CD-7156.pdf

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
[email protected]
DIRECTORA: ING. ANA VERÓNICA RODAS BENALCÁZAR, MBA
[email protected]
Quito, Junio 2016
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
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Valeria Estefanía Mena
Santafé, bajo mi supervisión.
________________________
Ing. Ana Rodas, MBA
DIRECTORA DEL PROYECTO
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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.
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.
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.
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].
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.
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].
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
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.
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:
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:
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.
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.
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].
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:
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.
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].
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].
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
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).
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
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.
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.
24
Figura 2.1 Diagrama de bloques del sistema.
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.
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
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.
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:
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.
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
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.
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.
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
-
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].
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].
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.
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.
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.
39
2.3
ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES
Los circuitos acondicionadores de señales se clasifican de acuerdo a los diferentes
tipos de procesos mediante el medio utilizado, es decir procesos que incluyen agua,
aire comprimido, un motor dc o que solo disponen de medición y no de una acción
de control. Cada proceso fue desarrollado con la intención de proveer prácticas de
entrenamiento desde un nivel básico para ejecutar configuraciones y familiarización
del entorno, hasta un nivel medio con procesos en lazo abierto y lazo cerrado.
El diagrama de la ubicación de los elementos de todos los procesos descritos así
como el conexionado de las RTU y P&ID se muestran en los anexos de planos del
proyecto.
2.3.1 PROCESO DE TEMPERATURA Y NIVEL DE AGUA
Este proceso ocupa los siguientes elementos: termopar tipo K, resistencia
calentadora de líquidos, mini bomba, interruptor flotador, electroválvula, circuito de
medición de nivel mediante electrodos y dos recipientes plásticos, uno en la parte
superior de 10cm x 37cm x 10 cm y el otro en la parte inferior de 25cm x 12.7cm x
20.3cm. A partir de la instrumentación utilizada se dividió el proceso en dos de
forma independiente, por un lado se tiene la medición de temperatura mediante el
termopar tipo K y la activación o no de la resistencia calentadora, y por otro lado la
medición del nivel del agua con lo cual se activará la electroválvula para descender
el nivel del agua o la mini bomba para elevarlo, contando con el interruptor flotador
que habilitará la energización de la misma.
2.3.1.1
Especificaciones
A continuación se detalla las especificaciones de los elementos utilizados en este
proceso:
40
·
Termopar tipo K: Consisten de dos cables de metales distintos, conectados en
un extremo donde se produce un pequeño voltaje asociado a una temperatura.
Tabla 2.12. Especificaciones de termopar tipo K.
ELEMENTO
ESPECIFICACIONES
Modelo: WRN-01A
Rango de temperatura: -50 a 250°C
Rango de error 0.75%
Aplicable a mediciones en aire y agua
De juntura expuesta
·
Interruptor flotador: Medidor de desplazamiento discreto que se mueve
verticalmente hacia el eje de fijación al tanque, donde la posición inicial indica
que el interruptor está abierto y al presenciar elevación de líquido el interruptor
se cierra, como indica la Figura 2.14.
Figura 2.14 Funcionamiento interruptor flotador, tomado de [11].
Tabla 2.13. Especificaciones de interruptor flotador, tomado de [11].
ELEMENTO
ESPECIFICACIONES
Modelo: RG-0825P
Rango de temperatura: -10 a 85°C
Corriente/Voltaje: 0.5A/100V DC
Montaje: lateral
Sensor de nivel de agua de ángulo recto
41
·
Electroválvula: Controla el paso de un fluido por un conducto mediante una
bobina solenoide y dispone de dos posiciones: abierto y cerrado.
Tabla 2.14. Especificaciones de electroválvula.
ELEMENTO
ESPECIFICACIONES
Modelo: 2W025-1/4
Tmáx: 100°C
Pmáx: 100PSI
Cv=0,23
Material: Bronce 1/4” NPT
Alimentación: 24 VDC, 3W
·
Mini bomba:
Tabla 2.15. Especificaciones de mini bomba.
ELEMENTO
ESPECIFICACIONES
Modelo: ZEN
Caudal: 300 lph
Potencia: 3 W
Alimentación: 110 VAC
Sumergible
·
Resistencia calentadora de líquidos:
Tabla 2.16. Especificaciones de resistencia calentadora de líquidos.
ELEMENTO
ESPECIFICACIONES
Modelo: Genérico
Calentador de inmersión
Capacidad: 30 litros
Consumo: 500 W
Alimentación: 110 VAC
42
2.3.1.2
Circuito acondicionador para termopar tipo K
2.3.1.2.1 Diseño
Se utiliza un integrado AD595, que es un amplificador de instrumentación y
compensador de unión fría para termopar tipo K y combina su punto de referencia
con un amplificador precalibrado para producir un voltaje proporcional a la
temperatura del termopar de 10mV/°C, el resto de la información acerca de sus
características se muestra en el anexo A. A continuación se indica su conexión:
Figura 2.15 Conexión del circuito integrado AD595, tomado de anexo A.
Se selecciona !"" = 12! de voltaje de alimentación y se utilizan además los pines
de alarma de fallo, donde se escoge un regulador de voltaje 7812 con sus
respetivos capacitores cerámicos que filtran la tensión de posibles transitorios tal
como se recomienda en su hoja de características que se muestra en el Anexo B.
Para el cálculo del valor de la resistencia para el led indicador de alarma de
desconexión del termopar se utiliza la ecuación (2.1).
#=
$%% &$'()
*'()
(2.1)
Donde la referencia [12] indica los valores de caída de voltaje !+,- = 1.7[V] para un
led de color rojo de baja intensidad y corriente /+,- = 20[34].
#5 =
12! 6 1.7!
= 8189
2034
Por lo tanto se escoge una resistencia normalizada de 560Ω.
43
2.3.1.2.2 Circuito
Figura 2.16 Circuito acondicionador para termopar tipo K
2.3.1.3
Circuito acondicionador de nivel con electrodos
2.3.1.3.1 Diseño
La medición del nivel de agua se realiza mediante la utilización de las
características eléctricas del fluido con sensores conductivos, que consiste de uno
o varios electrodos y un circuito electrónico que excita un relé o activa un indicador
cuando el agua alcanza el nivel de los electrodos. Los cables de cobre pueden
utilizarse como dichos electrodos, donde uno funciona como la referencia de
medición y dos adicionales para detectar los niveles alto y bajo del agua, el objetivo
se enfoca en implementar un circuito que detecte caídas de voltaje en cada nivel.
NIVEL ALTO
NIVEL BAJO
REFERENCIA
Figura 2.17 Esquema del montaje de electrodos para medición de nivel.
44
A partir del valor de la resistencia del agua #:;< que es aproximadamente 40 KΩ,
se requiere diseñar divisores de voltaje que al ingresar a la configuración de
comparador de un amplificador operacional, activarán o no los leds si los electrodos
(cables) hacen contacto con el agua, el primer divisor de voltaje será del valor de la
mitad de la fuente de alimentación es decir 12V, para esto se escogen dos
resistencias del mismo valor (#5 = #; = 10>9), los cuales se compararán con un
valor menor asumido de VA=7V.
La ecuación (2.2) es la de un divisor de voltaje y para este caso se tiene:
!? =
@ABC
F !""
@ABC D@E
(2.2)
Donde despejando la resistencia #G se tiene:
#G = #:;< F
#G =
I0J>9 F 2I!
7!
$%%
$H
6 #:;<
(2.3)
6 I0J>9 = K7.1ILJ>9
Entonces se escoge una resistencia normalizada de 100KΩ para los divisores de
voltaje, es decir #G = #M = 100>9J, las designaciones de las resistencias en todos
los diseños posteriores son las mismas que las de la figura correspondiente a cada
circuito diseñado, además los circuitos implementados se muestran en el Anexo J.
Para la selección de las resistencias en los leds se tiene los valores de 1.7V y 20mA
para un led de color rojo, y de 2V y 20mA para un led de color amarillo [12], y se
procede a partir de la ecuación (2.1).
#=
$%% &$'()
*'()
Donde para un led de color rojo se tiene:
#N =
2I! 6 1.7!
= 11189
2034
Y para un led de color amarillo, en cambio:
#O =
2I! 6 2!
= 11009
2034
El valor de las resistencias se escoge de 1.5 KΩ.
(2.1)
45
Estas salidas digitales entregan 24V al detectar nivel de líquido o 0V sino se tiene
contacto con el agua, y se necesita comandar las entradas digitales (TB_DI32) de
la plataforma Saitel 2000DP a través de su regletero, el cual soporta entradas
digitales sin polarización, para esto se utilizó relés que activarán contactores
normalmente abiertos no polarizados pudiendo ser conectados directamente al
regletero correspondiente, y se necesita únicamente de un diodo de protección a la
fuente.
2.3.1.3.2 Circuito
Figura 2.18 Primera parte del circuito acondicionador de nivel.
Figura 2.19 Segunda parte del circuito acondicionador de nivel.
46
2.3.1.4
Circuito para activación de mini bomba.
2.3.1.4.1 Diseño
La mini bomba posee una restricción de funcionamiento de uso exclusivo dentro
del agua, para esto se requiere asegurar se funcionamiento mediante software para
comandar desde un módulo de salidas digitales y asegurar mediante hardware con
un interruptor flotador el cual se activa cuando el agua sobrepasa su nivel,
activando a su vez la energización de energía alterna.
El circuito a diseñar se refiere al de polarización fija donde al conocer la corriente
de saturación del transistor se determina la corriente máxima de colector con lo cual
se calcula la resistencia mínima para que pueda conducir el transistor, esto cuando
el interruptor flotador está desactivado ya que al activarse inmediatamente el
transistor deja de conducir. Las ecuaciones que describen a un transistor son las
siguientes: [13]
$
/"PQRSTQUWXY = @ %%
Z\^é
/_ =
*%
#_ =
(2.3)
(2.4)
`
$%% &$a(
*a
(2.5)
Donde,
·
/"PQRSTQUWXY b Corriente de colector de saturación del transistor.
·
/" b Corriente de colector del transistor.
·
/_ b Corriente de base del transistor.
·
!_, bVoltaje base emisor del transistor.
Para el diseño se empieza con la medición de la resistencia de la bobina del relé
SRD-24VDC-SL-C cuyo valor es de 1585 Ω, además el transistor seleccionado será
el 2N3904 cuyo β=100 y VBE=0.7V de acuerdo a su respectiva hoja de
características mostradas en el Anexo C, los cálculos son los siguientes:
47
/"PQRSTQUWXY =
/_ =
#_ =
2I!
= 18.1I2J34
18c89
18.1I2J34
= 181.I2Jd4
100
2I! 6 0.7!
= 18L.c77J>9
181.I2Jd4
La resistencia de base será 180 KΩ, además del diodo de protección.
2.3.1.4.2 Circuito
Figura 2.20 Circuito para activación de mini bomba.
2.3.2 PROCESO DE PRESIÓN DE AIRE COMPRIMIDO
Para este proceso de medición de presión se utiliza un compresor que se activará
o no de acuerdo al mando enviado desde la plataforma Saitel 2000DP, utilizando
además una electroválvula y un sensor de presión cuya alimentación es a 5V.
Este proceso cuenta con el montaje de tubing de 1/4", el cual fue previamente
doblado a modo didáctico, además de adaptadores de 1/4” MNPT, conectores
swagelok de 1/4" MNPT a 1/4" OD y un conector T de 1/4 OD [14].
48
2.3.2.1
·
Especificaciones.
Sensor de presión:
Tabla 2.17. Especificaciones de sensor de presión.
ELEMENTO
ESPECIFICACIONES
Rango de medición: 0 a 4 bar
Señal de salida: 0.5 a 4.5 V
Alimentación: 5 ± 0.5 VDC
Conexión: 1/4 “
Aplicable en: agua y gases no corrosivos
·
Electroválvula:
Tabla 2.18. Especificaciones de electroválvula plástica.
ELEMENTO
ESPECIFICACIONES
Modelo: 2P025 1/4
Tmáx: 80°C Pmáx: 100PSI
Cv=0,23
Material: Plástico 1/4” NPT
Alimentación: 24 VDC, 3W
·
Compresor:
Tabla 2.19. Especificaciones de compresor.
ELEMENTO
ESPECIFICACIONES
Modelo: 21689
Capacidad: 12L/min
Presión máxima: 250 PSI
Cable: 3m
Alimentación: 12 VDC, 13 A
49
2.3.2.2
Circuito de alimentación para sensor de presión
2.3.2.2.1 Diseño
Al requerir 5V para la alimentación del sensor de presión se utilizó un regulador de
voltaje 7805, ya que la fuente de alimentación es de 24V, con los debidos
capacitores y el conector con los pines correspondientes al del sensor (rojo 5V,
blanco 0V y azul señal de salida).
2.3.2.2.2 Circuito
Figura 2.21 Circuito de alimentación para el sensor de presión.
2.3.2.3
Elección fuente de voltaje para compresor de aire
El compresor de aire requiere 12V y 13A para su energización, para lo cual se
necesita de una fuente adicional para su exclusiva alimentación, escogiendo así
una fuente de poder de computadora de 550 W ya que la fuente es convencional y
fácil de adquirir, además de contar con diferentes niveles de voltaje que pueden ser
útiles para las pruebas de los circuitos.
Figura 2.22 Fuente de alimentación para compresor de aire.
50
2.3.3 PROCESO MOTOR DC
Dentro de este proceso de control de velocidad del motor DC se tiene además un
encoder acoplado y la utilización de la plataforma Saitel DR, en específico de una
entrada digital para activación del circuito, una entrada análoga para graficar el
voltaje actual del motor dc y una salida análoga de corriente con la cual desde la
RTU se ingresará al microcontrolador el valor del set point de velocidad.
El diseño se divide en dos partes pero la implementación es en un solo circuito.
2.3.3.1
·
Especificaciones
Motor DC con encoder acoplado
Tabla 2.20. Electroválvula plástica, tomado de [15].
ELEMENTO
ESPECIFICACIONES MOTOR DC
Modelo: NF5475E
Corriente a máxima eficiencia: 1.256 A
Corriente sin carga: 0.218 A
Velocidad sin carga: 4884 RPM
Potencia: 38.9 W
Voltaje: 24 VDC
ESPECIFICACIONES ENCODER
Tipo: Óptico incremental
Resolución: 200 pulsos por revolución
Respuesta de frecuencia: 20 Khz
Voltaje de alimentación: 5 VDC, 50mA
Fases de salida: 2
El encoder es un transductor rotativo que transforma un movimiento angular en una
serie de impulsos digitales, donde un encoder incremental en particular,
proporciona dos ondas cuadradas y desfasadas entre sí en 90° eléctricos los cuales
se denominan canal A y B [16].
51
2.3.3.2
Diseño circuito para control de velocidad del motor DC.
Para controlar la velocidad del motor DC se requiere la implementación de una
señal PWM que no puede ser ejecutada mediante ninguna plataforma Telvent ya
que éstas disponen de salidas a relé los cuales tienen un tiempo de activación de
0.1s a 25.5s no pudiendo alcanzar mayores frecuencias, debido a esto se utiliza un
microcontrolador atmega8 cuya hoja de características se muestran en el Anexo E,
y que se encargará de recibir una salida análoga del módulo AB_MIO que será el
set point para manejar el motor DC mediante un driver de corriente L298 ya que la
corriente manejada por el motor es de 1.256 A a máxima eficiencia.
Ya que la entrada análoga es un lazo de corriente de 4mA a 20mA se convierte a
su equivalente en voltaje para ingresar al microcontrolador mediante el cálculo de
la resistencia #e que se refiere a un potenciómetro de precisión, donde se requiere
obtener 5V a mayor corriente que es a 20mA, y de acuerdo a la ley de ohm se tiene:
f=
#e =
$
g
(2.6)
!""
8!
=
= 280J9
/hQi 2034
El driver utilizado requiere de la implementación de un puente de diodos, para esto
se selecciona los diodos FR204G que manejan corrientes de 2A y su tiempo
máximo de recuperación rápida es de 150ms, cumpliendo así las recomendaciones
del integrado L298 que se muestran en la Figura 2.23, y cuya hoja de características
se adjunta en el Anexo F.
Figura 2.23 Circuito para control bidireccional del motor DC, tomado de Anexo F.
52
2.3.3.3
Diseño circuito de amplificación de pulsos para encoder.
Para cerrar el lazo de control se tiene un encoder de 200 pulsos por revolución
acoplado al motor DC, que por defectos de fabricación entrega pulsos de amplitud
de aproximadamente 1V y por esta razón se amplifican a 5V para que puedan ser
detectados por el microcontrolador mediante un transistor que funcionará como
interruptor, conmutando o no la fuente de 5V de acuerdo al valor de la amplitud de
los pulsos que ingresarán por la base del transistor, para esto se requiere la
configuración de polarización fija, y se asume el valor de la resistencia de colector
en 12KΩ es decir, R3=R7=12 KΩ, además que para el transistor 2N3904 se tiene
β=100 y VBE=0.7V .
Para el cálculo de la resistencia de base del transistor en polarización fija se utilizan
las ecuaciones (2.3), (2.4) y (2.5), respectivamente:
/" =
!_
8!
=
= 0.I17J34
#@jké 12J>9
/_ =
/" 0.I17J34
=
= 0.00I2J34
100
l
#_ =
!_ 6 !_,
8! 6 0.7!
=
= 1.0L2J>9
/_
0.00I2J34
Donde,
·
/" b Corriente de colector del transistor.
·
/_ b Corriente de base del transistor.
·
!_, bVoltaje base emisor del transitor.
·
!_ bJVoltaje de base del transistor
Entonces la resistencia de base será 1.2 KΩ las cuales se denominan #; y #O .
53
2.3.3.4
Circuito.
Figura 2.24 Circuito para el control de velocidad del motor DC.
El LCD de 16x2 es para uso exclusivo de visualización de pruebas y no está
montado en el armario de control. El potenciómetro de precisión es de 1KΩ ajustado
a 250Ω de acuerdo a la ecuación (2.6) para garantizar precisión. En la figura 2.25
se muestra el potenciómetro utilizado en el circuito:
Figura 2.25 Potenciómetro de precisión de 1KΩ.
54
2.3.4 MEDICIÓN DE SEÑALES ANÁLOGAS
Las señales análogas son entregadas mediante un potenciómetro logarítmico que
varía su rango de voltaje de 0V a 5.1V, realizando dos circuitos idénticos donde uno
ingresa a la plataforma Saitel 2000DP y el otro a Saitel DR.
2.3.4.1
Circuito de alimentación de potenciómetros.
2.3.4.1.1 Diseño
Se diseñaron dos entradas análogas, una para la Saitel 2000DP y la otra para la
Saitel DR, éstas disponen de una fuente de 24V la cual mediante un diodo zéner
limitará el voltaje a 5.1V ya que no se requiere mayor potencia, y se utiliza una
resistencia de 500Ω en divisor de voltaje con el potenciómetro de 100KΩ para
protección de la fuente, mediante la ecuación (2.6) se calculan las corrientes
mínima y máxima:
/hWY =
!UU
2IJ!
=
= 0.2I34
#mXR 100>9
/hQi =
!UU
2IJ!
=
= 0.0Ic4
#5 8009
Para el cálculo de la resistencia para el diodo zéner 1N4733A que limita el voltaje
a 5.1V se toma en cuenta la corriente mínima que es de 49mA según Anexo E,
además de la corriente máxima calculada anteriormente. La ecuación de la
resistencia limitadora se muestra a continuación [17].
#; =
$nopqnor &$s
*spqnor D*'pqtur
Donde,
·
!WYphWYr b Valor mínimo de voltaje de entrada.
·
!v b Valor del voltaje correspondiente al diodo zéner.
·
/vphWYr b Valor de corriente mínima que entrega el zéner.
·
/+phQir b Valor de la máxima corriente requerida por la carga.
(2.7)
55
Con lo cual se tiene:
#; =
2IJ! 6 8.1J!
0.0IKJ4 w 0.0IcJ4
= 1KI.cI89
Escogiendo una resistencia de 220 Ω.
2.3.4.1.2 Circuito
Figura 2.26 Circuito de alimentación de potenciómetro.
