Escrito Tanque 4 Valvulas B

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGIA Y MECANICA Automatizacin Industrial Mecnica

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGA

Y MECNICA

CARRERA DE: ASIGNATURA:

Automatizacin Industrial Mecnica

MECNICA Automatizacin Industrial Mecatrnica

Instrumentacin Industrial Mecnica

MECATRNICA Instrumentacin Industrial Mecatrnica

TITULO DEL TRABAJO/PROYECTO/CONSULTA/DEBER:

Simulacin de Proceso de llenado y vaciado de un tanque con Arduino y

LabView

INTEGRANTES

Nombre Paralelo

Valeria Ruiz C

FECHA DE ENTREGA HORA

21/11/2013 09:30

X

X


Ilustracin 1 Fotografa de electrovlvulas

PLANTEAMIENTO

A) Se tiene un tanque con dos vlvulas de entrada, y dos de salida; al seleccionar una de las

vlvulas de salida se inicia a llenar con la vlvula de entrada derecha hasta la mitad del

tanque, esta se apaga y se prende la vlvula de entrada izquierda, hasta que se llene por

completo el tanque, dando lugar al encendido de la vlvula seleccionada de desfogue. El

tanque cuenta con tres indicadores de nivel bajo, medio y alto.

B) El proceso vara en que despus de que el lquido alcance el nivel mximo del tanque se

debe esperar 10 segundos para dejarlo salir por la vlvula seleccionada previamente.

C) El mismo proceso del inicio se repite 3 veces por la misma vlvula que se seleccion la

primera vez y luego 3 veces por la otra vlvula.

INSTRUMENTOS DE PROCESAMIENTO

A continuacin se hace la descripcin de los componentes seleccionados para conformar el

sistema de control que se ha planteado.

1) Electrovlvulas 2/2 Normalmente Cerradas1, Maresa ofrece la solucin para a travs de

seales de control poder controlar la apertura y cierre de vlvulas.

1 http://www.maresa.com/pdf/07%20electrovalvulas/p%207-1%20electrov%C3%A1lvulas%20dos%20v%C3%ADas.pdf


Se selecciona un voltaje de operacin estndar, con el que se acostumbra hacer el control es de 12

VDC, una tubera industrial estndar para el llenado de tanques tiene una tubera mayor a , en

este caso se preferir trabajar con tuberas de 1 que permitir en la tabla siguiente tener un

dimetro interno de la vlvula de 40 mm.

Tabla 1 Datos para seleccin electrovlvula

Ilustracin 2 Diagrama Cada de Presin en la electrovlvula


Por tratarse de un proceso de control de flujo de lquidos, podemos imponer como parmetros

de diseo temperaturas mximas de 130 C en casos extremos, se toma la precaucin de que la

parte en contacto con el fluido sea de acero inoxidable, evitando de esta maneja una reduccin

en la vida til de la vlvula por efecto de la corrosin.

Tabla 2 Dimensiones de la electrovlvula

2) Tanque de Acero Inoxidable2

A partir del caudal obtenido por las vlvulas descritas en la parte superior, se tiene una entrada

efectiva de 360 lt/min, y por diseo, un estimado del proceso de llenado en 8 min.

La capacidad del tanque a groso modo vendr expresada por:

= 360

8

= 2880

Aplicando un factor de seguridad al diseo de 1,2 se decide elegir un tanque con 3500 litros de

capacidad, el material del tanque preferido ser el acero inoxidable, no posee condiciones

rigurosas en cuanto a presin, temperatura. El diseo deseado del tanque es totalmente

ajustable a los requerimientos, de altura de soporte acople de entradas y salidas del mismo,

material, o puede tener requerimientos especiales como:

Sistemas de agitacin para evitar que el producto se sedimente,

Sistemas de enfriamiento,

Alcobas de inspeccin,

Acople de sensores,

Sistemas de calentamiento, entre otros.

Que requiere del anlisis del proceso especfico y factores que determina el fluido de trabajo.

2 http://www.inoxidablesmt.com/#!productos


Para poder obtener los tres metros mximos que alcanza la sonda del interruptor de nivel,

mediante el clculo del volumen requerido, obtenemos un radio de 60 cm para la base redonda

del tanque.

