3.1
Procedimiento básico para planificar una solución de
automatización
El presente capítulo contiene informaciones sobre las tareas básicas a tener en cuenta al estudiar una solución de automatización para un sistema de automatización (PLC). A la vista de un ejemplo se describe cómo proceder paso a paso para automatizar un proceso de mezcla industrial.
Existen muchos métodos para estudiar una solución de automatización. El procedimiento básico, que se puede utilizar para cualquier proyecto, se representa en la figura siguiente.
Subdividir el proceso.
Describir las diferentes áreas funcionales.
Definir los requerimientos de seguridad.
Describir los elementos de manejo y visualización necesarios.
3.2
Subdividir el proceso en tareas y áreas
Un proceso de automatización siempre se divide en distintas tareas. Incluso el más complicado de los procesos puede ser definido, siempre y cuando se indique cómo están relacionadas las distintas tareas en las que se divide el proceso y se subdividan éstas en tareas más pequeñas.
El ejemplo siguiente ilustra, a la vista de un proceso de mezcla industrial, cómo estructurar un proceso en áreas funcionales y tareas.
M M (7) (6) (5) Material A Material B (1) (2) (3) (1) (2) (3) (4) M M M M Válvula de entrada Bomba de alimentación Válvula de alimentación Sensor de flujo Motor del agitador
Interruptor para medida de nivel Solenoide – Válvula de salida (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)
Definir las áreas de un proceso
Después de haber definido el proceso a controlar, éste se ha de subdividir en grupos o áreas relacionadas entre sí:
M M (7) (6) (5) (1) (2) (3) (1) (2) (3) (4) Area: Material B Area: Material A Area: Recipiente de mezcla M M M M Area: Salida Válvula de entrada Bomba de alimentación Válvula de alimentación Sensor de flujo Motor del agitador
Interruptor para medida de nivel Válvula de salida (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)
Subdividiendo cada área en tareas más pequeñas se simplifican las tareas de control. En el ejemplo del proceso de mezcla industrial se pueden definir cuatro áreas (v. siguiente tabla). El área para el material A contiene los mismos aparatos que el área para el
material B.
Area funcional Aparatos correspondientes
Material A Bomba de alimentación para material A Válvula de entrada para material A Válvula de alimentación para material A Sensor de flujo para material A
Material B Bomba de alimentación para material B Válvula de entrada para material B Válvula de alimentación para material B
3.3
Describir el funcionamiento en diversas áreas
Al describir cada área y tarea de un proceso, se define no solamente el funcionamiento de cada área, sino también los diferentes elementos que controlan dicha área. Estos
comprenden:
• entradas y salidas eléctricas, mecánicas y lógicas de cada tarea • enclavamientos y dependencias entre las diferentes tareas
En el ejemplo del proceso de mezcla industrial se utilizan bombas, motores y válvulas. Estos se deben definir exactamente para determinar las características operativas y el tipo de enclavamientos que se requieren durante el funcionamiento. Las tablas siguientes contienen ejemplos de descripción de los aparatos que se utilizan en un proceso de mezcla industrial. Esta descripción puede utilizarse también para adquirir los aparatos necesarios.
Material A/B: motores para bombas de alimentación
Las bombas de alimentación conducen los materiales A y B al recipiente de mezcla.
• caudal: 400 l por minuto • potencia: 100 KW a 1200 rpm
Las bombas se controlan desde un panel de mando (Marcha/Paro), localizado en las cercanías del recipiente de mezcla. El número de puestas en marcha se cuenta para fines de mantenimiento. La puesta a 0 del contador y la cancelación del indicador de mantenimiento se realizan mediante un pulsador común.
Rigen las siguientes condiciones de habilitación:
• El recipiente de mezcla no está lleno.
• La válvula de salida del recipiente de mezcla está cerrada. • El PARO DE EMERGENCIA no está activado.
Rige la siguiente condición de desconexión:
• El sensor de flujo señaliza que no hay caudal 7 segundos tras arrancar el motor de la bomba. • Mientras funciona el motor, el sensor de flujo no señaliza circulación de material.