2.4
SELECCIÓN DE FUENTES DE ALIMENTACIÓN
Para determinar el tipo de fuente de alimentación se toma en cuenta las siguientes
características principales:
·
Tipo de montaje: sobre carril DIN, debido al requerimiento de instalación de las
plataformas Saitel DR y Saitel 2000DP el tablero completo utilizará carril DIN.
·
Voltaje de entrada: Voltaje alterno suministrado de la red normalmente 110VAC.
·
Frecuencia de entrada: Frecuencia suministrada de 60 Hz.
·
Potencia: La determinación de la potencia requerida para cada fuente se detalla
en los siguientes subcapítulos.
56
2.4.1 Fuente de alimentación de 5 V
Para el cálculo de la potencia requerida se enlista el consumo de los módulos
pertenecientes a la plataforma Saitel 2000DP en la Tabla 2.21.
Tabla 2.21. Consumo Plataforma Saitel 2000DP, tomado de [6].
SAITEL 2000DP
MÓDULO
Alimentación
[V]
Consumo
[W]
SM_CPU866 SM_SER SM_DO32T SM_DI32 SM_AI16 TOTAL
5,4
5,4
5,4
5,4
5,4
5,4
6
3,9
1,63
0,7
5
17,23
Al disponer de un backplane de 9 posiciones se duplica el valor de la potencia total
de la Tabla 2.21, para obtener un margen para futuras adquisiciones, es decir la
potencia requerida para la fuente es de 34.46 [W], además estos módulos tienen la
particularidad de requerir una fuente de alimentación de 5.4 ± 0.1 [V], por lo tanto
la fuente debe ser ajustable a este valor, seleccionando así la fuente MDR-60-5 de
la marca MEAN WELL (voltaje ajustable 5V-6V, 10A, 50W) que cumple con los
requisitos antes descritos, y sus características se muestra en el Anexo G.
Figura 2.27 Fuente MDR-60-5 de 5V seleccionada, tomado de Anexo G.
2.4.2 Fuente de alimentación de 24 V
En cambio ahora se enlistan los valores de consumo de los módulos de la
plataforma Saitel DR, y del regletero de salida digitales que requiere de polarización
de 24V al igual que los demás regleteros, pero que éste presenta una potencia de
consumo debido a la electrónica implementada para los relés.
57
Tabla 2.22. Consumo Plataforma Saitel DR, tomado de [7].
SAITEL DR
MÓDULO
HU_A
AB_DO
AB_DI AB_MIO AB_AC_A TOTAL
Alimentación [V]
24
24
24
24
24
Consumo 1 [W]
8,15
0,75+3,69
0,55
0,6
1,94
24
16,28
Tabla 2.23. Consumo regletero plataforma Saitel 2000DP, tomado de [6].
SAITEL 2000DP
MÓDULO
TB_DO16/T TOTAL
Tensión Alimentación [V]
24
Consumo 2 [W]
2x0,53
24
1,06
Esta fuente también proveerá la energización necesaria para los circuitos
implementados e instrumentación adquirida, la Tabla 2.24 detalla el consumo de
cada elemento:
Tabla 2.24. Consumo instrumentación y acondicionamiento.
INSTRUMENTACIÓN Y ACONDICIONAMIENTO
ITEM
Sensor de presión
Encoder
Circuito motor DC
(máximo consumo 7805)
Circuito potenciómetro
Circuito termopar K
(máximo consumo 7812)
Electroválvula 1/4"
Electroválvula 1/8"
Motor DC (Imáx eficiencia)
Luces piloto
Circuito nivel
(consumo LM324)
Circuito RTD
(consumo LM324)
Elementos electrónicos
varios
Cantidad
1
1
1
Voltaje[V]
5
5
5
Corriente[A]
1
0,05
1
Potencia[W]
5
0,25
5
2
1
5,1
12
0,048
1
0,4896
12
1
1
1
16
1
24
24
24
24
24
0,2
0,125
1,256
0,02
0,05
4,8
3
30,144
7,68
1,2
1
24
0,05
1,2
24
1
24
Consumo3[W]
94,7636
58
Para cada circuito se tomó en cuenta el consumo del elemento más sobresaliente,
es decir si dispone de reguladores de voltaje entonces la corriente máxima es de 1
[A], en cambio si no dispone de éstos como es el caso de circuitos con
amplificadores operacionales se toma el valor de este consumo, y como margen
entre resistencias y otros elementos se agrega al final 24[W].
La Tabla 2.25 indica la potencia de consumo requerida y la considerada para la
selección de la fuente, que es el consumo de la parte electrónica e instrumentación
con el doble de requerimiento para maximizar aplicaciones futuras.
Tabla 2.25. Potencia para la selección de la fuente de 24 [V]
POTENCIA DE LA FUENTE DE ALIIMENTACIÓN DE 24 [V]
CONSUMO
Potencia requerida [W]
Potencia considerada [W]
Consumo 1
16,28
16,28
Consumo 2
1,06
1,06
Consumo 3
94,7636
94,7636 x 2
Consumo TOTAL
112,1036
206,8672
Escogiendo así una fuente SOLA SDN-10-24-100C de 24V, 10A y 240W cuyas
características se indican en el Anexo H.
Figura 2.28 Fuente SDN-10-24-100C de 24V seleccionada, tomado de anexo H.
2.4.3 Supresor de picos de voltaje
Para asegurar la protección de las fuentes de alimentación antes seleccionadas de
picos de voltajes y así prolongar la vida útil de éstas se escoge un supresor de
voltaje SOLA STV25K-10S capaz de soportar voltaje alterno de entrada de 120 [V]
Fase-Neutro con aplicaciones que consuman un máximo de 20 A, sus
características se adjuntan en el Anexo I.
59
Figura 2.29 Supresor de voltaje STV25K-10S, tomado de anexo I.
2.5
SELECCIÓN DE BORNERAS
Las borneras se utilizan con el fin de entregar protección contra cortocircuito
mediante la utilización de fusibles hacia la alimentación y los módulos de E/S de las
plataformas Saitel 2000DP y Saitel DR, además de disminuir la manipulación
directa de conexión para cambios o rectificación en las mismas. Su requerimiento
fundamental es el de montaje sobre carril DIN y el fácil acceso al cambio del fusible
mediante bisagras.
En la Tabla 2.26 se muestran las borneras seleccionadas que pertenecen a Allen
Bradley:
Tabla 2.26. Borneras utilizadas en el armario de control, tomado de [18].
POTENCIA DE LA FUENTE DE ALIIMENTACIÓN DE 24 [V]
1492 - H
1492 – J3
1492 - JDG3
Características
Terminal tipo
fusible
Terminales tipo
paso
Utilizado en
Alimentación AC
(fase) y DC
(positivo)
Alimentación AC
(neutro) y DC
(negativo)
Bornera 3 polos:
fusible, paso y
tierra
Señales entrada/
salida.
TIPO
Esquema
60
2.6
SELECCIÓN DEL CONDUCTOR
Los cables utilizados son conductores flexibles de cobre tipo TFF, que pueden ser
utilizado en lugares secos y húmedos, su temperatura máxima de operación es
60°C y su tensión de servicio es de 600 V [19]. El calibre del conductor sigue el
estándar interno de la empresa y cada color indica el tipo de señal que conduce:
Tabla 2.27. Calibre y color del conductor.
COLOR
CALIBRE AWG
CONEXIÓN HACIA
Negro
14
Fase de corriente alterna
Blanco
14
Neutro de corriente alterna
Verde
14
Conexiones a tierra
Rojo
16
Positivo de corriente continua
Blanco
16
Negativo de corriente continua
Azul
18
Señales de entrada (digitales y análogas)
Amarillo
18
Señales de salida (digitales y análogas)
Además por organización se utilizan marquillas al inicio y final de cada cable
determinando el equipo o regletero, y la posición al que va conectado el mismo.
2.7
PUESTA A TIERRA
La puesta a tierra es una unión de todos los elementos metálicos que mediante
cables entre las partes de una instalación y un conjunto de electrodos, permite la
desviación de corrientes de falla o de descargas de tipo atmosférico, y consigue
que no se pueda dar una diferencia de potencial peligrosa en las instalaciones [20].
En la conexión no se realiza la puesta a tierra en cascada de elementos, ya que la
desconexión de un elemento no debe dejar sin puesta a tierra a otro elemento del
armario, además se utiliza dos barras de cobre de puesta a tierra, en la primera se
aterrizan los equipos eléctricos y la segunda es para los rieles utilizados en el
tablero.
61
2.8
DISEÑO DE PLANOS DE MONTAJE Y CABLEADO
Se cuenta con un armario de control de 1.5m x 2m que dispone de paneles laterales
donde va ubicada la instrumentación; los procesos con agua y aire comprimido
están en el lateral izquierdo y en el lateral derecho, donde se encuentran las luces
piloto, pulsadores, selectores, potenciómetros, motor dc y el RTD PT100.
Para el cableado del armario de control fue necesario el diagrama de los planos de
montaje y cableado que indican claramente la conexión y posición del equipo, estas
conexiones son de acuerdo a la sección 2.2, además de realizar el diagrama de
procesos e instrumentos P&ID, mostrados en el Anexo L de acuerdo a la
denominación mostrada en la Tabla 2.28.
Tabla 2.28. Lista de planos diseñados.
HOJA
1
PLANOS DE MONTAJE Y CABLEADO
DENOMINACIÓN
DESCRIPCIÓN
INTERNAL LAYOUT
Montaje de equipos,
procesos e instrumentación
1
ACDC DEMO TELVENT
Conexiones de alimentación
1
2
3
4
5
SAITEL 2000DP WIRING DO(1) SLOT 2
SAITEL 2000DP WIRING DO(2) SLOT 2
SAITEL 2000DP WIRING DO(3) SLOT 2
SAITEL 2000DP WIRING DI SLOT 3
SAITEL 2000DP WIRING AI SLOT 4
Conexionado de SAITEL
2000DP, donde SLOT
indica la posición de cada
módulo, para DO se
requieren 3 planos.
1
2
3
4
5
6
SAITEL DR WIRING DI SLOT 0
SAITEL DR WIRING AI SLOT 1
SAITEL DR WIRING DI SLOT 2
SAITEL DR WIRING DO SLOT 3
SAITEL DR WIRING MIO SLOT 4
SAITEL DR WIRING AC_DC SLOT 5
Conexionado de la
plataforma SAITEL DR,
SLOT indica la poción de
cada módulo de izquierda a
derecha.
1
P&ID DEMO TELVENT
Diagrama P&ID
Los diagramas de conexión son exclusivos para cada tipo de módulo de cada RTU,
siendo desarrollados en una hoja independiente A3 cada uno y que constan
además de las descripciones utilizadas para las etiquetas desde su fuente hacia su
destino de conexión, las etiquetas se colocan en todos los cables para su
identificación, tal como muestra la Figura 2.30:
62
Figura 2.30 Etiquetas en barra de puesta a tierra.
2.9
MONTAJE DEL ARMARIO DE CONTROL
Figura 2.31 Tablero principal de control.
El tablero principal de control consta de la parte de alimentación con un breaker, un
supresor de picos de voltaje, una fuente de 24 VDC y una fuente de 5 VDC
(regulada a 5.4 VDC). Además de tener instaladas las plataformas Saitel dispone
de regleteros necesarios para la RTU Saitel 2000DP ya que ésta a través de
conectores de cinta plana de 20 vías envía o recibe sus señales hacia sus
regleteros para que puedan salir desde éstos hacia campo, o en este caso hacia
las borneras y posteriormente a los tableros laterales de instrumentación. Las
fuentes, las RTU e instrumentación se encuentran aterrizados mediante barras de
puesta a tierra. El toma corriente es para la energización de la fuente para el
compresor y el switch, al cual se conectan los puertos ethernet 1 de cada RTU.
63
En la Figura 2.32 se muestran los tableros laterales de instrumentación:
Figura 2.32 Tableros de instrumentación.
El tablero lateral izquierdo de instrumentación dispone del proceso de temperatura
y nivel de agua mediante un controlador ON/OFF, además del proceso de presión
de aire comprimido utilizando un controlador por histéresis.
En cambio, el tablero lateral derecho cuenta con 8 luces piloto, 6 pulsadores, 2
selectores y un potenciómetro que entrega variaciones de 0 a 5 V para cada RTU.
El RTD PT100 y el motor DC con encoder acoplado, el cual es controlado mediante
un PI independiente externo a las plataformas Telvent, forman parte de la RTU
Saitel DR.
La electrónica asociada a los circuitos de acondicionamiento se encuentra detrás
de los laterales del armario de control, los cuales no son de acceso al usuario.
Además se debe aclarar que la Figura 2.31 muestra los rieles con los cables de
conexión expuestos cuyo propósito es la visualización del montaje de los mismos,
pero que en realidad se encuentran con sus tapas respectivas.
64
CAPÍTULO 3
DISEÑO Y DESARROLLO DEL SOFTWARE
Este capítulo contiene el detalle de las herramientas utilizadas dentro de la
plataforma software Baseline de las RTU para su configuración, monitoreo,
desarrollo de la lógica e implementación de la interfaz hombre máquina o HMI que
consta de cinco prácticas de entrenamiento y además, se describen las pantallas
realizadas para las capacitaciones que están enfocadas en las diferentes
prestaciones de las RTU. También se detalla conexiones adicionales para usuarios
avanzados y el software desarrollado en el microcontrolador atmega8.
3.1
SOFTWARE MICROCONTROLADOR
El software desarrollado en el microcontrolador atmega8 incluye conversión
análoga-digital del set point de 4 a 20 [mA] que se acondicionó a una entrada de 1
a 5 [V] que envía la RTU Saitel DR como se muestra en la sección 2.3.3.2, además
del conteo de los pulsos generados por el encoder del motor DC actuando como
realimentación de velocidad para realizar el control PI y poder generar una PWM
que comunica la velocidad al motor; se dispone también de un display de 16x2 para
depuración del programa. El diagrama de flujo se muestra en la Figura 3.2.
Al configurar la conversión ADC de resolución de 10 bits se tiene una lectura de
1023 en 5V y de 204.6 para 1V, el objetivo es que el set point se interprete en 1023
como el 100% de la velocidad y en 204.6 [V] como el 0%, para lo cual se procede
a realizar la ecuación de una recta:
Figura 3.1 Porcentaje vs lectura ADC del set point de velocidad del motor DC.
65
3.1.1 DIAGRAMA DE FLUJO
Figura 3.2 Diagrama de flujo de controlador PI en atmega 8.
66
El timer 2 se configura en modo CTC donde a partir de la ecuación (3.1) se tiene:
x<"Y =
yz^{|}~C
(3.1)
;FFp5D<"@o r
Donde:
·
x<"Y b Frecuencia del contador.
·
xUk€|*~< b Frecuencia del oscilador interno configurado en el microcontrolador.
·
b Factor del preescalador.
·
‚ƒ#Y : Registro para manipular la resolución del contador.
Y despejando ‚ƒ#Y para conseguir un tiempo de muestreo de 10ms se tiene:
‚ƒ#Y =
xUk€|*~<
cJ„…†
61=
6 1 = Lc.0Š28
1
2 F  F x<"Y
2 F 102I F ‡103ˆ‰
Escogiendo así el valor de OCR2 = 39 donde el tiempo de muestreo es:
x<"Y =
yz^{|}~C
=
‹JŒ:v
;FFp5D<"@o r ;JFJ5;MJFJp5DGŽr
= 10.2IJ3ˆ
Ahora bien, de acuerdo a las especificaciones del encoder acoplado al motor DC
se tiene una respuesta en frecuencia de 20KHz según la Tabla 2.20 siendo su
periodo de 0.05 ms y al configurar que las interrupciones externas por donde
ingresan las dos fases del encoder sean por flancos de subida y bajada se tienen
2 cuentas que ingresan por cada una de estas interrupciones dentro de este
período, donde el número de cuentas en el período del tiempo de muestreo es:
ƒd‘’ˆRXRQkjP =
"yJFJ“h
“j
Donde:
·
ƒx: Cuentas por flancos de subida y bajada.
·
”3: Tiempo de muestreo configurado en modo CTC.
·
”: Período de respuesta de encoder
(3.2)
67
Por lo tanto las cuentas totales dentro del tiempo de muestreo son:
ƒd‘’ˆRXRQkjP =
2 F 10.2IJ3ˆ
= I0K.Š
0.08J3ˆ
El set point es una variable que indica el porcentaje de la velocidad deseada del
motor DC por lo que la realimentación debe corresponder a esta misma relación
˜XTUjYRQ™j
#’•–3‘’—–ó = "SjYRQP
š›št^\œ
#’•–3‘’—–ó =
(3.3)
100
= 0.2II1I
I0K.Š
Además dentro del desarrollo del software se tienen intervalos de seguridad de 0 a
1023 para que la señal de control no se desborde.
3.2
SOFTWARE TOOLS
Las herramientas fundamentales para la configuración y depuración de la lógica en
las RTU son Catconfig Tool e Isagraf, de las cuales se profundiza su proceso de
configuración; además se detalla el acceso hacia Catweb Tool y se aborda las
herramientas de FTP y consola, las cuales están enfocadas para usuarios
avanzados.
3.2.1 CATCONFIG TOOL [8]
3.2.1.1
Entorno de trabajo de Catconfig Tool
Catconfig Tool dispone de 4 zonas principales que se muestran en la Figura 3.3.
·
1: Menú principal
·
2: Barra de herramientas
·
3: Zona de edición
·
4: Consola de visualización
68
Figura 3.3 Entorno inicial de Catconfig Tool.
Esta herramienta provee la interfaz de usuario para poder realizar las
configuraciones iniciales en la RTU, las cuales se describen a continuación.
3.2.1.2
Operaciones con Proyectos
Para la creación de un nuevo proyecto se debe seleccionar en el menú principal
“Proyecto → Nuevo/Cargar proyecto” donde se visualiza la pantalla mostrada en la
Figura 3.4., al guardar el proyecto se crea un fichero con la extensión “.ctp” con el
nombre del proyecto, en este fichero se almacena la información de configuración.
69
Figura 3.4 Pantalla de creación de proyectos.
3.2.1.3
Descarga de la configuración hacia la RTU
Para configurar las comunicaciones con la RTU se debe ejecutar la opción del menú
principal “RTU → Parámetros”, donde aparece la ventana mostrada en la Figura
3.5. Es necesario conocer la dirección IP del puerto Ethernet de acuerdo a la Tabla
3.1 al que se encuentra conectada la PC, el nombre de usuario y la contraseña, con
lo que ya se puede realizar el intercambio de información. La “Dirección IP2” se
refiere a configuraciones de redundancia.
Figura 3.5 Configuración de las comunicaciones
70
Posteriormente al finalizar la configuración completa de la RTU se utiliza la opción
de envío de datos a la RTU al seleccionar “Proyecto → (PC→RTU)”, donde todos
los cambios realizados sobre la base de datos se enviarán a la RTU a través de
ficheros XML. Además se puede descargar la configuración de forma selectiva
donde se puede elegir la información que se va a enviar a la RTU sin tener que
enviarse todos los archivos, minimizando el tiempo de descarga.
En cambio al seleccionar la opción de lectura de datos desde la RTU a través de:
“Proyecto → (RTU→PC)”, se puede transferir la configuración de coreDb y de cada
BinController existente en la RTU hacia un nuevo proyecto.
Se dispone también de la opción de administración de usuarios con distintos tipos
de privilegios y la administración de dispositivos de red para asignar direcciones IP
y subred a los dispositivos disponibles, a continuación se lista la nomenclatura de
los distintos dispositivos para cada CPU, donde el nombre depende de utilizar o no
el protocolo PRP (Parallel Redundancy Protocol). Es posible definir varias
direcciones IP para un mismo dispositivo, pero en distintas subredes, de la misma
forma es posible definir dos direcciones IP en una CPU dentro de la misma subred,
pero por diferentes puertos.
Tabla 3.1. Lista de canales para cada tipo de CPU.
