sistema de control scada para la obtencion de biocombustible
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1. P 6 00 Tabla de estado Bloque de datos E Bloque de sistema Referencias cruzadas H Comunicaci n GG E i a Ajustar interface PG PC temporall uso general temporal2 uso general Herramientas Figura 2 24 Tabla de S mbolos del Proyecto extra da del programa Microwin Fuente Autores El envio de datos desde el Scada hacia el variador b sicamente se realiza a trav s del servidor OPC y PLC puesto que las salidas f sicas del PLC se encuentran conectadas a la tarjeta de control de velocidad se pueden enviar diferentes valores de frecuencia y realizar inversi n de giro 31 2 9 Formulaci n de Insumos para la elaboraci n de biodiesel Para la producci n de Biodiesel se debe contar con los tres componentes importantes el aceite nuevo o casero el hidr xido de potasio y el metanol Para la mezcla de estos tres productos se debe haber realizado un c lculo previo de las medidas de los mismos ya que cada componente tiene un porcentaje dentro de la mezcla como lo indica la siguiente tabla Tabla N 3 Porcentajes Materia Prima Fuente Autores Para nuestro proceso utilizaremos 4 Galones de aceite casero partiendo de ese dato haremos los c lculos para saber la cantidad qu2. Universidad Polit cnica Salesiana Sede Guayaquil Facultad de Ingenier as Tesis Previa a la Obtenci n del T tulo de Ingeniero Electr nico con Menci n en Sistemas Industriales Tema Sistema de Control Scada para el proceso de obtenci n de Biocombustible utilizando un PLC S7 200 y el Software Labview Autores Edinson Ra l C ceres Alvarado Juan Pablo Guerrero Echeverr a Director Ing Luis Antonio Neira Clemente Guayaquil Febrero del 2012 NDICE Cap tulo I P gina A A O O cusemtadiaes se 1 1 2 PLC Scada it a 3 1 3 Variador de Velocidad nicas 5 1 4 Software Labview acarrean 6 1 5 V lvulas y actuadores 00 fi 1 5 1 V lvulas neum ticas o a ed Dd 7 1 5 2 Sensor duct VO d 7 1 5 3 Resistencia calentadora sitios 7 1 5 4 Transmisor de Temperatura oooocococcconcccnnccnnnnconcccnnncnns 7 Cap tulo IT 2 1 Generalidades a 9 2 2 Dise o Electrico A did 11 2 3 Dise o Electr nico ii sa ds 16 2 3 1 Circuito de Control del Variador ooooococccccccconcccnccconcconcccnoos 16 2 3 2 Circuito de Monitoreo de Color y Lectura de Velocidad 19 2 4 Construcci n y Dise o Mec nico 0c cece cece cence eae ene eens 22 2 5 Programaci n del PLC 0 c cece cece cc ence eee na eee e ene enaeeneenneaes 26 2 6 Configuraci n del Variador ccc cece ccc e cece ence eaten eee eees 26 2 7 Scada COM Labview sia 28 2 8 Comunicaci n PLC Variador y
3. 0 ccc cence nee ce ee eneeneeeeneeneenenaes 46 4 41 1 B0t n de Salle is 46 4 4 1 2 BOONIC A a 46 4711 3 Boton Detener 1 A AD 46 4 4 1 4 Bot n Met xido Listo 0 ooooococcoccconccnnconccnconccnnconncos 47 4 4 1 5 Bot n Aceite Listo aa 47 4 4 2 Pantalla de Ingreso de Par metros ooooooccccconccnccccconnonos 47 AA ZUMAIA ES 47 AAD Config raci n desuni n 48 4 4 2 3 Proporci n de Insumos 6 cece cence eee e ee eee eee en ee 48 AA DA ICM SO tia mtn tesints 49 4 4 2 5 Activaci n individual de Actuadores 0 ceeeeeeteeeeeees 49 4 4 3 Pantalla de Alarmas nietas 50 4 5 Operaci n del Sistema Scada oooococccccccccocccnncnnconconnconnonaos 50 Conclusiones y Recomendaciones 0 00 00 c cece cece cece 32 Anexos Cap tulo II P gina Figura 2 1 Sistema Esquem tico del Proyecto ooooccoccccccccnncccnnccnnnoos 10 Figura 2 2 Conexi n El ctrica Tablero Principal o oooococcccccccncccnncccn ooo 12 Figura 2 3 Conexi n El ctrica Tarjetas Electr nicas oooooccoccccnccccncccon 12 Figura 2 4 Conexi n El ctrica Botoneras Indicadores y Variador 12 Figura 2 5 Planos el ctricos Del Proyecto ooococcccoccocconccnnconconaconoss 13 Figura 2 6 Planos el ctricos Del Proyecto ooocoocccoccocccnccnnconconncnnoss 14 Figura 2 7 Planos el ctricos Del Proyecto cc cece ence ence eens eee eeenes 15 Figura 2 8 Tarjeta
4. Pantalla Opci n Prop del control SCADA cooooncccccononacncccccnacinn 48 Figura 4 5 Pantalla Opci n Tiemp del control SCADA cooooociocicccccccnnnnnnnnnnnnos 49 Figura 4 6 Pantalla Opci n Act del control SCADA cceeceeeeeeeeeeeeeeeeeees 49 NDICE DE TABLAS Cap tulo I P gina Tabla N 1 Comparaci n de las propiedades del diesel del petr leo CON JOS ACCHES A o o Dhow EE na nena 2 Capitulo IT Tabla N 2 Par metros de Configuraci n para el Variador Sinamics G110 26 Tabla N 3 Porcentajes Materia Prima c cece scence eect nee ne een eenees 32 Tabla N 4 Densidad del Aceite y Metanol ooocccoccccncccncccnncconcconnccnns 32 Cap tulo IV Tabla N 5 Par metros de Variador para Operaci n Manual 65 44 Tabla N 6 Par metros de Variador para Operaci n Autom tico 45 VI BIBLIOGRAF A Benjamin C Kuo Sistemas de Control Autom tico Prentice Hall Robert F Coughlin Frederick F Driscoll Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrdos Lineales Prentice Hall WEBGRAF A Cap tulo I http es wikipedia org wiki Biodiesel http 1 bp blogspot com _yjcyOsJhxZY TEo1 ghaaGWI AAAAAAAAJNc k15Pa86 PUvY s1600 Biodiesel jpg http energiaadebate com Articulos Noviembre2008 imagenesnov Sarmiento 1 jpg http energiaadebate com Articulos Noviembre2008 imagenesnov Sarmiento2 jpg http www grupo maser com PAG_Cursos Auto auto2 a
5. n Config del control SCADA Fuente Autores 4 4 2 3 Proporci n de Insumos Tiene la funcionalidad de poder hacer los c lculos de las proporciones adecuadas de los insumos Figura 4 4 Aceite 9 4gl Densidad de aceite J 0 91 gr cc Densidad del Metanol J 0 79 gr cc Calcular Figura 4 4 Pantalla Opcion Prop del control SCADA Fuente Autores 48 4 4 2 4 Tiempo Se encargar de ingresar los tiempos correspondientes del proceso como el tiempo de mezclado y decantaci n Adicionalmente se puede agregar un tiempo al ya escogido se aplic sta condici n por flexibilidad al operador Figura 4 5 Sistema Config Prop Tiemp Act Configuraci n de Tiempos Tiempo de Mezclado Adicional y Seleccione Adicional Min A y 0 Figura 4 5 Pantalla Opcion Tiemp del control SCADA Fuente Autores 4 4 2 5 Activaci n individual de Actuadores Podremos activar y desactivar los actuadores principales como v lvulas motor bomba y resistencia Figura 4 6 Sistema Config Prop Tiemp Activaci n Individual de Actuadores e y Resistencia oO Figura 4 6 Pantalla Opcion Act del control SCADA Fuente Autores 49 4 4 3 Pantalla de Alarmas Esta pantalla permite observar o monitorear las diferentes alarmar o advertencias que se genere antes y durante del proceso Los eventos o alarmas que se generan en sta pantalla
6. n m s sencilla entre PLC y SCADA Las variables utilizadas en ste servidor se muestran a continuaci n R R R R R R R R R R R Apagar_Auto D Vel_Var D Histeresis Temperatura Tiempo_Reposo a Trempo_Mezcia Figura 2 22 Lista de Variables Utilizadas en el Servidor OPC Fuente Autores 29 Las variables descritas en la figura 2 22 corresponden a una direcci n espec fica que se encuentra en un espacio de memoria del PLC pudiendo ser stas de diversos tipos como entradas salidas marcas temporizadores memorias general etc La comunicaci n b sicamente se realiza en dos partes la primera se refiere al enlace entre el Scada y el servidor OPC y la segunda hace referencia la conexi n entre el servidor OPC y el PLC Para la interacci n entre Labview y el servidor OPC se configuran los controles de tal forma que stos posean la ruta que lo direccione a una determinada variable del PC Access Por ejemplo en la figura 2 23 se observa el term metro del Scada la ruta de la variable utilizar en el servidor OPC es opc localhost S7200 0OPCServer MicroWin s7200_Bio Diesel Temperatura Cabe indicar que cada variable tiene la opci n de ser de tipo lectura o escritura seg n el uso FE Properties Pr Scale Display Format Text Labels Documentation Data Binding Se gt Data Binding Selection DataSocket Access Type Read only Path opc localhost S7200 0PCServer MicroWin s720
