Proyecto de Monitorización de Procesos

1. FUNCIONAMIENTO DE LA INSTALACIÓN

El trabajo se trata de realizar  la automatización y supervisión de un sistema de mezclas de tres componentes, agua, cemento y grava, almacenadas en tres silos o depósitos, para que sea capaz de realizar dos tipos de mezclas diferentes, dependiendo del tipo de mezcla que queremos obtener. La automatización la realizaré a través de la programación de un autómata Siemens S7 y la supervisión a través de la programación con WinCC

El diagrama de flujo del sistema es el siguiente:

Imagen 01

La elaboración de los dos tipos de mezcla posibles en la instalación vienen determinados por los siguientes tiempos de ejecución, que están indicados en la siguiente tabla:

Imagen 02

Estos tiempos están expresados en segundos.

Para poder realizar la selección del tipo de mezcla que se desea elaborar, se va a disponer de un selector de dos posiciones en el panel de control, o bien de dos botones de selección en la pantalla de supervisión.

El funcionamiento del sistema será automático desde el comienzo, y básicamente el siguiente:

Cuando se pulse un pulsador de marcha disponible en el panel de control o en la pantalla de supervisión, en primer lugar se abren, al mismo tiempo, las electroválvulas de grava (SÓLIDO A), cemento (SÓLIDO B) y agua, en los tiempos que se indican en la tabla de tiempos mostrada más arriba, dependiendo del tipo de mezcla que hayamos seleccionado con el selector o con los botones en la pantalla de supervisión.

Una vez que haya terminado toda la entrada de materiales en la tolva de mezclas, se cierran las electroválvulas de dosificación y se activan los agitadores de la tolva, que realizaran la tarea de mezclar todos los componentes y realizar un producto compacto, durando éste el tiempo prefijado en la tabla anterior según la mezcla elegida.

Cuando se haya completado el tiempo de agitación, se abre la tolva de mezclas y se vacía todo el contenido de dicha tolva, con la duración de esta fase del tiempo prefijado en la celda de tiempos de vertido, según el proceso elegido. Una vez vaciada se procede al cierre de la válvula de vertido.

Al estar la tolva ya vacía, se procede a limpiarla, ya que quedaran restos de material de mezcla. En este momento se enciende una luz, tanto en el equipo como en la pantalla de supervisión, indicando esta circunstancia.

Para la limpieza se procede a la introducción de agua en la tolva de mezclas, activando la electroválvula del depósito de agua. Cuando el tiempo de introducción de agua termina, se encienden los agitadores de nuevo para agitar el agua y se limpie mejor la tolva principal.

Por ultimo, cuando se paren los agitadores se abre la tolva principal para dejar escapar el agua sucia, y cuando la tolva se cierre, se acabará el ciclo

La instalación queda lista para realizar una nueva mezcla cuando se vuelva a pulsar el pulsador de marcha.

El sistema dispone de una seta de emergencia en el panel de control y un Botón de emergencia en la pantalla de supervisión que hace que todo el proceso se pare inmediatamente en caso de activación de cualquiera de los dos sistemas.

La activación de la emergencia, se señaliza por un indicador luminoso en la zona de trabajo y en la pantalla de supervisión.

Una vez queramos rearmar la parada de emergencia, tanto en el panel de control como en la pantalla de supervisión con el pulsador de rearme, todo sigue parado y solamente cuando pulsemos el pulsador de marcha, comienza automáticamente el proceso de limpieza.

Acabado dicho proceso de limpieza del ciclo de emergencia, se apaga el indicador de emergencia y el sistema se para en espera de un nuevo encendido de sistema mediante el pulsador de marcha.

Tanto la activación de la seta de emergencia o del botón del sistema de supervisión, y la desactivación o reseteo de dicha seta, deben quedar registradas en una tabla de alarmas para registrar las anomalías en el sistema de supervisión, en la pantalla de alarmas específica.

2. PROGRAMA PLC

El programa está realizado en Step7 seleccionando un SIMATIC de la serie 300 con una CPU 314.

El programa costa de 7 bloques, el bloque de organización OB1 más 6 bloques de función que van del FC1 al FC6.

La tabla de símbolos empleados es la siguiente:

Imagen 03

En el bloque de función FC1, llamado “CICLO DE LLENADO”, programo varias cosas:

1º – La activación del primer ciclo de llenado

2º – El ciclo de llenado de agua.