CONDUCTOR
DIRECCIÓN
MÓDULO
SM_CPU866
PUERTO
IP
NOMBRE
Sin
Con
PRP
PRP
ETHER (Puerto ethernet 1)
10.10.10.2
motfec0
danp0
ETH2 (Puerto ethernet 2)
-
Inc0
-
ETH3 (Puerto ethernet 3l)
172.112.12.12
Inc1
danp1
ETH4 (Puerto ethernet 4)
172.117.17.17
Inc2
-
ETH1 (Puerto ethernet 1)
10.10.10.10
motfec0
danp0
ETH2 (Puerto ethernet 2)
172.19.6.123
motfec1
-
(Saitel
2000DP)
HU_A
(Saitel DR)
71
3.2.1.4
Administración de canales de comunicación
La administración de los canales de comunicaciones es uno de los puntos más
importantes de la configuración de una RTU ya que permite la creación de canales
para utilizarlos en los diferentes protocolos de comunicaciones disponibles. Los
tipos de configuraciones de canales pueden ser de tres tipos: TCP, UDP y ASYNC,
a continuación se detalla exclusivamente el de tipo TCP ya que el protocolo utilizado
es el de Modbus esclavo sobre ethernet para las dos RTU siendo el maestro el HMI.
Figura 3.6 Configuraciones de canales TCP.
Los parámetros configurados son los siguientes:
·
Tamaño del buffer: Tamaño máximo del buffer en bytes utilizado para el
intercambio de datos a través del canal, cuyo valor por defecto es 1024.
·
Modo: Tipo de inicio de comunicación aceptados por este canal:
o CALLED: La comunicación la inicia el cliente.
·
Puerto Local: Puerto TCP local asociado a este canal, 502 para Modbus TCP.
Posteriormente se asociará este canal al BinController de Modbus Esclavo.
72
3.2.1.5
Supervisión
El BinController de supervisión monitoriza el estado de todos los componentes de
la CPU, y genera información de estado que puede ser utilizada por otros
componentes de la RTU. No tiene interfaz gráfica ni parámetros de configuración.
Los elementos monitorizados son los siguientes:
·
Suministro de potencia
·
Temperatura
·
Fuentes de sincronización
·
Fallos de configuración y operación
·
Errores de lógica
·
Operación en configuraciones redundantes
El BinController de supervisión denominado “sup” se puede agregar pulsando el
botón derecho sobre la tabla de Bins mediante la opción “Add Bin from Wizard”, tal
como muestra la Figura 3.7, donde en la Tabla 3.2 se indica la lista configurada en
las plataformas de Telvent, aunque existen señales adicionales disponibles.
Figura 3.7 Creación de Bins.
73
Tabla 3.2. Señales disponibles para el BinController de supervisión, tomado de [9].
NOMBRE
DESCRIPCIÓN
TIPO
DISPONIBLE
Relacionadas con el suministro de potencia
FAIL_PS1
Indica si no se detecta la presencia de la Status
SM_CPU866
fuente de alimentación principal.
FAIL_PS2
Indica si no se detecta la presencia de la Status
SM_CPU866
fuente de alimentación secundaria.
El voltaje de la línea PS1 está por
WARN_PS1
debajo de un nivel de precaución, el cual Status
SM_CPU866
está establecido a 5.1 V.
El voltaje de la línea PS2 está por
WARN_PS2
debajo de un nivel de precaución, el cual Status
SM_CPU866
está establecido a 5.1 V.
WARN_BAT
Indica si hay algún problema con la Status
AMBAS
batería del sistema.
PS1_V
Valor del
voltaje de
la línea de Analog
SM_CPU866
la línea de Analog
SM_CPU866
alimentación PS1.
PS1_V
Valor del
voltaje de
alimentación PS2.
Relacionadas con la temperatura
TEMP
Temperatura actual de la CPU.
Analog
AMBAS
Relacionadas con los módulos SM_SER
FAIL_SER1,...
FAIL_SER8
Indica si hay fallo en cada uno de los
módulos
SM_SER
previamente Status
SM_CPU866
configurados.
Relacionadas con el programa que ejecuta la CPU
FAIL_CONF
Indica si hay fallo en la configuración.
Status
AMBAS
instalado, indica que no hay programa Status
AMBAS
Si el BinController de isagraf está
FAIL_PLC
de PLC o que está parado.
Si el BinController de isagraf está
PLC_WARNING instalado, indica que hay señales isagraf Status
no mapeadas sobre coreDb.
AMBAS
74
Tabla 3.2. Señales disponibles para el BinController de supervisión (continuación),
tomado de [9].
NOMBRE
DESCRIPCIÓN
TIPO
DISPONIBLE
Relacionadas con el funcionamiento de la RTU
Indica que el equipo está en situación de
anomalía, éste es su valor de reset. En
0 indica que no ha habido error de
configuración (FAIL_CONF=0), que el Status
FAIL_RTU
AMBAS
watchdog de supervisión no ha expirado
para
ningún
BinController,
y
que
DOING_WELL=1.
Señal con destino en el Bin de
supervisión, puede ser configurada por
DOING_WELL
el usuario (por ejemplo con fuente en Status
AMBAS
isagraf) para condicionar el estado de la
señal FAIL_RTU en función de las
necesidades del sistema.
CPU_USAGE
Carga en porcentaje de la CPU
LAQ_FAIL
Analog
Indica si existe falla en los módulos de Status
AMBAS
HU_A
adquisición de Saitel DR.
POL_OK_ABDI
Indica si existe falla en la polarización Status
HU_A
del módulo de entradas digitales.
Relacionadas con los enlaces de comunicaciones
LINK_MOTFEC Indica si existe enlace en el puerto Status
0
motfec0.
LINK_MOTFEC Indica si existe enlace en el puerto Status
1
AMBAS
HU_A
motfec1.
LINK_LNC0
Indica si existe enlace en el puerto Inc0. Status
SM_CPU866
LINK_LNC1
Indica si existe enlace en el puerto Inc1. Status
SM_CPU866
LINK_LNC2
Indica si existe enlace en el puerto Inc2. Status
SM_CPU866
CPU_USAGE
Carga en porcentaje de la CPU
Analog
AMBAS
75
Después de agregar a la tabla de Bin el BinController de supervisión aparece una
pantalla en la que se puede seleccionar todas las señales disponibles descritas
anteriormente, las cuales son creadas en las tablas de status y analog. En la Figura
3.8, se puede visualizar la pantalla de selección de estas señales.
Figura 3.8 Selección de las señales de supervisión.
Las señales seleccionadas para las configuraciones finales de los módulos
corresponden a las que indican el estado de las CPUs para enviarlas hacia el HMI
y poder realizar una pantalla exclusiva de alarmas.
3.2.1.6
Secuencia de eventos (SOE)
El registro y almacenamiento de los eventos o cambios en las señales producidas
en una RTU, que maneja datos en tiempo real, es común en los sistemas de
telecontrol.
El BinController SOE permite seleccionar las señales de las que se quiere registrar
la secuencia de eventos y registrarla con un formato definido por el usuario. La
salida se realiza a un fichero circular, pudiendo almacenar hasta 2000 eventos, el
fichero es de formato XML.
Las coordenadas de los puntos SOE tienen el formato:
NAME:ID
76
Donde:
·
NAME: Representa el nombre que tendrá la señal en la salida del cronológico.
Es el campo que permite filtrar los cambios de un punto al identificarlo
unívocamente.
·
ID: Representa un identificador a una lista de cadenas que se utiliza para
formatear la información a mostrar en la salida del cronológico.
Se puede hacer uso de dos tipos de listas dependiendo de la naturaleza de la
información a representar, estas corresponden a:
·
STATUS: Representa una lista de cadenas que sustituirán el valor del punto
para hacerlo más descriptivo.
·
ANALOG: Representa la unidad (a través de una cadena) que acompaña un
valor analógico.
La pantalla de configuración del Bin SOE permite definir para los tipos STATUS y
ANALOG, una serie de identificadores y de etiquetas (tags) asociados a los
identificadores. Estos identificadores y etiquetas aparecerán posteriormente en el
archivo de salida.
Para crear un identificador (campo ID de la coordenada) se selecciona “Add ID”,
donde luego, en la parte derecha de la pantalla mostrada en la Figura 3.9 se
introduce el nombre del identificador y los tags. Además existen dos parámetros
más a configurar:
·
Register Qualifier: Si se habilita, el cambio de un calificador (aunque no cambie
el valor del punto) se registra en el cronológico.
·
Register first event: Se habilita o no que se registre el primer evento de cada
punto. En muchos casos se deshabilita para evitar la escritura de las avalanchas
de eventos de arranque.
77
Figura 3.9 Configuración de señales en SOE.
Posteriormente cada evento se almacena en un elemento con nombre “EV” con los
siguientes atributos:
·
DATE: Se utiliza un formato de almacenamiento que permite un fácil
ordenamiento de fechas, donde se muestra: fecha, hora (local) y offset con
respecto a UTC (Universal Time Coordinated).
·
NAME: Nombre de la señal establecido en la coordenada.
·
DESC: Descripción del punto obtenido de coreDb, para esto se debe activar la
opción “Load Description on memory” en “coreDb → Parámetros”.
·
VAL: Valor del punto. Dependiendo de su etiqueta asociada.
·
QF: Representa los flags de calidad o calificadores del punto almacenado en el
cronológico.
Las señales seleccionadas para la utilización del BinController SOE dentro de las
configuraciones finales de cada RTU serán los pulsadores, selectores y medidas
análogas de entrada.
78
3.2.1.7
Adquisición Local (Saitel 2000DP)
Este módulo software se ocupa del intercambio de información con los módulos de
E/S instalados en la Saitel 2000DP. Para cada uno de los módulos configurados,
Catconfig Tool genera un fichero profiXXX.xml donde se configuran los atributos de
cada señal gestionada por el módulo, la cadena “XXX” representa la dirección
profibus del módulo que podrá estar entre 0 y 96 para los módulos Saitel 2000DP.
Los módulos que se disponen para ser configurados son los siguientes:
·
SM_CPU866, que será el denominado “MASTER”.
·
SM_DO32T, módulo de salidas digitales versión transistor
·
SM_DI32, módulo de entradas digitales.
·
SM_AI16, módulo de entradas analógicas.
3.2.1.7.1 Configuración SM_CPU866.
La configuración inicial se basa en seleccionar la pestaña BinController y
posteriormente la opción de LAQ, para esto es necesario especificar la velocidad y
dirección de la CPU, además de configurar la misma velocidad por medio de los
interruptores ubicados en la parte posterior de cada módulo antes de ser ubicados
en el backplane, siendo esta escogida a 1.5Mbit/s.
Figura 3.10 Configuración de la CPU de la Saitel 2000DP.
79
3.2.1.7.2 Configuración SM_DO32T.
Al seleccionar el tipo de módulo SM_DO32T se configura la dirección número 2, la
cual se indica entre paréntesis y además aparece el panel de salidas digitales
mostrado en la Figura 3.11.
Figura 3.11 Configuración del módulo SM_DO32T.
Para cada señal se configuraron los siguientes parámetros:
·
PROFI_DOx: Descripción de la señal, este nombre se puede cambiar pero
realmente no tiene ningún efecto en cuanto a la identificación de la señal.
·
Tipo de salida:
o DO_OSIM: Salida digital simple.
o DO_ODOB: Salida digital doble.
·
LATCH: El valor “Y” indica que la señal es mantenida.
En la Figura 3.11 se muestra la primera pantalla que indica la mitad de señales
disponibles, es decir 16, y que se puede acceder al resto mediante la flecha superior
debajo de “Digital Outputs”.
80
3.2.1.7.3 Configuración SM_DI32.
Al seleccionar el módulo SM_DI32 de entradas digitales se tiene la pantalla que se
muestra en la Figura 3.12:
Figura 3.12 Configuración del módulo SM_DI32.
Donde, para cada señal se configuraron los siguientes parámetros:
·
PROFI_STSx: Descripción a nivel de profibus de la señal.
·
Tipo de entrada: DI_ISIM: Digital simple.
·
CHGEVT: Indica que se genera evento asociado a la señal ante cambios.
·
INVERT: Indica que la señal no es invertida.
·
TF: Tiempo de filtrado en milisegundos.
·
TM: Tiempo en memoria expresado en unidades de 10 milisegundos.
Al hacer click en la flecha superior que indica hacia la derecha se puede configurar
las 16 señales restantes que presenta el módulo de 32 entradas digitales.
81
3.2.1.7.4 Configuración SM_AI16.
Finalmente al seleccionar el módulo SM_AI16 de señales analógicas de entrada
aparece la pantalla mostrada en la Figura 3.13:
Figura 3.13 Configuración del módulo SM_AI16
Cada señal analógica de entrada tiene asociada la siguiente información:
·
PROFI_AIx: Descripción a nivel de profibus de la señal.
o RNG: Rango de tensión de la señal cuyos valores posibles pueden ser:
0/10 V, -10/10 V, 0/5 V, -5/5 V, 0/20 mA y -20/20 mA.
·
EGU: Indica que se debe tener en cuenta los valores de Emin y Emax en su
escala.
·
AC FILTER: Filtro de rechazo de 50 Hz para anular efectos del ruido de red.
El botón “CLONE TO ALL POINTS” creará todas las señales de todos los módulos
en la tabla de coreDb con sus debidas coordenadas.
82
3.2.1.7.5 Coordenadas
Las coordenadas asociadas a las señales de adquisición local se componen de diez
dígitos con el siguiente formato:
·
A BBB CC DDDD
A: Un dígito para identificar el protocolo de comunicaciones a través del cual se
gestiona la información de la señal, para Profibus-DP se asigna el número 2.
·
BBB: Tres dígitos para indicar la dirección del punto.
·
CC: Identifica el tipo de información asociada a la señal, los valores utilizados
se detallan a continuación aunque existen otras posibilidades adicionales.
Tabla 3.3. Valores del dígito CC en las coordenadas de Saitel 2000DP, tomado de [8].
VALOR
DESCRIPCIÓN
Punto de control, cada módulo de adquisición genera una serie de
00
señales de este tipo que indican el estado de las comunicaciones y si
el módulo está en estado de diagnóstico.
·
01
Entrada analógica de 16 bits.
02
Entrada digital de un bit.
05
Salida digital de un bit.
DDDD: Número de la señal dentro de cada tipo y que no es necesario que
coincida con la posición física.
Se describe a continuación en la Tabla 3.4 las coordenadas de las señales de
diagnóstico que proporciona el Bin de adquisición y son válidas para todos los
módulos, salvo la indicación STS_PPS que está disponible en aquellos que
dispongan de alguna entrada digital. Es equivalente su nombre a su coordenada
completa (para estas señales CC=00):
83
Tabla 3.4. Valores del dígito DDDD en las coordenadas de diagnóstico de Saitel 2000DP,
tomado de [8].
NOMBRE
DDDD
DESCRIPCIÓN
STS_COMM
0000
Módulo offline que indica que no hay comunicación
con el módulo respectivo cuando el estado está en 1.
Módulo
STS_DIAG
0001
con
diagnósticos
en
estado
1,
suele
corresponder a falta de polarización en el módulo
generalmente.
STS_PPS
0002
En 1 indica que el módulo tiene alguna entrada digital
configurada como evento y no le está llegando la señal
STS_FAILBUS1
0003
En estado 1 indica fallo en la comunicación Profibus1.
STS_FAILBUS2
0004
En estado 2 indica fallo en la comunicación Profibus2.
3.2.1.8
Adquisición Local (Saitel DR) [17]
El binController utilizado se denomina Adquisición local centralizada “CLAQ”, y los
módulos a configurar son los siguientes:
·
HU_A, CPU de la RTU Saitel DR.
·
AB_AI, módulo de entradas analógicas.
·
AB_DI, módulo de entradas digitales.
·
AB_DO, módulo de salidas digitales a relé.
·
AB_MIO, módulo mixto de entradas y salidas.
·
AB_AC, módulo de medidas directas.
3.2.1.8.1 Configuración HU_A.
Se debe elegir primero el tipo de CPU que en este caso es la HU_A, la cual presenta
cuatro entradas digitales que se configuraron de la siguiente manera:
·
Tipo de entrada: Exclusivamente DI_ISIM (digital simple).
·
Invertir: La señal no es invertida
·
TF: Tiempo de filtrado en milisegundos.
84
Figura 3.14 Configuración del módulo HU_A.
3.2.1.8.2 Configuración AB_AI.
La Figura 3.15 muestra la pantalla de configuraciones donde se tiene:
·
Emin/Emax: Mínimo y máximo valor expresado desde -32768 hasta 32767.
·
Rango: Rango de medición: 0/5 V, -5/5 V, 0/20 mA, -20/20 mA y 4/20mA.
·
Filt: Filtrado de medida móvil (expresado como un valor porcentual).
·
Cero: Cancelación de cero, expresado en valores escalados.
Figura 3.15 Configuración del módulo AB_AI.
85
3.2.1.8.3 AB_DI
Ahora, en cambio al configurar el módulo AB_DI se presentan los siguientes
parámetros:
·
Tipo de señal de entrada: DI_ISIM, digital simple.
·
Invertir: Indica que la señal no es invertida.
·
NCHAT: Número de cambios admitidos en el tiempo definido en TCHAT.
·
TCHAT: Tiempo de chattering en intervalos de 10 milisegundos.
Figura 3.16 Configuración del módulo AB_DI.
3.2.1.8.4 Configuración AB_DO.
Para la configuración de los parámetros del módulo AB_DO se dispone de los
siguientes parámetros:
·
Tipo de señal de salida: DO_OSIM, salida digital simple.
·
LATCH: Indica que la señal es mantenida.
86
Además se tiene la opción de “Seleccionar antes de activar” cuyo funcionamiento
tiene las siguientes restricciones:
·
Solo se permite el procesamiento de un comando a la vez.
·
Se restringe el tiempo de activación, por lo que no se admiten señales
mantenidas.
Por lo que su activación no es necesaria.
Figura 3.17 Configuración del módulo AB_DO.
3.2.1.8.5 Configuración AB_MIO
Los parámetros disponibles en el módulo AB_MIO están definidos por el tipo de
señal presentada en cuatro diferentes pestañas como se muestra en la Figura 3.18
y las configuraciones son los siguientes:
·
Entradas analógicas: cuyos parámetros son los mismos que los del módulo
AB_AI.
·
Salidas analógicas:
87
o Emin/Emax: Mínimo y máximo valor expresado desde -32768 hasta
32767.
o Reset: Valor de la salida cuando el módulo es reseteado.
o Mantener: Indica que la señal es mantenida.
o Rango: Rango de salida donde la única opción disponible es 4/20mA.
·
PT100:
o Escala: Indica que el valor es escalado a °C.
o Tipo: PT100/EUR, que está asociado con el factor de 0,385.
o Filt: Filtrado de medida móvil (expresado como un valor porcentual).
o Cero: Cancelación de cero, expresado en valores escalados.
·
Contadores rápidos/Frecuencia:
o Tipo de medición:
§
DI_IFCNT32: Contador de pulsos simples.
§
DI_FREQ: Contador de pulsos dobles.
o DOBPICKUP: El valor de “Y” indica que se cuentan los flancos de subida
y bajada y el valor de “N” indica que se cuenta sólo los flancos de subida.
o TSEND: Para la medición de pulsos simples es el tiempo en 100 ms, en
cambio para pulsos dobles es expresado en intervalos de 1 ms.
Figura 3.18 Configuración del módulo AB_MIO.
88
3.2.1.8.6 Configuración AB_AC
El último módulo a configurar corresponde al AB_AC en modo Synchrocheck, que
dispone de tres pestañas para sus diferentes tipos de señales.
Figura 3.19 Configuración módulo AB_AC (Synchro).
El modo Synchrocheck puede funcionar de dos modos diferentes:
·
Modo DE: Alimentación doble, para líneas energizadas en ambas entradas.
·
Modo SE: Alimentación simple, para líneas energizadas en una sóla entrada.
El modo a configurar es el modo SE, en el cual el comando de cierre de la salida
digital se envía cuando las condiciones en la línea coinciden con las configuradas
por el usuario, donde se puede disponer de tres posibles situaciones:
·
VRAVSD: Entrada VR alive y entrada VS death.
·
VRDVSA: Entrada VR death y entrada VS alive.