Material A/B: válvulas de entrada y alimentación
Las válvulas de entrada y alimentación para los materiales A y B permiten/impiden la entrada de los materiales al recipiente de mezcla. Disponen de un solenoide con muelle antagonista.
• Cuando el solenoide está activo, está abierta la válvula. • Cuando el solenoide está desactivado, está cerrada la válvula.
Las válvulas de entrada y alimentación son controladas por el programa de usuario. Rige la siguiente condición de habilitación:
• El motor de la bomba de alimentación marcha por lo menos durante 1 segundo.
Rige la siguiente condición de desconexión:
Motor del agitador
Con el motor del agitador se mezclan los materiales A y B en el recipiente de mezcla.
• potencia: 100 KW a 1200 rpm
El motor del agitador se controla desde un panel de mando (Marcha/Paro) localizado en las cercanías del recipiente de mezcla. El número de puestas en marcha se cuenta para fines de mantenimiento. La puesta a 0 del contador y la cancelación del indicador de mantenimiento se realizan mediante un pulsador común.
Rigen las siguientes condiciones de habilitación:
• El interruptor de nivel no señaliza "recipiente debajo del mínimo". • La válvula de salida del recipiente de mezcla está cerrada. • El PARO DE EMERGENCIA no está activado.
Rige la siguiente condición de desconexión:
• El sensor de flujo no señaliza como muy tarde 10 s tras el arranque del motor que se ha
alcanzado la velocidad nominal.
Válvula de salida
La mezcla pasa por gravedad a la próxima fase del proceso. La válvula dispone de un solenoide con muelle antagonista.
• Cuando el solenoide está activado, está abierta la válvula de salida. • Cuando el solenoide está desactivado, está cerrada la válvula de salida.
La válvula de salida se controla desde un panel de mando (abrir/cerrar). La válvula de salida se puede abrir bajo las siguientes condiciones:
• El motor del agitador está desconectado.
• El interruptor de nivel no señaliza "recipiente vacío". • El PARO DE EMERGENCIA no está activado.
Rige la siguiente condición de desconexión:
• El sistema de medida de nivel señaliza "Recipiente vacío".
Interruptor para medida de nivel
Los interruptores del recipiente de mezcla informan sobre el nivel de llenado del recipiente y se utilizan para el enclavamiento de las bombas de alimentación y del motor del agitador.
3.4
Listado de entradas y salidas
Después de haber definido físicamente cada uno de los aparatos a controlar, se han de dibujar diagramas de entradas y salidas para cada aparato o cada área de tareas.
Aparato
Diagrama de entradas y salidas
Entrada n E/S 1 E/S n Salida n Salida 1 Entrada 1
Estos diagramas equivalen a los bloques lógicos o de código que han de ser programados.
3.5
Crear un diagrama de E/S para los motores
En el ejemplo del proceso de mezcla industrial se utilizan dos bombas de alimentación y un agitador. El control de cada uno de los motores se efectúa mediante un "bloque de motor" idéntico para los tres aparatos. Este bloque necesita seis entradas: dos para marcha o paro, una para poner a 0 (Reset) el indicador de mantenimiento, una entrada para señalizar el estado del motor (motor gira/detenido), una entrada para la temporización dentro de la cual debe llegar la señal de estado (respuesta) y una entrada para el número de temporizador que deberá utilizarse para medir el tiempo.
Además, el bloque lógico precisa cuatro salidas: dos para señalizar el estado del motor, una para señalizar errores y otra para señalizar la necesidad de mantenimiento.
Además, se requiere una entrada/salida que sirve para controlar el motor, pero también simultáneamente para procesar o modificar el "bloque de motor" dentro del programa.