3º – El ciclo de llenado de Sólido A

4º – El ciclo de llenado de Sólido B

Voy a explicar cada uno de estos puntos:

1º – En el primer segmento activo la opción de poder arrancar el ciclo de trabajo por primera vez activando la marca M 0.7 e inicio el ciclo de trabajo, bien mediante el pulsador de marcha o con el botón de marcha de la pantalla de supervisión.

Activo cada una de las marcas que me van habilitan cada uno de los ciclos de llenado de los materiales. M1.0 (llenado de agua), M1.1 (llenado de Sólido A) y M1.2 (llenado de Sólido B).

Los puntos 2, 3 y 4, engloban los segmentos 2, 3 y 4 que son similares, ya que cada uno de ellos activa el ciclo de llenado de un material. El esquema es idéntico en los 3, en primer lugar se valora si su marca está activa o no, y si que tipo de mezcla está activada a través del selector o del Botón de la pantalla de supervisión, tipo 1 o 2. En función del selector, se carga un temporizador u otro, para dar el tiempo de llenado requerido para cada tipo de mezcla.

Una vez terminado se cierra cada una de las electroválvulas de los silos de materiales.

En el bloque de función FC2, llamado “MEZCLA”, programo varias cosas:

1º Activado Ciclo de Mezclado

2º Mezclado

Voy explicar cada uno de los puntos:

1º En el primer segmento, una vez que ha terminado el último contador de llenado del ciclo correspondiente, desactiva la marca de llenado y activa la marca de mezclado.

2º En el segundo segmento, se activa el motor del agitador, y en función de la posición de selector o del pulsador de la pantalla de supervisión, se carga un temporizador u otro para cada uno de los tipos de mezcla.

Una vez terminado el temporizador correspondiente se detiene el motor del agitador.

En el bloque de función FC3, llamado “VERTIDO”, programo varias cosas:

1º Activado Ciclo de Vertido

2º Vertido

Explico cada uno de los puntos:

1º En el primer segmento, una vez que ha terminado el contador de mezclado correspondiente, se desactiva la marca de mezclado y se activa la marca de vertido.

2º En el segundo segmento, se activa la electroválvula de vertido, y en función de la posición de selector o del pulsador de la pantalla de supervisión, se carga un temporizador u otro para cada uno de los tipos de mezcla.

Una vez terminado el temporizador correspondiente se detiene cierra la válvula de vertido.

En el bloque de función FC4, llamado “LIMPIEZA”, programo varias cosas:

1º Activado Ciclo de Limpieza

2º Llenado de Agua

3º Mezclado Limpieza

4º Vaciado Limpieza

5º Fin de ciclo

Voy explicar cada uno de los puntos:

1º En el primer segmento, una vez que ha terminado el último contador de vertido del ciclo correspondiente, desactiva la marca de vertido y activa la marca de limpieza.

2º En el segundo segmento, se activa la electroválvula de llenado de Agua, independientemente de la posición de selector o del pulsador de la pantalla de supervisión, se carga el temporizador de llenado, y se enciende una lámpara de aviso de ciclo de limpieza en el panel de control y un aviso amarillo en la pantalla de supervisión, identificada con el nombre Ciclo Limpieza.

Una vez terminado el temporizador correspondiente se cierra la electroválvula de llenado de agua.

3º Activo el ciclo de mezclado de limpieza, activando el motor del agitador y cargando el temporizador correspondiente al ciclo de mezclado de limpieza.

Una vez el temporizador ha terminado, se detiene el motor del agitador.

4º Desactivo el ciclo de mezcla de limpieza y activamos el vertido de limpieza. Se activa la electroválvula de vaciado y se carga el temporizador correspondiente.

Una vez terminado el tiempo de vaciado se cierra la electroválvula y se apaga la luz de limpieza.

5º En el último segmento de este bloque finalizo el ciclo, dejando lista la instalación para poder empezar de nuevo con el pulsador de marcha.

En este caso, y como este bloque de limpieza lo utilizo también para el ciclo de emergencia, al finalizar, desactivo la lámpara de emergencia y el aviso de ciclo de marcha activo de la pantalla del sistema de supervisión (M 300.2).

En el bloque de función FC5, llamado “PARADA EMERGENCIA”, programo varias cosas:

 1º Inicio Ciclo Parada de Emergencia.

2º Ciclo Limpieza Parada de Emergencia.