·
VRDVSD: Entradas VR y VS death.
89
El módulo puede ser configurado para trabajar bajo una combinación de estas
configuraciones. Una línea está activa cuando el nivel de tensión RMS está por
encima del umbral configurado, en cambio la línea está desactivada si la tensión
RMS está por debajo del umbral correspondiente [7].
Figura 3.20 Configuración del modo de operación del módulo AB_AC (Synchro).
Los parámetros generales a configurar son los mostrados en la Tabla 3.5.
Tabla 3.5. Parámetros de entradas digitales del módulo AB_AC (Synchro), tomado de [21].
NOMBRE
DESCRIPCIÓN
CLOSURE_ENA Habilita o no el cierre del contacto.
DOFAIL
SYNCHRO
Fallo en el comando de cierre.
Condición de sincronismo entre VR y VS.
SPEED_FAST
Reservado.
SPEED_SLOW
Reservado.
DEADVR
Tensión en VR por debajo del umbral de caída de tensión
(ID:8).
DEADVS
Tensión en VS por debajo del umbral de caída de tensión
(ID:8).
FAILSYN
Ninguna condición de sincronismo en modo manual.
UNDERV
Línea de tensión por debajo del umbral mínimo de tensión
(ID:10).
90
Tabla 3.6. Parámetros de operación del módulo AB_AC (Synchro), tomado de [21].
NOMBRE
DESCRIPCIÓN
ID:5 (∆VTHRESHOLD)
RANGO
Umbral para la diferencia de tensión (en 0 – 128 V
%)
ID:6 (∆fTHRESHOLD)
Umbral para la diferencia de frecuencia.
ID:7 (∆ƟTHRESHOLD) Umbral para la diferencia entre fases.
0 – 50/60 Hz
0 - 2π radianes
ID:8 (VDEATH)
Umbral de caída de tensión en modo SE. 0 – 128 V
ID:9 (VALIVE)
Umbral de tensión en modo SE.
0 – 128 V
ID:10 (VMIN)
Umbral de mínima tensión de modo DE.
0 – 128 V
ID:11 (TMAN_TIMEOUT)
Timeout para sincronización manual en 0 – 3600000 ms
modo DE
ID:12 (TSEMAN)
Tiempo de validación en modo SE.
0 – 3600000 ms
ID:13 (TDIG)
Tiempo de latencia del sistema.
0 – 10000 ms
ID:14 (TSWITCH)
Tiempo de latencia del relé.
0 – 10000 ms
ID:18 (SW_ST)
Estado del switch.
0 – Abierto
1 – Cerrado
ID:19 (AUX_MAN)
Selección del modo de operación.
0 – Manual
1 – Automático
ID:20 (ENA)
Habilita o no la operación en modo 0 – Habilitar
manual.
1 - Deshabilitar
Tabla 3.7. Parámetros de entradas analógicas del módulo AB_AC (Synchro), tomado de [21].
NOMBRE
DESCRIPCIÓN
VR
Tensión eficaz instantánea en fase R
VS
Tensión eficaz instantánea en fase S
FR
Frecuencia de entrada en fase R
FS
Frecuencia de entrada en fase S
AV%
Diferencia de tensión entre fases R y S en porcentaje.
AO%
Diferencia entre fases R y S en radianes.
AF%
Diferencia de frecuencias entre fases R y S en Hz.
91
3.2.1.8.7 Coordenadas
Las coordenadas asociadas a las señales de adquisición local centralizada se
componen de diez dígitos con el siguiente formato:
1 XXX YY ZZZZ
·
1: Exclusivo para la Saitel DR.
·
XXX: Números que identifican el módulo, que corresponde a la dirección
obtenida a través de AAP (Procedimiento de direccionamiento automático). El
módulo HU_A está asociado a los dígitos 000 y los módulos AB en cambio a
001.
·
YY: Identifica el tipo de señal, los valores configurados son los de la Tabla 3.8.
Tabla 3.8. Valores del dígito YY en las coordenadas de Saitel DR, tomado de [21].
VALOR
·
DESCRIPCIÓN
00
Señales de diagnóstico.
01
Entrada analógica con signo de 32 bits.
02
Entrada digital de un bit.
04
Salida analógica de 16 bits.
05
Salida digital de un bit.
08
Medida de frecuencia de 32 bits.
ZZZZ: Número de la señal dentro de cada tipo y que no es necesario que
coincida con la posición física, el rango permitido es desde 0000 hasta 9999.
Existen dos tipos de señales de diagnóstico para cada módulo AB:
Tabla 3.9. Señales de diagnóstico de Saitel DR, tomado de [22].
VALOR
DESCRIPCIÓN
0000
Estado de comunicación del módulo.
0001
Estado del hardware del dispositivo.
92
La diferencia principal en el funcionamiento entre la RTU Saitel DR y Saitel 2000DP
es el funcionamiento en el direccionamiento de los módulos, ya que ésta necesita
de un paso adicional denominado Procedimiento de direccionamiento automático,
el cual requiere ser ejecutado por el operador cada vez que un módulo AB sea
incluido, eliminado, reemplazado y/o cambiado de posición en el ITB [7].
Para que el ITB pueda arrancar correctamente y llegar al modo de adquisición de
datos es fundamental que conozca la dirección y el tipo de los módulos que están
instalados en el bus principal. El proceso completo de direccionamiento se
compone, en este orden, de los siguientes pasos:
·
Generación de ficheros de configuración utilizando CATconfig Tool, es decir los
pasos anteriores de agregación de módulos.
·
Transferencia de estos ficheros a la RTU, mediante su debida descarga.
·
Ejecución del AAP a través de consola.
·
Confirmación de la información generada por el AAP.
Para ejecutar el procedimiento AAP se necesita de una conexión a consola y la
ejecución de ciertos comandos, por lo que se explica posteriormente en su
subcapítulo correspondiente.
3.2.1.9
Isagraf [22]
Las RTU Saitel DR y Saitel 2000DP incorporan el paquete Isagraf para la ejecución
de secuencias de control lógico el cual soporta cinco lenguajes de programación y
que además dispone de dos versiones: ISaGRAF3 e ISaGRAF5, siendo ésta última
la utilizada dentro de este proyecto de titulación debido a ser la más actual.
Para la utilización del BinController de ISaGRAF5 denominado “isg5” se necesita
asignar el siguiente formato de coordenadas a las señales en las tablas de coreDb.
NAME:X
93
Donde:
·
NAME: Es el nombre de la variable correspondiente en el diccionario de
ISaGRAF.
·
X: Identificador de tipo variable.
Catconfig Tool permite generar de forma automática el diccionario de variables de
Isagraf5 a partir de las señales definidas en el Bin del mismo, las variables
generadas tienen como “Name” el mismo nombre ya definido previamente.
Respecto a los indicadores de tipo variable se puede tener las siguientes opciones:
·
Si la variable es de tipo boolena, el nombre de la coordenada es: BooName:B
·
Si la variable es una analógica de tipo entero, el nombre a utilizar como
coordenada es: BooName:I
·
Si la variable es una analógica de tipo real, el nombre a utilizar como coordenada
es: BooName:F
·
Existe una última posibilidad para designar la coordenada de las variables
booleanas, y es que éstas puedan tomar el valor de BooName:P si es fuente
de un punto de command.
·
Además cada una de las variables descritas anteriormente pueden ser de tipo
transitorias, en las cuales se agregan una letra “T” al final de cada coordenada.
Los pasos para la generación automática del diccionario de variables en Isagraf
son:
·
Configurar en coreDb el Bin correspondiente a “isag5” como muestra la Figura
3.7.
·
Acceder al menú principal y seleccionar “BinController → ISaGRAF5”, donde
aparece la pantalla ilustrada en la Figura 3.21.
94
Figura 3.21 Configuración de ISaGRAF5 en CATconfig Tool.
·
Seleccionar la utilización de un proyecto de ISaGRAF5 previamente creado y
presionar en “Build Dictionary”.
·
En el proyecto de ISaGRAF5 se selecciona el archivo de definición del PLC, el
cual corresponde a VXW-TELVENT_L.dtb, como muestra la Figura 3.22.
Figura 3.22 Importación del archivo de definición del PLC en ISaGRAF5.
95
3.2.1.10
Modbus Esclavo [22]
Modbus es un protocolo maestro/esclavo que intercambia información en mensajes
formados por una dirección de esclavo, un código de función y unos datos. Los
códigos de función que soporta el protocolo bajo el perfil disponible son:
·
01: Leer Coil Status
·
02: Leer Input Status
·
03: Leer Holding Register
·
04: Leer Input Register
·
05: Escribir Single Coil
·
06: Escribir Single Register
·
15: Escribir Multiple Coil
·
16: Escribir Multiple Register
Estos códigos se deben tener en cuenta para la configuración de Kepserver para el
enlace con la HMI FactoryTalk View Studio.
CATconfig Tool incluye una interfaz gráfica para la configuración de Modbus
esclavo. Previamente se debe crear un canal de comunicaciones como muestra la
Figura 3.6 y un Bin en coreDb como en la Figura 3.7. Una vez creados estos
parámetros se procede a asociar el canal de comunicaciones en el BinController
con el Bin creado.
Figura 3.23 Configuración inicial BinController Modbus esclavo.
Posteriormente se presentan los siguientes parámetros de configuración en la
Figura 3.24.
96
Figura 3.24 Configuración del BinController Modbus esclavo.
Donde:
·
ModBus Type: Permite seleccionar un perfil de entre la lista de perfiles
instalados.
·
32 bit registers: Indica que los Input y Holding Registers son de 32 bits.
·
Communication Protocol: Configura el protocolo sobre TCP.
·
Slave Number: Identificador del esclavo (1 para Saitel 2000DP y 2 para Saitel
DR).
·
Communicatio Timeout: Si el esclavo no recibe mensajes del maestro durante
un tiempo superior a este se considera que se ha perdido la comunicación, el
estado de la comunicación se puede monitorizar mediante la única señal de
supervisión disponible: MDBE_COM_STATUS.
El protocolo Modbus tiene cuatro tipos de datos, los cuales se identifican con las
siguientes coordenadas dentro del perfil STD soportado por la Saitel DR y el perfil
GÉNERICO para la Saitel 2000DP.
97
Tabla 3.10. Coordenadas para el BinController Modbus esclavo, tomado de [17].
TIPO DE REGISTRO
Coordenada (STD)
Coordenada (Genérico)
COIL
CS:XXXXX
1XXXX
Input Status
IS:XXXXX
2XXXX
Input Register
IR:XXXXX
3XXXX
Holding Register
HR:XXXX
4XXXX
Donde “XXXX” para el perfil STD corresponde al número de variable ingresada y
cuyo rango está definido desde 0 hasta 65535, y en cambio, para el perfil
GENÉRICO el rango está definido desde 1 hasta 9999 respectivamente para cada
tipo de señal.
3.2.1.11
Configuraciones finales del módulo SAITEL 2000DP
En las Tablas 3.11, 3.12, 3.13, 3.14 y 3.15 se muestran las configuraciones de
coreDb para cada tipo de señal para la plataforma Saitel 2000DP, las cuales fueron
desarrolladas y exportadas desde CATconfig Tool para este proyecto.
Tabla 3.11. Tabla de Bins creada para el módulo SAITEL 2000DP.
NAME
DESCRIPTION
CONTROLLER
SAITELDP
ADQUISICION
laq
ISA5
ISAGRAF5
isg5
MODBs
MODBUS_SLAVE1
mdbe
Supervision
sup
Eventos
soe
Push Button1
Push Button2
Push Button3
Push Button4
Push Button5
Push Button6
Selector Sw1
Selector Sw2
Low Level Indicator
High Level
Indicator
GREEN_PB_1
GREEN_PB_2
GREEN_PB_3
RED_PB_1
RED_PB_2
RED_PB_3
SELECTOR_1
SELECTOR_2
LLI
HLI
SPARE_DI_1
SPARE_DI_2
SPARE_DI_3
SPARE_DI_4
SPARE_DI_5
Description
STATUS
Name
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
Bin
name
SAITELDP
2003020010
2003020011
2003020012
2003020013
2003020014
2003020008
2003020009
2003020007
2003020006
2003020005
2003020004
2003020003
2003020002
2003020001
2003020000
Coordinates1
SOURCE 1
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
Bin
name
ISA5
LLI:B
HLI:B
SELECTOR_2:B
SELECTOR_1:B
RED_PB_3:B
RED_PB_2:B
RED_PB_1:B
GREEN_PB_3:B
GREEN_PB_2:B
GREEN_PB_1:B
Coordinates1
DESTINATION 1
Tabla 3.12. Tabla de Status creada para el módulo SAITEL 2000DP.
MODBs
MODBs
Eventos
Eventos
Eventos
Eventos
Eventos
Eventos
Eventos
GREEN_PB_1:
PUSH_BUTTON
GREEN_PB_2:
PUSH_BUTTON
GREEN_PB_3:
PUSH_BUTTON
RED_PB_1:
PUSH_BUTTON
RED_PB_2:
PUSH_BUTTON
RED_PB_3:
PUSH_BUTTON
SELECTOR_1:
SELECTOR
SELECTOR_2:
SELECTOR
20006
20007
Coordinates2
DESTINATION 2
Bin
name
Eventos
98
Description
STATUS
M002_DIAG_000
M002_DIAG_001
M002_DIAG_003
M003_DIAG_002
M003_DIAG_003
M004_DIAG_000
M004_DIAG_001
M004_DIAG_003
ACT_AIR
ACT_WATER
LOW_LEVEL
HIGH_LEVEL
POT_HMI
FAIL_PS1
FAIL_PS2
WARN_PS1
WARN_PS2
WARN_BAT
FAIL_SER1
FAIL_CONF
FAIL_PLC
PLC_WARNING
FAIL_RTU
DOING_WELL
Name
Bin
name
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
MODBs
MODBs
MODBs
MODBs
MODBs
Supervision
Supervision
Supervision
Supervision
Supervision
Supervision
Supervision
Supervision
Supervision
Supervision
ISA5
2002000000
2002000001
2002000003
2003000002
2003000003
2004000000
2004000001
2004000003
10001
10002
10003
10004
10005
FAIL_PS1
FAIL_PS2
WARN_PS1
WARN_PS2
WARN_BAT
FAIL_SER1
FAIL_CONF
FAIL_PLC
PLC_WARNING
FAIL_RTU
DOING_WELL:B
Coordinates1
SOURCE 1
ACT_AIR:B
ACT_WATER:B
LOW_LEVEL:B
HIGH_LEVEL:B
POT_HMI:B
20008
20009
20010
20011
20012
20013
20014
20015
20016
20017
DOING_WELL
Coordinates1
DESTINATION 1
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
MODBs
MODBs
MODBs
MODBs
MODBs
MODBs
MODBs
MODBs
MODBs
MODBs
Supervision
Bin
name
Bin
name
Tabla 3.12. Tabla de Status creada para el módulo SAITEL 2000DP (continuación).
Coordinates2
DESTINATION 2
99
Description
Pilot Light1
Pilot Light2
Pilot Light3
Pilot Light4
Pilot Light5
Pilot Light6
Pilot Light7
Pilot Light8
On/Off Circuit
On/Off Circuit
On/Off Circuit
On/Off Circut
Air Process
Water Process
120VAC
120VAC
On/Off
GREEN_PL_1
GREEN_PL_2
GREEN_PL_3
RED_PL_1
RED_PL_2
RED_PL_3
YELLOW_PL_1
YELLOW_PL_2
ON_PT
ON_TK
ON_LEVEL
ON_POT
ELECT_VALV_1
ELECT_VALV_2
BOMB_RELAY
HEATING_E
COMPRESSOR
SPARE_D0_1
SPARE_D0_2
SPARE_DO_3
SPARE_DO_4
SPARE_DO_5
SPARE_DO_6
SPARE_DO_7
SPARE_DO_8
COMMAND
Name
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
Bin name
GREEN_PL_1:B
GREEN_PL_2:B
GREEN_PL_3:B
RED_PL_1:B
RED_PL_2:B
RED_PL_3:B
YELLOW_PL_1:B
YELLOW_PL_2:B
ON_PT:B
ON_TK:B
ON_LEVEL:B
ON_POT:B
ELECT_VALV_1:B
ELECT_VALV_2:B
BOMB_RELAY:B
HEATING_E:B
COMPRESSOR:B
Coordinates1
SOURCE 1
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
Bin name
2002050000
2002050001
2002050002
2002050012
2002050004
2002050005
2002050006
2002050007
2002050008
2002050009
2002050010
2002050011
2002050014
2002050015
2002050016
2002050017
2002050018
2002050013
2002050019
2002050020
2002050021
2002050022
2002050023
2002050024
2002050025
Coordinates1
DESTINATION 1
MODBs
MODBs
MODBs
MODBs
MODBs
20001
20002
20003
20004
20005
Coordinates2
DESTINATION 2
Bin name
Tabla 3.13. Tabla de Command creada para el módulo SAITEL 2000DP.
100
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SAITELDP
SPARE_AI_10
SPARE_AI_11
SPARE_AI_12
SPARE_AI_13
SAITELDP
TK_ACOND
SPARE_AI_9
SAITELDP
SPARE_AI_6
SAITELDP
SAITELDP
SPARE_AI_5
SPARE_AI_8
SAITELDP
SPARE_AI_4
SAITELDP
SAITELDP
SPARE_AI_3
SPARE_AI_7
SAITELDP
SPARE_AI_2
Termopar
Type K
SAITELDP
SPARE_AI_1
SAITELDP
2004010015
2004010014
2004010013
2004010012
2004010011
2004010010
2004010009
2004010008
2004010007
2004010006
2004010005
2004010004
2004010003
2004010002
2004010001
2004010000
SOURCE 1
Bin Name
Coordinates1
SAITELDP
Pression
Transm.
ANALOG
Desc.
POT_1
PT
Name
ISA5
ISA5
MODBs
30003
30002
DESTINATION2
Bin
Coordinate
Name
s2
MODBs 30001
TK_ACOND MODBs
:I
POT_1:I
DESTINATION 1
Bin
Coordinate
Name
s1
ISA5
PT:I
Tabla 3.14. Tabla de Analog creada para el módulo SAITEL 2000DP.
Eventos
TK_ACOND:A
NALOG_INP
UT
DESTINATION 3
Bin
Coordinates3
Name
Eventos PT:ANALOG_
INPUT
Eventos POT_1:ANAL
OG_INPUT
101
Des.
Bin Name
ISA5
ANALOG_HMI:I
Coordinates1
DESTINATION 1
Bin Name
Configuraciones finales del módulo SAITEL DR
40001
Coordinates1
SOURCE 1
Eventos
Bin Name
DESTINATION 3
ANALOG_HMI:ANALOG_INPUT
Coordinates2
DESTINATION 2
DESTINATION2
mdbe
soe
MODBUS_SLAVE2
MODBs2
isg5
Eventos
ISAGRAF5
ISA5
claq
sup
ADQUISICION
SAITELDR
CONTROLLER
Supervision
DESCRIPTION
NAME
Tabla 3.16. Tabla de Bins creada para el módulo SAITEL DR.
Saitel DR exportadas desde Catconfig Tool.
A continuación en las Tablas 3.16, 3.17, 3.18, 3.19 y 3.20 se muestran las configuraciones para cada tipo de señal de la plataforma
3.2.1.12
DESTINATION 1
MODBs 30004
MODBs 30005
MODBs 30006
MODBs 30007
Tabla 3.15. Tabla de Setpoint creada para el módulo SAITEL 2000DP.
SOURCE 1
Supervision PS1_V
Supervision PS2_V
Supervision CPU_USAGE
Supervision TEMP
ANALOG_HMI From hmi MODBs
Name
SETPOINT
ANALOG
PS1_V
PS2_V
CPU_USAGE
TEMP
Tabla 3.14. Tabla de Analog creada para el módulo SAITEL 2000DP (continuación).