Motor Start Response Reset_Maint Timer_No Fault Maint Stop_Dsp Start_Dsp Stop Response_Time Motor
3.6
Crear un diagrama de E/S para las válvulas
Cada válvula se controla a través de un "bloque de válvulas" idéntico para todas las válvulas utilizadas. El bloque lógico dispone de dos entradas: una para abrir la válvula y otra para cerrarla. Además existen dos salidas: una para señalizar que la válvula está abierta y otra para señalizar que la válvula está cerrada.
El bloque dispone de una entrada/salida: sirve para controlar la válvula, pero también simultáneamente para procesar o modificar el "bloque de válvulas" dentro del programa.
Válvula Open Valve Dsp_Closed Close Dsp_Open Diagrama de entradas/salidas del “bloque de válvulas”
3.7
Definir los requerimientos de seguridad
Determine - conforme a las prescripciones legales y a las directrices de procedimiento de la empresa - qué elementos se requieren para garantizar la seguridad del proceso. Describa también en qué medida influyen estos elementos de seguridad sobre las áreas del proceso.
Definir los requerimientos de seguridad
Definir los equipos que, por razones de seguridad, requieren circuitos fijamente cableados. Por definición, estos circuitos de seguridad trabajan independientemente del sistema de automatización (a pesar de que el circuito de seguridad ofrece normalmente un interface de entrada/salida para la coordinación con el programa de usuario). Usualmente se configura una matriz para conectar cada actuador con su propia área de PARO DE EMERGENCIA. Esta matriz constituye la base para los esquemas de los circuitos de seguridad.
Proceda de la siguiente manera al diseñar los dispositivos de protección:
• Definir los enclavamientos lógicos y mecánicos/eléctricos entre las diferentes tareas de automatización.
• Diseñar circuitos para poder manejar manualmente, en caso de emergencia, los aparatos integrantes del proceso.
• Definir otros requerimientos de seguridad para garantizar un desarrollo seguro del proceso.
Diseñar un circuito de seguridad
En el ejemplo del proceso de mezcla industrial se utiliza el siguiente circuito de seguridad: • Un pulsador de PARO DE EMERGENCIA que desconecta, independientemente del
sistema de automatización (PLC), los aparatos siguientes: - Bomba de alimentación para material A
- Bomba de alimentación para material B - Motor del agitador
- Válvulas
• El pulsador de PARO DE EMERGENCIA está localizado en el panel de manejo. • Una entrada del autómata capta el estado del pulsador de PARO DE EMERGENCIA.
3.8
Describir los elementos necesarios para manejo y
visualización
Cada proceso requiere un sistema de manejo y visualización que permita que las personas puedan intervenir en dicho proceso. Como parte de la descripción del proyecto se define también la estructura del panel de mando.
Definir un panel de mando
En el proceso de mezcla industrial descrito en nuestro ejemplo, cada aparato se pone en marcha o se para a través de un interruptor localizado en el panel de mando. Este panel de mando dispone de elementos de señalización que informan sobre el estado operativo (v. siguiente figura ). PARO DE EMERGENCIA Material A Paro Material A Marcha Material B Marcha Material B Paro Mot. agit. Marcha Mot. agit. Paro Recipiente lleno Recipiente debajo del minimo Recipiente vacío Abrir salida Cerrar salida Mantenim. bomba A Mantenim. bomba B Mantenim. agitador Poner a 0 el indicador de mantenimiento
3.9
Crear un esquema de configuración
Después de haber documentado los requerimientos de diseño, se han de definir los equipos de control requeridos para este proyecto.
Al decidir qué módulos se han de utilizar, se define prácticamente la estructura del sistema de automatización. Crear un esquema de configuración considerando los puntos siguientes: • tipo de la CPU
• cantidad y tipo de los módulos de señales • configuración de las entradas y salidas físicas
La figura siguiente muestra un ejemplo de configuración S7 para el proceso de mezcla industrial. Módulo- entrada-digital Módulo- salida-digital Módulo- salida-digital
Proceso de mezcla industrial
Panel de mandos S7-300-CPU E 0.0 a E 1.7 A 4.0 a A 5.7 A 8.0 a A 9.7 Paro de emergencia