Paso a explicar cada uno de los segmentos:

1º La activación de la Seta de Emergencia del panel de control, así como la activación del botón Parada de emergencia de la Pantalla de Supervisión activan la Marca Parada de Emergencia (M100.0) y una lámpara de emergencia roja tanto en el Panel de Control como en la pantalla de supervisión.

Reseteamos todas y cada una de las marcas y cada una de las salidas de ciclo de trabajo.

2º Si la Marca de Emergencia está activada y hemos reseteado tanto la Seta de Emergencia y/o el botón de emergencia de la pantalla de supervisión, activando el pulsador de marcha o el botón de marcha de la pantalla de supervisión se inicia el ciclo de lavado de emergencia.

En este ciclo están encendidas tanto las lámparas de ciclo de lavado y emergencia en el panel de control como en la pantalla de supervisión.

El bloque de función FC6, llamado “AUXILIARES WINCC”, lo utilizo para las marcas auxiliares que necesito para funciones de la pantalla de supervisión. En concreto para los indicadores de funcionamiento o activación de pulsadores.

A continuación aparecen fragmentos de la programación en Step7 de la parte de automatización:

Imagen 04

Imagen 05

Imagen 06

Imagen 07

3. SISTEMA DE SUPERVISIÓN

 He realizado un sistema de supervisión de la instalación bajo WinCC. La comunicación con el autómata se deberá realizar empleando el cable de programación, a través del puerto MPI integrado en la CPU.

Para ello instalo los drivers de SIMATIC S7 Protocole Suite y agrego una nueva conexión MPI llamada PLC.

He añadido 19 variables en esta conexión, que están listadas a continuación:

Imagen 08

Las variables añadidas las podemos dividir en grupos:

El primer grupo son todas las salidas de autómata que tenemos asignadas:

Imagen 09

En el segundo grupo se encuentran las salidas de autómata utilizadas:

Imagen 10

En el tercer grupo están las marcas de autómata empleadas para la programación de los botones e indicadores de la pantalla de supervisión en WINCC

Imagen 11

Una vez incluidas todas las variables que voy a necesitar, diseño dos pantallas para la operatividad del sistema de supervisión, la pantalla de trabajo (PANTTRAB.pdl) y la pantalla de alarmas (PALARMAS.pdl).

A. Pantalla principal:

La pantalla principal diseñada cumple con los siguientes preceptos:

1. Dispone del máximo de información posible:

  • Estado operativo de la instalación, indicando el modo de funcionamiento en el que se encuentra.
  • Estado de funcionamiento de cada uno de los elementos de la instalación, con indicadores de estado para cada uno de ellos.
  • Estado de cada uno de los pulsadores de la instalación, con indicador de estado.

2. Dispone también de una serie de elementos que efectúan las mismas funciones que los elementos físicos conectados al autómata.

  • Selector del tipo de mezcla.
  • Marcha del sistema y seta de emergencia.

En la pantalla principal disponemos de un botón que nos permite abandonar totalmente la aplicación y un botón para cambiar a la pantalla de alarmas.

Voy a describir la pantalla y las funciones de cada una de las partes de la misma:

Imagen 12

La pantalla muestra en su parte izquierda en diagrama sinóptico de la tarea que realiza la instalación. Presenta 3 silos, agua, sólido A, y sólido B. Los silos están conectados mediante tuberías y electroválvulas identificadas con las etiquetas Eválvula y un número correlativo. El estado de abierto o cerrado de las válvulas se identifica por el cambio de color del indicativo redondo junto a la válvula que adquiere el color verde cuando se activa.

Imagen 13

La funcionalidad de este indicador la he conseguido mediante la modificación de las propiedades de color del objeto, como se puede ver en la pantalla siguiente, asignando la variable concreta de esta electroválvula al cambio de color, rojo si no está activada y verde cuando esta activada:

Imagen 14

Esta misma operativa la realizo con las otras 4 electroválvulas que hay en el sinóptico, incluida la válvula de vaciado designada como Eválvula4, asignando a cada una de ellas su variable correspondiente.

En el caso del mezclado, es el cuadro que rodea a la palabra mezclado la que cambia de color cuando el motor del agitador está en marcha, verde en este caso y rojo cuando está parado.

