica que es unipolar.
RET_VAL Salida WORD Da el valor W#16#0000 cuando la funcin se
ejecuta sin errores;
OUT Salida REAL Resultado de la conversin a escala.
La estructura que se utiliza para la temperatura toma la lectura analgica del
sensor conectado en la entrada PIW14, el rango es de 200 C que va desde 0 C a
200 C y en OUT la variable real DB1.DBD16 toma el valor que luego ser
utilizado como entrada por la estructura PID de temperatura. Fig. 3
La estructura que se utiliza para la presin toma la lectura analgica del sensor
conectado en la entrada PIW18, el rango es de 2 kg/cm2 que va desde 0 Kg/cm2 a
2 Kg/cm2 y en OUT la variable real DB1.DBD24 toma el valor que luego ser
utilizado como entrada por la estructura PID de Presin. Fig. 4
FB41 CONT_C (PID)
Un PID es un mecanismo de control por realimentacin que calcula la desviacin o error entre un valor medido y el valor que se quiere obtener, para aplicar una
accin correctora que ajuste el proceso. El algoritmo de clculo del control PID se da en tres parmetros distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo. El
valor Proporcional determina la reaccin del error actual. El Integral genera una correccin proporcional a la integral del error, esto nos asegura que aplicando un
esfuerzo de control suficiente, el error de seguimiento se reduce a cero. El Derivativo determina la reaccin del tiempo en el que el error se produce. La
suma de estas tres acciones es usada para ajustar al proceso va un elemento de
Fig. 3 Fig. 4
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control como la posicin de una vlvula de control o la energa suministrada a un
calentador, por ejemplo.
La tabla siguiente contiene los parmetros del SFB 41/FB 41 "CONT_C".
Parmetros de entrada
Parmetro Tipo de dato Valor por defecto Descripcin
MAN_ON BOOL TRUE MANUAL VALUE ON / Conectar a modo manual
Si est activada la entrada "Conectar a modo
manual", est interrumpido el lazo de
regulacin. Como valor manipulado se fuerza un
valor manual.
SP_INT
REAL 0.0 INTERNAL SETPOINT / Consigna interna La
entrada "Consigna interna" sirve para ajustar
un valor de consigna.
PV_IN REAL 0.0 PROCESS VARIABLE IN / Entrada de valor real
En la entrada "Entrada de valor real" puede
parametrizarse un valor de puesta en servicio, o
interconectarse un valor real externo en
formato en coma flotante
MAN REAL 0.0 MANUAL VALUE / Valor manual La entrada
"Valor manual" sirve para establecer un valor
manual mediante funcin de
manejo/visualizacin (interface hombre
mquina)..
GAIN REAL 0.0 PROPORTIONAL GAIN / Ganancia proporcional
La entrada "Ganancia proporcional" indica la
ganancia del regulador.
Parmetros de salida
Parmetro Tipo de datos Valor por defecto Descripcin
LMN REAL 0.0 MANIPULATED VALUE / Valor manipulado
En la salida "Valor manipulado" se saca en
formato en coma f lotante el valor
manipulado que acta efectivamente.
PV REAL 0.0 PROCESS VARIABLE / Valor real Por la
salida "Valor real" se emite el valor real
que acta efectivamente.
Variables de PID temperatura fig. 5 Variables de PID presin fig. 6
MAN_ON: M15.2
SP_INT: DB1.DBD0
PV_IN: DB1.DBD4
MAN: DB2.DBD16
GAIN: DB1.DBD20
LMN: DB1.DBD8
MAN_ON: M15.2
SP_INT: DB1.DBD32
PV_IN: DB1.DBD24
MAN: DB3.DBD16
GAIN: DB1.DBD68
LMN: DB1.DBD28
DB2 bloque de datos de instancia DB3 bloque de datos de instancia
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Fig. 5 Fig. 6
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NEG_R (Invertir signo de un nmero real)
Lee el contenido del parmetro IN e invierte su signo. Esta operacin equivale a
una multiplicacin por (-1). La operacin invierte el signo (ejemplo: de un valor positivo a un valor negativo). La salida de habilitacin ENO siempre tiene el
mismo estado de seal que EN.
