Diseño y construcción de un módulo de pruebas y prácticas de entrenamiento de RTU Telvent para Proyectos Integrales del Ecuador PIL S A

Texto completo

(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL. FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN MÓDULO DE PRUEBAS Y PRÁCTICAS DE ENTRENAMIENTO DE RTU TELVENT PARA PROYECTOS INTEGRALES DEL ECUADOR PIL S.A.. PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERA EN ELECTRÓNICA Y CONTROL. VALERIA ESTEFANÍA MENA SANTAFÉ valestfa_2302@hotmail.com. DIRECTORA: ING. ANA VERÓNICA RODAS BENALCÁZAR, MBA ana.rodas@epn.edu.ec. Quito, Junio 2016.

(2) DECLARACIÓN. Yo, Valeria Estefanía Mena Santafé, declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. ______________________ Valeria Estefanía Mena Santafé.

(3) CERTIFICACIÓN. Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Valeria Estefanía Mena Santafé, bajo mi supervisión.. ________________________ Ing. Ana Rodas, MBA DIRECTORA DEL PROYECTO.

(4) AGRADECIMIENTO. A mis padres Amparito y Bolívar por su incondicional apoyo y confianza en cada etapa de mi vida, por regalarme la dicha de pertenecer a una familia unida ante las adversidades y por demostrarme que no existe objetivo alguno que se deje de cumplir si se cuenta con la perseverancia suficiente para alcanzarlo. A mis hermanos, abuelitos, tíos, primos y demás familiares que siempre estuvieron pendientes de mí y me brindaron su cariño inconmensurable. A mi querida abuelita Paulina, mi tía Gina y mis primos Alisson y Gerson que me han recibido con los brazos abiertos sobre todo, durante mi etapa universitaria. A David por su inefable amor, por su gran ayuda y apoyo durante este proceso, por sus acertados consejos, por cada abrazo y palabra de aliento. Al personal de Proyectos Integrales del Ecuador PIL S.A. por la amistad y el apoyo brindado, en especial al Ingeniero Patricio Zurita por su valiosa ayuda y orientación para llevar adelante el desarrollo de este proyecto. A la Ingeniera Ana Rodas, Directora del Proyecto de Titulación, por sus contribución en la dirección de este proceso. A mis buenos amigos, que en la búsqueda de un mismo fin formamos una amistad invaluable apoyándonos el uno al otro y compartiendo experiencias, desveladas, triunfos y fracasos. A la Escuela Politécnica Nacional que me permitió recibir el conocimiento y experiencia adecuados que serán una sólida herramienta en el desarrollo de mi vida profesional.. Valeria Mena.

(5) DEDICATORIA. A mis padres que han inculcado en mí perseverancia y humildad, por ser ejemplo de superación, por todo el amor y confianza que me han brindado en el transcurso de mi vida y por convertirse en mi gran motivación de todos los días. A mis hermanos Cristopher y Nayelli por cada día lejos de ellos, por cada cumpleaños y fecha especial que no pude acompañarlos, por haberme perdido muchos días de su vida, pero que cada esfuerzo ha sido por ellos. A mi abuelita Paulina que me ha brindado su extraordinario amor estando siempre pendiente de mí, por enseñarme que en el mundo existen personas buenas y que su bondad es infinita. A David por ser un hombre maravilloso que con su amor y apoyo supo ser la luz en los momentos difíciles, por creer en mí e incentivarme a ser mejor cada día.. Valeria Mena.

(6) CONTENIDO RESUMEN .............................................................................................................. 1 PRESENTACIÓN .................................................................................................... 2 CAPÍTULO 1 ........................................................................................................... 3 FUNDAMENTOS TEÓRICOS .................................................................................3 1.1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................... 3. 1.2. MÓDULOS DE PRUEBAS ........................................................................ 4. 1.2.1. CARACTERÍSTICAS .......................................................................... 4. 1.2.2. MÓDULOS DE PRUEBAS COMÚNES .............................................. 5. 1.2.2.1. Sistema de aprendizaje portátil .................................................... 5. 1.2.2.2. Demo de procesos industriales específicos. ................................ 6. 1.2.2.3. Banco de pruebas didáctico. ........................................................ 6. 1.2.3. PRÁCTICAS DE ENTRENAMIENTO [3] ........................................... 8. 1.3. PROYECTO A DESARROLLAR ............................................................... 8. 1.4. UNIDADADES TERMINALES REMOTAS (RTU) ................................... 10. 1.4.1. DIFERENCIAS ENTRE PLC Y RTU [5] ............................................ 10. 1.4.2. SAITEL 2000DP [6] .......................................................................... 10. 1.4.2.1. Unidad de control (SM_CPU866) ............................................... 12. 1.4.2.2. Módulo de comunicación (SM_SER) ......................................... 12. 1.4.2.3. Fuente de alimentación (SM_PS) .............................................. 12. 1.4.2.4. Módulos de adquisición .............................................................. 13. 1.4.2.4.1 Módulo SM_DI32 ................................................................... 13 1.4.2.4.2 Módulo SM_DO32T ............................................................... 13 1.4.2.4.3 Módulo SM_AI16.................................................................... 13 1.4.2.5 1.4.3. Módulo backplane (SM_PBX9) .................................................. 14. SAITEL DR [7] .................................................................................. 14. 1.4.3.1. Unidad de control (HU_A) .......................................................... 16. 1.4.3.2. Bloques de adquisición .............................................................. 16. 1.4.3.2.1 Módulo AB_DI ........................................................................ 16 1.4.3.2.2 Módulo AB_DO ...................................................................... 16 1.4.3.2.3 Módulo AB_AI ........................................................................ 16 1.4.3.2.4 Módulo AB_AC....................................................................... 17 1.4.3.2.5 Módulo AB_MIO ..................................................................... 17 1.4.3.3 1.4.4. Módulo complementario (BT) ..................................................... 17. SOFTWARE BASELINE DE LAS RTU TELVENT [8] [9] .................. 18. 1.4.4.1. Arquitectura Software ................................................................. 18.

(7) 1.4.4.2. Elementos principales de la arquitectura ................................... 19. 1.4.4.2.1 BinController .......................................................................... 19 1.4.4.2.2 Interfaz de Usuario ................................................................. 20 1.4.4.2.3 CoreDb ................................................................................... 20 1.4.4.3 1.5. Software Tools ........................................................................... 21. INTERFAZ HMI [4] [10] ........................................................................... 22. CAPITULO 2 ......................................................................................................... 23 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL HARDWARE ............................................. 23 2.1. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA ............................................ 23. 2.2. INSTALACIÓN DE LAS RTU .................................................................. 25. 2.2.1. 2.2.1.1. Módulo SM_CPU866 ................................................................. 27. 2.2.1.2. Módulo SM_SER........................................................................ 27. 2.2.1.3. Módulo SM_DI32 ....................................................................... 28. 2.2.1.4. Módulo SM_DO32T ................................................................... 28. 2.2.1.5. Módulo SM_AI16 ........................................................................ 29. 2.2.1.6. Módulo SM_BPX9 ...................................................................... 30. 2.2.1.7. Instrumentos conectados ........................................................... 31. 2.2.2. 2.3. SAITEL 2000DP ............................................................................... 25. SAITEL DR ....................................................................................... 33. 2.2.2.1. Módulo HU_A ............................................................................. 33. 2.2.2.2. Módulo AB_DI ............................................................................ 35. 2.2.2.3. Módulo AB_DO .......................................................................... 35. 2.2.2.4. Módulo AB_AI ............................................................................ 35. 2.2.2.5. Módulo AB_AC........................................................................... 35. 2.2.2.6. Módulo AB_MIO ......................................................................... 36. 2.2.2.7. Instrumentos conectados ........................................................... 36. ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES.................................................. 39. 2.3.1. PROCESO DE TEMPERATURA Y NIVEL DE AGUA ...................... 39. 2.3.1.1. Especificaciones ........................................................................ 39. 2.3.1.2. Circuito acondicionador para termopar tipo K ............................ 42. 2.3.1.2.1 Diseño .................................................................................... 42 2.3.1.2.2 Circuito ................................................................................... 43 2.3.1.3. Circuito acondicionador de nivel con electrodos ........................ 43. 2.3.1.3.1 Diseño .................................................................................... 43 2.3.1.3.2 Circuito ................................................................................... 45 2.3.1.4. Circuito para activación de mini bomba. .................................... 46.