Imagen 15

La operativa en este caso también es la misma que la anterior, asignando la variable correspondiente como se ve en la imagen siguiente:

Imagen 16

En la parte superior derecha tenemos lo siguiente:

Imagen 17

Los objetos que vemos son:

1 – Indicadores de funcionamiento: Sistema en marcha, que indica que es sistema está en funcionamiento. Indicadores de tipo de mezcla seleccionado y el indicador de Ciclo de Limpieza Activo. En este caso operativa, también es la misma que la anterior, asignando la variable correspondiente.

2 – Pulsador Inicio, en este caso este pulsador se utiliza para la puesta en marcha del ciclo y la restauración ciclo después de una parada de emergencia. En este caso, el funcionamiento de este pulsador lo conseguimos con la programación de un evento a través de una acción C con el botón izquierdo del ratón.

Imagen 18

La acción programada es la activación de bit correspondiente a la variable que hace la puesta en marcha del ciclo tal y como se muestra en la figura siguiente:

Imagen 19

En este pulsador he programado que al pulsar el botón izquierdo de nuestro ratón se active y al soltarlo se desactive el bit.

3 – Pulsadores de Tipo de Ciclo. En este caso, el seleccionar uno u otro pulsador nos permite decidir el tipo de mezcla. Para programar en este caso he seguido la misma operativa que el anterior utilizando una acción C. En este caso solo hemos programado que pulsando con el botón izquierdo de nuestro ratón active el bit de la variable del ciclo que seleccionemos y desactive la del ciclo contrario, tal y como se ve en la imagen siguiente:

Imagen 20

En la parte inferior derecha tenemos la zona de parada de emergencia con los siguientes elementos indicados en la imagen siguiente:

Imagen 21

– Indicadores, de PE activada, que me indica cuando está pulsada la parada de emergencia, tanto en el panel de control como la pantalla, y el indicador de ciclo de emergencia activo, es decir, limpieza de emergencia activada. La programación de estos elementos la realizo como en casos anteriores.

– Pulsador Emergencia, en este caso se programa únicamente una acción C para el botón izquierdo del ratón para activar el bit de la variable asignada.

– Reset Paro de emergencia, que en este caso únicamente resetea el botón de Pulsador de Emergencia de la pantalla de supervisión.

En la parte inferior de la pantalla tenemos los pulsadores de salir de la aplicación desactivando el Run Time y de cambio a la pantalla de alarmas.

B. Pantalla de alarmas:

Dado que la parte de Alarmas de la versión Demo de WinCC no funciona correctamente, paso a describir lo que debería hacerse para cubrir los requisitos del sistema solicitado.

Desde la pantalla principal se puede acceder mediante un botón a la pantalla de alarmas, en la que se podrían observar un registro exhaustivo de la activación y desactivación de la seta emergencia.

Creo una pantalla a través del Graphics Designer llamada PALARMAS.PDL donde inserto un Objeto Smart de tipo Control, seleccionando WinCC Alarm Control.

Imagen 22

En la pantalla también colocamos un pulsador para retornar a la pantalla principal de trabajo, programando una acción C para el mismo.

Una vez determinada la pantalla a utilizar, vamos a configurar el Alarm Logging.

Una vez abierto procedo a configurar a través del asistente de sistema en primer lugar los bloques de aviso, seleccionando “Fecha, hora, número” y como bloques de texto de usuario “Texto de aviso, punto avería”, y “ninguno” como bloque de valores de proceso.

Una vez seleccionados los campos que deben aparecer en la tabla, voy a configurar cada aviso individual que se registrarán.

Abrimos la línea 1 de la tabla, en ella indicamos la clase Error, tipo alarma, y la variable de aviso que queremos registrar en este caso será la pulsación de la Seta de Emergencia PAREMERG (E125.0)

Imagen 23

En este caso el Texto de Aviso sería “parada emergencia activada” y el punto de avería, “Seta Emergencia”.

Añadiría 1 fila más para el bloqueo del pulsador de emergencia de la pantalla de supervisión, la variable sería BOTEMER (M200.3).

En este caso el Texto de Aviso sería “parada emergencia activada” y el punto de avería, “Pulsador Emergencia”

Una vez configurados los mensajes, configuro los colores de aviso.

En la pantalla de Alarm Logging, en Clases de Avisos selecciono Error que es la clase que he elegido, y selecciono las propiedades de “Alarma” y le asigno los colores que aparecen en la imagen siguiente:

Imagen 24

Una vez terminada la configuración ya podemos activar el run time de la aplicación, comprobando que la conexión con el PLC está correcta y poder comprobar que la aplicación funciona correctamente.

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