102
Description
DI_ISIM 1
DI_ISIM 2
COMM_DIAG
HW_DIAG
DI_ISIM_1
DI_ISIM_2
DI_ISIM_3
DI_ISIM_4
DI_ISIM_5
DI_ISIM_6
DI_ISIM_7
DI_ISIM_8
DI_ISIM_9
DI_ISIM_10
DI_ISIM_11
DI_ISIM_12
COMM_DIAG
HW_DIAG
COMM_DIAG
HW_DIAG
SYSTEM_PS2
SELECTOR_3
D001_COMM_DIAG
D001_HW_DIAG
GREEN_PB_4
GREEN_PB_5
GREEN_PB_6
RED_PB_4
RED_PB_5
RED_PB_6
SELECTOR_4
SPARE_DI_1
SPARE_DI_2
SPARE_DI_3
SPARE_DI_4
SPARE_DI_5
D002_COMM_DIAG
D002_HW_DIAG
D003_COMM_DIAG
D003_HW_DIAG
STATUS
Name
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
1002020007
1002020008
1002020009
1002020010
1002020011
1002000000
1002000001
1003000000
1003000001
1002020006
1002020005
1002020004
1002020003
1002020002
1002020001
1001000000
1001000001
1002020000
1000020000
1000020001
SOURCE 1
Bin Name
Coordinates1
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
Bin
Name
ISA5
ISA5
SELECTOR_4:B
RED_PB_6:B
RED_PB_5:B
RED_PB_4:B
GREEN_PB_6:B
GREEN_PB_5:B
GREEN_PB_4:B
SYSTEM_PS2:B
SELECTOR_3:B
DESTINATION 1
Coordinates1
Tabla 3.17. Tabla de Status creada para el módulo SAITEL DR.
Evento
s
Evento
s
Evento
s
Evento
s
Evento
s
Evento
s
Evento
s
Evento
s
GREEN_PB_4:PU
SH_BUTTON
GREEN_PB_5:PU
SH_BUTTON
GREEN_PB_6:PU
SH_BUTTON
RED_PB_4:PUSH
_BUTTON
RED_PB_5:PUSH
_BUTTON
RED_PB_6:PUSH
_BUTTON
SELECTOR_4:SE
LECTOR
SELECTOR_3:SE
LECTOR
DESTINATION 2
Bin
Coordinates2
Name
103
MODBs2
SP_L_R
Supervision
Supervision
Supervision
Supervision
Supervision
ISA5
Supervision
Supervision
Supervision
Supervision
WARN_BAT
FAIL_CONF
FAIL_PLC
PLC_WARNING
FAIL_RTU
DOING_WELL
POL_OK_ABDI
LAQ_FAIL
LINK_MOTFEC0
LINK_MOTFEC1
Select setpoint
local remoto
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
MODBs2
MODBs2
WARN_BAT
FAIL_CONF
FAIL_PLC
PLC_WARNIN
G
FAIL_RTU
DOING_WELL:
B
POL_OK_ABDI
LAQ_FAIL
LINK:MOTFEC0
LINK:MOTFEC1
CS:2
1005020001
1005020002
1005020003
1005020004
1005020005
1005000000
1005000001
CS:0
CS:1
SOURCE 1
SAITELDR
1004080000
SAITELDR
1004000000
SAITELDR
1004000001
SAITELDR
1005020000
STATUS
SPARE_FC
DI_IFREQ 1
D004_COMM_DIAG
COMM_DIAG
D004_HW_DIAG
HW_DIAG
D005_00000
CLOSURE_EN
A
D005_00001
DOFAIL
D005_00002
SYNCHRO
D005_00003
DEADVR
D005_00004
DEADVS
D005_00005
FAILSYN
D005_COMM_DIAG
COMM_DIAG
D005_HW_DIAG
HW_DIAG
ACT_RTD
ACT_MOTORDC
MODBs2
Supervisi
on
MODBs2
MODBs2
MODBs2
MODBs2
MODBs2
MODBs2
MODBs2
MODBs2
ISA5
ISA5
ISA5
IS:13
IS:14
IS:15
IS:16
IS:12
DOING_WELL
IS:8
IS:9
IS:10
IS:11
ACT_RTD:B
ACT_MOTORDC:
B
SP_L_R:B
DESTINATION 1
Tabla 3.17. Tabla de Status creada para el módulo SAITEL DR (continuación).
DESTINATION 2
104
Bin
Name
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
GREEN_PL_4:B
GREEN_PL_5:B
RED_PL_4:B
RED_PL_5:B
YELLOW_PL_3:B
YELLOW_PL_4:B
ON_CIRCUITS:B
SPARE_DO_1:B
SOURCE 1
Coordinates1
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
2005000020
2005000019
1003050000
1003050001
1003050002
1003050003
1003050004
1003050005
1003050006
1003050007
2005000018
DESTINATION 1
Bin Name
Coordinates1
DESTINATION 2
Bin Name
Coordinates
2
MODBs2
IS:0
MODBs2
IS:1
MODBs2
IS:2
MODBs2
IS:3
MODBs2
IS:4
MODBs2
IS:5
MODBs2
IS:6
MODBs2
IS:7
para el control del motor DC.
La señal ON_CIRCUITS activa o no la alimentación de voltaje a los circuitos del potenciómetro 2 y al microcontrolador atmega 8
DR las descripciones se generan automáticamente a diferencia de Saitel 2000DP.
abarca solo su configuración, y las prácticas de laboratorio no están enfocadas en este módulo. Además en la plataforma Saitel
Se debe tomar en cuenta que el módulo de AB_AC dispone de señales de salidas digitales y entradas análogas, este proyecto
D005_00002
D005_00001
DO_OSIM_1
DO_OSIM_2
DO_OSIM_3
DO_OSIM_4
DO_OSIM_5
DO_OSIM_6
DO_OSIM_7
DO_OSIM_8
Synchrocheck app.
Relay status(0-1)
Synchrocheck app.
Automatic or
Manual Mode
Synchrocheck app.
Enable Operation
in Manual Mode
COMMAND
Description
GREEN_PL_4
GREEN_PL_5
RED_PL_4
RED_PL_5
YELLOW_PL_3
YELLOW_PL_4
ON_CIRCUITS
SPARE_DO_1
D005_00000
Name
Tabla 3.18. Tabla de Command creada para el módulo SAITEL DR.
105
SAITELDR
PT100_PNT_2
VR: RMS
voltage input
line VR
VS: RMS
voltage input
line VS
FR: Frequency
input VR
SPARE_PT10
0
D005_00000
D005_00002
D005_00001
SAITELDR
AI_PNT_2
AI_PNT_3
AI_PNT_4
PT100_PNT_1
SPARE_AI_8
SPARE_AI_9
SPARE_AI_10
PT100
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
AI_PNT_2
AI_PNT_3
AI_PNT_4
AI_PNT_5
AI_PNT_6
AI_PNT_7
AI_PNT_8
AI_PNT_1
SPARE_AI_1
SPARE_AI_2
SPARE_AI_3
SPARE_AI_4
SPARE_AI_5
SPARE_AI_6
SPARE_AI_7
POT_2
SAITELDR
1005160022
1005160021
1005160020
1004060001
1004010001
1004010002
1004010003
1004060000
1001010001
1001010002
1001010003
1001010004
1001010005
1001010006
1001010007
1004010000
1001010000
SOURCE 1
Bin Name
Coordinates1
AI_PNT_1
ANALOG
Description
CONTROL_M
OTOR
Name
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
ISA5
D005_00
001:F
D005_00
000:F
PT100:I
POT_2:I
CONTR
OL_MOT
OR:I
DESTINATION 1
Bin
Coordin
Name
ates1
MODBs2
MODBs2
IR:2
IR:1
DESTINATION 2
Bin
Coor
Name
dinat
es2
MODBs2 IR:0
Tabla 3.19. Tabla de Analog creada para el módulo SAITEL DR.
Eventos PT100:ANALO
G_INPUT
Eventos POT_2:ANALO
G_INPUT
Eventos CONTROL_MO
TOR:ANALOG_
INPUT
DESTINATION 3
Bin
Coordinates3
Name
106
1005160025
1005160026
SP_ISA5:I
SAITELDR
SAITELDR
ISA5
Supervision
Supervision
CPU_USAGE
TEMP
MODBs
2
MODBs
2
MODBs
2
IR:5
IR:4
IR:3
DESTINATION 1
Eventos
Eventos
TEMP
:ANAL
OG_I
NPUT
SP_IS
A5:AN
ALOG
_INP
UT
DESTINATION 2
DESTINATION 3
visualizadas en el HMI.
en cambio la señal SP_ISA5 se refiere al set point escogido desde el software Isagraf5, además estas dos señales pueden ser
La señal CONTROL_MOTOR es la señal actual del motor DC que llega desde el circuito que contiene al microcontrolador atmega8,
TEMP
CPU_USAGE
1005160024
SAITELDR
SOURCE 1
SAITELDR
1005160023
ANALOG
D005_00003
FS: Frequency
input VS
D005_00004
AV: Voltage
difference VRVS
D005_00005
A0: Phase delay
difference VRVS. rad
D005_00006
AF: Frequency
difference VRVS. Hz
SP_ISA5
Tabla 3.19. Tabla de Analog creada para el módulo SAITEL DR (continuación).
107
AO 1
AO 2
Synchrocheck app. Configuration of the
Synchrocheck application
Synchrocheck app. Voltage difference threshold
Synchrocheck app. Frequency difference threshold
Synchrocheck app. Instantaneous phase delay
threshold
Synchrocheck app. Undervoltage threshold for SE
mode
Synchrocheck app. Alive threshold for SE mode
Synchrocheck app. Minimum voltage threshold for DE
mode(0.0-128.0)
Synchrocheck app. Time out for manual
synchronisation in DE mode
Synchrocheck app. Validation time for SE mode
Synchrocheck app. System latency time
Synchrocheck app. Relay latency time
SET POINT REMOTO
SETPOINT
Description
MODBs2
Bin
Name1
ISA5
ISA5
HR:0
SET_POINT:I
SPARE_AO_1:I
SOURCE 1
Coordinates1
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
ISA5
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
SAITELDR
2005000012
2005000013
2005000014
SP_HMI:I
2005000011
2005000009
2005000010
2005000008
2005000005
2005000006
2005000007
1004040000
1004040001
2005000004
DESTINATION 1
Bin Name1 Coordinates1
ingresar en la elección de salida análoga.
se entrega al microcontrolador atmega8. La señal SP_HMI es la señal que llega a través del HMI hacia Isagraf5 para poder
esta selección se realiza mediante Isagraf5 para poder mediante el módulo AB_MIO tener una salida análoga de 4 a 20 mA que
La señal SET_POINT es la señal final que puede ser tomada localmente mediante el potenciómetro o remotamente desde el HMI,
D005_00008
D005_00009
D005_00010
SP_HMI
D005_00007
D005_00005
D005_00006
D005_00004
D005_00001
D005_00002
D005_00003
SET_POINT
SPARE_AO_1
D005_00000
Name
Tabla 3.20. Tabla de Setpoint creada para el módulo SAITEL DR.
108
109
3.2.2 ISAGRAF [23]
Este software dispone de cinco lenguajes de programación los cuales pueden ser:
diagrama de contactos (LD), diagrama de flujo (FC), diagrama de bloques de
función (FBD), diagrama de funciones secuenciales (SFC), texto estructurado (ST)
y listado de instrucciones (IL). El usuario, haciendo uso del Workbench de Isagraf,
puede dar soluciones a las necesidades de automatización requeridas por las
aplicaciones [8].
3.2.2.1
Entorno de trabajo de Isagraf 5.22
Isagraf 5 dispone de cuatro zonas principales:
·
1: Barra de herramientas
·
2: Barra de menú
·
3: Zona de edición
·
4: Consola de visualización
La Figura 3.25 ilustra el reconocimiento de las zonas principales del software
Isagraf 5.2.
Figura 3.25 Entorno inicial de Isagraf 5.22.
110
3.2.2.2
Configuración de propiedades
Una vez realizada la exportación del diccionario de variables configuradas desde
Catconfig como se indicó en el apartado 3.2.1.9, el ícono de “Resource1” de la
Figura 3.25 toma el nombre de “ISA5” cuyo cambio se observa en la Figura 3.26 y
que corresponde al nombre del Bin de Isagraf5 creado en el coreDb lo que indica
que todas las variables ya fueron exportadas. Después de esto se puede proceder
a realizar la programación de la lógica de cada RTU, cuyas propiedades del
proyecto a ser configuradas se muestran en la Figura 3.26.
Figura 3.26 Propiedades del proyecto en Isagraf 5.
En la pestaña Code son necesarias las siguientes configuraciones:
·
Code for sumulation: habilita el proyecto para funcionar en modo de simulación.
·
TIC code: para generar el archivo a descargar hacia la RTU.
·
Embed Symbol Table: habilita la descarga de variables internas de Isagraf.
Además en la pestaña de Settings se tiene las configuraciones para el tiempo de
ejecución donde la memoria para guardar las variables declaradas es configurada
en la NVRAM ya que es no volátil.
111
3.2.2.3
Configuración para la descarga del proyecto hacia la RTU
La descarga del código de programación de la lógica hacia la RTU se hace
mediante la creación de una conexión hacia la barra de ETCP que se refiere a
conexiones mediante cables de ethernet, con lo cual se ingresa la dirección IP de
cada RTU, tal como muestra la Figura 3.27.
Figura 3.27 Configuración de conexiones en Isagraf 5.22.
3.2.2.4
Modos de funcionamiento
3.2.2.4.1 Modo de simulación
El modo de simulación permite enfocarse únicamente en la lógica de programación
para asegurarse que no se cuentan con errores antes de descargar el código en la
RTU. El proceso es el siguiente:
·
Paso 1: verificar errores construyendo el proyecto mediante la opción
·
Paso 2: activar el modo de simulación
·
Paso 3: para regresar al modo de edición se activa la opción
112
3.2.2.4.2 Modo de depuración
El modo de depuración en cambio, permite visualizar en tiempo real el
funcionamiento de cada una de las variables dentro de la programación realizada,
con lo que se verifica el funcionamiento adecuado con las RTU. El proceso es el
siguiente:
·
Paso 1: construir el proyecto mediante la opción
·
Paso 2: descargar la programación de Isagraf hacia la RTU
·
Paso 3: seleccionar el modo de depuración
·
Paso 4: para regresar al modo de edición se activa la opción
3.2.2.5
Programación de la lógica de Saitel 2000DP
La plataforma Saitel 2000DP dispone del funcionamiento de dos procesos que
pueden ser seleccionados a la vez. El proceso de aire comprimido puede iniciarse
desde el selector 1 o desde la HMI, para el cual se tiene la activación del compresor,
el circuito de alimentación hacia el transmisor de presión y el indicador verde de su
funcionamiento durante 3 segundos, dentro de este tiempo se realiza la medición
de la presión dentro del tubing para el cual se emplea un control por histéresis que
al detectar aumento de presión hasta el 37% de su medida se procede a la
activación de la electroválvula para que se pueda liberar aire y al detectar una
disminución hasta el 13% se desactiva nuevamente la electroválvula, los
indicadores de funcionamiento de la misma son las luces piloto verde y roja 2. En
cambio la selección del proceso con agua puede iniciarse mediante el selector 2 o
desde la HMI, éste dispone de dos subprocesos: el de medición de temperatura
indicando el límite al que se debe calentar el agua cuyo valor puede ser tomado
desde el potenciómetro o desde una variable desde la HMI, además del proceso de
medición de nivel mediante un control on/off para el cual se escoge el nivel alto o
bajo mediante los selectores rojo y verde 1 que con las señales desde el circuito de
medición de nivel se activa o no la electroválvula para que disminuya el nivel del
agua del recipiente superior o para que aumente mediante la activación o no de la
mini bomba.
113
Figura 3.28 Diagrama de flujo de la lógica de Isagraf en la Saitel 2000DP.
114
3.2.2.6
Programación de la lógica de Saitel DR
Figura 3.29 Diagrama de flujo de la lógica de Isagraf en la Saitel DR.
115
La RTU Saitel DR en cambio tiene como restricción la ejecución de un proceso a la
vez, con lo que la medición de la temperatura mediante el RTD PT100 se activa
mediante el selector 3 o desde la HMI siempre y cuando el selector 4 o la variable
asociada a la activación del proceso del motor no se encuentren seleccionadas, de
este manera se definen intervalos de temperatura para que las luces piloto se vayan
encendiendo como indicadores del aumento o disminución de la temperatura.
El proceso del motor dc en cambio se acciona mediante el selector 4 o desde la
HMI y cuando el selector 3 o la variable asociada a la activación del proceso de la
medición del RTD no se encuentren seleccionadas. Después de esto se activa
inmediatamente las luces amarillas 3 y 4 con intermitencia indicando que se debe
activar previamente las luces verdes 4 o 5 para proceder a activar el circuito del
atmega8 y continuar con el proceso, sino se activan las luces verdes se activan por
defecto las luces rojas 4 y 5, la activación o desactivación de estas luces se realiza
mediante los pulsadores verdes y rojos. Una vez accionado el circuito del atmega8
se puede seleccionar el set point para el control de la velocidad del motor dc
mediante el potenciómetro 2 o desde una variable enviada de la HMI, con lo cual
este set point ingresa al microcontrolador para ejecutar de forma interna el PI ya
que las prácticas están enfocadas para personal de todas las áreas sin
conocimientos previos de controladores, por esta razón se realizó el PI de forma
externa a las RTU.
3.2.3 SFTP o FTP
FTP se conoce como Protocolo de Transferencias de Archivos, el cual permite la
transferencia de archivos entre sistemas conectados a una red TCP basado en la
arquitectura cliente-servidor, es decir desde un equipo cliente se puede conectar a
un servidor para descargar archivos desde él o para enviarle archivos,
independientemente del sistema operativo en cada equipo. Este protocolo está
desarrollado para ofrecer la máxima velocidad en la conexión pero no en seguridad,
para solucionar este problema también existe SFTP [9].
116
Las plataformas Saitel disponen de estos protocolos donde la RTU Saitel 2000DP
cuenta con el protocolo FTP y la RTU Saitel DR en cambio con SFTP. Estas
conexiones permiten acceder directamente a los archivos de las RTU donde se
pueden observar 3 unidades correspondientes a las diferentes zonas de memoria:
·
Bf: memoria flash del sector de arranque, unidad de propósito general.
·
Flash: memoria flash donde se encuentran el VxWorks y los BinControllers.
·
Nvram: memoria no volátil, cuyo contenido se mantiene mediante una batería.
Aquí se almacenan todas las variables de usuario que contienen información
importante.
Dentro del sistema de archivos se organizan las distintas aplicaciones y ficheros de
configuración que ejecutará la CPU, que mediante la revisión de estos archivos se
puede conocer las prestaciones disponibles de las RTU. El sistema operativo
VxWorks es el soporte para la gestión en tiempo real de estas aplicaciones [9].
El acceso hacia los archivos del sistema es exclusivo de usuarios avanzados y se
puede realizar desde un cliente FTP como por ejemplo FileZilla, como muestra la
Figura 3.30.
Figura 3.30 Acceso sftp hacia HU_A mediante filezilla.
117
3.2.4 CATWEB
Catweb es una herramienta para labores de monitorización general, cuyas
configuraciones previas y acceso se detallan a continuación:
3.2.4.1
Configuraciones de la PC para conexión IP.
Las primeras configuraciones para cualquier conexión mediante un cable de red es
configurar la PC con una máscara de red igual a la de la RTU Saitel y una dirección
IP distinta dentro de esa misma red. Estas configuraciones son necesarias para
poder descargar los archivos de Catconfig, la programación de Isagraf, establecer
conexión mediante ftp y configuración de la HMI.
Figura 3.31 Configuración de la dirección IP en Windows XP.
118
Al utilizar una virtualización en Windows XP es necesario acceder a “Conexiones
de red” y seleccionar “Conexión de área local”, posteriormente en “Tareas de red”
se selecciona “Cambiar la configuración de esta red”. En la ventana que se muestra
en la Figura 3.31 se selecciona “Protocolo Internet (TCP/IP)” y se pulsa el botón de
“Propiedades” para poder ingresar la dirección IP correspondiente.