(8) 2.3.1.4.1 Diseño .................................................................................... 46 2.3.1.4.2 Circuito ................................................................................... 47 2.3.2. PROCESO DE PRESIÓN DE AIRE COMPRIMIDO ......................... 47. 2.3.2.1. Especificaciones. ....................................................................... 48. 2.3.2.2. Circuito de alimentación para sensor de presión ....................... 49. 2.3.2.2.1 Diseño .................................................................................... 49 2.3.2.2.2 Circuito ................................................................................... 49 2.3.2.3 2.3.3. Elección fuente de voltaje para compresor de aire .................... 49. PROCESO MOTOR DC ................................................................... 50. 2.3.3.1. Especificaciones ........................................................................ 50. 2.3.3.2. Diseño circuito para control de velocidad del motor DC. ............ 51. 2.3.3.3. Diseño circuito de amplificación de pulsos para encoder. .......... 52. 2.3.3.4. Circuito. ...................................................................................... 53. 2.3.4. MEDICIÓN DE SEÑALES ANÁLOGAS ............................................ 54. 2.3.4.1. Circuito de alimentación de potenciómetros............................... 54. 2.3.4.1.1 Diseño .................................................................................... 54 2.3.4.1.2 Circuito ................................................................................... 55 2.4. SELECCIÓN DE FUENTES DE ALIMENTACIÓN .................................. 55. 2.4.1. Fuente de alimentación de 5 V ......................................................... 56. 2.4.2. Fuente de alimentación de 24 V ....................................................... 56. 2.4.3. Supresor de picos de voltaje ............................................................ 58. 2.5. SELECCIÓN DE BORNERAS ................................................................ 59. 2.6. SELECCIÓN DEL CONDUCTOR ........................................................... 60. 2.7. PUESTA A TIERRA ................................................................................ 60. 2.8. DISEÑO DE PLANOS DE MONTAJE Y CABLEADO ............................. 61. 2.9. MONTAJE DEL ARMARIO DE CONTROL ............................................. 62. CAPÍTULO 3 ......................................................................................................... 64 DISEÑO Y DESARROLLO DEL SOFTWARE...................................................... 64 3.1. SOFTWARE MICROCONTROLADOR ................................................... 64. 3.1.1 3.2. DIAGRAMA DE FLUJO .................................................................... 65. SOFTWARE TOOLS ............................................................................... 67. 3.2.1. CATCONFIG TOOL [8] ..................................................................... 67. 3.2.1.1. Entorno de trabajo de Catconfig Tool ......................................... 67. 3.2.1.2. Operaciones con Proyectos ....................................................... 68. 3.2.1.3. Descarga de la configuración hacia la RTU ............................... 69. 3.2.1.4. Administración de canales de comunicación.............................. 71.

(9) 3.2.1.5. Supervisión ................................................................................ 72. 3.2.1.6. Secuencia de eventos (SOE) ..................................................... 75. 3.2.1.7. Adquisición Local (Saitel 2000DP) ............................................. 78. 3.2.1.7.1 Configuración SM_CPU866. .................................................. 78 3.2.1.7.2 Configuración SM_DO32T. .................................................... 79 3.2.1.7.3 Configuración SM_DI32. ........................................................ 80 3.2.1.7.4 Configuración SM_AI16. ........................................................ 81 3.2.1.7.5 Coordenadas.......................................................................... 82 3.2.1.8. Adquisición Local (Saitel DR) [17] .............................................. 83. 3.2.1.8.1 Configuración HU_A. ............................................................. 83 3.2.1.8.2 Configuración AB_AI. ............................................................. 84 3.2.1.8.3 AB_DI..................................................................................... 85 3.2.1.8.4 Configuración AB_DO. ........................................................... 85 3.2.1.8.5 Configuración AB_MIO .......................................................... 86 3.2.1.8.6 Configuración AB_AC ............................................................ 88 3.2.1.8.7 Coordenadas.......................................................................... 91 3.2.1.9. Isagraf [22] ................................................................................. 92. 3.2.1.10 Modbus Esclavo [22] .................................................................. 95 3.2.1.11 Configuraciones finales del módulo SAITEL 2000DP ................ 97 3.2.1.12 Configuraciones finales del módulo SAITEL DR ...................... 102 3.2.2. ISAGRAF [23] ................................................................................. 109. 3.2.2.1. Entorno de trabajo de Isagraf 5.22 ........................................... 109. 3.2.2.2. Configuración de propiedades ................................................. 110. 3.2.2.3. Configuración para la descarga del proyecto hacia la RTU ..... 111. 3.2.2.4. Modos de funcionamiento ........................................................ 111. 3.2.2.4.1 Modo de simulación ............................................................. 111 3.2.2.4.2 Modo de depuración ............................................................ 112 3.2.2.5. Programación de la lógica de Saitel 2000DP ........................... 112. 3.2.2.6. Programación de la lógica de Saitel DR ................................... 114. 3.2.3. SFTP o FTP .................................................................................... 115. 3.2.4. CATWEB ........................................................................................ 117. 3.2.4.1. Configuraciones de la PC para conexión IP. ............................ 117. 3.2.4.2. Ajustes del explorador [8] ......................................................... 118. 3.2.4.3. Acceso a Catweb ..................................................................... 118. 3.2.4.4. Entorno de trabajo de Catweb Tool .......................................... 119. 3.2.5. CONSOLA ...................................................................................... 121.

(10) 3.3. 3.2.5.1. Configuraciones iniciales de comunicación. ............................. 121. 3.2.5.2. Carga manual de VxWorks. ..................................................... 122. 3.2.5.3. Procedimiento de AAP [7] ........................................................ 123. FACTORYTALK VIEW STUDIO [24]..................................................... 125. 3.3.1. ENTORNO DE TRABAJO DE FACTORYTALK VIEW SE ............. 125. 3.3.2. SELECCIÓN DEL SERVIDOR KEPSERVER ENTERPRISE [25] .. 126. 3.3.3. CONFIGURACIONES BÁSICAS [24] ............................................. 127. 3.3.4. CREACIÓN DEL CLIENTE SE ....................................................... 129. 3.3.5. DESARROLLO DE PANTALLAS DE LA HMI ................................. 130. 3.4. 3.3.5.1. Pantalla principal ...................................................................... 130. 3.3.5.2. Pantalla práctica 1 .................................................................... 131. 3.3.5.3. Pantalla práctica 2 .................................................................... 131. 3.3.5.4. Pantalla práctica 3 .................................................................... 132. 3.3.5.5. Pantalla práctica 4 .................................................................... 133. 3.3.5.6. Pantalla práctica 5 .................................................................... 133. KEPSERVER ENTERPRISE [26] ......................................................... 134. 3.4.1. ENTORNO DE TRABAJO DE KEPSERVER ENTERPRISE .......... 134. 3.4.2. CONFIGURACIONES INCIALES ................................................... 135. 3.4.2.1. Creación del canal y dispositivos de Modbus Ethernet. ........... 135. 3.4.3. CREACIÓN DE LA BASE DE TAGS .............................................. 137. 3.4.4. OPC QUICK CLIENT [26] ............................................................... 138. CAPÍTULO 4 ....................................................................................................... 139 PRUEBAS Y RESULTADOS .............................................................................. 139 4.1. PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DE HARDWARE .......................... 139. 4.1.1. Pruebas de señales ........................................................................ 139. 4.1.2. Pruebas direccionamiento de Saitel DR ......................................... 141. 4.2. PRUEBAS DE COMUNICACIÓN .......................................................... 142. 4.2.1. PRUEBAS DE RED ........................................................................ 142. 4.2.2. PRUEBAS DE MODBUS ................................................................ 142. 4.2.2.1 4.3. Prueba de configuración de Modbus en Kepserver Enterprise 142. PRUEBAS DE SOFTWARE .................................................................. 143. 4.3.1. PRUEBAS DE ISAGRAF 5 ............................................................ 144. 4.3.2. PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DEL HMI................................ 145. 4.3.3. PRUEBAS DE CATWEB ................................................................ 145. 4.3.4. PRUEBAS DE SOE ........................................................................ 146. 4.3.5. PRUEBAS DE SINTONIZACIÓN DEL CONTROLADOR PI .......... 148.

(11) 4.4. PRUEBAS DE TOMA DE DATOS ANÁLOGOS EN TIEMPO REAL..... 149. 4.4.1. DATOS DE LA SEÑAL DEL SENSOR RTD ................................... 149. 4.4.2. DATOS DE LA SEÑAL ACONDICIONADA DEL TERMOPAR ....... 150. 4.5. PRUEBAS DE CAPACITACIONES AL PERSONAL DE PIL S.A. ......... 151. CAPÍTULO 5 ....................................................................................................... 152 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................... 152 5.1. CONCLUSIONES.................................................................................. 152. 5.2. RECOMENDACIONES ......................................................................... 155. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 156 ANEXOS ............................................................................................................. 158.