7. o hidr xido de potasio potasa c ustica 1 2 PLC SCADA PLC Un Programador L gico Controlable PLC es un equipo electr nico que se programa en lenguaje no inform tico dise ado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial procesos secuenciales Un PLC trabaja en base a la informaci n recibida por los captadores y el programa l gico interno actuando sobre los accionadores de la instalaci n SCADA Viene de las siglas de Supervisory Control And Data Adquisition es decir adquisici n de datos y control de supervisi n Se trata de una aplicaci n software especialmente dise ada para funcionar sobre ordenadores en el control de producci n proporcionando comunicaci n con los dispositivos de campo controladores aut nomos aut matas programables etc y controlando el proceso de forma autom tica desde la pantalla del ordenador Adem s provee de toda la informaci n que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios tanto del mismo nivel como de otros supervisores dentro de la empresa control de calidad supervisi n mantenimiento etc Aplicaciones El P L C por sus especiales caracter sticas de dise o tiene un campo de aplicaci n muy extenso La constante evoluci n del hardware y software ampl a constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales Importante su utilizaci n por su funcionabilidad p
8. su segunda parte describe los actuadores de mayor relevancia para la construcci n de una maqueta con su respectivo panel de control que constar de dos tanques de acero inoxidable el Reactor y el Decantador El cap tulo dos describe el procedimiento para la obtenci n del biodiesel y lo adec a a los prop sitos del objetivo de tesis Indica las fases mec nica el ctrica y electr nica de la propuesta El lector encontrar fotograf as originales de los autores presentando diagramas de las tarjetas electr nicas y los dise os para la construcci n XIV del decantador el reactor y el condensador Muestra la manera de configurar el variador de velocidad el desarrollo del sistema Scada la comunicaci n hardware software adicionalmente el c lculo de los aditivos para el proceso El cap tulo tres presenta el montaje paso a paso del banco de prueba El ltimo cap tulo expone el procedimiento para la operaci n del sistema Scada aplicado al banco de prueba El interesado o la interesada podr acceder a la programaci n del software para el proceso cuya estructura est confeccionada a manera de manual de usuario A continuaci n se detallan los elementos del ante proyecto presentado y aprobado para la realizaci n de esta tesis I OBJETIVO GENERAL Dise ar e implementar un sistema banco de prueba para la elaboraci n de Biocombustible sin refinar pretendiendo mejorar los procesos de ensayo o b squeda d
9. 0 37 Kw Potencia Nominal del Motor en KW P0310 60 Hz Frecuencia Nominal del Motor 26 P0311 1700 rpm Velocidad Nominal del Motor P0700 2 Selecci n Fuente de Ordenes Regletero de Bornes P0701 1 Entrada digital 0 ON OFF P0702 12 Entrada digital 1 Inversi n de Giro P0703 9 Entrada digital 2 Acuse de Fallo P0757 OV Valor X1 escalado ADC P0758 16 6 V Valor Y1 escalado ADC P0759 10 V Valor X2 escalado ADC P0760 41 6 Valor Y2 escalado ADC P0761 OV Ancho Banda Muerta de la ADC P1000 2 Selecci n Consigna de Frecuencia Consigna Anal gica P1080 10 Hz Frecuencia M nima P1082 25 Hz Frecuencia M xima P1020 10 seg Tiempo de aceleraci n P1021 10 seg Tiempo de desaceleraci n Tabla N 2 Par metros de Configuraci n para el Variador Sinamics G110 Fuente Autores Con respecto al control de velocidad del Motor se cuenta con la tarjeta electr nica mencionada previamente en ste cap tulo en la pesta a 2 3 del Dise o Electr nico mediante la cual se env a voltajes variables entre O y 10 voltios dependiendo de la velocidad a aplicarse al motor 27 sta Interfaz convierte valores digitales enviados desde el PLC en su equivalente en voltaje y a su vez en frecuencia 2 7 Scada con Labview El software de visualizaci n se encuentra dise ado en la plataforma de National Instruments Labview debido a que esta herramienta presenta en la tesis una diversi
10. Electr nica Variador cece scence eee eneeeeee enone 17 Figura 2 9 PCB Circuito Variador c ccc ece eee e ne ene een eeeeeesenaeees 17 Figura 2 10 Plano Electr nico de la Tarjeta del Variador de Velocidad 18 Figura 2 11 Tarjeta Electr nica Monitoreo de Color y Lectura de Velocidad 19 Figura 2 12 PCB Circuito ptico ccoooccccnccccnoccnoniocononocinnncccnnncicnns 20 Figura 2 13 Plano Electr nico de la Tarjeta de Monitoreo de Color y Lectura DSi al crest ty da 21 Figura 2 14 Tanque de Reactor en construcci n 00ooooccccccccnconcnncnnonccncnn 22 Figura 2 15 Acotes Tanque de Reactor ccc ecee ence eee eee eeneeenneenas 22 Figura 2 16 Tanque de Reactor en construcci n cece eee ee ee eee eens 23 Figura 2 17 Acotes del Tanque Decantador c ccc ecece eee ence tenn ees 23 Figura 2 18 Condensador iii a iia eae a tiered gaseees 24 Figura 2 19 Acotes del Condensador 4 c0s icanercsaniadcaesaawaventasgaseenenadeees 24 Figura 2 20 Estructura del Proyecto oooooococcccnccconcconccconnconcccnnccnnnons 25 Figura 2 21 Panel de Control Na 28 Figura 2 22 Lista de Variables Utilizadas en el Servidor OPC 29 Figura 2 23 Configuraci n de Variable OPC en el Indicador de Temperatura 30 Figura 2 24 NDICE DE FIGURAS Tabla de S mbolos del Proyecto extra da del programa Microwin 31 Cap tulo HI P gina Figura 3 1 Instalaci n
11. Labview oooooocccnnoccconoconcnonnconnnccnnoco 29 2 9 Formulaci n de Insumos para la elaboraci n de biodiesel 32 Cap tulo HI 3 Instalaci n y Montaje A scada 34 3 1 Montaje de la Resistencia Calentadora oooocccoccconccccncconcccnnncnno 34 3 2 Montaje de Electrov lvulas y V lvulas Neum ticas ooooococcocccnc 35 3 3 Montaje Mirilla de Nivel ataca ais 36 3 4 Montaje Mezclador ESA 37 3 5 Montaje Condensador y Reservorio de Agua 0ooccoccccoccccnnccnncconnos 38 3 6 Montaje del Sensor y Transmisor de Temperatura 0ocoocccoccconcconoons 39 3 7 Mirilla para el Sensor de Color adi 39 3 8 Panel Principal adidas 41 Cap tulo IV 4 Manejo del Sistema Scada ccscccsssecssssecsscecssscecssscecssseeessseeessneeesseees 42 4 1 Consideraciones Iniciales o oooooooccnccccnccnccncnnonncnccncnnrnnrncns 42 4 1 1 Revisi n de Instalaci n neum tica ccc eee cece eee eee eens 42 4 1 2 Inspecci n de Conexiones el ctricas cc cee eee eee cence neces 43 4 1 3 Chequeo de v lvulas manuales de paso e cece eee eee eens 43 4 2 Operaci n Manual de Actuadores 0 0 cc ccc eccenc eee eea senses 44 4 3 Operaci n Autom tica del Sistema c cece cece ence ee ee ae eeees 45 4 4 Descripci n del Sistema Scada ooooononncninccconcconocononcnonoconoconn cono nonn nono noconoss 46 4 4 1 Botones de Control