Para comprobar que la PC se encuentra dentro de la misma red que las RTU se
puede ejecutar el comando “ping 10.10.10.2” hacia la RTU Saitel 2000DP o “ping
10.10.10.10” para la RTU Saitel DR en una consola MSDOS. Las direcciones son
referidas al primer puerto ethernet de cada una de las plataformas y fueron
configuradas estratégicamente dentro de la misma red.
3.2.4.2
Ajustes del explorador [8]
Los exploradores web que se pueden utilizar para ejecutar Catweb son los
siguientes:
·
Internet Explorer 6.0 o superior.
·
Mozilla 1.7 o superior.
·
Explorador de Catweb.
Para poder utilizar Catweb Tool se debe configurar el explorador web de la siguiente
manera:
·
Habilitar javascript
·
Habilitar cookies
3.2.4.3
Acceso a Catweb
Catweb dispone de un control de acceso que permite discriminar a los usuarios que
pueden conectarse y los que no a través de esta vía, las cuentas y privilegios de
usuario son creados a través de Catconfig Tool.
119
3.2.4.4
Entorno de trabajo de Catweb Tool
La ventana inicial de login se muestra en la Figura 3.32.
Figura 3.32 Ventana inicial Catweb Tool.
Una vez conectada la PC con la RTU se dispone de:
·
Información acerca del usuario que ha ingresado a la sesión login.
·
En la parte izquierda de la pantalla se dispone del menú principal, donde cada
botón da opción al acceso de diferentes tipos de información:
o Information: información general de la configuración de la RTU.
o Monitoring: permite el acceso a cada tabla de coreDb para visualizar su
estado y poder cambiar el valor o estado de las señales de salida.
o Bins: acceso a la información correspondiente a los Bins configurados.
La Figura 3.33 muestra la ventana después del login. Se debe aclarar que el
software lleva el nombre de Schneider Electric ya que actualmente esta empresa
absorbió a Telvent.
120
Figura 3.33 Ventana de visualización de Catweb Tool.
La información que aparece para todos los tipos de señales son los siguientes:
·
Point name: Nombre de la señal en coreDb.
·
Value: Valor actual de la señal, el cual viene dado por la fuente de la señal y se
actualiza en pantalla con la frecuencia en el campo RT.
·
QF: Calidad actual del valor mostrado por la señal, cuyos valores corresponden
a información de adquisición de la misma.
·
Blocked: Indica si la señal tiene bloqueada la fuente o no.
·
Set value: En caso de que se encuentre bloqueada la señal se puede ingresar
valores para la variable desde la PC tanto para variables digitales como
análogas.
Esta herramienta es muy útil para monitorizar los estados de las variables y verificar
el funcionamiento del hardware activando o no las señales de salida sin necesidad
de crear previamente una lógica de prueba desde Isagraf.
121
3.2.5 CONSOLA
El Sistema Operativo VxWorks ofrece una interfaz de comando de alta prioridad
que permite realizar operaciones de monitorización y diagnóstico avanzado. El uso
de la interfaz de consola es de uso exclusivo de usuarios avanzados [8].
3.2.5.1
Configuraciones iniciales de comunicación.
Las conexiones de consola al módulo SM_CPU866 de la RTU Saitel 2000DP se
realiza a través del conector frontal CON mediante un conector RJ-45 ya explicado
en el apartado 2.2.1.1, en cambio la conexión de consola al módulo HU_A de la
RTU Saitel DR es a través del puerto serie RS-232 tal como se muestra en el
apartado 2.2.2.1. Cualquiera de estas unidades de control se conecta a un puerto
serie (COMx) de una PC mediante cable cruzado de 3 hilos.
En la PC se utiliza el software Hyperterminal o similar con los parámetros mostrados
en la Figura 3.34.
Figura 3.34 Configuración para conexión a consola desde hyperterminal.
122
La referencia [8] muestra la lista de comandos que se pueden ejecutar una vez que
se ingresan las configuraciones de la sesión de comunicación serial, donde aparece
el prompt del sistema cuyo símbolo es “->” para Saitel 2000DP y “HU_A>” para
Saitel DR que significa consola de VxWorks.
A continuación se detalla los procesos utilizados durante el desarrollo de este
proyecto.
3.2.5.2
Carga manual de VxWorks.
La plataforma Saitel DR inicialmente no contenía su sistema operativo
completamente funcional por lo que fue necesaria la carga manual de VxWorks y
posteriormente la carga de los demás ficheros mediante ftp.
Los pasos seguidos para realizar el procese de carga manual son los siguientes:
·
Paso 1: En el arranque de VxWorks se presiona cualquier tecla para
interrumpirlo y lograr ingresar al prompt del BootRom, es decir ya no se debe
desplegar el símbolo “->” ó “HU_A>”, sino “[VxWorks Boot]:”
·
Paso 2: Para configurar la dirección IP y el cliente TFTP para la carga de
VxWorks se pulsa “c” y luego la tecla enter, donde aparecen los mensajes
mostrados en la Figura 3.21.
Tabla 3.21. Configuración IP y cliente TFTP para la carga de Vxworks.
123
Los datos a introducir en la pantalla anterior son los siguientes:
o Boot device: motfec 0, para el primer puerto de ethernet de la RTU.
o File name: vxWorks, debe coincidir con el nombre del archivo que se va a
cargar desde el servidor TFTP.
o Inet on ethernet: dirección IP temporal de la RTU.
o Host inet: dirección IP de la PC donde se corre el servidor TFTP.
o Flags: 0x1080 que define que se va a realizar la carga de VxWorks.
o Other: motfec0, para tomar la dirección IP del campo inet on ethernet y no
de sus ficheros.
·
Paso 3: En la PC previamente configurada la dirección IP según la de host inet,
se arranca el servidor TFTP que en este caso se escogió el software TDTP64,
en el cual se asigna el archivo de vxWorks a ser cargado.
·
Paso 4: Posteriormente para comenzar la descarga del archivo se resetea la
RTU. Durante este tiempo aparece un indicador del proceso de la descarga del
archivo en el servidor TFTP como muestra la Figura 3.21.
·
Paso 5: Después de cargar el archivo se puede ingresar mediante ftp para
proceder a la carga de los demás ficheros necesarios para el funcionamiento.
·
Paso 6: Una vez completado el procedimiento se vuelve a resetear la RTU y se
detiene el proceso para regresar a los parámetros iniciales por defecto.
3.2.5.3
Procedimiento de AAP [7]
Para ejecutar el procedimiento de direccionamiento automático AAP exclusivo de
la plataforma Saitel DR, además de colocar en posición ON el switch 2 frontal del
módulo HU_A se debe disponer de la conexión a consola, en la que se ejecutará el
comando
“claqStartAAP”,
y
posteriormente
aparecerá
el
mensaje
“claqBinC:Running AAP…please wait” para esperar el resultado del proceso.
Poco después, aparecerá en pantalla la información de cada nodo con su tipo,
dirección y número de serie, como se muestra en la Figura 3.35, por último se
necesita de la ejecución de los siguientes comandos:
124
·
claqTableAck: Confirmación de los datos que aparecen en la pantalla son
correctos para que se registren de forma permanente.
·
claqTableNack: Se informa que los datos en pantalla son incorrectos.
·
ClaqStartAAP: Se ejecuta un reinicio en el procedimiento de AAP.
Sólo después de realizar este procedimiento la RTU está preparada para arrancar
y entrar en el estado de intercambio de datos. Se debe tomar en cuenta que las
direcciones que han sido obtenidas a través del AAP deben coincidir con las
configuraciones a través de Catconfig Tool y que corresponden a la posición en la
que se encuentra montado cada módulo sobre el carril DIN.
Figura 3.35 Procedimiento AAP desde consola para HU_A.
125
3.3
FACTORYTALK VIEW STUDIO [24]
El software FactoryTalk View Studio perteneciente a Rockwell Automation, permite
la creación de 3 diferentes tipos de aplicaciones de hmi, las cuales pueden ser:
·
Site Edition (Local): Es un sistema autónomo de interfaz de operador para la
supervisión y control de procesos donde todos los componentes se ejecutan en
una única PC y no se distribuyen entre varias PC.
·
Site Edition (Network): Versión distribuida en la que los servidores de la interfaz
de operador, los servidores de datos, los clientes y los editores pueden
distribuirse en PCs diferentes.
·
Machine Edition: Entorno de programación exclusivo para pantallas táctiles
PanelView.
Para el desarrollo de este proyecto la opción utilizada es la de aplicaciones locales,
es decir la correspondiente a Site Edition Local.
3.3.1 ENTORNO DE TRABAJO DE FACTORYTALK VIEW SE
Figura 3.36 Entorno de trabajo de FactoryTalk View SE (Local).
126
Tal como muestra la Figura 3.36, FactoryTalk View Site Edition Local dispone de
seis zonas principales las cuales son:
·
1: Barra de menú
·
2: Barra de herramientas
·
3: Ventana de exploración
·
4: Zona de trabajo
·
5: Consola de diagnóstico
·
6: Barra de estado
3.3.2 SELECCIÓN DEL SERVIDOR KEPSERVER ENTERPRISE [25]
Figura 3.37 Selección del servidor Kepserver Enterprise en FactoryTalk View SE.
El servidor que enlaza la coreDb creada anteriormente mediante Catconfig de las
plataformas Saitel, con la HMI de FactoryTalk View es Kepserver Enterprise ya que
permite el manejo de distintos protocolos de comunicación incluido Modbus TCP/IP
que es el utilizado en este proyecto.
127
Como se puede observar en la Figura 3.37 se debe primero añadir un nuevo
servidor, luego seleccionar “OPC Data Server” visualizando una ventana para
escoger finalmente Kepserver Enterprise. Una vez realizado este procedimiento
FactoryTalk ya puede conocer la base de tags creados previamente en el servidor
de Kepserver, donde es necesario seleccionar “Tags” de la ventana de exploración
y actualizar las carpetas como indica la Figura 3.38.
Figura 3.38 Actualización de la base de tags en FactoryTalk View SE.
Como se puede observar se encuentran dos carpetas de tags denominadas
SAITEL2000DP y SAITELDR que contienen todas las variables creadas en
Catconfig asociadas al Bin de Modbus.
Estos tags pueden ser asociados a una base de tags internas de FactoryTalk o
pueden ser utilizadas directamente en el desarrollo de la HMI.
3.3.3 CONFIGURACIONES BÁSICAS [24]
FactoryTalk cuenta con diferentes librerías ubicadas en la ventana de exploración,
que son un conjunto de gráficos que se pueden añadir en el diseño de la HMI, éstos
además pueden ser configurados con diferentes atributos como animaciones, color,
posición, entre otros.
128
Figura 3.39 Librerias de FactoryTalk View SE.
Las librerías utilizadas fueron las de tuberías, válvulas, motores, botones,
indicadores, entre otras. Además se pueden incluir directamente imágenes
mediante la herramienta “Image” la cual direcciona la selección de imágenes a una
carpeta dentro del sistema y que pueden ser del tipo bmp jpg, jpe, jpeg, jif y jfif. El
procedimiento se indica en la Figura 3.40.
Los atributos de animación, cambio de calor, de llenado, de visibilidad y demás se
pueden asignar a cualquier gráfico de las librerías o a una imagen en la HMI. En la
Figura 3.41 se muestra la asignación del atributo “Touch” el cual permite cambiar
de estado de activo o inactivo a la variable asociada con el gráfico de selector.
Figura 3.40 Agregar una imagen en FactoryTalk View SE.
129
Figura 3.41 Asignación de atributo Touch a un Button en FactoryTalk View SE.
Dentro del desarrollo de la HMI se crearon principalmente botones de activación y
desactivación de procesos, visualización e ingreso de variables análogas, así como
el uso de una gráfica para el proceso del PI del motor DC. Las configuraciones
relevantes se muestran en la Figura 3.39 donde se indica la asignación del tag hacia
el button creado anteriormente. En cambio para hacer posible el cambio de
pantallas también mediante buttons, es necesario utilizar el comando “Display”
seguido del nombre de la pantalla a la que se desea cambiar tal como muestra la
Figura 3.36.
Generalmente las asignaciones a buttons, displays, gauges, trends o demás
objetos disponibles siguen este procedimiento de seleccionar un comando previo y
asignar el proceso a un variable de la base de tags ya actualizada.
3.3.4 CREACIÓN DEL CLIENTE SE
El Cliente SE se refiere a la creación del ejecutable de la HMI, que se puede crear
una sola vez durante todo el proceso de desarrollo ya que se va actualizando
conforme se realicen los cambios. Para la creación se selecciona el icono
correspondiente de la barra de herramientas donde aparece la ventana que se
muestra en la Figura 3.42 y se selecciona nuevo cliente SE.
130
Figura 3.42 Creación del cliente SE en FactoryTalk View SE.
Posteriormente se escogen las opciones de Cliente SE local, los atributos que se
entrega a este cliente y los componentes donde entre otras opciones se escoge
cual será la pantalla principal del ejecutable, acerca del texto que llevará la barra
de títulos, si se maximiza o no la ventana, etc.
3.3.5 DESARROLLO DE PANTALLAS DE LA HMI
3.3.5.1
Pantalla principal
Figura 3.43 Pantalla principal HMI FactoryTalk SE.
131
La pantalla principal dispone de 5 pulsadores que direccionan al usuario hacia cada
una de las pantallas correspondientes a las 5 prácticas de entrenamiento, donde la
práctica 1 corresponde a indicaciones sobre las herramientas de software asociado
con las plataformas Saitel, las prácticas 2 y 3 se realizan en la plataforma Saitel DR
y las prácticas 4 y 5 en la Saitel 2000DP. El procedimiento de las prácticas se
muestra en el Anexo K.
3.3.5.2
Pantalla práctica 1
Figura 3.44 Pantalla de la práctica 1 HMI FactoryTalk SE.
La primera pantalla corresponde a la visualización de las herramientas iniciales
necesarias que deben ser abordadas por el usuario en la primera práctica de
capacitaciones y la topología de red utilizada dentro del protocolo Modbus TCP/IP,
además de un pulsador que permite regresar a la pantalla principal.
3.3.5.3
Pantalla práctica 2
La Figura 3.45 permite la visualización de la segunda práctica y dispone de un
display indicador que muestra el valor actual del RTD Pt100 además de indicadores
que corresponden a 6 luces piloto que se van encendiendo de acuerdo al rango de
medición indicado. A la izquierda de la pantalla se puede visualizar dos opciones
de marcha (start) o paro (stop) del proceso de medición de la temperatura.
132
Además todas las pantallas disponen de un pulsador que permite al usuario
regresar a la pantalla principal para que pueda elegir otra práctica, también de un
bloque indicador de la fecha y hora actual, y de un panel de indicaciones generales
con intermitencia que muestran el estado de la plataforma RTU correspondiente,
mediante la utilización del Bincontroller de supervisión.
Figura 3.45 Pantalla de la práctica 2 HMI FactoryTalk SE.
3.3.5.4
Pantalla práctica 3
Figura 3.46 Pantalla de la práctica 3 HMI FactoryTalk SE.
133
La práctica 3 se refiere a la gráfica del set point y la velocidad actual del motor
dentro del proceso de PI que realiza el microcontrolador internamente, además de
un selector que permite elegir si el set point de velocidad es enviado desde la HMI
o desde el potenciómetro del tablero de instrumentación. En el panel izquierdo de
indicaciones además dispone de un pulsador denominado “PROCESS” el cual
permite la visualización de una pantalla que muestra el diagrama de bloques del
proceso de control de velocidad del motor DC ubicada sobre la gráfica de velocidad
y que posee las opciones de minimizar y cerrar la pantalla.
3.3.5.5
Pantalla práctica 4
Figura 3.47 Pantalla de la práctica 4 HMI FactoryTalk SE.
Se refiere al proceso de aire comprimido que indica el estado de las variables de
presión, de accionamiento de la electroválvula, del compresor y del circuito de
alimentación para el sensor de presión, además del panel de indicaciones.
3.3.5.6
Pantalla práctica 5
La Figura 3.48 muestra el proceso de medición de temperatura y nivel de agua,
donde mediante animaciones se puede visualizar el aumento o disminución del
nivel de agua, el accionamiento de la electroválvula, la mini bomba y el calentador
de agua y el valor de la temperatura mediante la señal del termopar tipo K.
134
Figura 3.48 Pantalla de la práctica 5 HMI FactoryTalk SE.
Para enlazar FactoryTalk View Studio con la plataforma BaseLine de las RTU es
necesario utilizar un Servidor que maneje algún protocolo de comunicación que
dispongan las plataformas Saitel, por lo que se seleccionó el protocolo más
conocido que es MODBUS sobre ethernet.
3.4
KEPSERVER ENTERPRISE [26]
KepServer Enterprise es utilizado para comunicaciones con dispositivos que no
pertenecen a Rockwell Automation, éste permite la configuración de distintos
protocolos de comunicación siendo Modbus TCP/IP el utilizado en este proyecto.
3.4.1 ENTORNO DE TRABAJO DE KEPSERVER ENTERPRISE
KepServer Enterprise dispone de cinco zonas principales:
·
1: Barra de menú
·
2: Barra de herramientas
·
3: Acceso directo a canales y dispositivos
·
4: Acceso directo a tags
·
5: Consola de mensajes
135
Figura 3.49 Entorno de trabajo de KepServer Enterprise.
3.4.2 CONFIGURACIONES INCIALES
3.4.2.1
Creación del canal y dispositivos de Modbus Ethernet.
Se comienza con la creación del canal desde el acceso directo de canales y
dispositivos donde se elige la opción de “Modbus Ethernet” tal como muestra la
Figura 3.50.
Figura 3.50 Creación del canal Modbus Ethernet en KepServer Enterprise.
136
Una vez definido el tipo de protocolo de comunicación es necesario el ingreso de
los parámetros de número de puerto a 502 (exclusivo de Modbus) y el tipo de
protocolo IP configurado a TCP/IP, esta información es la misma ingresada para la
creación del canal de comunicaciones en Catconfig Tool.
Después de crear el canal se procede a la definición del dispositivo, donde es
necesario ingresar la dirección IP del puerto de conexión de cada RTU al switch
para conectarse a la PC que ejecuta la HMI. La dirección IP además incluye un
número decimal adicional que identifica el número de esclavo de la RTU dentro del
protocolo Modbus TCP/IP, este número de esclavo es el mismo que el definido en
Catconfg Tool.
Figura 3.51 Definición de un dispositivo en KepServer Enterprise.
Se crearon dos dispositivos para cada una de las RTU Saitel disponibles dentro del
mismo canal de comunicaciones, tal como muestra la Figura 3.49, además las
propiedades de los dispositivos se indican en la Figura 3.52.
Figura 3.52 Propiedades del dispositivo en KepServer Enterprise.
137
3.4.3 CREACIÓN DE LA BASE DE TAGS
La creación de tags se realiza de acuerdo a la base de variables ya creadas desde
Catconfig Tool, con lo cual se busca asociar las direcciones de KepServer con los
tipos de variables de acuerdo a las coordenadas de Catconfig. Para esto se tiene
el direccionamiento detallado en la Tabla 3.22.
Tabla 3.22. Direcciones de KepServer Enterprise, tomado de [26].
TIPO DE VARIABLE
RANGO
TIPO DE ACCESO
Output Coils
000001 - 065536
Lectura y Escritura
Input Coils
100001 - 165536
Sólo lectura
Internal Register
300001 - 365536
Sólo lectura
Holding Register
400001 - 465536
Lectura y Escritura
Una vez definidas las correspondencias de las direcciones se procede a la creación
de tags con lo cual aparece la ventana ilustrada en la Figura 3.53.
Figura 3.53 Creación de tags en KepServer Enterprise.
Los nombres de las variables pueden ser diferentes entre Catconfig y Kepserver,
pero los nombres definidos en éste último serán los que aparecerán en la base de
tags de FactoryTalk View SE.
138
3.4.4 OPC QUICK CLIENT [26]
El cliente OPC disponible en KepServer Entreprise permite acceder a todos los
datos disponibles en el servidor incluyendo los datos del sistema, de diagnóstico y
los tags, además permite leer y escribir datos para la ejecución de pruebas de
comunicación (Figura 3.54). Su consola de mensajes proporciona información
detallada con respecto a cualquier error con el cliente OPC, permitiendo
diagnosticar problemas cliente-servidor.