(12) 1. RESUMEN. El presente proyecto tiene por objetivo diseñar e implementar un módulo de pruebas y prácticas de entrenamiento con dos plataformas RTU, que permita la facilidad de capacitaciones al personal de Proyectos Integrales del Ecuador PIL S.A.. Las plataformas Saitel 2000DP y Saitel DR de Telvent cuentan con sus respectivos módulos de entradas y salidas, análogas y digitales, con las cuales se desarrollan cinco prácticas de entrenamiento que abarcan la adquisición de estas señales, uso de controladores ON/OFF, con histéresis y PI, además de la comunicación con una Interfaz Hombre-Máquina (HMI).. El módulo de pruebas y prácticas de entrenamiento ha sido implementado en un armario de control, el cual contiene un tablero principal y dos tableros laterales de instrumentación.. La HMI desarrollado utiliza el software FactoryTalk View Studio propietario de Rockwell Automation con lo que se utiliza el protocolo de comunicación Modbus para poder enlazar las RTU hacia el HMI.. Además las RTU requieren fundamentalmente de la utilización de Catconfig Tool, un software para configuraciones en general e Isagraf para la configuración y depuración de la lógica, cuyo manejo de los mismos se explica en cada práctica a realizar.. Finalmente, se cuenta de un proceso con aire comprimido, otro con agua, además de un motor dc, sensores de temperatura, luces piloto, pulsadores, selectores y potenciómetros para entregar una enseñanza-aprendizaje más eficaz y dinámica..

(13) 2. PRESENTACIÓN. El proyecto “Diseño y construcción de un módulo de pruebas y prácticas de entrenamiento de RTU Telvent para Proyectos Integrales del Ecuador PIL S.A.” pretende proporcionar una eficaz y didáctica capacitación al personal de la empresa, lo cual repercutirá en la productividad y eficiencia del personal, optimizando el tiempo utilizado para cubrir los temas abordados en el aprendizaje de las plataformas Saitel.. A continuación se presenta la estructura del proyecto que consta de cinco capítulos, referencias bibliográficas y anexos.. El capítulo 1, describe de manera general los fundamentos teóricos dentro del desarrollo de módulos de pruebas y las razones principales para su elaboración, además detalla a profundidad las partes del proyecto a desarrollar.. El capítulo 2, comprende el diseño del hardware tanto de la parte de instrumentación con los debidos circuitos de acondicionamiento y del tablero principal especificando el conexionado de las RTU y dimensionamiento de fuentes.. El capítulo 3, detalla el desarrollo de la HMI, la configuración del protocolo de comunicación Modbus, las configuraciones y programación de la lógica de las Plataformas Saitel, además de las prestaciones adicionales de las que dispone.. El capítulo 4, presenta las pruebas y resultados del funcionamiento del módulo de pruebas y prácticas de entrenamiento, efectuadas para garantizar el cumplimiento de los alcances del mismo.. En el capítulo 5, constan las conclusiones y recomendaciones obtenidas tras la culminación del presente proyecto..

(14) 3. CAPÍTULO 1 FUNDAMENTOS TEÓRICOS El contenido de este capítulo describe los conceptos teóricos que intervienen dentro de la realización del módulo de pruebas y prácticas de entrenamiento de RTU Telvent, además se abordan las principales características de una Unidad Terminal Remota o RTU y sus diferencias con un Programador Lógico Programable o PLC, finalizando con la descripción del trabajo a desarrollar en este proyecto.. 1.1. INTRODUCCIÓN. Proyectos Integrales del Ecuador PIL S.A. es una compañía dedicada a la ingeniería, montajes y puesta en marcha de proyectos con énfasis en optimización, la cual se enfoca en el sector energético, hidrocarburífero y la industria en general a través del uso de tecnología de punta, personal altamente capacitado y estándares de calidad. En los últimos años las plataformas Saitel 2000DP y Saitel DR han ido incursionando en el mercado industrial, principalmente en el sector petrolero y eléctrico ya que disponen de potentes funcionalidades tales como un abundante número de protocolos de comunicación y módulos exclusivos para medidas directas de voltajes y corrientes. Por esta razón y debido a la pronta adaptación en el mercado ecuatoriano, Proyectos Integrales del Ecuador PIL S.A. ha creído conveniente la capacitación a su personal usando módulos de entrenamiento, ya que la empresa en su mayoría provee tecnologías y servicios especializados en automatización mediante plataformas de Rockwell Automation. La realización del presente proyecto entrega la facilidad de capacitación al personal de cualquier área, ya que las prácticas de entrenamiento se enfocan fundamentalmente en el funcionamiento y manejo de las RTU, logrando la enseñanza aprendizaje de manera eficaz y didáctica, además de optimizar el tiempo utilizado para aumentar la productividad y eficiencia del personal..

(15) 4. 1.2. MÓDULOS DE PRUEBAS. Los módulos de pruebas dentro del entorno industrial se caracterizan por brindar funcionalidades acorde a las plataformas a explorar, con el objetivo de conocer nuevas aplicaciones y ampliar la comprensión en el manejo de las mismas. Existen diversas empresas que disponen de una amplia gama de soluciones de control y automatización para capacitaciones que ofrecen a estudiantes o profesionales experiencia a través de la práctica y la oportunidad de adquirir las habilidades necesarias para una gestión eficaz de los modernos sistemas de automatización. Además algunas empresas también proveen soluciones de acuerdo a las especificaciones y necesidades de las instituciones interesadas, de esta manera cada institución puede obtener un módulo de pruebas hecho a su medida.. 1.2.1 CARACTERÍSTICAS Para. asegurar. un. aprendizaje. eficaz. los. paquetes. de. entrenamiento,. específicamente en el campo de automatización, que por lo general incluyen equipos, software y material didáctico deben satisfacer fundamentalmente la mayoría de las siguientes características: ·. Funcionalidad y escalabilidad, para entregar un sistema de aprendizaje práctico y útil aprovechando las prestaciones de las plataformas a explorar, además de la integración con otros módulos sin limitarse a un solo proceso en específico.. ·. Fáciles de usar, referido al diseño didáctico.. ·. Fáciles de aprender, ofreciendo diferentes niveles de complejidad en sus prácticas de entrenamiento, por ejemplo ofreciendo un conjunto de características de programación de gran alcance.. ·. Fáciles de comunicar, disponiendo de protocolos de comunicación utilizados en la industria..

(16) 5. 1.2.2 MÓDULOS DE PRUEBAS COMÚNES En general, los sistemas de aprendizaje industriales pueden utilizar equipamiento eléctrico, electrónico, neumático e hidráulico, de automatización, de control de procesos, robótica y mecatrónica, entre otros, los cuales de acuerdo al tamaño y las prestaciones que entregan sus módulos se pueden denominar de la siguiente forma: ·. Sistema de aprendizaje portátil.. ·. Demo de procesos industriales específicos.. ·. Banco de pruebas didáctico.. A continuación se presentan ejemplos de los módulos de pruebas más comunes.. 1.2.2.1. Sistema de aprendizaje portátil. También denominado Kit de PLC para primeros pasos, es útil para ser transportado con facilidad o para espacios limitados. Cuenta con un PLC de Allen Bradley, PanelView. Plus. y. protocolos. de. comunicación. comúnmente. utilizados.. Generalmente este tipo de módulo ayuda a familiarizarse con el PLC y con la herramienta de ingeniería en un tiempo muy corto, aprendiendo desde la programación lógica básica hasta labores de comunicación y visualización [1].. Figura 1.1 Sistema de aprendizaje de PLC Allen Bradley portátil, tomado de [1]..