12. a sumarse contienen seguidores de voltajes para acoplar impedancias entre las salidas f sicas del PLC y la tarjeta electr nica Como se puede observar en la Figura 2 8 consta de un potenci metro de ajuste que se encarga de regular la ganancia del sumador no inversor para adecuar la salida de ste con respecto a la entrada anal gica del variador de velocidad la entrada anal gica del variador de velocidad tiene un rango de O a 10 VDC as como la tarjeta electr nica ensamblada y lista a ser instalada en el panel de control En la figura 2 9 presenta el diagrama para la realizaci n de la tarjeta simulado y creado en el programa Proteus 7 4 SP3 16 NN AP 4d MS A SN 2 a mi m wiih ill Figura 2 8 Tarjeta Electronica Variador Fuente Autores Figura2 9 PCB Circuito Variador Fuente Autores 18 2 3 2 Circuito de Monitoreo de Color y Lectura de Velocidad Para la lectura de velocidad se utiliz un sensor de proximidad inductivo de dos Hilos a 24 VDC que opera como un interruptor al momento de detectar una revoluci n del motor a trav s de un objeto met lico de referencia ste interruptor env a una se al de corriente la cual pasa a trav s de una resistencia generando un voltaje para ser le do a trav s de la entrada de tipo contador r pido del PLC en la figura 2 11 se puede observar la tarjeta electr nica montada en el panel de control y en la figura 2 12 el diagrama PCB de la mis
13. b sica para el operador que maneje ste Sistema de Control El interesado o la interesada podr n acceder a la programaci n del software para el proceso cuya estructura est confeccionada a manera de manual de usuario Adicionalmente se explicar el funcionamiento de cada una de las pantallas de operaci n del Scada 4 Manejo del Sistema Control Scada 4 1 Consideraciones In ciales Para dar comienzo a la verificaci n correcta de la conexi n de los dispositivos a utilizarse sean estos el ctricos o neum ticos Pasos previos 4 1 1 Revisi n de Instalaci n neum tica a Verificar que la presi n del compresor sea adecuada para el accionamiento de las electrov lvulas b Observar que todas las v lvulas est n en inicialmente cerradas c Dar paso de aire a trav s de la v lvula de alimentaci n de aire e inspeccionar la existencia de fugas d No olvidar tener activo el encendido autom tico del compresor cuando haya una baja presi n esto evitar problemas durante el proceso 42 4 1 2 a b c d e 2 h 4 1 3 a b c Inspecci n de Conexiones el ctricas Antes de encender el tablero verificar que los breakers de protecci n se encuentren desactivados Conectar el cable de alimentaci n principal a una toma de 220 VAC medir previamente que el nivel de voltaje verificando que sea el correcto Posicionar los selectores de cada actuador y de encendido en la posici n OFF
14. vegetal tambi n se emplea en combinaci n con fuentes energ ticas de origen f sil En la siguiente tabla se observa la comparaci n entre las propiedades f sicas y qu micas del diesel del petr leo los aceites de girasol y de colza as como de los esteres met licos de dichos aceites donde se puede observar varios factores que influyen directamente en el medio ambiente Propiedad Diesel del Aceite de Ester metilico Aceite Ester metilico petr leo girasol de girasol decolza de colza 138 4 4 3 F Densidad 9 84 js Punto de ignicion 2m 183 Viscosidad cinem tica mm s N mero de cetano 35 40 Calor de combusti n Mj kg 44 Punto de enturbiamiento C 66 3 Azufre peso 3 lt 0 01 lt 0 01 Residuo de carb n peso 0 2 0 42 0 05 Tabla N 1 Comparaci n de las propiedades del diesel del petr leo con los aceites Fuente http energiaadebate com El precio del biocombustible actualmente si se vende en gasolineras pr cticamente es el mismo precio que la gasolina tradicional debido al alto coste del aceite utilizado En el momento que el ciudadano produce su propio biodiesel a un precio sensiblemente inferior el precio de los carburantes disminuir como ejemplo se encuentra Brasil en donde se venden desde hace d cadas biocombustible fabricado con ca a de az car el precio de la gasolina f sil gracias al bajo precio de los biocombustible est un 30 por ciento m s ba
15. 0_BioDiesel Temperatura OK Cancel Help Figura 2 23 Configuraci n de Variable OPC en el Indicador de Temperatura Fuente Autores 30 Con respecto al enlace entre el servidor OPC y PLC solo se verifica que el tipo de variable configurada en el servidor Lectura o Escritura est acorde con el control a realizarse dentro del PLC Lo m s recomendable es colocar todas estas variables para comunicaci n dentro de un listado general en Microwin como se muestra en la figura 2 24 a continuaci n Ver KE BioDieselPro C Users Sweat De TG 7174 Br a tet 2d 130 dg 15 1 16 dP 18 i Novedades a Simio Y recon Cameo 22 Sel_Manual 10 0 Selector Manual Autom tico Manual Sensor RMP 10 1 Sensor de RPM de Proximidad para el Motor Bomba_Man 10 2 Activaci n Manual de la Bomba a trav s del tablero Local Res_Man 10 3 Activaci n Manual de la Resistencia a trav s del tablero Local Vall_Man 10 4 Activaci n Manual de la Valvulal a a trav s del tablero Local Val2_Man 10 5 Activaci n Manual de la Valyula2 a a trav s del tablero Local Comunicaci n Val3_Man 10 6 Activaci n Manual de la V lvula3 a a trav s del tablero Local Accientes Motor_Man 10 7 Activaci n Manual del Motor a trav s del tablero Local O Haranera Optico 11 0 Sensor de luz para selecci n final de sustancias Detener 1 1 Paro de Emergencia del Proyecto Sel_Auto 1 2 Selector Manual Autom tico Automatico Res_Rel 01 2 Rel de comando de la Res
16. Conexi n del cableado es muy sencilla e Permite arranques suaves progresivos y sin saltos e Limita la corriente de arranque e Consigue un ahorro de energ a cuando el motor funciona parcialmente cargado con acci n directa sobre el factor de potencia e Detecta y controla la falta de fase a la entrada y salida de un equipo e Protege el motor e Se puede controlar a trav s de un PLC e Mayor rendimiento del motor 1 4 Software Labview Labview es una herramienta gr fica para prueba control y dise o mediante la programaci n El lenguaje que usa se llama lenguaje G donde la G z 44 1 simboliza que es un lenguaje gr fico Empleo del software para sta tesis Su principal caracter stica es la facilidad de uso adicionalmente el acoplamiento que se puede hacer con un aut mata o PLC mediante servidores OPC OLE for Process Control Adicionalmente su lenguaje de programaci n mediante gr ficos crea un sistema amigable para el usuario Principales usos para la ingenier a Es usado principalmente por ingenieros y cient ficos para tareas como e Adquisici n de datos y an lisis matem tico e Comunicaci n y control de instrumentos de cualquier fabricante e Automatizaci n industrial y programaci n de PAC Controlador de Automatizaci n Programable e Dise o de controladores simulaci n r pido hardware en el ciclo HIL y validaci n e Dise o embebido de micros y chips e Control y su
17. E CONTROL SCADA RES PARA EL PRECESO DE OBTENCION ALVARADO Edinson 2012 INGENIERO eth Ges DE ELECTRONICO gt SUIS BIOCOMBUSTIBLE GUERRERO ECHEVERRIA Juan UTEIZANDOUN PLC 87 200 Y EL SOFTWARE LABVIEW Abstract A la medida que se van determinando las fuentes nuevas de energ a d a a d a se mejora la fabricaci n del combustible renovable para obtener un producto final de mejor calidad amigable con el medio ambiente y de bajo costo Ello requiere de pruebas con varios tipos de materias primas Surge la necesidad de construir una m quina que podr amos llamarla banco de prueba en la que se combinan los elementos en este caso particular los elementos org nicos para la elaboraci n del biocombustible como son el aceite vegetal metanol y el qu mico catalizador El objetivo operativo de esta tesis es la fabricaci n de una estaci n de prueba o banco de prueba para la obtenci n de biodiesel sin refinar mediante la aplicaci n de un sistema de control y monitoreo SCADA que brindar dos opciones en el software manual y autom tico La primera permitir manipular los actuadores del proceso La opci n autom tico permite al usuario ingresar variables para la ejecuci n del proceso Esta primera fase combina lo mec nico lo el ctrico y lo electr nico El llamado banco de prueba est constituido por la estructura de la maqueta mec nico el panel de control del proceso el
