TITULO DE LA PROPUESTA Implementación de un sistema de control por PLC para la automatización del servicio de agua potable en la Sede Nueva de la Universidad Politécnica territorial del Norte de Monagas “Ludovico Silva”, Municipio Ezequiel Zamora, Estado Monagas. OBJETVOS DE LA PROPUESTA Objetivo General Implementar un sistema de control por PLC para la automatización del servicio de agua potable en la Sede Nueva de la Universidad Politécnica territorial del Norte de Monagas “Ludovico Silva” Objetivo Específico Estudiar las características de Cada uno de los componentes a emplearse para la automatización por PLC del Servicio de Agua Potable de la Universidad Politécnica territorial del Norte de Monagas “Ludovico Silva” Diseñar un diagrama de conexiones de los componentes a utilizar para la automatización por PLC del Servicio de Agua Potable en la Sede Nueva de la Universidad
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TITULO DE LA PROPUESTA
Implementación de un sistema de control por PLC para la automatización
del servicio de agua potable en la Sede Nueva de la Universidad Politécnica
territorial del Norte de Monagas “Ludovico Silva”, Municipio Ezequiel Zamora,
Estado Monagas.
OBJETVOS DE LA PROPUESTA
Objetivo General
Implementar un sistema de control por PLC para la automatización del
servicio de agua potable en la Sede Nueva de la Universidad Politécnica territorial
del Norte de Monagas “Ludovico Silva”
Objetivo Específico
Estudiar las características de Cada uno de los componentes a emplearse
para la automatización por PLC del Servicio de Agua Potable de la
Universidad Politécnica territorial del Norte de Monagas “Ludovico Silva”
Diseñar un diagrama de conexiones de los componentes a utilizar para la
automatización por PLC del Servicio de Agua Potable en la Sede Nueva de
la Universidad Politécnica territorial del Norte de Monagas “Ludovico Silva”
Elaborar la Lógica o el Lenguaje de Programación del PLC para poner en
funcionamiento los componentes necesarios para la automatización del
Servicio de Agua Potable de la Universidad Politécnica territorial del Norte
de Monagas “Ludovico Silva”
DESCRIPCION DE LA PROPUESTA
Esta propuesta está basada en un controlado lógico programable o PLC, la
cual ejercerá la función de controlar y mantener en funcionamiento de una manera
automatizada el servicio de agua potable de la Universidad Politécnica territorial
del Norte de Monagas “Ludovico Silva”. La elección de sus otros componentes que
formaran parte del sistema se hará mediante el estudio previo de la situación y de
los componentes que ya existen, como la Bomba de Agua la cual posee ciertas
características de Operación, cumpliendo así los requisitos de cálculo de las
cargas inherentes a este sistema. Para lograr la automatización de esta propuesta
se requiere que este, integrado por los siguientes componentes principales: un
PLC con salidas discretas de 110/220V CA, un interruptor seccionador o Breaker,
el cableado eléctrico dentro de las características establecidas en la normativa del
código eléctrico que se necesita para obtener el buen funcionamiento de la
bomba, y de un flotador eléctrico que se encargaran de indicar los niveles y
estados del tanque de agua, en dados caso, un cajón tipo armario, para
protegerlo de las condiciones Ambientales.
JUSTIFICACION E IMPORTANCIA
Justificación
La importancia de automatizar o de implementar un PLC en este proyecto
es que se lograría hacer un sistema que a nivel de tecnología, es una de las más
implementadas y usadas actualmente en la industria, se reduciría la cantidad de
componentes mecánicos que fallan, como es el caso de los relé, contactares,
pulsadores y todo aquellos que pueden estar dentro de un tablero de control
convencional; todo esto está dentro del PLC que contenga las características
necesarias y correctas de acuerdo a las necesidades de la automatización, para
esto cuenta con un cerebro que le permite realizar funciones como identificar la
falla del equipo, emisión de alarma, con anticipación para así poder detectar
posibles fallas y dar un mantenimiento preventivo sin llegar a requerir un
mantenimiento correctivo, además que cuenta con otras salidas que quedaran
para futuras automatizaciones. Esto va más allá de los que se requieren para
lograr el funcionamiento automatizado del servicio de agua potable en la
Universidad Politécnica territorial del Norte de Monagas “Ludovico Silva”.
El principal beneficiado sería primero que nada el usuario final ya que si el
equipo no estaría fuera de servicio y se mantiene constantemente en
funcionamientos no se verían afectados, los siguientes beneficiados seria en si el
departamento de servicios Generales que es el encargado de que todo esto
funcione correctamente en la sede y no estarán arreglando algún componente
mecánico que se dañe, por ultimo también se vería beneficiada los alumnos por el
gran contenido de conocimiento que deja el haber manejado una gran tecnología
la cual implicaría, mayor experiencia de un equipo usado en la industria
actualmente.