(17) 6. 1.2.2.2. Demo de procesos industriales específicos.. Un Demo de procesos industriales específicos está limitado en la escalabilidad del sistema de aprendizaje pero cumple con la ventaja de contar con un proceso real a diferencia del portátil. Por ejemplo, el demo de variación de velocidad de ABB está diseñado para proporcionar un rápido y práctico aprendizaje de la programación y aplicación de variadores de velocidad, además de permitir simular fácilmente cualquier aplicación de la industria real [2].. Figura 1.2 Demo variador de velocidad de ABB, tomado de [2].. 1.2.2.3. Banco de pruebas didáctico.. Los bancos didácticos son los módulos de pruebas más funcionales y escalables, que están diseñados para permitir programar y probar procesos industriales que involucran una topología de control y supervisión con diferentes tipos de procesos de plantas y que con la ayuda de sus módulos de entradas y salidas, permite al usuario tener una gran cantidad de posibilidades para recibir y enviar señales desde y hacia el proceso. Fundamentalmente se trata de tableros de control. En las Figuras 1.3 y 1.4 se muestran ejemplos de bancos de pruebas didácticos de diferente aplicación y tamaño que oferta la corporación nacional ABB..

(18) 7. Figura 1.3 Banco didáctico con PLC ABB de menor escala, tomado de [2].. Figura 1.4 Bancos de pruebas para arranque de motor de ABB, tomado de [2]..

(19) 8. 1.2.3 PRÁCTICAS DE ENTRENAMIENTO [3] Generalmente los programas de capacitación y formación para la Industria en automatización que ofrecen las distintas empresas constan de prácticas de entrenamiento con tres niveles de dificultad diferentes, los cuales se describen a continuación: ·. Nivel básico, cuyo objetivo principal es familiarizarse con los equipos de automatización, interpretar, programar, simular y detectar fallas en la lógica de programación a nivel de entradas y salidas digitales.. ·. Nivel medio, manejo de entradas y salidas análogas, además de controladores, módulos avanzados y software de diagnóstico y monitorización.. ·. Nivel avanzado, configuración de protocolos de comunicación y plataformas de desarrollo de HMI.. 1.3. PROYECTO A DESARROLLAR. El proyecto “Diseño y construcción de un módulo de pruebas y prácticas de entrenamiento de RTU Telvent para Proyectos Integrales del Ecuador PIL S.A.” constará de los siguientes parámetros: ·. Se dimensionará, implementará e instalará el armario de control, lo cual incluye el montaje y cableado respectivo de las plataformas Saitel según sus manuales de operación, además de las respectivas fuentes de alimentación, terminales necesarios. para. conexiones,. borneras,. y. elementos. principales. de. instrumentación tales como: sensores de nivel, temperatura, presión, luces piloto, pulsadores, selectores, un motor dc, y potenciómetros para medición de señales análogas. ·. Adicionalmente para conseguir un módulo de pruebas más didáctico se utilizará parte de esta instrumentación para la conformación de un proceso con aire y otro con agua para medición de variables y aplicación de controladores básicos.. ·. Se realizará el diagrama de procesos e instrumentos (P&ID) utilizando el software Autocad, además del diagrama de conexionado y distribución de los.

(20) 9. módulos en el montaje del armario de control, el cual consistirá de un tablero principal de control y dos tableros laterales de instrumentación. ·. Las plataformas RTU estarán conformadas de la siguiente manera, Saitel 2000DP que consta de un módulo de control (SM_CPU866), un módulo de comunicación (SM_SER), un módulo de 32 salidas digitales (SM_DO32T), un módulo de 32 entradas digitales (SM_DI32), un módulo de 16 entradas análogas (SM_AI16), dos regleteros para 16 salidas digitales (TB_DO16/T), un regletero para 32 entradas digitales (TB_DI32/N), dos regleteros para 8 entradas análogas (TB_AI8/N). Y la RTU Saitel DR que consta de un módulo de control avanzado (HU_A), un bloque de adquisición con 8 entradas analógicas (AB_AI), un bloque de adquisición con 8 salidas digitales (AB_DO), un bloque de adquisición con 16 entradas digitales (AB_DI), un bloque de entradas y salidas múltiples (AB_MIO), y un bloque de adquisición para medidas directas (AB_AC).. ·. Se especificarán, adquirirán e instalarán los elementos de instrumentación acorde a las funcionalidades de los módulos de la plataforma Saitel.. ·. Se abarcará la configuración de las RTU mediante el software CATconfig Tool, la programación y depuración de la lógica con Isagraf, los labores de monitorización general mediante la herramienta Catweb Tool, además de conexiones para usuarios avanzados mediante consola, ftp y telnet.. ·. Se diseñará una HMI usando el software FactoryTalk View Studio mediante el protocolo de comunicación Modbus para enlazar el HMI como maestro y las RTU como esclavos. Esta HMI fundamentalmente abarcará los temas de comunicación, adquisición de señales análogas y controladores básicos.. ·. Se realizará un manual de usuario el cual constará de cinco prácticas de entrenamiento. con. su. correspondiente. procedimiento. para. lograr. capacitaciones adecuadas en el uso de las herramientas de software de las plataformas Saitel.. A continuación se describirán las características principales de las plataformas RTU utilizadas en el proyecto..

(21) 10. 1.4. UNIDADADES TERMINALES REMOTAS (RTU). En general las RTU permiten obtener señales independientes de los procesos y enviar la información a un sitio remoto donde se procese, siendo dispositivos especializados en comunicaciones [4].. 1.4.1 DIFERENCIAS ENTRE PLC Y RTU [5] Un Controlador lógico programable o PLC tuvo sus inicios en sistemas exclusivos de control de instalaciones, máquinas o procesos, ejecutando tareas generales de control, ahora en cambio ya cuenta con protocolos de comunicaciones para pequeños sistemas de control como por ejemplo: RS-485, MODBUS, DNP3, CAN, IEC-101, entre otros, en forma paralela una RTU ha evolucionado también en la industria eléctrica y otras ramas, donde grandes sistemas requieren la gestión de un gran número de señales con precisión de milisegundos, lo cual es casi imposible realizar con PLCs.. 1.4.2 SAITEL 2000DP [6] La plataforma Saitel 2000DP es una RTU con un conjunto de dispositivos para aplicaciones de control y automatización de tiempo real, cuya principal característica es su diseño modular, ya que los módulos de comunicaciones, CPU y de E/S (entrada/salida) tienen idéntico formato, además éstos últimos pueden ser reemplazados durante el pleno funcionamiento (diseño hot-swapping), permitiendo realizar la sustitución de cualquier módulo de forma rápida y así reducir al mínimo el tiempo de indisponibilidad en caso de fallo. Los módulos electrónicos de Saitel 2000DP están diseñados para trabajar en ambientes industriales agresivos, soportando protección ante perturbaciones electromagnéticas. El diseño de bajo consumo hace que los módulos puedan funcionar sin necesidad de usar ventilación forzada, éstos disponen de una envolvente de plástico diseñado para facilitar la inserción y el cableado de los módulos. La Figura 1.5 muestra su arquitectura:.

(22) 11. Figura 1.5 Arquitectura Saitel 2000DP, tomado de [6]. El conjunto de módulos que componen la plataforma son: ·. Unidad de control: El módulo SM_CPU866 ofrece una gran capacidad de memoria, procesamiento y conexiones fast-ethernet.. ·. Módulos de comunicaciones Serie: Existen dos versiones para el soporte de protocoles asíncronos y síncronos, SM_SER y SM_SERS respectivamente.. ·. Fuentes de alimentación: Se tiene dos posibilidades, utilizar el módulo SM_PS o una fuente de alimentación externa.. ·. Módulos de E/S: Existe una amplia gama de módulos de entrada/salida, tanto analógicas como digitales: SM_AC, SM_DI32, SM_DO32T, SM_DO16R, SM_AI16, SM_AI8AO4 y SM_GAS.. ·. Backplanes: Existen dos modelos: SM_BPX y SM_CHX. Su función principal es de servir de soporte al resto de módulos mediante un conector suministrando funciones adicionales.. Las características relevantes de los módulos de la RTU Saitel 2000DP utilizados en el presente proyecto son las siguientes:.

(23) 12. 1.4.2.1. Unidad de control (SM_CPU866). Realiza las funciones de control de todo el equipo, centraliza la información adquirida por otros módulos y ejecuta los programas de control lógico, protocolos de comunicaciones y aplicaciones de usuario. La comunicación con los módulos esclavos, situados en los backplanes y unidos con el bus de interconexión se realiza mediante canales de comunicación serie asíncrona con una velocidad de hasta 1.5 Mbps. Cuenta con canales de comunicaciones de los siguientes tipos: ·. CON: Canal de consola para monitorización y diagnóstico.. ·. COM1-COM4: Cuatro canales de comunicaciones serie con interfaz RS-232.. ·. LAN1-LAN4: Cuatro puertos de comunicaciones fast-ethernet.. 1.4.2.2. Módulo de comunicación (SM_SER). Permite ampliar la capacidad de comunicaciones asíncronas del módulo de control y dispone de ocho canales de comunicaciones a través de conectores RJ-45 que son capaces de comunicar en RS-232, RS-485 ó RS-422, en los cuales los canales 4 y 8 son exclusivos para RS-232 pudiendo todos los demás configurarse para cualquiera de los tres protocolos antes mencionados.. 1.4.2.3. Fuente de alimentación (SM_PS). El módulo de fuente de alimentación dispone del mismo formato modular que el resto de los módulos, cuya función principal es convertir la fuente de potencia de entrada en una salida regulada de 5.4 VDC para alimentar la parte de electrónica de control de los módulos situados en un blackplane. Los blackplanes soportan también la alimentación de la electrónica utilizando fuentes externas, siendo esta última la alternativa contemplada para el desarrollo del módulo de pruebas y prácticas de entrenamiento..