Esta negacin es para que la ganancia de la presin haga actuar la vlvula de forma inversa, en este caso a aumento de la presin hay un aumento de la
apertura de la vlvula.
FC CARGA-DESCARGA-DESAGOTE
En el Segmento 1 la marca M15.0
determina si el proceso se
desarrollara de forma manual o
automtico. Segn se active o no
desde el HMI.
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En el segmento 2, esta la
opcin de inicializar el estado
de las variables en el caso de
ser necesario, con la
activacin de la marca M16.5,
desde el HMI
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En este segmento si se activan las
marcas en serie M15.2 y M15.1 se
da inicio con el proceso de modo
automtico.
En este segmento se inicializan el
estado de las variables aqu
utilizadas.
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Todas las salidas, variables de
activacin de bits y contador
total, son activadas y
desactivadas de un modo
genrico, por razones de no
repetir para cada salida y
variable lo colocamos como
nica vez.
Las mismas aparecern en la
tabla de smbolos y DB global
El nivel de coccin con error cero,
da inicio a la etapa de
desactivacin.
Dispara dos temporizadores, T6
que finalizado el conteo 500 ms
habilita el funcionamiento de las
vlvulas modulantes de
temperatura y presin y T5 que
proporciona el tiempo de
desactivacin.
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Terminado el tiempo de coccin se
activa el contacto NA de T5, y en
la figura se observa las acciones
que realiza.
Vaciada la carga del contenedor se
desactiva el sensor de vaco, las
funciones que se realizan.
El temporizador T7 es el encargado de
temporizar el tiempo de lavado.
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Tabla de smbolos
Tabla donde se asignan signos a todas las entradas y salidas, marcas, bloques
Bloque de datos globales (DB)
Es el sector de memoria del programa donde se crean variables de cualquier tipo
que reconozca el programa Step 7 anivle global.
A nivel exclusivo para FB se crean bloque de datos de instancias y las variables
generadas en este solo pueden ser utlizadas por el FB correpondiente.
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Interfaz maquina humano HMI
Imagen de la programacin del panel de control y monitorizacin
Con el software wincc flexible, se crean las pantallas del HMI, donde se incluyen
los campos de entrada/salida, pulsadores, interruptores para la activacin o
desactivacin de marcas, variables y visualizacin del estado del proceso en
tiempo real.
Imagen de Conexin entre HMI y CPU
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Imagen de tabla de variables vinculadas al HMI
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Conclusin
La complejidad de un sistema de control de un proceso cualquiera sea este,
depende mucho de la calidad que se le quiera proporcionar al producto final, al
proceso y al modo de control.
El diseo de una maquina como el desactivador y un sistema de control aplicado a
esta para lograr desactivar una protena en un alimento como la soja. Requiere de
un conjunto de investigaciones inherentes a dicha oleaginosa y un conjunto mayor
de investigaciones, conocimientos y aplicaciones tcnicas referidas a la mecnica,
electrnica, electricidad, neumtica e informtica que involucra la participacin de
un equipo multidisciplinario y el consiguiente enriquecimiento intelectual de sus
participantes.
Tomando como equipo multidisciplinario al conjunto de profesores y alumnos que
tuvieron participacin directa e indirecta en el proyecto y el enriquecimiento
intelectual por el intercambio de conocimientos e informacin constante durante el
tiempo de diseo.
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Bibliografa:
Sistema de control automtico sptima edicin Benjamin C. Kuo.
Sistema de control Ing. Sebastin Albaizeta.
SIEMENS Simatic programar con Step 7 Manual.
SIEMENS SIMATIC Esquema de contactos (KOP) para S7-300 y S7-400
http://www.aadeca.org/pdf/CP_monografias/Cuaderno_profesional_01.pdf
http://www.herrera.unt.edu.ar/controldeprocesos/tema_6/Problema%206-11.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_control