18. Fuente Autores 35 Figura 3 4 Instalaci n de V lvula 1 Fuente Autores 3 3 Montaje Mirilla de Nivel Se instal una mirilla para el Tanque Reactor compuesta por acoples de tuber a PVC de 1 2 un tubo de vidrio 1 4 con una longitud de 30 cm sta mirilla sirve para ver el nivel del l quido que se ingresa en el taque Ver Figura 3 5 o Ep Figura 3 5 Mirilla de Nivel Fuente Autores 36 3 4 Montaje Mezclador Para el montaje del Mezclador se utiliz un Motor trif sico de 0 5 HP a 220 VAC a ste motor se le acopl un base de hierro en L direccionando el eje del motor al orificio que se encuentra en la tapa del Tanque Reactor por ste orificio saldr un extremo del agitador que se acoplar junto con el eje de Motor Ver Figura 3 6 Tp Pa y gt 3 d a o gt s L ere t a Figura 3 6 Motor Mezclador Fuente Autores Junto al mezclador se acopl un sensor inductivo que servir para la lectura de las RPM revoluciones por minuto ste sensor se lo instal sobre la tapa del reactor de tal modo que detecte un tornillo met lico que se encuentra en la uni n del eje de motor y el agitador Ver Figura 3 7 Figura 3 7 Montaje del Sensor Inductivo para la lectura RPM Fuente Autores 37 3 5 Montaje Condensador y Reservorio de Agua El condensador se une con la tapa del Tanque Reactor ste condensador requiere el paso de agua fr a por el serpent n que est en su int
19. a calentadora de 1700 W a 110 VAC adicionalmente se debe colocar empaques entre los tornillos de seguridad que se encuentra a los extremos de la resistencia para evitar la filtraci n de l quidos Ver Figura 3 1 Figura 3 1 Instalaci n de Resistencia Calentadora y Empaque al interior del Tanque Reactor Fuente Autores 34 3 2 Montaje de Electrov lvulas y V lvulas Neum ticas Para el paso de l quidos de Tanque Reactor al Tanque Decantador y para la obtenci n del producto final utilizamos tres v lvulas neum ticas 5 2 que opera a 110VAC tipo bola las cuales est n ubicadas de la siguiente manera e V lvula Neum tica 1 sta v lvula se encuentra ubicada en un codo de tuber a PVC de 1 2 pulgada que sirve de uni n entre la salida del liquido del Tanque Reactor y la entrada de estos al Tanque Decantador Ver Figura 3 3 e V lvula Neum tica 2 y 3 Se encuentran ubicadas a la salida de la mirilla del sensor de color las mismas que permitir n la obtenci n del producto final Biodi sel y Glicerina Ver Figura 3 2 Como se muestra en las Figuras 3 2 y 3 3 la instalaci n de las electrov lvulas 1 2 y 3 fue realizada en la pared de la estructura base y cerca de las v lvulas neum ticas con el fin de facilitar las conexiones de l neas de aire que permiten el accionamiento de las mismas Figura 3 2 Instalaci n de la Electrov lvula 2 y3 Figura 3 3 Instalaci n de la Electrov lvula 1 Fuente Autores
20. aci n de l quido se unto en contorno interno de las tapas circulares de mica una pasta selladora para tuber a Ver figura 3 11 Figura 3 11 Mirilla del Tanque Decantador Fuente Autores Como se nuestra en la figura 3 13 la mirilla fue encapsulada para una mejor lectura del color del l quido y dentro de ste se incorporaron focos de 24 VDC con el objetivo de dar m s luz en su interior y a su vez direccionarla en un solo punto para una buena lectura del sensor fotoresitivo Figura 3 12 Mirilla Encapsulada Vista Superior Fuente Autores 40 Figura 3 13 Esquema de Mirilla Figura 3 14 Mirilla T Decantador Vista Inferior Fuente Autores Fuente Autores 3 8 Panel Principal Previa a la instalaci n del panel principal se realiz un dise o de la distribuci n de los equipos que intervienen en el control el ctrico del proyecto considerando el tama o y el espacio f sico que requiere cada uno dentro del panel Ver Figura 3 15 PLC Modulo EM 231 Fuente 24 VDC Figura 3 15 Dise o de distribuci n de equipos Fuente Autores Los materiales utilizados para instalar el panel principal sobre la maqueta y canalizarla para el cableado fueron e Un panel met lico de una puerta de 400x600x200 mm e 4 pernos hexagonales de acero 1 4 x 2 con su respectiva tuerca e 3 metros de canaleta ranurada 25x30 mm e 5 Prensoestopas de 5 8 mm e 2metros Rieles 41 Cap tulo IV ste cap tulo ofrece una gu a
21. aje a vacio por esto ocasionar a da os a futuro en la misma 4 2 Operaci n Manual de Actuadores Esta operaci n activa y desactiva los diferentes actuadores que intervienen en el sistema tales como electrov lvulas neum ticas resistencia motor trif sico y bomba de refrigeraci n A continuaci n se detalla los pasos m nimos a seguir para ste modo de trabajo a Verificar que le pulsador para paro de emergencia STOP no est presionado b Verificar que la posici n del selector de operaci n se encuentre en Manual c Para el encendido y apagado de cada actuador basta con cambiar la posici n de su selector cambiar de OFF a ON o viceversa d Como caso particular el motor para la operaci n manual se encuentra con una velocidad fija en caso de necesitar una velocidad diferente se tendr que accesar a los par metros internos del variador de frecuencia como se muestra a continuaci n Fijar los siguientes par metros mostrados en la tabla N 5 adjunta Tabla N 5 Par metros de Variador para Operaci n Manual Fuente Autores 44 e Manipular la velocidad deseada a trav s del panel de operador b sico BOP que se encuentra en el tablero principal Nota Para regresar a la configuraci n anterior verifique las instrucciones en modo autom tico 4 3 Operaci n Autom tica del Sistema En sta operaci n se puede activar y desactivar los diferentes actuadores que intervienen en el sistema
22. ara la adquisici n de datos y programaci n de variables de entrada y salida adicionalmente sus reducidas dimensiones y la extremada facilidad de su montaje hacen que su eficacia se aprecie fundamentalmente en nuestro proceso Prestaciones principales de un sistema PLC Scada Posibilidad de crear paneles de alarma que exigen la presencia del operador para reconocer una parada o situaci n de alarma con registro de incidencias Ejecuci n de programas que modifican la ley de control incluso anulaciones o modificaciones de las tareas asociadas al aut mata bajo ciertas condiciones e Posibilidad de programaci n num rica que permite realizar c lculos aritm ticos de elevada resoluci n sobre PLC e Se pueden desarrollar aplicaciones para ordenadores junto con un sistema de procesamiento l gico PLC con captura de datos an lisis de se ales presentaciones en pantalla y env o de resultados a disco e impresora 1 3 Variador de Velocidad Los variadores de velocidad son dispositivos que permiten alterar la velocidad de los motores as ncronos trif sicos convirtiendo las magnitudes fijas de frecuencia y tensi n de red en magnitudes variables Las principales caracter sticas de un variador observadas en sta tesis son e Regulaci n sin golpes mec nicos e Movimientos de velocidad mediante electr nica digital Ventajas de un Variador de Velocidad para sta tesis e No posee elementos m viles ni contactos e