Importancia
Es de vital importancia realizar la ejecución de esta propuesta para la para
la automatización del servicio de agua potable en la Sede Nueva de la Universidad
Politécnica territorial del Norte de Monagas “Ludovico Silva”, debido a que el
aumento constante de la población, esto a su vez requiere un mayor consumo de
agua que no está siendo atendida actualmente. En vista de ello, y de que
continuamente se percibe deficiencia en el suministro, es necesario indagar el
estado actual del sistema de agua potable. También se determinó que con la
implementación de un PLC en este proyecto, podríamos hacer más eficiente el
servicio de agua potable ya que con este se debería reducir en un 80% las fallas
por falta de mantenimiento preventivo, que pudiese llegar aparecer con el tiempo.
Además, este proyecto proporcionara información relevante y actual que
ayude, a la comunidad estudiantil en la adquisición de conocimiento y vista en
funcionamiento de este PLC contribuyendo a futuros proyectos de investigación
que se desarrollan sobre la automatización.
ESTUDIO DE LA FACTIBILIDAD DEL PROYECTO
Factibilidad técnica
Una vez implementado este PLC para lograr la automatización de este
servicio de agua potable no se requerirá de algún operador o persona encargada
de encender o apagar la bomba para lograr el funcionamiento del mismo.
Factibilidad Económica
La implementación de este PLC para lograr la automatización es viable
debido a que se utilizan menos componentes para lograr esta propuesta y que
muchos de los que se requieren para hacerlo de otra manera esta automatización
están en un costo elevado ponemos en comparación:
COSTO DE MATERIALES
CANTIDAD
DESCRIPCION PRECIO UNITARIO
01 TABLERO CONVENCIONAL PARA AUTOMATIZAR, se
requiere de contactores, pulsadores, relé térmico, relé, protector de fase, seccionador o Breaker , fusibles, luz Piloto y
señalizaciones etc
DE 15,000 BsF o 20,000 BsFPor el costo de contactactores que no se consiguen horita en Monagas con
las características requeridas, solo uno vale casi 3500 BsF dependiendo del
modelo y marca
1 PLC ZELIO SR2A101FU 4,804 BsF
1 ROLLO CABLE 12AWG 800 BsF, no se requiere del todo un rollo hay que medir la cantidad saldría
más barato.02 FLOTADORES ELECTRICOS 800 BsF
01 Breaker 110/220 500 BsF
Todos estos precios y testimonios que fueron recolectados e investigados
en las principales tiendas del estado que se encargan de distribuir estos
componentes de alta gama (MENCA, DIENCA, SUMECA, VARELCA AGENTE
AUTORIZADO SIEMENS, HELENCA C.A), ya que, en una ferretería no se
comercializan, lo requerido para automatizar de una manera convencional
relaborando un tablero con estos componentes. Es por estos motivos que nos
vimos en la obligación de investigar y ver de una manera que con un PLC ZELIO
SR2A101FU de entradas y salidas conmutables de 110/220V CA, los flotadores, el
Breker y el cable llegan a un costo aproximado 6,404BsF.
Factibilidad operativa
Los PLC resultaron muy atractivos ya que, a diferencia de los antiguos
circuitos permiten reprogramación, ocupan comparativamente muy poco espacio,
consumen poca potencia, poseen auto-diagnóstico y tienen un costo competitivo.
Sin embargo, fueron las innovaciones tecnológicas en microprocesadores
y memorias lo que ha hecho tan versátiles y populares a los PLC.
Factibilidad Psicosocial
Mediante este proyecto se lograra mejorar el conocimiento y práctica de los
alumnos y será de beneficio para la Institución ya que, estará dentro de la Misma.
Estudio de las características de Cada uno de los componentes a emplearse para la automatización por PLC
El primero de los componentes que hay que tomar en cuenta para lograr esta automatización es la bomba de agua encargada de proveer el caudal necesario a las tuberías. Este componente funciona con un motor de corriente alterna y que abajo en la siguiente tabla se describe sus característica y valores de voltaje de operación la cual servirá como referencia para escoger los otros elementos que ayudaran al manejo del ciclo de encendido y apagado de la mismo. Estos datos se encuentran en la placa base del Motor.
Fuente: los Autores del Proyecto
Figura: 1
Fuente: Los Autores placa base del motor de la Bomba
Tomando en cuenta los datos suministrados por la placa del motor podemos calcular el consumo de corriente dependiendo de la tensión de alimentación con la que se va a trabajar. Lo que se indica es que su tensión de alimentación es de
110V CA, señalando que 1 HP equivale a 746 W, con la fórmula de potencia para un motor monofásico se determina que la corriente del motor en plena carga
Calculo de corriente del Motor Monofásico de la Bomba
PLC ZELIO SR2 101FU
Una vez que se eligió el PLC, como el sistema de control que se usaría en
el proyecto, nos vimos en la tarea de buscar uno que tuviera las características
adecuadas, y de forma que se adaptara perfectamente al tamaño de la caja de
control donde seria montado, después de varios días de búsqueda, nos pusimos
en contacto con AUTOMATRONIC C.A, un proveedor de equipo industrial, que fue
a quien se le pidió nos orientara para la elección de un PLC que se acoplara a
nuestras necesidades.