(24) 13. 1.4.2.4. Módulos de adquisición. 1.4.2.4.1 Módulo SM_DI32 Este módulo ofrece 32 entradas digitales configurables y de alta precisión cuyas señales pueden ser: indicaciones de estados simples y dobles, indicaciones memorizadas y contadores de pulsos lentos por flanco simple y flanco doble. Existen dos tipos de regleteros diseñados para ser utilizados con el módulo, los cuales permiten facilitar el cableado y utilizar cables de mayor sección para las señales de campo, estos pueden ser regleteros estándar (TB_DI32/E) y normalizado (TB_DI32/N).. 1.4.2.4.2 Módulo SM_DO32T Las 32 salidas digitales a transistor del módulo están separadas en dos bloques de polarización externa de 16 salidas cada uno, pudiendo ser alimentadas con fuentes independientes pero siempre del mismo valor. Las señales digitales soportadas son de tipo: pulsante, memorizado, simples y dobles. Este módulo también dispone de la posibilidad de utilizar diferentes tipos de regleteros tales como: regletero compacto de 16 relés y capacidad de corte media (TB_DO16/S), regletero de 16 relés y capacidad de corte media (TB_DO16/T) y regletero de 16 relés y alta capacidad de corte (TB_DO16/P).. 1.4.2.4.3 Módulo SM_AI16 El módulo de 16 entradas analógicas consiste de dos bloques de entradas, donde cada bloque admite ocho señales en configuración diferencial con opción de conversión a entrada de corriente mediante el uso del regletero TB_AI8, soportando así rangos de 0/10V, -10V/10V, 0/5V, -5V/5V, 0/20mA y -20mA/20mA, dispone de un convertidor de 16 bits (resolución de 0 a 65536), además presenta la función de protección de entradas frente a perturbaciones electromagnéticas..

(25) 14. 1.4.2.5. Módulo backplane (SM_PBX9). Funciona como soporte electromecánico cumpliendo las siguientes funciones: ·. Función mecánica: Permite fijar el conjunto de nueve módulos de la RTU.. ·. Función eléctrica: Permite la conexión de los módulos al bus de comunicaciones, garantiza la alimentación necesaria de los módulos, las señales de control y de datos y permite la expansión de las señales de control y datos apropiados para la interconexión hacia diferentes backplanes.. 1.4.3 SAITEL DR [7] Saitel DR es una RTU que consta de un conjunto de dispositivos diseñados específicamente para aplicaciones de control y automatización en tiempo real, cuya principal diferencia de la Saitel 2000DP es que su montaje mecánico se hace sobre carril DIN y los regleteros para conexión a campo están completamente integrados en los bloques de adquisición, además de su tamaño relativamente menor que la anterior. Los módulos electrónicos de Saitel DR están diseñados para trabajar en ambientes industriales. agresivos,. soportando. protección. ante. perturbaciones. electromagnéticas, sin necesidad de usar ventilación forzada pero no admite la funcionalidad de hot-swapping, es decir no permite el cambio de módulos durante el funcionamiento. Dispone de una envolvente metálica, y los módulos pueden interconectarse usando un puente de cinta plana tal como se muestra en la Figura 1.6.. Figura 1.6 Interconexión de módulos, tomado de [7]..

(26) 15. Los elementos principales que componen esta plataforma son los siguientes: ·. Unidad de control o cabeza (HU): Módulo CPU con puertos de comunicaciones integrados, se dispone de dos tipos la avanzada (HU_A) y la básica (HU_B).. ·. Módulos para comunicaciones serie (AB_SER): Permite agregar canales serie RS—232/285/422, siendo de uso exclusivo de la HU_A y hasta máximo de cuatro por cada una de ellas.. ·. Bloques de adquisición: Módulos de E/S que se conectan a la unidad de control tales como: AB_DI, AB_DO, AB_AI, AB_AC_A y AB_MIO.. ·. Módulos complementarios: De uso exclusivo para dar soporte a la arquitectura del ITB, son los encargados de hacer las funciones de terminador (TU) o expansor del bus (XU), entre otras.. Gracias a la modularidad y flexibilidad de la RTU Saitel DR se puede implementar desde una microRTU hasta los más complejos sistemas de control distribuidos, además de presentar la característica de comunicación entre los distintos ITB sobre una red de Ethernet lo cual provee una gran herramienta permitiendo diseñar arquitecturas capaces de cubrir necesidades de los sistemas de control distribuidos.. Una unidad de control más un conjunto de bloques de adquisición, junto con los elementos constructivos necesarios forman lo que se denomina como un Bloque terminal inteligente (Intelligent Terminal Block ó ITB).. Figura 1.7 MicroRTU, tomado de [7].. A continuación se describen características relevantes de los módulos de la RTU Saitel DR utilizados en este proyecto:.

(27) 16. 1.4.3.1. Unidad de control (HU_A). La unidad de control avanzada (HU_A), también llamada cabeza o head unit, realiza las funciones de control de todo el equipo, centraliza la información adquirida por otros módulos del sistema y ejecuta los programas de control lógico, protocolos de comunicaciones y aplicaciones específicas de usuario. Dispone de 4 entradas digitales simples, además incluye tres puertos serie RS-232 (uno de los cuales es para consola y los demás de propósito general) y dos puertos fast-ethernet.. 1.4.3.2. Bloques de adquisición. 1.4.3.2.1 Módulo AB_DI Ofrece 16 entradas digitales que pueden ser: entrada digital simple, doble o contador lento. El módulo dispone de dos bloques de conectores que admiten 10 entradas cada uno, siendo las 8 primeras las señales de entrada y las dos últimas el común.. 1.4.3.2.2 Módulo AB_DO Dispone de 8 salidas digitales a relé las cuales pueden ser: simples, dobles, pulsantes o de operación directa, AB_DO dispone de dos bloques conectores para 4 salidas digitales cada uno y adicionalmente al requerir de una fuente de polarización externa se dispone de un tercer bloque conector para este propósito.. 1.4.3.2.3 Módulo AB_AI Ofrece 8 entradas analógicas diferenciales configurables de forma independiente cada una de ellas, utiliza un convertidor de alta resolución (16 bits), soporta entradas en corriente instalando una resistencia de 250 Ω y 0.1% de precisión entre los dos terminales de la entrada, y presenta el siguiente rango de entrada de señales: -5V/5V, 0/5V, -20mA/20mA, 0/20mA y de 4mA/20mA..

(28) 17. 1.4.3.2.4 Módulo AB_AC Es un módulo para la medida de magnitudes en redes de corriente alterna, registro de calidad y medida de energía, también presenta la funcionalidad de verificación del sincronismo entre dos líneas de tensión (Synchrocheck). Permite la conexión de 3 entradas en tensión, 3 entradas en corriente, entrada y salida digital de uso exclusivo de Synchrocheck, además este módulo admite la conexión directa de tensión estándar (63.5 Vrms) y entradas de corriente estándar (5 Arms) ya que dispone de la adaptación de los niveles de señal y de los elementos de protección necesarios para el aislamiento galvánico de cada uno de los canales.. 1.4.3.2.5 Módulo AB_MIO Dispone de seis bloques conectores de los cuales los dos primeros son para ocho entradas analógicas de las mismas características del módulo AB_AI, los siguientes dos bloques son para dos salidas de corriente analógicas entre 4 y 20mA de conversión digital-analógica de 14 bits, el quinto bloque presenta dos entradas de contador rápido que son autopolarizadas las cuales pueden ser pulsos simples o pulsos dobles y por último el sexto bloque dispone de la posibilidad de conexión de dos entradas de RTD de cuatro hilos.. 1.4.3.3. Módulo complementario (BT). La única función que tiene este módulo es la de servir de terminador del bus principal, por lo que se instala sobre el conector de salida de expansión del bus del último módulo del ITB en el lado derecho, como se muestra a continuación:. Figura 1.8 Conexión del módulo BT, tomado de [7]..