23. ctrico y la interface con el software que ejecuta el sistema Scada electr nico Deja a posteriores intereses completar el proceso para la elaboraci n del biocombustible La fase mec nica del proceso dise a y construye una maqueta con su respectivo panel de control en el que se efect an las diferentes etapas del proceso de XII elaboraci n de biocombustible Esta maqueta tendr dos tanques que ser n el Reactor y el Decantador Sus actuadores son motor trif sico v lvulas neum ticas y resistencia t rmica La parte electr nica dise a dos tarjetas una controla el variador de velocidad y la otra detecta la variaci n de color del Biodiesel y Glicerina adicionalmente esta tarjeta proporciona los resultados de la lectura de las revoluciones del motor El proceso del hardware utiliza un PLC y para el software el programa Labview La comunicaci n Hardware Software se realiza a trav s de servidores OPC OLE for Process Control Al mismo tiempo se desarrolla lo referente a la parte el ctrica que b sicamente es la alimentaci n y el cableado para el funcionamiento electr nico Palabras claves SCADA Supervisory Control And Data Acquisition Labview Fuentes nuevas de energ a Banco de prueba Biocombustible OPC OLE for Process Control OLE Object Linking and Embedding PLC Power Line Communications Biodiesel y Glicerina XII Presentaci n A medida que avanza la tecnolog a en los diferentes proceso
24. d del proceso e El control a trav s de PLC es una forma clara y sencilla de automatizar procesos como se ha demostrado a trav s de sta tesis e FEl uso de Labview para la implementaci n de HMI frente a la alternativa natural que hubiera sido utilizar un paquete SCADA como InTouch es muy viable para ste tipo de aplicaciones donde se requiere monitoreo visualizaci n y control de un proceso en particular considerando que los costos de licencia de paquetes SCADA son muy elevados en comparaci n con el Labview e Los sistemas neum ticos son muy tiles al momento de realizar fuerza ya que su principal energ a es el aire lo que lo convierte en un excelente sistema por su bajo costo e Uno de los mejores manejos de la velocidad de un motor se la realiza modificando la frecuencia ya que no altera el voltaje ni la corriente 52 El control de un variador de velocidad tienes diversas formas de realizarse una de aquellas es la que se muestra en la tarjeta de interfaz de PLC VARIADOR donde se aplica control anal gico para lograr el objetivo propuesto La glicerina obtenida se la puede tratar para darle otro uso y as no desperdiciar producto alguno RECOMENDACIONES Al realizar esta tesis podemos recomendar lo siguiente Es muy importante la ubicaci n de los cables ya que pueden provocar ruido en las l neas de alimentaci n Se recomienda que el uso de la PC o Laptop donde se encuentre el HMI sea exclusivo del Sistema ya qu
25. dad de comandos orientados al control industrial instrumentaci n graficaci n y aplicaciones en general La pantalla principal del Scada y su programaci n se encuentra ubicada en el ANEXO 3 en la parte final de ste documento En el mismo se pueden observar las diversas variables sensores y actuadores que intervienen en el proceso de la obtenci n del Biodiesel variables tales como temperatura velocidad nivel alarmas tiempos indicadores y controles varios Figura 2 21 Panel de Control Fuente Autores En la figura 2 21 se puede observar el panel de control principal del banco de prueba donde se detalla el proceso gr ficamente parte izquierda en ste se ubican indicadores luminosos led s para resaltar el estado de las variables en la parte derecha se puede 28 observar las variables l gicas que activan los diversos actuadores la codificaci n de estas variables se encuentran descritas en el punto 2 1 Generalidades 2 8 Comunicaci n PLC Variador y Labview La comunicaci n entre el proceso y el sistema de monitoreo se realiza principalmente a trav s de servidores OPC OLE for Process Control es un est ndar de comunicaci n en el campo del control y supervisi n de procesos industriales basado en una tecnolog a Microsoft Para sta aplicaci n como servidor OPC se ha utilizado el software PC Access V1 0 de Siemens debido a que el PLC a utilizar fue la CPU 226 y con la cual tienen una comunicaci
26. de la Resistencia Calentadora ooooocccccccnccconccoso 34 Figura 3 2 Instalaci n de la Electrov lvula2 y 3 ooooooccccccccccncconconcooo 35 Figura 3 3 Instalaci n de la Electrov lvula 1 ooooooonoccocccccconcccccnccnncoos 35 Figura 3 4 Instalaci n de V lvula 1 ooooocooccccnccconcconcccnnnconnconnacnnns 36 Figura 3 5 Mirtilla de Nel teas aniasc cee havea an anan ots 36 Figura 3 6 Motor Mezclador ds ai ds 37 Figura 3 7 Sensor Inductivo A cecara ve wipe ceeded eet 37 Figura 3 8 Deposito de Agua y Condensador ooooccoccocccnccccconccnccnnconos 38 Figura 3 9 Bomba de Agua 7 2 ces ahsccsanettecsadsoaneanabpesasanindacsnsesaeeee 38 Figura 3 10 Sensor RTD y Transmisor de Temperatura 0008 39 Figura 3 11 Mirilla T Decantador 0 ec ccc ecee eee e ence ence eens enaneeees 40 Figura 3 12 Mirilla T Decantador Vista Superior ccceeeee eee eee 40 Figura 3 13 Esquema de Mira 2 s ssn2decaessy aphacenbe iria 41 Figura 3 14 Mirilla T Decantador Vista Inferior ooooccccccconcccnccconcconons 41 Figura 3 15 Dise o de distribuci n de equipos 0ooooccccccconcccnnccnncconcccons 41 Cap tulo IV Figura 4 1 Botones de control Scada ooooocccoccccnconccnccnnconncnncnncnnnnos 46 Figura 4 2 Pantalla Opci n Sistema del control SCADA 00ooooooccccccccccccnnnnnnnoo 47 Figura 4 3 Pantalla Opci n Config del control SCADA 00oooooocccccncnncoccccnnnnoos 48 Figura 4 4
27. de mi vida han velado por mi bienestar y educaci n siendo mi apoyo en todo momento Depositando su entera confianza en cada reto que se me presentaba sin dudar ni un solo momento en mi inteligencia y capacidad Tambi n dedico este proyecto a mi esposa compa era inseparable con su apoyo incondicional ha sido fiel testigo de mis logros a lo largo de mi carrera lan hijo m o te dedico este proyecto ya que fuiste t la raz n de no declinar en momentos dif ciles a lo largo de este proyecto Sin ustedes no hubiese sido quien soy los amo con mi vida Edinson R ul C ceres Alvarado Dedicatoria Esta Tesis est dedicada principalmente a Dios que con su sabidur a supo guiarme de la mejor manera por el camino del bien a mis padres hermanos amigos y enamorada que aportaron con un granito de arena para cosechar este triunfo pero un agradecimiento especial a mi Madre Blanca Echeverria que es un pilar fundamental de mi vida quien a dado todo de ella por criarnos y darnos lo mejor d a a d a supo inculcarme valores como respeto honestidad responsabilidad entre muchos mas culmino una meta en la cual se que sin ella no lo hubiera logrado me hizo ser fuerte ante la vida no caerme ante alg n problema y sobre todo luchar por tu felicidad De todo coraz n Mamita Bella juntos lo logramos y la quiero con toda mi alma Juan Pablo Guerrero Echeverr a xI ls DIRECTOR A O T TULO ALUMNO S DE TESIS TEMA DE TESIS SISTEMA D
28. del Biodiesel y la Glicerina Al t rmino del tiempo de reposo autom ticamente se producir la separaci n del producto mediante dos electrov lvulas V2 y V3 comandadas por un sensor de color S C que registrar la diferencia de color entre la sustancias a dividirse ste sensor S C est basado en la variaci n de resistencia con respecto a la cantidad de luz En caso de producirse alguna anomal a durante el proceso se contar con las debidas alarmas observadas en el sistema Scada El sistema cuenta con dos modos de operaci n Manual y o Autom tico En la opci n modo autom tico se ejecutar n los pasos previamente mencionados de manera aut noma y en el modo manual depender del tiempo que el operador crea conveniente aplicar 2 2 Dise o El ctrico La distribuci n el ctrica de ste proyecto comienza a partir de una alimentaci n de 220 VAC distribuy ndose de manera equilibrada para todos los equipos presentes en el proceso Figura 2 2 Aqu podemos encontrar niveles como 110 VAC para el PLC fuente de poder electrov lvulas resistencia de calentamiento y bomba de recirculaci n de agua tambi n se cuenta con una fuente de voltaje de 24 VDC para la luminaria del sensor de color luces piloto ubicados en el tablero principal transmisor de temperatura interruptores y selectores del panel principal y finalmente para las tarjetas electr nicas 11 Figura 2 2 Conexi n El ctrica Tablero Principal a