3) Interruptor de nivel tipo flotador magntico para lquidos NIVOPOINT34

Tabla 3 Caractersticas principales del interruptor magntico

Ilustracin 4 Representacin funcionamiento del interruptor de nivel

3 http://www.nivelco.com/site.php?upar=PRODUCT&pro_id=10054&lang=en 4 http://www.nivelco.com/download/pdf/mrc1s11m0604b_web.pdf

Especificaciones Tcnicas

Material Acero Inoxidable Capacidad 3500 lt Proteccin Pared Simple Acoples 2 Vlvulas Entrada (parte

superior) 2 Vlvulas Salida (parte inferior) Interruptor de nivel magntico

Caractersticas Principales: No requiere alimentacin externa Puntos de Interruptores separados en el proceso Material en contacto con el medio: acero inoxidable o plstico Hasta 5 puntos de conmutacin Modelos a prueba de explosin Temperaturas hasta 150 C Longitud de sonda mxima de 3 m Presin hasta 25 bar Conexiones a proceso bridadas o de 1-2 Proteccin IP65 Densidad mnima del fluido de trabajo 0.5 kg/dm3 Fluido de trabajo: Qumicos y lquidos espumantes

Ilustracin 3 Tanque de acero inoxidable

http://www.nivelco.com/download/pdf/mrc1s11m0604b_web.pdf


Ilustracin 5 Interruptor magntico

Tabla 4 Desgloce Caractersticas Interruptor de nivel

CARACTERSTICAS:

Breve descripcin: Interruptor de nivel de flotador magntico sin fuente de alimentacin externa

Principio de funcionamiento El imn en el flotador opera los rels de lminas incorporado en el tubo de la sonda

Montaje, ajuste Superior de la cisterna Ajuste del punto/s de conmutacin

Mx. . 5 puntos de conexin a distancias tan ordenados

Material de las partes hmedas Acero inoxidable. PVDF flotador y el tubo de sonda recubierta PFA

Material de la cubierta Aluminio fundido

CONSIDERACIONES DE APLICACIN: Aplicaciones especiales Max 5 puntos de conmutacin con

un solo instrumento , interruptor de lmite , conmutacin de autoproteccin de alta o baja

Usos sugeridos Final de carrera , altos o bajos de conmutacin a prueba de fallos

Medios mensurables Los lquidos con min 0,5 kg/dm3 densidad. Espuma, vapor , lquidos qumicos de alta presin , disolventes , hidrocarburos

Restricciones de aplicacin las impurezas que inhiben el libre movimiento del flotador

DATOS TCNICOS: Temperatura ambiente -20 ... +95 C Temperatura del fluido -20 ... +150 C Presin de proceso mximo de 25 bar Salida 220 V CA Conexin 1 " , 2 " rosca, brida Proteccin del ingreso IP65


4) Pulsadores de Control5

La botonera de control tendr tanto los dos pulsadores que indiquen la vlvula de salida, como los

las luces pilotos indicadores de nivel que reciben la seal del interruptor magntico.

Se prefiere trabajar con pulsadores metlicos por mayor durabilidad.

Ilustracin 6 Pulsadores de control

5) Luces Indicadoras para el panel de control

Al igual que los pulsadores se prefiere el modelo metlico en luces piloto por mayor duracin y en

el panel de control se ubicarn estratgicamente para representar que los niveles de inters del

tanque han sido alcanzados.

Ilustracin 7 Luces Piloto

5 http://www.idesa-electronica.com/files/BOTONERA_INDUSTRIAL-AZUL_54-55.pdf


6) Controlador PLC Siemens S7-12006

El programa de control que permite que el proceso se lleve a cabo a travs de la manipulacin de

sus entradas y salidas se hace por medio de un controlador lgico programable, la versatilidad

que el mismo ofrece nos permite tener un alto grado de flexibilidad en el proceso.

En tecnologa, si no se posee ya el controlador, es mejor adquirir el ms avanzado, ya que con el

tiempo van desarrollando caractersticas de compatibilidad y dandles una mejor funcionalidad a los dispositivos. Por lo cual se har uso de la ltima versin de Siemens el S7-1200.

Ilustracin 8 PLC s7-1200 y descripcin

Para seleccionar el CPU, lo que se debe tener en cuenta son las necesidades de los mdulos de

entradas y salidas principalmente, as se determina que para este proceso en particular es

suficiente adquirir un PLC con CPU 1211 C, ya que nuestro proceso cuenta tan solo con 5 entradas y 2 salidas.