Figura 3.54 OPC Quick Cliente de KepServer Enterprise.
139
CAPÍTULO 4
PRUEBAS Y RESULTADOS
Con el objetivo de verificar el correcto funcionamiento del módulo de pruebas y
prácticas de entrenamiento de las plataformas RTU Telvent se han realizado
pruebas de funcionamiento de hardware, software, comunicación y además de la
implementación y montaje de cada una de las prácticas desarrolladas. El presente
capítulo describe estas pruebas con sus resultados y las correcciones realizadas
cuando han sido necesarias.
4.1
PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DE HARDWARE
Las pruebas de funcionamiento tienen como objetivo principal verificar el estado
correcto del hardware de cada módulo además del conexionado hacia los
elementos del armario de control. Para estas pruebas se utilizó la herramienta
Catweb ya que se puede monitorizar las señales de entrada configuradas, además
de manipular las de salida cambiando su estado en señales digitales, o modificando
una señal análoga independientemente de la lógica que se encuentre en las RTU.
4.1.1 Pruebas de señales
Las entradas digitales así como las señales análogas de las RTU se comprobaron
exitosamente donde el único problema se presentó para las señales digitales de
salida de la RTU Saitel 2000DP, donde la Figura 4.1 muestra el comportamiento
del módulo SM_DO32T al enviar la señal de activación a todas las salidas digitales.
Figura 4.1 Comportamiento incorrecto del módulo SM_DO32T.
140
De acuerdo a la sección de resolución de problemas de la referencia [6] se tiene la
Tabla 4.1 que describe el funcionamiento incorrecto del módulo SM_DO32T como
se mostró en la Figura 4.1 de este caso en particular:
Tabla 4.1
Resolución de problemas del módulo SM_DO32T, tomado de [6].
INDICADOR
ESTADO
SIGNIFICADO
RUN
Existe comunicación con CPU_866.
DIA
Encendido
verde
Parpadea rojo
ST1, ST2
Apagado
Fallo hardware o fallo de polarización en
regleteros.
Correcta polarización en módulo SM_DO32T
DO (n)
Parpadea verde
Fallo en salida
El siguiente paso para la resolución de este problema es realizar pruebas punto a
punto enviando acciones de activación señal por señal para verificar en que
momento el módulo vuelve a este comportamiento inadecuado, la Figura 4.2
muestra que el módulo funciona correctamente siempre y cuando no se active la
cuarta señal de salida:
Figura 4.2 Prueba de resolución de errores desde Catweb para el módulo
SM_DO32T.
De acuerdo a la Tabla 4.2 se determina que el problema se encuentra en el
regletero de salidas digitales ya que al activar la cuarta salida digital el módulo
141
SM_DO32T presenta falla, procediendo a verificar el funcionamiento adecuado del
relé y se llegó a la conclusión de que el regletero dispone de una falla de hardware
interna siendo esta señal excluida de las utilizadas dentro de este proyecto.
Figura 4.3 Regletero TB_DO16/T activado desde Catweb.
4.1.2 Pruebas direccionamiento de Saitel DR
Después de la descarga de la configuración desde Catconfig Tool con la ubicación
de los módulos de entrada/salida, la plataforma Saitel DR además requiere de un
procedimiento
adicional
denominado
procedimiento
de
direccionamiento
automático, el cual requiere que el switch frontal 2 se ubique en ON:
Figura 4.4 Procedimiento AAP exitoso en Saitel DR.
142
4.2
PRUEBAS DE COMUNICACIÓN
4.2.1 PRUEBAS DE RED
Después de cambiar la dirección IP del primer puerto ethernet de la RTU Saitel DR
para que se encuentre dentro de la misma red que la RTU Saitel 2000DP y que la
PC donde se desarrollará la HMI y mediante el símbolo del sistema CMD de
Windows se comprobó mediante la utilización del comando ping el estado de
conexión activado.
Figura 4.5 Prueba de red hacia las dos plataformas Telvent.
4.2.2 PRUEBAS DE MODBUS
4.2.2.1
Prueba de configuración de Modbus en Kepserver Enterprise
El problema mostrado en la Figura 4.6 indica que la escritura en señales análogas
no está disponible para el dispositivo configurado que en este caso en particular
corresponde a la RTU Saitel 2000DP, con lo cual solo está disponible la opción de
lectura y que debe ser solucionado ya que en la HMI debe existir la opción de
escritura de señales análogas para el set point de la velocidad del motor y la
temperatura del proceso de agua.
143
Figura 4.6 Error de lectura en Keperver Enterprise.
La solución es configurar las propiedades del dispositivo como indica la Figura 4.7.
Figura 4.7 Configuración adecuada de Kepserver Enterprise.
4.3
PRUEBAS DE SOFTWARE
Se refieren al funcionamiento de Catconfig, Isagraf 5, FactoryTalk View, además de
la utilización de Catweb y las pruebas de la sintonización del controlador PI.
144
4.3.1 PRUEBAS DE ISAGRAF 5
Isagraf 5 ofrece las opciones de simulación y depuración del programa
desarrollado, además de crear variables internas propias y que no necesitan ser
declaradas previamente en Catconfig Tool. Al ejecutar la depuración del proyecto
que se muestra en la Figura 4.8, surgen errores de configuración.
Figura 4.8 Error de variables internas en Isagraf 5.
El error se debe a una mala configuración en el código del proyecto ya que en la
opción “Embed Symbol Table” se debe seleccionar “Complete Table” para que se
genere y descargue la tabla completa de variables a la RTU, tal como se muestra
en la Figura 4.9, con lo cual se solucionó el problema presentado:
Figura 4.9 Solución para variables internas en Isagraf 5.
145
4.3.2 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DEL HMI
La comunicación entre las RTU y la HMI de FactoryTalk View SE a través de
Kepserver Enterprise se realizó exitosamente, en la Figura 4.10 se muestra el
proceso de aire activado desde la HMI mediante el pulsador de “START” con lo cual
se lee la variable de medición de presión y mediante indicadores rojos y verdes se
indica al activación o no del compresor, sensor de presión y electroválvula, y el
estado del aire al ser liberado
Figura 4.10 Funcionamiento HMI práctica 4.
4.3.3 PRUEBAS DE CATWEB
De acuerdo a la referencia [8] se indica que el ingreso a Catweb es posible mediante
un explorador como internet explorer a partir de la versión 6 o superior, con lo cual
en la Figura 4.11 se muestra que en Windows 8 con internet explorer 11 el mensaje
especifica que se debe utilizar máximo versión 8 que generalmente pertenece al
Sistema Operativo de Windows XP. Por lo que con la versión 11 no se permite el
acceso a Catweb siendo una limitación de esta herramienta.
146
Figura 4.11 Limitación de Catweb a Internet Explorer 8.
4.3.4 PRUEBAS DE SOE
La secuencia de eventos configurada mediante el BinController SOE en Catconfig
Tool se puede visualizar mediante Catweb o mediante el ingreso vía ftp
descargando el archivo soeLog.xml ubicado en la carpeta nvram como se muestra
a continuación:
Figura 4.12 Ubicación del archivo soeLog.xml mediante ftp en Saitel DR.
147
Figura 4.13 Prueba de SOE en Saitel 2000DP desde Catweb.
La Figura 4.13 muestra que el registro de eventos se llevó a cabo con fechas
incorrectas correspondientes a las fechas por defecto, con lo cual se procedió a
sincronizar las fechas como se indica en la Figura 4.14.
Figura 4.14 Configuración de la fecha en Catweb.
De esta forma se soluciona la sincronización de la fecha con lo cual el registro de
eventos aparece con la información correcta.
148
4.3.5 PRUEBAS DE SINTONIZACIÓN DEL CONTROLADOR PI
En la sintonización del PI se utilizó un método heurístico con ajuste manual que
consiste en establecer primero el valor de ki a cero e incrementar kp hasta que la
salida del lazo oscile, después de esto se selecciona el valor de kp a
aproximadamente la mitad y posteriormente se incrementa ki hasta que el proceso
se ajuste en un tiempo aceptable [27].
A modo didáctico el valor del voltaje graficado es el del controlador, con lo que se
puede observar cuanto compensa para que el motor llegue al set-point deseado,
por lo que la gráfica se puede estimar como una aproximación de la velocidad que
tiene en ese momento el motor, ya que en presencia de carga el controlador
compensará más ancho de pulso y por ende más velocidad al motor para que
alcance el set-point, aunque en la práctica en la que se utiliza el motor dc no se va
a utilizar carga.
Kd es necesaria generalmente para que el lazo sea lo suficientemente rápido para
alcanzar su referencia tras una variación brusca de la carga, por lo que mencionado
anteriormente no es necesaria para este tipo de práctica.
Figura 4.15 Sintonización final de PI en motor dc.
Finalmente se establecen los valores de kp=22 y ki=0.01 obteniendo error de
posición relativamente pequeño y con un tiempo de establecimiento aceptable.
149
4.4
PRUEBAS DE TOMA DE DATOS ANÁLOGOS EN TIEMPO
REAL
En esta sección se realizan pruebas con la toma de datos en tiempo real para una
señal de entrada análoga tanto en la plataforma Saitel 2000DP como en la Saitel
DR.
4.4.1 DATOS DE LA SEÑAL DEL SENSOR RTD
La RTU Saitel DR es la única que dispone de la opción de medición directa de un
RTD y cuyas pruebas consisten en comparar los valores mostrados en el mismo
instante de tiempo en Catweb, la HMI e Isagraf 5 mediante la depuración del
proyecto. Los datos arrojados durante esta prueba se enlistan en la Tabla 4.2.
Tabla 4.2
Datos de la señal del sensor RTD.
CATWEB [°C] ISAGRAF 5 [°C]
FactoryTalk [°C]
19.2627
19.26274
19
26.7808
28.29612
26
47.148
47.14801
47
51.5733
53.44715
51
62.757
62.75704
62
69.2901
67.15244
67
80.1055
80.11994
79
87.9355
89.91311
86
101.43
101.5282
100
110.197
110.1974
108
113.653
113.6533
113
Las pruebas se realizaron mediante capturas de pantalla para tomar los valores en
el mismo instante de tiempo, hay que aclarar que aunque en ciertas medidas los
valores difieren ligeramente, éstos después de actualizarse se igualaban entre sí,
además los valores de la HMI están configurados en enteros.
150
La Figura 4.16 muestra cómo se realizaron este tipo de pruebas para las dos RTU:
Figura 4.16 Prueba señal RTD.
4.4.2 DATOS DE LA SEÑAL ACONDICIONADA DEL TERMOPAR
La señal del circuito acondicionador del termopar tipo K entrega una diferencia de
voltaje proporcional a 10mV/°C, además la escala de esta señal fue configurada en
°C en Catconfig Tool con lo que se tiene:
Tabla 4.3
Datos de la señal del circuito acondicionador del termopar tipo K.
Voltaje [mV]
CATWEB [°C]
ISAGRAF 5 [°C]
FactoryTalk [°C]
223
22.3017
23.09341
22
347
34.6809
33.9112
34
559
56.012
56.0124
56
702
70.413
70.3871
70
836
85.8815
85.89028
85
980
99.0021
99.912
99
151
4.5
PRUEBAS DE CAPACITACIONES AL PERSONAL DE PIL S.A.
El desarrollo de las capacitaciones abarcó la explicación de las características
principales de hardware de las RTU, así como de cada herramienta de software de
las plataformas Saitel y sus configuraciones, y finalmente el procedimiento de las 5
prácticas de entrenamiento y su visualización en la HMI implementado en el
software FactoryTalk View Studio.
En la Figura 4.17 se puede observar al personal de PIL S.A. del Departamento de
Paquetizados siendo capacitado en el desarrollo de la práctica 5 que corresponde
al proceso de medición de temperatura y control de nivel de agua, logrando finalizar
las prácticas de entrenamiento exitosamente.
Figura 4.17 Capacitaciones al personal de PIL S.A.
152
CAPÍTULO 5
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1
·
CONCLUSIONES
El módulo de pruebas y prácticas de entrenamiento de RTU Telvent para
Proyectos Integrales del Ecuador PIL S.A. cumple satisfactoriamente con todos
los objetivos y alcances planteados al inicio del proyecto, brindando una HMI
para poder observar el desarrollo de las cinco prácticas de entrenamiento para
las cuales además se implementaron procesos para entregar un aprendizaje
más didáctico.
·
La instalación del armario de control abarca el diseño de los planos de ubicación
y conexión total del hardware, dimensionamiento de la instrumentación y fuentes
de alimentación, desarrollo de circuitos acondicionadores de señal, las
protecciones necesarias tales como un supresor de picos de voltaje para la
energización del módulo, puesta a tierra de fuentes, módulos y de
instrumentación, además de contar con borneras para cada conexión tanto de
alimentación como señales de entrada/salida.
·
Saitel 2000 DP requiere de la utilización de un backplane alimentado a 5.4 VDC
sin protección a sobrevoltaje, el cual provee alimentación y la comunicación
mediante profibus entre los módulos, además de la utilización de regleteros
alimentados a 24 VDC propios de su modelo ya que a la salida de los módulos
insertados en el backplane se tiene acceso a las entradas/salidas únicamente
mediante conectores de 20 vías de cinta plana, con lo cual mediante la conexión
hacia los regleteros se utiliza la electrónica necesaria para conexiones a campo.
·
La RTU Saitel DR no requiere de regleteros adicionales a sus módulos y su
instalación es directamente sobre carril DIN, la comunicación entre los módulos
es únicamente un puente de cinta plana, la ventaja es de requerir solo una
fuente de alimentación de 24 VDC, en cambio una desventaja destacable es
que al ser de menor tamaño dispone de menor número de entradas/salidas.
·
Las entradas y salidas digitales de las plataformas Saitel son sin ningún tipo de
polarización, con lo cual las salidas digitales corresponden a relés que activan
153
o no el positivo de la fuente de polarización para la correcta alimentación de los
elementos, en cambio las entradas análogas solo detectan una apertura o cierra
de algún contacto por lo que fue necesaria la implementación de la segunda
parte del circuito acondicionar de nivel el cual utiliza relés que se activan a 24
VDC y entregan la señal de HLI y LLI.
·
La RTU Saitel DR dispone de un módulo para medidas directas de voltajes y
corrientes trifásicas, con el cual se potencializa a la RTU dentro del mercado
eléctrico.
·
Debido a problemas de incompatibilidad de las versiones de software, el sistema
operativo óptimo para su instalación y desarrollo es Windows XP service pack
3, que aunque el software Isagraf 5 se instala correctamente en Windows 7
mediante la utilización de un driver indicado en sus componentes, no es posible
la construcción del diccionario a partir de Catconfig Tool.
·
Las plataformas Saitel disponen de varias formas de acceso, mediante
Catconfig Tool para la configuración de la base de datos de coreDb, Isagraf 5
que permite el desarrollo de la lógica de programación y su depuración, Catweb
para monitorizar sus variables de manera local, Consola para hacer
diagnósticos avanzados mediante una conexión serial, FTP para el acceso a
sus carpetas de sistema.
·
Catconfig Tool es una herramienta que configura el tipo de RTU con la que se
va a trabajar, sus señales de entrada/salida, los canales y protocoles de
comunicación, y los diferentes BinControllers los cuales necesitan ser definidos
mediante un Bin y sus fuentes y destinos desde y hacia donde se entrega el
valor de esa señal.
·
Los BinControllers utilizados dentro de este proyecto son el de adquisición local
para definir la ubicación de cada módulo dentro de cada RTU y los tipos de
señales, Isagraf5 que permite la construcción del diccionario de variables hacia
el software Isagraf 5.22 para proceder al desarrollo de la lógica de
programación; el BinController de supervisión que provee información relativa
al funcionamiento correcto de cada plataforma Saitel, el BinController SOE que
se refiere al registro de secuencia de eventos que permite tener un historial de
los estados de entradas/salidas y el BinController para comunicación Modbus
esclavo TCP/IP.
154
·
La HMI toma el papel de maestro dentro del protocolo Modbus TCP/IP ya que
debe tener la capacidad de leer y escribir variables desde la RTU que se
convierte en el proveedor de los estados de cada una de sus señales
enlazándolas con su programación lógica desarrollada en Isagraf 5.
·
Para establecer la comunicación entre la HMI y las plataformas Saitel se utiliza
el protocolo Modbus TCP/IP mediante KepServer Enterprise, ya que es un
servidor que puede ser configurado con diferentes tipos de protocolos de
comunicación a diferencia de utilizar la opción de OPC DataServer de
FactoryTalk View ya que éste se enlazaba directamente con el servidor de
Isagraf5 denominado ISaGRAF OPC DA Server 2.0 el cual corresponde a un
BinController de las RTU por lo que se lograban conexiones incorrectas solo de
lectura y con retardos de tiempo.
·
La base de tags en FactoryTalk View corresponde a la base de variables
creadas mediante KepServer Enterprise y que están definidas por direcciones
propias del servidor, siempre se debe acceder a las variables de la base de
datos de tiempo real creadas en coreDb de la RTU mediante Catconfig Tool y
no a Bincontrollers.
·
Kepserver dispone de un OPC Quick Client el cual permite monitorizar las
variables creadas mediante el protocolo Modbus TCP/IP en tiempo real.
·
Las prácticas de usuario constituyen una forma de capacitación para familiarizar
al personal dentro del hardware y software de las plastaformas Saitel, con lo
cual se consigue utilizar diferentes tipos de lenguaje de programación en Isagraf
5 así como la utilización de las herramientas de Catconfgi Tool y Catweb, ya que
no están enfocadas en usuarios avanzados.
·
El principal inconveniente dentro del desarrollo del presente proyecto es la
información limitada acerca de las plataformas Saitel y sus herramientas de
software, ya que la única herramienta de información son los manuales de
funcionamiento los cuales son adquiridos junto al software y sus licencias, y que
no se encuentran en línea a excepción de las características del hardware de
las RTU.
155
5.2
·
RECOMENDACIONES
Antes de la utilización del módulo de pruebas y prácticas de entrenamiento de
las plataformas Saitel se recomienda leer el manual de usuario y realizar las
configuraciones iniciales para verificar la comunicación entre la HMI y las RTU,
además de la revisión de los planos de montaje y conexionado si se requiere
ver el desarrollo de la instalación del armario de control.
·
Para la utilización del proceso de presión de aire comprimido se debe verificar
que el compresor y la fuente de PC ubicada junto al switch se encuentren
encendidos.
·
Para la utilización del proceso de medición de temperatura y nivel de agua se
recomienda verificar que los electrodos (cables anaranjados) se encuentren
sobre las marcas de nivel en el recipiente superior ya están ubicadas
estratégicamente para que al disminuir el agua hasta el nivel bajo, el agua
depositada en el recipiente inferior no sobrepase de su límite de capacidad.
·
Al utilizar Catconfig Tool se recomienda verificar el proyecto configurado
mediante “check coreDB”, una vez que los resultados sean exitosos se puede
proceder a la descarga hacia cada RTU con lo que se asegura que la
configuración esté correcta.
·
La descarga de la configuración desde Catconfig Tool se actualiza únicamente
después de un reinicio de la RTU, si aparecen problemas de comunicación
después de haberse completado la descarga se recomienda reiniciarla
mediante consola con el comando “reboot” o de forma manual.
·
Es aconsejable simular primero la lógica de programación desarrollada en
Isagraf antes de descargar el proyecto en las RTU, una vez descargado el
proyecto se puede realizar la depuración para verificar el correcto
funcionamiento.
·
La cuarta salida digital de la RTU Saitel 2000 DP se encuentra defectuosa en
su hardware interno por lo que se recomienda no utilizarlo.
.
156
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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157
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[26] Kepware Technologies. (2015, Apr). Modbus Ethernet Driver Help. [Online].
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[27] Wikipedia.org. (2014, Jan 20). Controlador PID. [Online]. Available:
https://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_PID.