29. e 1 I MIT Nr UD AA TY A T Fuente Autores Como todo sistema el ctrico cuenta con las protecciones debidas a trav s de breakers de 6 10 y 16 amperios dependiendo de los equipos a proteger Tambi n consta de borneras de distribuci n de carga para tener ubicaci n espec fica de las conexiones realizadas Ver Figura 2 3 Figura2 3 Conexi n El ctrica Tarjetas Electr nicas Fuente Autores Figura 2 4 Conexi n El ctrica Botoneras Indicadores y Variador Fuente Autores 12 13 14 15 2 3 Dise o Electr nico Para el control de variaci n de velocidad del motor a trav s del PLC el monitoreo del color en la etapa de separaci n del Biodiesel y Glicerina y la lectura de la velocidad del motor se han dise ado dos tarjetas que se encargan de lo anteriormente dicho Figura 2 7 En la figura 2 5 se puede observar las conexiones el ctricas del CPU 226 con las salidas hacia los actuadores del proceso es un diagrama el ctrico que continua en la Figura 2 6 con las conexiones de los elementos de control Para la simulaci n y el dise o de las Tarjetas de circuito impreso se utiliz el Programa Proteus 7 4 SP3 2 3 1 Circuito de Control del Variador ste circuito se encarga de controlar el variador de velocidad Sinamics G110 desde las salidas f sicas del CPU 226 B sicamente consiste en una configuraci n sumador no inversor con amplificadores operacionales LM324 cuyas entradas
30. e al utilizar otras aplicaciones pueden interferir en la comunicaci n del sistema y se requerir reiniciar la PC para que el puerto de comunicaci n serial quede libre para el uso de del HML Para la conexi n de los cables de los sensores en especias del transmisor de temperatura utilizar cable apantallado esto evitar que el ruido generado por alguna l nea de fuerza provoque alteraci n en su funci n Es importante tener una fuente fiable con voltaje constante ya que las fuertes variaciones de voltajes pueden perjudicar los equipos Es muy importante que los aceites sean puros para as mejorar la calidad del biodiesel en caso de utilizar aceite reciclado se deber hacer el respectivo filtrado de las impurezas Se ha programado la parte de mantenimiento correctivo de las partes del sistema con la finalidad de verificar el buen funcionamiento del mismo es por ello que se recomienda hacerlo antes de cada proceso para as no tener inconvenientes Tener cuidado al abrir la tapa del tanque reactor ya que lleva un agitador que podr a provocar da os severos si se activa mientras se da mantenimiento es por 53 ello que el mantenimiento deber a hacerse con los breakers apagados y desconectando el sistema de la alimentaci n y de la computadora 54
31. e nuevas aplicaciones que logren un producto de alta calidad a bajo costo minimizando el riesgo ambiental I OBJETIVOS ESPECIFICOS e Determinar las caracter sticas del funcionamiento de los procesos de energ as alternativas e Ejecutar el funcionamiento y manejo del programa Labview para el monitoreo y adquisici n de datos e Implementar los protocolos de comunicaci n mediante servidores OPC para la adquisici n de datos del computador mediante los PLC e controlar y comunicar controladores como es el PLC CPU S7 226 y el variador monof sico Sinamics G110 XV III ALCANCE DEL PROYECTO Este proyecto considera la importancia de afinar una t cnica de laboratorio de calidad de producto que implementa una tecnolog a de producci n a escala mayor dise a una mini planta capaz de producir hasta 6 galones por proceso obteniendo una planta de costo relativamente bajo y de operaci n sencilla En la misma se podr controlar de manera sencilla y eficaz las diferentes etapas del proceso por el que se obtiene Glicerina y Biodiesel sin refinar IV MARCO METODOL GICO Elaboraci n del documento tesis mediante la recopilaci n procesamiento y sistematizaci n de la informaci n Dise o y construcci n de la maqueta banco de prueba que articula lo mec nico lo el ctrico y lo electr nico particular importancia tienen las pruebas que visibilicen los logros del proceso de tesis Elaboraci n y aplicaci
32. e utilizaremos de metanol y potasa Como dato importante se necesita saber la densidad del aceite y metanol Tabla N 4 Densidad del Aceite y Metanol Fuente Autores 32 C lculos 1 Realizar una conversi n al aceite de galones a gramos 1Galon gt 3 78543lt AG 3 78543lt F 1000cc M 0 918 313779gr 1G lit cc 2 Por regla de tres calculamos porcentajes 80 13779gr lt 100 100 17224gr gt Total de Mezcla 80 13779gr 4 gt Aceite 20 3445gr gt Metanol Potasa 3 Conociendo los porcentajes calculamos la cantidad de Metanol y Potasa 20 Representael 100 Metanol Potasa 3273 gr 95 Representa Metanol 172gr 5 Representa Potasa prer gt eS a 0 79 gr 1000cc Finalmente se obtiene el total de Insumos 4 Galones de Aceite 4 Litros de Metanol 1 Gal n 172 Gramos de Potasa 33 Cap tulo III A continuaci n se describir n la instalaci n y el montaje de los componentes el ctricos electr nicos y neum ticos que intervienen en el funcionamiento del proyecto previo a ste proceso la Estructura Base Tanque Reactor Tanque Decantador y Condensador deben estar finalizados acorde a las instrucciones detalladas en el Cap tulo IL 3 Instalaci n y Montaje 3 1 Montaje de la Resistencia Calentadora Posterior al ensamble del Tanque Reactor sobre la estructura base se procede a la instalaci n de una resistenci
33. el VI 4 4 1 2 Bot n Iniciar Con ste bot n se da inicio al proceso 46 4 4 1 3 Bot n Detener Al presionarlo se detiene el proceso de manera forzada y en cualquier etapa 4 4 1 4 Bot n Met xido Listo Validar el ingreso del met xido dentro del tanque reactor 4 4 1 5 Bot n Aceite Listo Valida el ingreso del aceite dentro del tanque reactor 4 4 2 Pantalla de Ingreso de Par metros En sta secci n se procede a ingresar los par metros principales para el buen funcionamiento del proceso Esta pantalla se divide en cinco secciones en la cual se describa a continuaci n 4 4 2 1 Sistema Indica si el modo de operaci n est en Autom tico Manual si el sistema est encendido o apagado o si se ha accionado el paro de emergencia Adicionalmente nos permite visualizar el avance del proceso y el tiempo de ejecuci n del mismo Figura 4 2 Sistema Config Prop Tiemp Act Modo de Funcionamiento Mantenimiento Autom tico A Encendido Apagado P Emergencia Avance del Proceso Tiempo de Ejecuci n Figura 4 2 Pantalla Opci n Sistema del control SCADA Fuente Autores 47 4 4 2 2 Configuraci n en sta secci n se ingresan los par metros principales del proyecto como el set point de la temperatura hist resis de la temperatura sentido de giro y velocidad del variador Figura 4 3 Sistema Config Prop Tiemp Figura 4 3 Pantalla Opci