(29) 18. 1.4.4 SOFTWARE BASELINE DE LAS RTU TELVENT [8] [9] 1.4.4.1. Arquitectura Software. El software BaseLine de las RTU Saitel 2000DP y Saitel DR está formado por el sistema operativo VxWorks, una serie de aplicaciones en tiempo real y sus respectivos archivos de configuración. Además existen herramientas de supervisión y monitorización que permiten al usuario acceder en tiempo real a toda la información disponible en cada RTU. La Figura 1.9 muestra las diferentes aplicaciones incluidas en la plataforma software así como otras aplicaciones que implementan protocolos con los que se puede ampliar desde el software CATconfig Tool:. Figura 1.9 Arquitectura software baseline de las RTU Saitel, tomado de [8]..

(30) 19. 1.4.4.2. Elementos principales de la arquitectura. En la definición de la arquitectura software aparecen una serie de elementos que son descritos a continuación:. 1.4.4.2.1 BinController Proceso que interactúa con la base de datos de tiempo real, cada uno de éstos actúa como productor y/o consumidor de la información que gestiona coreDb. En cambio un bin se trata de un conjunto de señales de entrada/salida con una procedencia común. Dentro de este elemento también aparece la interfaz de BinController la cual se refiere al conjunto de funciones utilizadas por los módulos BinController para comunicaciones con coreDb. Cada Bin se comunica con el BinController que tiene asociado a través de su protocolo particular; una vez que éste recibe la información, la gestiona según unas determinadas reglas y la envía a la coreDb a través de la interfaz. De la misma manera, un BinController puede leer la información de la coreDb a través de esta interfaz y enviarla al Bin correspondiente. Cada Bin mantiene una lista de las señales que controla, asociándole una etiqueta a cada una de ellas, esta etiqueta recibe el nombre de coordenada y sirve para identificar a la señal de forma unívoca como fuente o destino de un elemento de coreDb. La herramienta Catconfig permite la instalación de las siguientes interfaces gráficas: ·. Isagraf3 e Isagraf5. ·. Modbus maestro y esclavo con diferentes perfiles. ·. IEC101 e IEC104 maestro y esclavo. ·. IEC103 maestro. ·. DNP maestro y esclavo. ·. SOE. ·. AgaCAT. ·. Adquisición local de : Saitel DP, Saicom_I/O y Saitel DR.

(31) 20. 1.4.4.2.2 Interfaz de Usuario Cada Bin dispone de una interfaz gráfica que permite al usuario interactuar con la coreDb según las reglas definidas para los BinControllers. El usuario también puede acceder directamente a la información de los objetos definidos en coreDb a través de las pantallas diseñadas para configurar cada uno de los tipos que soporta la base de datos denominados: status, analog, setpoint y command. Catconfig es la herramienta que permite el acceso y configuración de coreDb.. 1.4.4.2.3 CoreDb CoreDb permite que se almacene toda la información de las señales y sus relaciones con la información de E/S gestionada por los BinControllers; estas relaciones se implementan a través de las asociaciones de fuentes y destinos. Toda esta información se organiza en tablas, donde cada una de ellas almacena un tipo distinto de señal y además se dispone de la tabla que mantiene la información de los Bins. Cualquier señal gestionada por un Bin se identifica con una etiqueta denominada coordenada. La coreDb obliga a todos los módulos software que acceden a la información a cumplir las siguientes reglas: ·. Regla n°1: Cada elemento de la coreDb puede tener asociada una única fuente, que será una señal de un Bin,. ·. Regla n°2: Cada señal de un Bin sólo puede ser fuente de un punto de coreDb.. ·. Regla n°3: Las señales de coreDb de tipo status y analog pueden tener asociadas hasta ocho señales de Bin como destino de la información.. ·. Regla n°4: Las señales de coreDb de tipo setpoint y command únicamente pueden tener asociada una señal de Bin como destino de la información.. ·. Regla n°5: Una señal de un Bin no podrá ser destino de varios elementos de coreDb. Esto permite evitar la concurrencia de distinta información sobre la misma señal sin tener un criterio definido de arbitraje (por ejemplo Isagraf)..

(32) 21. En la Figura 1.10 se muestra la relación de coreDb con las demás aplicaciones, donde IEDs se refiere a dispositivos electrónicos inteligentes.. Figura 1.10 Relación de coreDb con las demás aplicaciones, tomado de [8].. 1.4.4.3. Software Tools. La plataforma software BaseLine ofrece varias opciones de conexión a la unidad de control dependiendo de las acciones que se desea realizar, de esta manera se tiene: ·. CATconfig Tool configuraciones en general.. ·. ISaGRAF, para la configuración y depuración de la lógica.. ·. SFTP o FTP, para realizar la configuración manual solo para usuarios avanzados.. ·. CATweb Tool, para labores de monitorización general.. ·. Consola, para hacer diagnósticos avanzados de forma local.. ·. Telnet, para hacer diagnósticos avanzados de forma remota.

(33) 22. 1.5. INTERFAZ HMI [4] [10]. La tarea de mantener informado al operador de lo que está aconteciendo en su instalación ha sido cada vez más difícil de plasmar físicamente, debido a que ya no basta tan solo con un indicador, a veces es necesario colocar una imagen de conjunto para saber dónde está situado el error o por ejemplo, la información de sensores, por ello la interfaz HMI (Human Machine Interface) se ha centrado principalmente en la interacción entre el operador y el ordenador o terminales gráficos como PanelView, siendo el punto de contacto entre la persona y la tecnología. Entre las funciones destacadas de una HMI se encuentran: el monitoreo en tiempo real de datos, supervisión con la posibilidad de ajustar condiciones de trabajo desde la computadora, reconocer alarmas, aplicar algoritmos de control y la capacidad de mostrar y almacenar históricos. FactoryTalk View Studio es el actual software utilizado para el desarrollo de interfaces HMI de Proyectos Integrales del Ecuador PIL S.A. siendo uno más de los desafíos de este proyecto de titulación la comunicación de una HMI de Rockwell Automation con las plataformas RTU de diferente fabricante, ya que a pesar de existir una herramienta exclusiva de las RTU Saitel para interfaces HMI, ésta no fue adquirida por la empresa sino más bien cuenta con las licencias de FactoryTalk View Studio las cuales son utilizadas para visualizar las prácticas de entrenamiento..

(34) 23. CAPITULO 2 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL HARDWARE En el diseño del hardware es necesario empezar con la explicación del diagrama de bloques del sistema, posteriormente se detalla el proceso de instalación, configuración y conexionado de las RTU, así como el diseño para el acondicionamiento de la instrumentación. Y finalmente para el montaje los debidos planos que especifican la posición de los equipos, instrumentación y cableado respectivo.. 2.1. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA. El proyecto en desarrollo dispone de un supresor de picos de voltaje, dos fuentes de alimentación: una de 24 [V] y otra de voltaje ajustable a 5.4 [V], con la utilización de las debidas borneras de protección tanto para alimentación de voltaje y para cada señal de entrada y salida de las RTU. Tanto la RTU Saitel 2000DP y Saitel DR disponen de ocho luces piloto: 3 de color rojo, 3 de color verde y 2 de color amarillo, 6 pulsadores: 3 de color rojo normalmente cerrado y 3 de color verde normalmente abierto, 2 selectores de dos posiciones y un potenciómetro acondicionado de 0 a 5 [V], así mismo todos los circuitos de acondicionamiento son alimentados desde la fuente de 24 [V]. La RTU Saitel DR además dispone de un sensor de temperatura PT100 de 3 hilos y un motor DC de 24 [V] el cual es controlado mediante un microcontrolador atmega8. La plataforma Saitel 2000DP en cambio cuenta con dos procesos implementados, el primero utiliza aire comprimido dentro de un tubing de 1/4" y dispone de un compresor con su fuente de alimentación de 12 [V], una electroválvula y un sensor de presión. El segundo proceso utiliza agua dentro de dos recipientes plásticos con un termopar tipo K, un calentador de agua, una mini bomba, una electroválvula y un sensor de nivel. Finalmente las plataformas Saitel están conectadas a un switch mediante cables ethernet y posteriormente a una computadora con su respectiva HMI..

(35) 24. Figura 2.1 Diagrama de bloques del sistema..