6 https://www.swe.siemens.com/spain/web/es/industry/automatizacion/aut_simatic/Documents/Manual%20de%20sistema%20SIMATIC%20S7-1200%20Ed.2009-11.pdf


Tabla 5 Caractersticas del CPU s7-1200


TABLA DE RESUMEN

Elemento Cantidad Funcin en el Sistema Grfico Electrovlvula 2/2 NC 4 Vlvula de entrada de

fluido (x2) y desfogue final de la mezcla (x2)

Tanque 3500 lt de acero inoxidable

1 Almacenamiento de los fluidos de trabajo, contiene acoples para vlvulas de entrada y salida, interruptor de nivel

Interruptor de nivel tipo flotador magntico Long. sonda 3m

1 Cierre del circuito, activando los indicadores de nivel bajo, medio y mximo.

Pulsadores 2 Entradas para la seleccin de vlvula de salida.

Luces Indicadoras 3 Luces conectadas al interruptor de nivel para indicar los tres niveles predeterminados del tanque.

PLC S7-1200 1 Control y manipulacin de las entradas y salidas del sistema.


COMPARACIN REAL Y SIMULADO

Real

Simulacin Interfaz LV

Implementacin Protoboard (Arduino y DAQ)

Descripcin

1

Electrovlvulas (x4)

Led Cuadrados Led Amarillo 1 Led Amarillo 2 Led Verde 1 Led Verde 2

Vlvula Entrada 1 Vlvula Entrada 2 Vlvula Salida 1 Vlvula Salida 2

2 Tanque de Almacenamiento

Tanque (rango 0-10)

Potencimetro Tanque que contiene fluido de trabajo

3

Interruptor de nivel magntico/Luces Indicadoras del panel de control

Led Redondos Led Rojo 1 Led Rojo 2 Led Rojo 3

Nivel Bajo Nivel Medio Nivel Alto

4

Pulsadores (x2) pulsadores pulsadores Pulsador de seleccin de la vlvula de salida del tanque

5

PLC S7-1200 (Step 7)

Arduino UNO (Arduino 1.5.2) Implementacin de control a travs de AT Mega

DAQ NI USB 6009 (LabView 2013) Control a travs de la tarjeta de adquisicin de datos

DATOS DE CONEXIN

LABVIEW 2013 Y DAQ NI USB 6009

Ilustracin 9 Vista Frontal NI USB 6009


Tabla 6 Conexin de I/O de la DAQ

La conexin de la entrada anloga a la tarjeta se realiz de

manera diferencial como indica el siguiente esquema. Ya

que se tiene la entrada anloga referenciada a tierra, con una

fuente externa de 5V y un potencimetro (10K) en

configuracin de divisor de tensin con una resistencia

(1K).

Esquema de conexin de los pulsadores utilizados para la

seleccin de la vlvula de salida, los pines indicados son las

entradas P0.0 y P0.1.

Ilustracin 11 Esquema Conexin Pulsadores

Esquema de conexin de los leds indicadores en el

protoboard. El pin libre va conectado desde P0.2 al P1.0,

representan las salidas del sistema.

I/O Descripcin Seal PIN Vista

Izquierda Vista Derecha PIN Seal Descripcin I/O

GND 1

17 P0.0 SeleccinValv1

INP

UT

IN

PU

T

Nivel (+) AI0/AI0+ 2 18 P0.1 SeleccinValv2

Nivel (-) AI4/AI0- 3 19 P0.2 Valv Llenado1

OU

TP

UT

GND 4 20 P0.3 Valv Llenado2 AI1/AI1+ 5 21 P0.4 Nivel Alto AI5/AI1- 6 22 P0.5 Nivel Medio GND 7 23 P0.6 Nivel Bajo AI2/AI2+ 8 24 P0.7 Valv Salida1 AI6/AI2- 9 25 P1.0 Valv Salida2 GND 10 26 P1.1

AI3/AI3+ 11 27 P1.2 AI7/AI3- 12 28 P1.3 GND 13 29 PFI 0 AO 0 14 30 +2.5V AO 1 15 31 +5V GND 16 32 GND

Ilustracin 10 Esquema Conexin Analgica

Ilustracin 12 Esquema Conexin Led


LABVIEW DESARROLLO

(A)

Ilustracin 13 Diagrama de Bloques Solucin A

Ilustracin 14 Vista del Diagrama Frontal A


(B)

Ilustracin 15 Diagrama de Bloques Solucin B

Ilustracin 16 Vista del Diagrama Frontal B


(C)