34. erior para esto construimos un reservorio para agua ver figura 3 8 En su interior se instal una bomba para pecera ver Figura 3 9 con alcance de hasta tres metros de altura que opera a 110 VAC con la finalidad de que bombee el agua que se encuentra dentro hacia la entrada del condensador a su vez una salida del condensador regresa al reservorio as obtendremos una retroalimentaci n del agua Figura 3 8 Deposito de Agua y Condensador Fuente Autores Figura 3 9 Bomba de Agua Fuente Autores 38 3 6 Montaje del Sensor y Transmisor de Temperatura Para un lectura apropiada y eficaz el sensor de temperatura RTD se lo instal dentro de Tanque Reactor as el sensor tendr un contacto directo con el l quido a calentar El transmisor de temperatura se lo ubic lo m s cerca posible del sensor se hace esto para evitar las p rdidas de se al que se pueden generar por la distancia y ruido externo Al transmisor de temperatura se lo aisl con una tapa de mica para evitar cualquier contacto f sico que se genere externamente Ver Figura 3 10 Figura 3 10 Sensor RTD y Transmisor de Temperatura Fuente Autores 3 7 Mirilla para el Sensor de Color Para el sensor y monitoreo de Color se dise o una pieza con el cual se podr ver en el interior el l quido que pasa por ese tramo para esto se utilizo tapas circulares de mica con un espesor de 5mm asegurados por cuatro tornillos en cada extremo Para evitar la 39 filtr
35. gua el decantador y sus v lvulas y el tablero de control general la cual est compuesta de 1 plancha galvanizada de 1 16 tubos cuadrados H N 1 4 x 1 5mm y 4 garruchas de 3 con freno Ver figura 2 20 Figura 2 20 Estructura del Proyecto Fuente Autores 25 2 5 Programaci n del PLC Para la Programaci n del PLC se utiliz el lenguaje LADDER Programaci n de contactos dentro del Software MicroWin 4 0 de Siemens adem s se hizo uso de herramientas predefinidas como lo son los contadores r pidos para el caso de la lectura RPM del motor y para el monitoreo de temperatura para el control de velocidad del motor y control de potencia de la resistencia de calentamiento se crearon subrutinas propias Al momento de programar se consideraron los diferentes tipos de entradas y salidas manejados en ste proyecto puesto que en algunos casos no se maneja el actuador directamente si no que se lo hace a trav s de una interfaz electr nica Para cargar el programa realizado en la estaci n de programaci n Laptop o PC se utiliz la interfaz USB PPI 2 6 Configuraci n del Variador La configuraci n aplicada al variador Sinamics G110 para ste proyecto se describe en la Tabla N 2 a continuaci n Par metro Valor Descripci n P0010 1 Guia Basica P0100 2 Potencia Nominal del Motor en KW y Frecuencia de Red 60 Hz P0304 220 V Voltaje Nominal del Motor P0305 2 8A Corriente Nominal del Motor P0307
36. istencia Val2_Rel 01 3 Rel de comando de la V lvula2 Val3_Rel 014 Rel de comando de la Valvula3 Vall_Rel 01 5 Rel de comando de la Valvulal Bomba_Rel 01 5 Rel de comando de la Bomba Motor_Luz 01 7 Indicador de Encendido del Motor Motor_Auto 41 0 Activaci n Automatica del Motor a trav s del SCADA Motor_Dir VIA Control del Sentido de giro del Motor a trav s del SCADA Inicio_Auto Bit de inicio del proceso en modo automatico Metoxido_Auto Bit indicador de presecencia de metoxido Motor_Vel Control de velocidad del Motor a trav s del SCADA Temp_Set Temperatura de calentamiento a traves del SCADA x Temp_Histeresis Histeresis de Temperatura para control A RPM_Motor Velocidad del Motor en RPM El Tabla J Temp_RPM variable general de calculo para rpm 29 Temporizadores RPM_int resultado de rpm Librer as Temperatura Temperatura medida en el reactor 68 Subrutinas Tiempo_Mix Tiempo de mezclado y regulacion de Temperatura a traves del SCADA Bloque de programa EE Tabla de simbolos Bloque de programa Tabla de s mbolos Bloque de sistema 8 Referencias cruzadas Operaciones Favoritos Dperaciones l gicas con bits Reloj Comunicaci n G Comparaci n eg Conversi n Contadores E Aritm tica en coma flotante Aritm tica en coma fija Interrupci n Operaciones l gicas Transferencia Control del programa
37. ius utilizado en sta Tesis es un elemento de marca siemens que convierte la variaci n de resistencia producto de la variaci n de temperatura en una lineal variaci n de corriente En la industria se emplea como valor standard 4 20 mA Fuente http www celsiussrl com ar Transmisores htm Cap tulo II A continuaci n se describe el funcionamiento del proceso de fabricaci n de biodiesel los componentes mec nicos de la maqueta su fabricaci n dise o y montaje adicionalmente se hace referencia a variables de control utilizadas para la programaci n de proceso 2 1 Generalidades En la figura 2 1 de la p gina 10 podemos observar un montaje del proceso El proceso comienza en el tanque Reactor T Reactor en el que se vierten los componentes principales para la elaboraci n del Biodiesel aceite vegetal y el met xido metanol y potasa A medida que se vierten las sustancias estas se podr n observar a trav s de una mirilla Mirilla de vidrio graduado En ste tanque T Reactor al comenzar el proceso se realiza el calentamiento de las sustancias vertidas hasta alcanzar una temperatura de 60 C 3 C a trav s de una resistencia de 1700 W a 110 VAC Este control de temperatura es realimentado por un sensor RTD PT100 de 3H el cual posee un transmisor T A de 4 20 ma que se conecta directamente al modulo anal gico del PLC Una vez alcanzada dicha temperatura se acciona el mezclador M1 motor
38. ma Figura 2 11 Tarjeta Electr nica Monitoreo de Color y Lectura de Velocidad Fuente Autores Para diferenciar entre Biodiesel y Glicerina se utiliz las caracter sticas el ctricas de la foto resistencia debido a que los colores de las sustancias mencionadas anteriormente son distintos ste circuito se compone de un filtro RC para disminuir ruidos seguido de una etapa acopladora de impedancia a trav s de un seguidor de voltaje Luego tenemos una configuraci n tipo amplificador diferencial que se encarga de aumentar en magnitud la 19 se al le da por la foto resistencia adem s se cuenta con una etapa de comparaci n en la cual se verifica la se al monitoreada con respecto a un valor de referencia prefijado a trav s de un potenci metro Finalmente tenemos una salida tipo Rele normalmente abierto y una salida de voltaje 24 VDC las cuales dependiendo de las caracter sticas de entrada del PLC se conectar n al mismo Circuito electr nico desarrollado en el programa Proteus y expuesto en la Figura 2 12 Figura 2 12 PCB Circuito ptico Fuente Autores 20 21 2 4 Construcci n y dise o mec nico Con respecto a la parte mec nica del proyecto podemos mencionar los siguientes componentes principales Reactor El reactor es un tanque de acero inoxidable dise ado para soportar altas temperaturas donde se podr albergar y mezclar las sustancias principales para la producci n del bi
39. n Aceite Listo e Ira la pesta a Sistema verificar si no tenemos alarmas o eventos pendientes f Si no hay eventos en el cuadro de alarmas el sistema est listo para dar Inicio al proceso Al dar inicio el Scada no preguntar Desea poner en marcha el proceso con los par metros que est n configurado actualmente si est de acuerdo damos Aceptar por lo contrario Cancelar h Validar Met xido Listo cuando el sistema lo requiera monitorear cuadro de alarmas 1 El operador puede Detener el proceso en cualquier etapa y tiempo del mismo 51 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES Haciendo ste tema de tesis aprendimos mucho sobre el biocombustible as como tambi n sistemas de control sistemas neum ticos y programaci n Es por ello que podemos concluir que e La adquisici n de variables de instrumentaci n consta de varios factores muy importantes como se pudo apreciar en el dise o de la tarjeta del sensor de color pues para sta se necesit observar su comportamiento y luego aproximar a trav s de c lculo e En funci n de los resultados obtenidos del algoritmo de control implementado en el PLC se concluye que el algoritmo es el adecuado y pr ctico para las aplicaciones en que los tiempos de repuestas no son cr ticos y se puede tener una tolerancia en la precisi n de la variable controlada e Al tener un sistema de control se mejora la calida