(36) 25. 2.2. INSTALACIÓN DE LAS RTU. A continuación se describe la instalación y configuración a nivel de hardware necesario para el montaje de las RTU en el tablero de control. 2.2.1 SAITEL 2000DP Las posiciones de los módulos de la RTU Saitel 2000DP están situados en el backplane como indica a continuación:. Figura 2.2 Posiciones en el backplane.. Donde se ocupan 5 de las 9 posiciones disponibles de la siguiente manera: ·. 1° posición: SM_CPU866. ·. 2° posición: SM_SER. ·. 3° posición: SM_DI32. ·. 4° posición: SM_DO32T. ·. 5° posición: SM_AI16. Además cada módulo dispone en su parte posterior de un selector con 12 posiciones para la identificación del módulo y la velocidad de comunicación Profibus, y se configuran mediante los interruptores ubicados en la parte posterior del mismo. La función de cada uno de ellos se muestra en la Figura 2.3..

(37) 26. Figura 2.3 Interruptores para la configuración Profibus.. Donde la posición de los módulos se identifica con los interruptores del 1 al 7 en código binario. Los interruptores 8 y 12 están reservados y se ubican a 0 (off), excepto en el caso del módulo SM_DI32. La velocidad de comunicaciones debe ser la misma para todos los módulos y está fijada por la velocidad del maestro, configurada por software (Catconfig Tool) en el módulo de control. En la Tabla 1.11 se indica la ubicación de los interruptores de dirección Profibus para cada módulo de acuerdo a su posición: Tabla 2.1. Dirección Profibus, tomado de [6].. POSICIÓN. DIRECCIÓN. MÓDULO. 7. 6. 5. 4. 3. 2. 1. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. SM_CPU. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 1. 1. SM_SER. 0. 0. 0. 0. 0. 1. 0. 2. SM_DO32T. 0. 0. 0. 0. 0. 1. 1. 3. SM_DI32. 0. 0. 0. 0. 1. 0. 0. 4. SM_AI16. La velocidad escogida de Profibus es de 1.5 Mbaudios y se configura con los interruptores 9, 10 y 11 para todos los módulos como muestra la Tabla 2.2. Tabla 2.2. Velocidad Profibus, tomado de [6].. POSICION 11 POSICION 10 POSICION 9 VELOCIDAD 1. 0. 0. 1.5 Mbaudios.

(38) 27. 2.2.1.1. Módulo SM_CPU866. El único cableado necesario es el de los puertos RJ-45 situados en la parte frontal del módulo, a continuación se describe la asignación de pines del conector: Tabla 2.3. Tabla de asignación de pines del conector RJ-45, tomado de [6].. CONECTOR. POSICIÓN. DESCRIPCIÓN. E/S. 3. Transmisión de datos. S. 4. GND. -. 5 6. Recepción de datos. E. Si se utiliza un conector DB-9 para la conexión con una PC, el cableado se realiza tal como se indica en la Figura 2.4.. Figura 2.4 Conexión a través de un DB-9 desde el lado de una PC, tomado de [6].. 2.2.1.2. Módulo SM_SER. Solo los cuatro primeros selectores de configuración indican las direcciones posibles, pudiendo ser configuradas desde la primera hasta la octava posición. Al colocarse este módulo en la segunda posición en el backplane su configuración se realiza de acuerdo a la Tabla 2.1..

(39) 28. 2.2.1.3. Módulo SM_DI32. La configuración de los interruptores 8 y 12 se sitúan en la posición ON para que se pueda realizar de forma correcta el test de comprobación de hardware propio del módulo SM_DI32 de las entradas digitales. Los receptores en campo se alimentan con el positivo de las tensiones de polarización V1 y V2 los cuales corresponden a las salidas de los comunes de los conectores del módulo que se ubican en el pin 17 de cada conector de cable plano, para esto se dispone de dos regleteros TB_DI32/N y dos secciones de cinta plana con dos conectores de 20 vías. Las tensiones de polarización V1 y V2 se dan externamente al módulo uniendo los conectores de cable plano J1/18(+) con J2/18(+) y J1/20(-) con J2/20(-) ya que se utiliza una sola fuente de polarización.. Figura 2.5 Esquema de conexión a campo del módulo SM_DI32, tomado de [6].. 2.2.1.4. Módulo SM_DO32T. Se conectan los pines J1/18(+) con J2/18(+) y J1/20(-) con J2/20(-) ya que se utiliza una sola fuente de polarización, los receptores en campo se alimentan con el positivo de esta fuente, asignándolos como los comunes o salidas de permiso de mandos. El módulo SM_DO32T incluye, además de los dos conectores para cinta plana, una borna aérea de cuatro vías que se usa para realizar las conexiones de polarización, cuya asignación es la siguiente:.

(40) 29. ·. PIN 1: Común 1B.. ·. PIN 2: Polarización positiva V1+.. ·. PIN 3: Común 2B.. ·. PIN 4: Polarización positiva V2+.. Y la conexión se realiza como se muestra en la Figura 2.6.. Figura 2.6 Conexión del módulo SM_DO32T a regleteros TB_DO16/T, tomado de [6].. 2.2.1.5. Módulo SM_AI16. La conexión desde el módulo SM_AI16 hacia los regleteros normalizados TB_AI8/N son únicamente a través de dos cintas planas de 20 vías. Existe la posibilidad de entradas de corriente instalando una resistencia de 250 Ω y 0.1% de precisión entre los terminales del regletero, pero no se utilizó este tipo de entradas..

(41) 30. 2.2.1.6. Módulo SM_BPX9. La Figura 2.7 muestra los conectores principales en un módulo SM_BPX9, donde la alimentación se realiza a través del conector lateral J9, la cual no está protegida contra sobretensiones y debe ser de 5.4 ± 0.1 VDC, el conector J11 es para utilizar un indicador de fallo de alimentación externo aunque no se realizó su conexión.. Figura 2.7 Conectores de backplane SM_BPX9, tomado de [6].. En la Tabla 2.4 se detalla los pines del conector J9, debido a ser necesaria únicamente la conexión de los pines 1, 3 y 5 para este proyecto en particular, ya que no se dispone de alimentación secundaria.. Tabla 2.4. Tabla de asignación de pines del conector J9, tomado de [6].. CONECTOR. POSICIÓN SEÑAL 1. Earth. DESCRIPCIÓN Tierra de protección. 2. -. No conectar. 3. +5V1. Alimentación. 4. GND. primaria. 5. +5V2. Alimentación. 6. GND. secundaria.

(42) 31. 2.2.1.7. Instrumentos conectados. En la Tabla 2.5 se enlista los elementos e instrumentos en el orden de conexión hacia la Saitel 2000DP, donde las celdas de “SPARE”, indica que se realizó el conexionado desde la RTU hasta las borneras de protección para poder ser utilizadas a futuro. Tabla 2.5. Elementos conectados a regleteros TB_DO16/T.. TB_DO16/T - 1. TB_DO16/T - 2. #. ELEMENTO. #. ELEMENTO. 1. Luz piloto verde 1. 1. Circuito de activación de bomba. 2. Luz piloto verde 2. 2. Calentador de agua. 3. Luz piloto verde 3. 3. Activar fuente de compresor. 4. INHABILITADA. 4. SPARE. 5. Luz piloto roja 2. 5. SPARE. 6. Luz piloto roja 3. 6. SPARE. 7. Luz piloto amarilla 1. 7. SPARE. 8. Luz piloto amarilla 2. 8. SPARE. 9. Activar circuito de sensor de presión. 9. SPARE. 10. Activar circuito de termopar tipo K. 10. SPARE. 11. Activar circuito de nivel. 11. SPARE. 12. Activar circuito de potenciómetro. 12. SPARE. 13. Luz piloto roja 1. 13. SPARE. 14. SPARE. 14. SPARE. 15. Electroválvula 1 (para aire). 15. SPARE. 16. Electroválvula 2 (para agua). 16. SPARE. El módulo SM_DO32T posee 32 salidas digitales las cuales se conectan mediante cinta plana hacia los dos regleteros de salidas a relé TB_DO16/T, por lo que la Tabla 2.5 divide las señales en dos subgrupos de 16 salidas. La salida digital número 4 está inhabilitada ya que a nivel de hardware presenta un desperfecto de fábrica..