El PLC que nos fue recomendado por sus dimensiones y características
fue el PLC ZELIO SR2 101FU como lo podrán apreciar en la figura 2.
Figura: 2
Fuente los Autores
6 entradas 110/240V CA y 4 salidas a relé, alimentación de 110 a 220V CA, Los PLC Zelio Logic están diseñados para realizar pequeñas aplicaciones de automatismos. Se utilizan en actividades industriales y del sector terciario.
En cuanto a su programación
Se puede efectuar en lenguaje de contactos (LADDER), así como también en lenguaje de bloques de función (FBD).
En la imagen siguiente, se muestran los elementos del panel frontal del módulo lógico:
Indicación Elemento
1 Pestañas de fijación retráctiles.
2 Bloque terminal de alimentación.
3 Pantalla LCD, 4 líneas, 18 caracteres.
4 Bloque terminal de entradas DIG.
5 Bloque terminal de entradas analógicas.
6 Alojamiento de la memoria de copia de seguridad o cable conexión para PC.
7 Tecla Mayús (blanca).
8 Tecla Menú/Aceptar (verde) de selección y validación.
9 Bloque terminal de salida para relé.
10 Teclas de navegación (grises) o, después de la configuración, botones
pulsadores Z.
Descripción de la pantalla LCD
En la imagen siguiente, se muestra un ejemplo de los elementos de la
pantalla LCD mientras se visualiza la pantalla ENTRADAS-SALIDAS:
Indicación Elemento
1 Visualización del estado* de las entradas (B...E representan las entradas
analógicas, también se pueden utilizar en Digital).
2 Visualización del modo de funcionamiento (RUN/STOP) y del modo de
programación (BDF/LD).
3 Visualización de la fecha (día y hora para los productos con reloj).
4 Visualización del estado de las salidas.
5 Menús contextuales / botones pulsadores / iconos indicativos del modo de
funcionamiento.
FLOTADOR ELECTRICO
El flotador eléctrico tiene como función en este caso mandar una señal al
PLC para que tome la orden de encender o apagar la bomba, evitando que ésta
funcione cuando no sea necesario, y que el tanque no se desborde por el exceso
de agua. Al utilizar un flotador en el tanque estos permiten además de la
automatización, sino también una protección de su bomba, pues ésta solo se
enciende cuando hay agua.
El flotadores un producto de plástico, sellado herméticamente conocido
también como sensor o interruptor flotante de nivel, su diseño es muy práctico, al
igual que su instalación, pues no requiere de mayores complicaciones para su
colocación. En una sociedad en donde el agua potable es cada vez más escasa,
el flotador eléctrico es un excelente producto para lograr un menor desperdicio de
agua, y de energía eléctrica.
Primero que nada ten en cuenta que los flotadores eléctricos funcionan
como el apagador de un foco, es decir si el foco está apagado el circuito está
"abierto" y si el foco esta encendido el circuito esta "cerrado" y tú lo abres/cierras
con el apagador, esta misma función la harán las "bolas" de los flotadores por lo
que ambos contactos deberán de conectarse en serie.
1) Debes de calibrar el nivel MAXIMO de llenado del tinaco de arriba, mediante la
"bola" del flotador, cuando lo tengas, el contacto eléctrico deberá quedar, "abierto"
cuando esté lleno y "cerrado" cuando este vacío.
2) Debes de calibrar el nivel MINIMO de agua del tinaco de abajo, mediante la
"bola" del flotador, cuando lo tengas, el contacto eléctrico deberá quedar, "abierto"
cuando este vacío y "cerrado" cuando esté lleno.
Flotador Eléctrico
Figura: 3
Fuente: los Autores
Especificaciones Técnicas:
Voltaje nominal 120/220v~, 50/60Hz.
Capacidad de carga máxima: 1/2HP.
Cargas resistivas 16A.
Cargas inductivas 4A.
Temperatura de operación: de 0C a 55C
BREAKER
Calculo de la protección
Corriente nominal = 4,23 A
Considerando un factor de multiplicación del 125% como rango de ajuste
mínimo para el dispositivo de protección.
IINT. = 4,23 X 1.25 = 5.28 A
Este valor es correcto porque según la norma (NOM-200-CONVENIN-2004)
el rango máximo o ajuste de disparo para un interruptor termo magnético de
tiempo inverso para un motor de corriente alterna de jaula de ardilla, sin letra de
código será de 250% de la corriente a plena carga.