158
ANEXOS
A-1
ANEXO A
HOJA DE CARACTERÍSTICAS DE AD595
A-2
B-1
ANEXO B
HOJA DE CARACTERÍSTICAS DE 78XX
C-1
ANEXO C
HOJA DE CARACTERÍSTICAS DE 2N3904
D-1
ANEXO D
HOJA DE CARACTERÍSTICAS DE 1N4733A
E-1
ANEXO E
HOJA DE CARACTERÍSTICAS DE ATMEGA 8
F-1
ANEXO F
HOJA DE CARACTERÍSTICAS DE L298
G-1
ANEXO G
HOJA DE CARACTERÍSTICAS DE MDR-60-5
H-1
ANEXO H
HOJA DE CARACTERÍSTICAS DE SDN-10-24-100C
I-1
ANEXO I
HOJA DE CARACTERÍSTICAS DE STV25K-10S
J-1
ANEXO J
CIRCUITOS IMPLEMENTADOS
Ø CIRCUITO ACONDICIONADOR PARA TERMOPAR TIPO K
(a)
Figura A.1
(b)
(a) Esquema del circuito impreso; (b) Implementación del
acondicionador del termopar tipo K.
Ø CIRCUITO ACONDICIONADOR DE NIVEL CON ELECTRODOS
(a)
Figura A.2
(b)
(a) Esquema del circuito impreso; (b) Implementación de la primera
parte del circuito acondicionador de nivel.
J-2
(a)
Figura A.3
(b)
(a) Esquema del circuito impreso; (b) Implementación de la
segunda parte del circuito acondicionador de nivel.
Ø CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN PARA SENSOR DE PRESIÓN
(a)
(b)
Figura A.4
(a) Esquema del circuito impreso; (b) Implementación para sensor
de presión
J-3
Ø CIRCUITO PARA CONTROL DE VELOCIDAD DEL MOTOR DC Y DE
AMPLIFICACIÓN DE PULSOS PARA ENCODER
(a)
(b)
Figura A.5
(c)
(a) Esquema del circuito impreso; (b) Implementación con LCD; (c)
Implementación sin LCD del circuito para el control de velocidad del motor DC.
J-4
Ø CIRCUITO PARA ACTIVACIÓN DE MINI BOMBA
(a)
Figura A.6
(b)
(a) Esquema del circuito impreso; (b) Implementación para
activación de mini bomba.
Ø CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN DE POTENCIÓMETROS
(a)
Figura A.7
(b)
(a) Esquema del circuito impreso; (b) Implementación para
alimentación de potenciómetro.
K-1
ANEXO K
MANUAL DE USUARIO
El módulo de pruebas y prácticas de entrenamiento de las plataformas RTU Telvent
proporciona la facilidad de capacitación al personal de Proyectos Integrales del
Ecuador PIL S.A. para lograr una enseñanza-aprendizaje de manera eficaz y
didáctica.
El presente proyecto se realizó dentro de una virtualización con Sistema Operativo
Windows XP Service Pack 3, con lo cual no es necesario instalar cada una de las
herramientas de software a manejar, sino más bien la máquina virtual puede ser
transferida a tantos ordenadores como sea necesario.
El software instalado dispone de las debidas licencias y contiene:
·
Hyperterminal
·
Catconfig Tool V7.7.16.0
·
KepServer Enterprise v4.0
·
FactoryTalk View 5.1
·
Isagraf 5.22 (necesita llave física)
Figura A.8
Llave física de Isagraf 5.22.
Los requerimientos para poder acceder a esta máquina virtual son los siguientes:
·
VMware Workstation versión 8 o superior.
·
Espacio en Disco de 20GB, memoria en RAM 1GB.
·
Puerto ethernet con conexión RJ45.
K-2
CONFIGURACIONES INICIALES:
1. Contraseña de inicio de Windows XP: Pil96ec
2. Configuración para utilizar el puerto de ethernet de la PC real en la máquina
virtual como tipo “Bridged”.
Figura A.9
Configuración del adaptador de red de la virtualización.
3. Verificar que la máquina virtual se encuentre dentro de la red 10.10.10.0/24
Figura A.10
Máquina virtual dentro de la red 10.10.10.0/24
4. Verificar comunicación con las RTU. Para esto se debe ingresar al símbolo del
sistema, luego ejecutar ping a las direcciones mostradas en la Tabla A.1.
Tabla A.1 Direcciones de las RTU Telvent.
RTU
Dirección IP
Saitel 2000DP (ETH1)
10.10.10.2
Saitel DR (ETH1)
10.10.10.10
K-3
MANEJO DE LA INTERFAZ EN FACTORYTALK VIEW
Antes de ingresar a la Interfaz desarrollada en FactoryTalk View SE es necesario
iniciar KepServer Enterprise y seleccionar el archivo Basetags_TELVENT en el cual
se encuentran todas las variables con sus respectivas direcciones en Modbus
TCP/IP.
Una vez seleccionada la base de tags se puede ingresar a la HMI mediante el ícono
ubicado en el escritorio denominado “CAPACITACIONES”, en el cual se mostrará
una pantalla inicial con la posibilidad de seleccionar cualquiera de las cinco
prácticas de entrenamiento de las plataformas Telvent.
INGRESO A CATWEB
El ingreso a Catweb se realiza mediante Internet Explorer el cual ya tiene
habilitados los requerimientos de cookies y javascript en la virtualización de
Windows XP. A continuación se detalla el ingreso a cada RTU con el nombre de
usuario: target y contraseña: password.
·
Saitel 2000DP: ingresar al sitio http://10.10.10.2
·
Saitel DR: ingresar al sitio htpps://10.10.10.10, con lo cual aparecerá un
mensaje de alerta de sitio inseguro y seleccionar continuar de todos modos.
INGRESO A CONSOLA
Mediante hyperterminal se configura el puerto serie para comunicar a 38400 bps, 8
bits de datos, ninguna paridad, 1 bit de parada y ningún control de flujo.
Los dos conversores RS-232 a USB conectados a cada consola de las RTU se
encuentran en la sección de cableado del medio cerca del switch, ocultos del
usuario ya que es de uso exclusivo para usuarios avanzados. Cualquiera de estas
unidades de control se conecta a un puerto serie (COMx) de una PC.
A continuación se muestran los conversores utilizados:
K-4
Tabla A.2 Conversores RS-232 a USB conectados hacia consola.
Características
SAITEL 2000DP
SAITEL DR
Negro
Turquesa
CONVERSOR
COLOR
INGRESO POR FTP
La conexión vía ftp permite acceder directamente a los archivos de la RTU mediante
la conexión de ethernet, esta conexión se puede realizar desde cualquier cliente ftp
como FileZilla, el cual no se encuentra instalado en la virtualización porque es para
uso exclusivo de usuarios avanzados. Otra forma de acceso y ya que el explorador
de Windows XP soporta conexiones ftp se puede establecer conexión con el
usuario y contraseña anterior de la siguiente manera:
·
Saitel 2000DP: escribir ftp://10.10.10.2
·
Saitel DR: escribir sftp://10.10.10.10
Estas conexiones permiten acceder directamente a los archivos de las RTU donde
se pueden observar 3 unidades correspondientes a las diferentes zonas de
memoria:
·
Bf: memoria flash del sector de arranque, unidad de propósito general.
·
Flash: memoria flash donde se encuentran el VxWorks y los BinControllers.
·
Nvram: memoria no volátil, cuyo contenido se mantiene mediante una batería.
Aquí se almacenan todas las variables de usuario que contienen información
importante.
A continuación se describen las prácticas de entrenamiento de las plataformas
Saitel y en el Anexo L se encuentran las conexiones del armario de control.
K-5
PRACTICAS DE ENTRENAMIENTO DE LAS PLATAFORMAS
SAITEL:
PRÁCTICA N° 1: Herramientas de la plataforma software Baseline
OBJETIVO
Reconocer el hardware instalado en el módulo de pruebas y prácticas de
entrenamiento de RTU Telvent.
Familiarizar al usuario con el funcionamiento de las herramientas de la plataforma
software Baseline de las RTU Saitel.
INFORMACIÓN
El módulo de pruebas y prácticas de entrenamiento de RTU Telvent cuenta con un
armario de control que a su vez se divide en un tablero de control principal y dos
tableros laterales de instrumentación que además contiene un proceso de
temperatura y medición de nivel de agua, un proceso de presión de aire
comprimido, un proceso de motor dc, medición de señales análogas y digitales e
indicadores con luces piloto.
La plataforma software Baseline ofrece varias opciones de conexión:
·
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
K-6
PROCEDIMIENTO
En la primera práctica se abordan configuraciones básicas de Catconfig Tool con
los Bincontrollers de adquisición local e Isagraf 5, para lo cual el personal a
capacitar se organizará en dos grupos: uno para configuraciones con la RTU Saitel
2000DP y el otro para la RTU Saitel DR.
1. Configuración de Catconfig Tool
1.1.
Crear un nuevo proyecto para cada RTU.
1.2.
Añadir el Bincontroller de adquisición local para cada RTU: laq para Saitel
2000DP y claq para Saitel DR.
1.3.
Configurar módulos de entradas y salidas además de la CPU.
1.4.
Reconocer las coordenadas de adquisición local.
1.5.
Añadir el Bincontroller de Isagraf 5 denominado isg5.
1.6.
Configurar de forma automática las variables y reconocer sus
coordenadas.
1.7.
Construir el diccionario y crear un proyecto en Isagraf 5 previamente, el
cual debe tener seleccionado el archivo de definición del PLC
denominado “VXW-TELVENT_L.dtb”.
1.8.
Descargar la configuración hacia cada RTU.
2. Introducción a Isagraf 5
2.1.
Crear un nuevo proyecto para cada RTU.
2.2.
Configurar de propiedades del proyecto.
2.3.
Desarrollar de una lógica de prueba básica en FBD.
2.4.
Configurar la conexión y descargar el proyecto hacia cada RTU.
2.5.
Ejecutar el modo de simulación.
2.6.
Ejecutar el modo de depuración.
3. Acceso a Catweb
3.1.
Ingresar a Internet Explorer mediante: http://10.10.10.2 para Saitel
2000DP y https://10.10.10.10 de acuerdo al manual de usuario.
3.2.
Interpretar la información desplegada en cada menú.
K-7
PRÁCTICA N° 2: Programación mediante diagrama de flujo
OBJETIVO
Empezar el desarrollo de la lógica en Isagraf 5 de la RTU Saitel DR mediante la
utilización del lenguaje de programación de diagrama de flujo (Flow Chart).
Conocer la configuración de la entrada directa de un RTD en el módulo AB_MIO.
INFORMACIÓN
El diagrama de flujo es la representación gráfica del algoritmo a implementar.
Constituye una forma complementaria en el proceso de creación de la estructura
del programa antes de iniciar el desarrollo de la lógica en cualquier lenguaje de
programación.
Un RTD es un detector de temperatura resistivo, los materiales empleados para su
construcción suelen ser conductores tales como el cobre, níquel o platino. En este
caso en particular se utiliza un Pt100 el cual indica que su material es el platino y
que su resistencia es 100Ω a 0°C.
PROCEDIMIENTO
1. A partir de la configuración completa desarrollada para la RTU Saitel DR
denominada “SAITELDR_COMPLETA.ctp” crear un proyecto en Isagraf 5 con
el archivo de definición de PLC y construir el diccionario.
2. Desarrollar la lógica en el lenguaje de programación “Flow Chart” en el cual
permita iniciar la medición del PT100 mediante el selector 3 o desde el HMI con
la variable ACT_RTD, además de encender 6 luces piloto a partir de la detección
de 40°C en rangos de 20°C hasta 140°C.
3. Visualizar en la HMI.
K-8
PRÁCTICA N° 3: Programación en Lenguaje Ladder
OBJETIVO
Conocer el entorno de programación del lenguaje ladder y programar la RTU Saitel
DR para visualizar el controlador PI de un motor DC desarrollado externamente a
la RTU.
INFORMACIÓN
El lenguaje ladder, también denominado lenguaje de contactos o en escalera, es
un lenguaje de programación gráfico muy utilizado generalmente en PLCs, el cual
mediante símbolos representa contactos, bobinas, etc.
En general, un PID es un mecanismo de control por realimentación ampliamente
utilizado en sistemas de control industrial, éste calcula el error entre un valor medido
y un valor deseado. Consiste de 3 parámetros: proporcional, integral y derivativo.
PROCEDIMIENTO
1. A partir del proyecto de la práctica 2, desarrollar la lógica en el lenguaje de
programación Ladder que permita iniciar el proceso de medición y control de la
velocidad del motor dc mediante el selector 4 o la variable “ACT_MOTORDC” .
2. Además al activar este proceso se deben encender de forma intermitente con
un intervalo de 500ms (mediante el bloque BLINK) las 2 luces piloto amarillas
hasta que se presionen los pulsadores verdes normalmente abiertos 4 o 5, cuyo
estado de activación o desactivación se debe mostrar mediante las luces piloto
verdes y rojas 4 y 5, respectivamente, las luces rojas indican que no se ha
presionado los pulsadores verdes o que el estado es desactivado mediante los
pulsadores rojos 4 y 5 normalmente cerrados.
3. Una vez presionados cualquiera de los dos pulsadores verdes se activa la salida
digital ON_CIRCUITS que entrega alimentación al potenciómetro y al circuito
con el controlador PI.
K-9
4. Mediante el bloque SEL se debe implementar la posibilidad de selección del set
point de velocidad con la variable SP_L_R desde el potenciómetro 2 o desde la
HMI mediante la variable SP_HMI.
5. Tener en cuenta la restricción de la ejecución de la lógica de forma
independiente tanto para esta práctica como para la anterior.
6. Comprobar el funcionamiento de la lógica desarrollada antes de proceder a la
descargar mediante el modo de simulación.
7. Visualizar en la HMI.
8. Cambiar el selector del set point local a remoto desde la HMI y enviar valores
del porcentaje de velocidad deseado remotamente.
PRÁCTICA N° 4: Programación en lenguaje FBD
OBJETIVO
Conocer el entorno de programación del lenguaje FBD o diagrama de bloques de
funciones mediante la implementación de un controlador por histéresis y un
temporizador ON Delay.
Permitir al usuario utilizar el proceso de presión de aire comprimido y controlarlo
mediante la programación de la plataforma Saitel 2000 DP.
INFORMACIÓN
El diagrama de bloques de funciones es un lenguaje gráfico que permite a los
usuarios describir procedimientos complejos al juntar bloques de funciones, similar
a dibujar un diagrama de circuito lógico con la ayuda de un editor gráfico. Las
salidas lógicas no requieren incorporar una bobina de salida, ya que ésta es
representada por una variable asignada a la salida del bloque.
Los temporizadores o relés de tiempo son bloques que permiten activar o desactivar
los elementos en un tiempo determinado. Las formas de operación estándares de
K-10
los temporizadores son las siguientes: ON Delay (retardo a la conexión), OFF Delay
(retardo a la desconexión), Pulso o Impulso y la operación Cíclica o Intermitente.
La Histéresis se puede entender como la diferencia máxima para un mismo valor
del campo de medida cuando la variable está de forma ascendente y descendente.
El controlador por histéresis entonces se trata de un controlador ON-OFF que
permite la activación o desactivación de la variable controlada disminuyendo el
número de conmutaciones notablemente, de esta manera una ventaja adicional
consiste en aumentar la vida útil del instrumento al accionarlo con menor
frecuencia.
PROCEDIMIENTO
1. A partir de la configuración completa desarrollada para la RTU Saitel 2000DP
denominada “SAITELDP_COMPLETA.ctp” crear un proyecto en Isagraf 5 con
el archivo de definición de PLC y construir el diccionario.
2. Desarrollar la lógica en el lenguaje de programación FBD el cual permita activar
el proceso mediante el selector 1 o la variable ACT_AIR procedente de la HMI.
3. El proceso debe estar activo durante 15 segundos mediante el bloque de función
TON lo cual se refiere a activar el circuito de alimentación al transmisor de
presión (ON_PT), el compresor (COMPRESSOR) y un indicador de
funcionamiento determinado por la luz piloto verde 1, si el proceso se encuentra
desactivado se indica mediante la luz piloto roja 1.
4. Además se requiere de la utilización del bloque HYSTER para definir el lazo de
histéresis como se muestra a continuación:
ACTIVAR
ELECTROVÁLVULA
LIBERAR AIRE
DESACTIVAR
ELECTROVÁLVULA
ENCERRAR AIRE
Figura A.11
12%
37%
Lazo de histéresis práctica 4.
K-11
5. El control por histéresis se utiliza para la activación o no de la electroválvula 1
que se encuentra al final del tubing instalado para liberar o no el aire atrapado
en su interior, los indicadores de funcionamiento de la electroválvula
corresponden en modo activo a la luz piloto verde 2 y en modo pasivo a la luz
piloto roja 2.
6. Comprobar el funcionamiento de la lógica desarrollada antes de proceder a la
descargar mediante el modo de simulación.
7. Visualizar en la HMI.
PRÁCTICA N° 5: Programación combinada de lenguajes ladder y FBD
OBJETIVO
Crear habilidades en el usuario para el diseño de programas de control utilizando
la combinación de lenguajes ladder y FBD.
Permitir al usuario utilizar el proceso de temperatura y nivel de agua y controlarlo
mediante la programación de la plataforma Saitel 2000 DP mediante un controlador
ON-OFF.
INFORMACIÓN
La creación de un programa en FBD dentro del software Isagraf 5.22 permite el
desarrollo de la lógica simultánea en el lenguaje FBD como en ladder.
El proceso de temperatura y nivel de agua se divide en dos procesos
independientes, por un lado se tiene la medición de la temperatura mediante el
termopar tipo k y por otro lado se tiene el control de nivel mediante los electrodos
(cables anaranjados dentro del recipiente superior) que detectan el nivel actual del
agua en bajo LLI y en alto HLI, la activación de la mini-bomba además cuenta con
una seguridad de funcionamiento a nivel de hardware el cual utiliza un switch
flotador que permite la activación o no desde la Saitel 2000DP siempre y cuando el
agua no baje de su nivel determinado.
K-12
PROCEDIMIENTO
1. A partir del proyecto de la práctica 4, desarrollar la lógica en el lenguaje de
programación FBD que permita iniciar el proceso mediante el selector 2 o la
variable “ACT_WATER” con la utilización de contactores.
2. El proceso activo se refiere a la activación de la alimentación hacia los circuitos
necesarios para la instrumentación instalada en el proceso con agua, las
variables son: ON_TK, ON_LEVEL y ON_POT, además de utilizar un indicador
de funcionamiento del proceso mediante la luz piloto verde 3 o luz piloto roja 3
de acuerdo al estado de activado o desactivado.
3. Mediante el bloque de función SEL y la variable POT_HMI determinar la
temperatura a calentar el agua de forma local (POT_1) o de forma remota desde
la HMI (ANALOG_HMI), éste valor seleccionado debe compararse con la
temperatura medida desde el termopar tipo k y activar el calentador de agua
siempre y cuando la temperatura deseada sea mayor o igual a la del termopar
tipo k.
4. La selección del estado de nivel alto de agua se hace mediante el pulsador verde
normalmente abierto 1 o desde la HMI con la variable HIGH_LEVEL, cualquiera
de éstos activar la mini-bomba hasta que la señal HLI indique que el agua llegó
al nivel de alto seleccionado.
5. En cambio, la selección del estado de nivel bajo de agua se hace mediante el
pulsador rojo normalmente cerrado 1 o desde la HMI con la variable
LOW_LEVEL, cualquiera de éstos debe activar la electroválvula 2 hasta que la
señal de LLI indique que el agua llegó al nivel de bajo seleccionado.
6. El funcionamiento tanto de la mini-bomba como de la electroválvula se mostrará
mediante las luces piloto amarillas 1 y 2 respectivamente, de forma intermitente
en un ciclo de 500ms mediante el bloque de función BLINK.
7. No es necesario implementar la restricción de funcionamiento de una práctica a
la vez, es decir la práctica 4 y 5 si podrían accionarse en el mismo tiempo.
8. Comprobar el funcionamiento de la lógica desarrollada antes de proceder a la
descargar mediante el modo de simulación.
9. Visualizar en la HMIy determinar la temperatura y el nivel actual del agua.
L-1
ANEXO L
PLANOS