(43) 32. En la Tabla 2.6 se detalla las entradas hacia el regletero TB_DI32/N, el cual presenta solo 16 entradas digitales habilitadas de las 32 posibles y hacia los dos regleteros TB_AI8/N que presentan 16 entradas análogas habilitadas. Tabla 2.6. Elementos conectados a regleteros TB_DI32/N y TB_AI8/N.. TB_DI32/N. TB_AI8/N (1 y 2). #. ELEMENTO. #. ELEMENTO. 1. Pulsador verde 1. 1. Sensor de presión. 2. Pulsador verde 2. 2. Potenciómetro. 3. Pulsador verde 3. 3. SPARE. 4. Pulsador rojo 1. 4. SPARE. 5. Pulsador rojo 2. 5. SPARE. 6. Pulsador rojo 3. 6. SPARE. 7. Selector 1. 7. SPARE. 8. Selector 2. 8. SPARE. 9. LLI. 1. Circuito acondicionador de termopar tipo K. 10. HLI. 2. SPARE. 11. SPARE. 3. SPARE. 12. SPARE. 4. SPARE. 13. SPARE. 5. SPARE. 14. SPARE. 6. SPARE. 15. SPARE. 7. SPARE. 16. SPARE. 8. SPARE. Hay que aclarar que los regleteros se unen mediante cintas planas de 20 vías a sus respectivos módulos de adquisición entregando o recibiendo las señales correspondientes, de la misma forma que el módulo SM_DO32T.. LLI y HLI se refieren a los indicadores de nivel bajo y alto respectivamente, los cuales vienen desde el circuito de nivel desarrollado para la medición del nivel de agua..

(44) 33. 2.2.2 SAITEL DR La plataforma Saitel DR utiliza para la identificación del módulo y direccionamiento un procedimiento denominado AAP que ejecuta el módulo HU_A ya que esta configuración no es manual, además se instala sobre carril DIN y se conecta mediante un puente de cinta plana, necesitando solo una fuente de 24 [V].. Figura 2.8 Montaje Saitel DR.. 2.2.2.1. Módulo HU_A. Se dispone de un puerto serie RS-232 exclusivo para consola cuya distribución de pines del conector se detalla a continuación: Tabla 2.7. Conector RS-232, tomado de [7].. CONECTOR. PIN DESCRIPCIÓN. E/S. 1. Sin conexión. -. 2. Recepción de datos. E. 3. Transmisión de datos S. 4. Sin conexión. -. 5. GND. -. 6-9. Sin conexión. -.

(45) 34. Mediante este canal se puede conectar a través de una PC para monitorizar el estado del sistema, el mismo que se realiza con un cable con conectores DB-9 hembra en ambos extremos y con el cableado que se indica en la Figura 2.9.. Figura 2.9 Conexión del puerto CON con el puerto RS-232 de una PC, tomado de [7].. Las 4 entradas digitales directas son autopolarizadas, es decir, no necesitan de fuente de polarización externa, obteniendo la misma a través del común.. También dispone de 4 interruptores en la parte frontal como indica la Figura 2.10 y cuya configuración se realiza de la siguiente manera: ·. Interruptor 4 y 3: Reservados ubicados en la posición de OFF.. ·. Interruptor 2: Permite o no la ejecución del procedimiento de direccionamiento automático o AAP. (ON: Permite u OFF: No permite). ·. Interruptor 1: Habilita o deshabilita la batería de respaldo. (ON: Deshabilita u OFF: Habilita).. Figura 2.10 Interruptores para configuración del ITB con HU_A, tomado de [7]..

(46) 35. 2.2.2.2. Módulo AB_DI. La Figura 2.11 muestra la conexión de uno de los dos bloques conectores.. Figura 2.11 Cableado a campo AB_DI, tomado de [7].. 2.2.2.3. Módulo AB_DO. La conexión donde se tienen dos bloques de salidas digitales se muestra en la Figura 2.12.. Figura 2.12 Cableado a campo de AB_DO, tomado de [7].. 2.2.2.4. Módulo AB_AI. Dispone de dos bloques conectores los cuales se conectan directamente a las entradas análogas de campo.. 2.2.2.5. Módulo AB_AC. El cableado de la funcionalidad de synchrocheck se muestra en la Figura 2.13.. Figura 2.13 Cableado de Synchrocheck, tomado de [7]..

(47) 36. La orden de cierre se obtiene de los contactos de un relé conectado a la salida digital existente en el propio módulo AB_AC_A, que cuando se produzcan las condiciones de cierre del relé, el módulo activará la salida digital (B2) que está cableada directamente al relé, y en el momento en que falle alguna de las condiciones de sincronismo o bien se verifique que el relé se ha cerrado, AB_AC_A desactivará esta señal. La principal ventaja es que los retardos desde que se da la condición de sincronismo y se produce la activación del relé es mínima, ya que no se necesita de un módulo AB_DO adicional como es el caso de diferentes conexiones. Debido a la utilización sólo de la entrada y salida de este módulo se eligió esta forma de cableado, además que para implementar la funcionalidad de Synchrocheck no se utilizan las entradas de corriente, y sólo se utilizan las dos primeras entradas de tensión y a modo didáctico la salida a relé será conectada a dos luces pilotos en paralelo.. 2.2.2.6. Módulo AB_MIO. El conexionado de las entradas de RTD, y de las entradas y salidas análogas son directas sin utilización de fuentes externas.. 2.2.2.7. Instrumentos conectados. A continuación se enlista los elementos e instrumentos en el orden de conexión hacia la RTU Saitel DR, donde las celdas de “SPARE”, indica que pueden ser utilizadas a futuro y las que no se encuentran conectadas hacia borneras se describen como “NO DISPONIBLES”. “SPARE” se utiliza en la lista de configuración desde el software Catconfig Tool..

(48) 37. Tabla 2.8. Elementos conectados a HU_A.. HU_A #. ELEMENTO. 1. Funcionamiento fuente 5.4 [V]. 2. Selector 3. 3. NO DISPONIBLE. 4. NO DISPONIBLE. Tabla 2.9. Elementos conectados a AB_MIO.. Entradas análogas. Entradas RTD. #. ELEMENTO. #. ELEMENTO. 1. Potenciómetro 2. 1. PT100. 2. SPARE. 2. SPARE. 3. SPARE. #. Salidas análogas. 4. SPARE. 1. Atmega 8. 5. NO DISPONIBLE. 2. SPARE. 6. NO DISPONIBLE. #. Entradas FC. 7. NO DISPONIBLE. 1. SPARE. 8. NO DISPONIBLE. 2. SPARE. Tabla 2.10. Elementos conectados a AB_AC.. Entradas de voltaje. Entrada-Salida digital. #. ELEMENTO. #. ELEMENTO. 1. SPARE. DI. Luces piloto verde y roja 6. 2. SPARE. DO. Luces piloto verde y roja 6. 3. SPARE. Las luces piloto verde y roja 6 se encuentran conectadas en paralelo, esto con el fin de futuras prácticas con el módulo y simular una acción de activación o no de relé..

(49) 38. Tabla 2.11. Elementos conectados a AB_DI, AB_AI y AB_DO.. AB_DI. AB_AI. #. ELEMENTO. #. ELEMENTO. 1. Pulsador verde 4. 1. Señal de control Atmega 8. 2. Pulsador verde 5. 2. SPARE. 3. Pulsador verde 6. 3. SPARE. 4. Pulsador rojo 4. 4. SPARE. 5. Pulsador rojo 5. 5. SPARE. 6. Pulsador rojo 6. 6. SPARE. 7. Selector 4. 7. SPARE. 8. SPARE. 8. SPARE. #. AB_DO. 9. SPARE. 1. Luz piloto verde 4. 10. SPARE. 2. Luz piloto verde 5. 11. SPARE. 3. Luz piloto roja 4. 12. SPARE. 4. Luz piloto roja 5. 13. NO DISPONIBLE. 5. Luz piloto amarrilla 3. 14. NO DISPONIBLE. 6. Luz piloto amarrilla 4. 15. NO DISPONIBLE. 7. Activar circuitos. 16. NO DISPONIBLE. 8. SPARE. La plataforma Saitel DR no dispone de regleteros externos siendo las salidas de cada módulo directamente conectadas a los elementos finales mediante las borneras de protección. La señal de activación de circuitos, se refiere a la alimentación de los circuitos que contienen el potenciómetro 2 y el motor DC que dispone del microcontrolador atmega8. La entrada análoga hacia el módulo AB_AI corresponde a la señal de control del motor DC el cual ingresa desde el microcontrolador y que a su vez es el ancho de pulso entregado al motor DC después de haber realizado el control PI de su velocidad, esta señal PWM ingresa a una entrada análoga la cual mide su valor medio..