Ilustracin 17 Diagrama de Bloques Solucin C

Ilustracin 18 Vista del Diagrama Frontal C


Para todos los casos si no entra la condicin de estar activo un solo pulsador sea el nmero 1 o el

nmero 2, va a la condicin falso del lazo case, entonces se tiene

Ilustracin 19 Diagrama de bloque si no se pulsa una salida o se pulsan las dos

Se aprecia que la fuente para el potencimetro anlogo fue de 5V procedentes de la placa

Arduino Due conectada:

Ilustracin 20 Conexin y pruebas con la DAQ


LABVIEW EJECUCIN

Se inicia todo apagado, al dar un pulso en el botn(simulacin)/pulsador(protoboard), se

enciende la vlvula 1 para el llenado, entonces el sistema est listo para recibir la seal analgica

que representa la variacin de nivel en el tanque.

Proceso general literal A

Ilustracin 21 Secuencia de Ejecucin 1

Por medio de la seal anloga provista del potencimetro/dial se inicia la visualizacin de llenado

del tanque, se encienden indicadores de nivel, en este caso el nivel bajo esta activado.

Ilustracin 22 Secuencia de ejecucin 2


El nivel pasa la mitad del tanque, se apag la vlvula 1 se enciende la vlvula 2 y obviamente el

indicador de nivel medio.


Se llega al nivel alto del tanque, se enciende la luz piloto que indica el mismo, se deja de llenar

con la vlvula 2 y se prende la vlvula de desalojo 2. Se muestra como se pude reflejar tanto en el

protoboar la salida indicadora del nivel alto como en la interfaz de ejecucin.



Al descender el nivel del tanque antes de llegar a cero el contenido sigue encendida la vlvula

que permite la salida del lquido.


Una vez que se ha vaciado por completo el tanque se vuelve a encender la vlvula de llenado 1,

demostrando lo cclico del proceso.



Temporizacin literal B

El proceso explicado anteriormente se cumple tambin, ahora se analiza el caso donde se

presiona en el pulsador 2, seleccionando la vlvula de salida 2, se observa que la temporizacin

es cero.

Ilustracin 27 Secuencia Temporizada 1

Una vez que se ha llegado al nivel mximo se apaga la vlvula de llenado correspondiente y se

empieza la cuenta, que hasta el momento alcanza los 3.5 segundos.



Una vez se alcanzan los diez segundos se enciende la vlvula de vaciado dos segn se seleccion,

permitiendo descender el nivel del tanque.


Al llegar a cero el nivel del tanque se vuelve a encerar el temporizador, permitiendo que vuelva a

ser activado bajo las condiciones requeridas.



Conteo Literal 3

Mientras se realiza el ciclo normal de vaciado de tanque el contador permanece en cero hasta

que el tanque llegue a estar en cero nuevamente donde se contar 1. Entonces:

Contador Ciclo Vlvula 0 1

1 1 2 2 3 3 1

2 4 2 5 3

Ilustracin 31 Conteo ciclo sin completar

Ilustracin 32 Conteo ciclo 1 vez vlvula 1


Ilustracin 33 Conteo ciclo 2 veces vlvula 1

Despus de realizado el conteo de las tres veces por la misma vlvula, se realiza el cambio de vlvula

de salida.

Ilustracin 34 Conteo ciclo 1 vez vlvula 2


Finalmente se realiza la salida por la vlvula 2 y el contador se volver a inicializar, as se cumple

otra vez con la tabla descriptiva de esta solucin.

Ilustracin 35 Conteo ciclo 3 veces vlvula 2


ARDUINO 1.5.2. Y ARDUINO UNO

Mediante ISIS de Proteus se elabor un diagrama esquemtico de conexin de la placa Arduino

UNO

Ilustracin 36 diagrama de conexin Arduino UNO

Ilustracin 37 Conexin Arduino UNO


Proceso General Literal A

Ilustracin 38 Inicializacin de las Variables Ilustracin 39 Condicin de Pulsadores Exclusivos y casos


Ilustracin 40 Indicadores de nivel Ilustracin 41 Configuracin vlvulas al llenado y desfogue


Proceso de Temporizacin Literal B

Ilustracin 42 Condiciones de vaciado finales Ilustracin 43 Pausa de 10 segundos del proceso antes de vaciar


Proceso de Conteo Literal C

Ilustracin 44 Variable Adiocional Del conteo del proceso Ilustracin 45 Condicin de alternar de vlvula de salida 3 veces

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