Se selecciona un interruptor termo magnético de 2 x 20 amperes con
tensión de operación 110/220V, 60Hz por tener, la alimentación del PLC y la
Bomba en conjunto Figura: 4.
Figura: 4 BreakerFuente: los Autores
Breaker Termomagnetico multi 9, c60a, 2 polos, 20 amp.
Marca: merlin gerin Modelo: c60a
Diseño de los diagrama de conexiones de los componentes a utilizar para la
automatización por PLC del Servicio de Agua.
DIAGRAMA DE PROCESO DEL PLC UBICADO EN LA UPTNM
“LUDOVICO SILVA”
DIAGRAMA DE CONEXIONES DEL PLC
Elaboración de la Lógica y el Lenguaje de Programación del PLC para poner
en funcionamiento los componentes necesarios para la automatización del
Servicio de Agua Potable.
Se debe realizar un programa para un sistema como el que se muestra en
la Figura: del Objetivo Anterior donde se necesita almacenar agua en un tanque y
para que la bomba no trabaje continuamente enviando agua al mismo.
START y STOP son pulsadores normalmente abierto y cerrado respectivamente,
el interruptor flotador indicara mediante la función abierta o cerrada la activación o
desactivación de la bomba mientras que el interruptor flotador este en un nivel
superior IFS del tanque este deberá estar abierto si está en el nivel bajo activado
(cerrado).
A continuación se muestran la tabla de elementos conectados al PLC.
Tabla de Elementos Conectados
N DENOMINACION INDICADOR MODO DE ACCIÓN DIRECCION
1 Arranque del Sistema Automatico
de Llenado
Start Cierra=1 I1
2 Paro del Sistema Automatico de
Llenado
Stop Abre=1 I2
3 Interruptor Flotador Inferior IFI Cierra=1 I3
4 Interruptor Flotador Superior IFS Abre=1 I4
5 Salida Hacia la Bomba de Llenado Bomba Q1
La solución en esquema de contactos o lenguaje de escalera para este problema se muestra en la siguiente Figura: 5
Figura: 5
Simulación de la Lógica con el software GMWIN
El desarrollo del programa de control se realiza por medio del software
GMWIN del fabricante LG, que es la herramienta para escribir y depurar el
programa para todos los tipos de PLC GLOFA LG, de fácil programación. Se
distribuye gratuitamente en sitios wed y en este caso se consiguio en la
Universidad Politécnica territorial del Norte de Monagas “Ludovico Silva” sede
Punta de Mata. Este software Posee lenguajes de programación estándares como
LD, SFC y IL.
1- (LD - Ladder Diagram), o diagrama de escalera. Utiliza lógica de relé.
2- (SFC - Sequential Function Chart), o lenguaje en forma de organigrama.
3- (IL - Instruction List), o lista de instrucciones. Lenguaje tipo Assembly.
Dispone de variables estándares. Usa la expresión de variable directa como
I (variable de entrada), Q (variable de salida), y M (variable de memoria).
El lenguaje utilizado fue Ladder y su programación se basó en el diseño expuesto en la Figura: Tabla de Contactos
Esta etapa involucra chequear el correcto conexionado y energizado de los
equipos del sistema de automatización. También se debe chequear el correcto
conexionado de todas las señales de entrada y salida del PLC que lleguen a la
bornera de conexión (Flotador eléctrico, Bomba, pulsadores y luces).
Una vez realizado el procedimiento se debe probar el funcionamiento de
todo el sistema, por etapas para no afectar el proceso.
Figura: 6 Tabla de Contactos
Fuente: Los Autores
Chequeo de Programas de Aplicación (PLC).
En esta ventana Figura: 7, se muestra el mapa general de contactos Para
abrir el simulador se debe hacer clic en Tools → Start Simulation. Aquí se compila
el proyecto con todos los programas que se realizaron.
Figura: 7
Para comenzar se debe dar doble clic en el icono de simulación y llevar la
switch de la CPU del simulador al modo Run (R).
Posteriormente se procede a probar cada una de las entradas dándole clic
en cada una como se muestra en verde y se verifica el resultado en la salida, en
este caso se cumple con la lógica aplicada para la automatización del servicio de
Agua potable de la Universidad Politécnica territorial del Norte de Monagas
“Ludovico Silva” sede Punta de Mata
Con esta opción se puede simular sin necesidad de conectar físicamente el
PLC al PC de escritorio.
Existe también otra herramienta donde se puede monitorear en tiempo real
lo que sucede con las variables de entrada y salida. Se pueden forzar algunas
entradas para cambiar su estado y así simular “Online”. Sin embargo para esto
último se debe conectar físicamente el PLC con el PC en el fondo lo que se hace
es conectar, escribir el programa en la memoria RAM del PLC, ejecutar y