40. n de las conclusiones de los ensayos para la elaboraci n del documento de tesis a partir de las pr cticas ejecutadas en la maqueta construida Reportes y encuentros permanentes con el director de tesis Elaboraci n de presupuestos y costos Redacci n y entrega de informes finales al Consejo de Carrera a trav s del Director de tesis XVI Cap tulo I El presente cap tulo se desarrolla en dos partes la primera ofrece informaci n b sica sobre el biodiesel constituci n y materias primas as como tambi n los tipos de procesos que existen para su obtenci n la segunda parte contiene una breve descripci n de los actuadores m s importantes del proceso y la utilizaci n del sistema de adquisici n de datos del Hardware y el proceso del Software 1 1 Biodiesel Propiedades del Biocombustible El biodiesel es un producto similar al diesel del petr leo que se deriva de biomasa por lo que constituye un biocombustible renovable Este combustible vegetal reduce los efectos contaminantes desde diversos puntos de vista Por un lado elimina completamente en un 100 las emisiones de CO2 y reduce la producci n de holl n entre un 40 y 60 tambi n lo hace con las emisiones de hidrocarburos que disminuyen con el biodiesel entre un 10 y 50 el mon xido de carbono tambi n desciende en la misma proporci n entre un 10 y 50 Estos indicadores pueden aplicarse para el biodiesel 100 puro ya que este combustible
41. odiesel Figura 2 14 Despu s de las pruebas caseras los autores establecieron el dise o del tanque como se puede apreciar en la Figura 2 15 Figura 2 14 Tanque de Reactor en construcci n Fuente Autores Figura 2 15 Acotes Tanque de Reactor Fuente Autores 22 Decantador El decantador al igual que el reactor est dise ado con acero inoxidable para soportar altas temperaturas ya que en ste se produce la separaci n del Biodiesel y Glicerina Figura 2 16 Despu s de las pruebas caseras los autores establecieron el dise o del tanque como se puede apreciar en la Figura 2 17 Figura 2 16 Tanque Decantador en construcci n Fuente Autores Figura 2 17 Acotes del Tanque Decantador Fuente Autores 23 Condensador B sicamente es un intercambiador de calor construido con acero inoxidable que consta en su interior un serpent n de cobre para el efecto t rmico en el que circula agua helada para ayudar a la condensaci n del metanol como se aprecia en la Figura 2 18 el condensador se encuentra ubicado en la maqueta el dise o fue creado por los autores y se encuentra expuesto en la Figura 2 19 Figura 2 18 Condensador Fuente Autores Figura 2 19 Acotes del Condensador Fuente Autores 24 Estructura La estructura del banco de prueba est dise ada para soportar el peso del tanque reactor y sus accesorios correspondientes el condensador con su bomba de recirculaci n de a
42. para asegurarse que no hayan activaciones sorpresivas o bruscas El selector de Manual Autom tico debe estar en la posici n central A trav s de los breakers principales alimentar el tablero Encender el tablero a trav s del selector principal posicionarlo en modo ON Observar que el estado operativo del PLC se encuentre en modo Run y que el indicador de encendido de la fuente de voltaje se encuentre activo Tener muy en cuenta el encendido del display del variador de velocidad Chequear que la luz interna de la mirilla donde se encuentra ubicado el sensor de color est activa Chequeo de v lvulas manuales de paso Las v lvulas ubicadas en la secci n superior tanto del Tanque de reactor decantador y del condensador deben de tener una abertura adecuada para no provocar contrapresi n en su interior La v lvula de purga ubicada en la parte inferior del Tanque Reactor debe estar cerrada en su totalidad para evitar derrames de la materia prima La v lvula de paso para la mirilla ubicada en la parte inferior del Tanque Reactor debe estar abierta en su totalidad para poder observar el nivel de las sustancias ingresadas 43 d Inicialmente la v lvula de paso que se encuentra en la parte inferior del condensador debe estar cerrada hasta que se desee recolectar el metanol recuperado e Verificar que en el reservorio est lleno de agua para la previa recirculaci n en el condensador y evitar que la bomba no trab
43. pervisi n de procesos e Visi n artificial y control de movimiento e Rob tica Fuente http es wikipedia org wiki Lab VIEW 1 5 V lvulas y actuadores 1 5 1 V lvulas neum ticas Una v lvula neum tica es un elemento de regulaci n y control de la presi n y el caudal del aire a presi n ste aire es recibido directamente despu s de su generaci n o desde un dispositivo de almacenamiento Las v lvulas dirigen distribuyen o bloquean el paso del aire para accionar los elementos de trabajo los actuadores 1 5 2 Sensor Inductivo Los sensores inductivos de proximidad han sido dise ados para trabajar generando un campo magn tico y detectando las p rdidas de corriente de dicho campo generadas al introducirse en l los objetos de detecci n f rricos y no f rricos El sensor consiste en una bobina con n cleo de ferrita un oscilador un sensor de nivel de disparo de la se al y un circuito de salida Al aproximarse un objeto met lico o no met lico se inducen corrientes de hist resis en el objeto 1 5 3 Resistencia Calentadora Para la pr ctica de sta tesis se utilizar una resistencia calentadora de 2500 w la misma que est compuesta de un alambre de una aleaci n de n quel al 80 y cromo al 20 sta aleaci n soporta temperaturas muy altas 1000 C es resistivo condici n necesaria para generar calor resistente a los impactos y es inoxidable 1 5 4 Transmisor de Temperatura El transmisor Cels
44. rato El biodiesel es una fuente de energ a limpia renovable de calidad y econ micamente viable que adem s de contribuir a la conservaci n del medio ambiente representa una alterativa a los combustibles f siles el futuro de sta energ a est garantizado siempre que las administraciones colaboren con legislaci n a favor de los biocombustibles con leyes de obligatoriedad de consumo con el mantenimiento de las ayudas fiscas y con ayudas para transformar algunos de los actuales cultivos por semillas oleaginosas como la soya la colza y el girasol Materias primas La fuente de aceite vegetal suele ser aceite de colza una especie de oleaginosa con alto contenido de aceite que se adapta a los climas fr os Sin embargo existen otras variedades con mayor rendimiento por hect rea tales como la palma la jatropha curcas etc Tambi n se pueden utilizar aceites 2 usados por ejemplo los aceites de frituras en cuyo caso la materia prima es muy barata y adem s se reciclan Procesos industriales En la actualidad existen diversos procesos industriales para la obtenci n de biodiesel los m s importantes son e Proceso base base e Proceso cido base e Procesos s per cr ticos e Procesos enzim ticos e M todo de reacci n ultras nica Para sta tesis vamos a trabajar con el proceso base a base mediante el cual se utiliza como catalizador un hidr xido el mismo que puede ser hidr xido de sodio soda c ustica
45. s industriales tomando en cuenta sus requerimientos y conociendo que el actual sistema energ tico mundial no es sostenible a largo plazo debido a los impactos ambientales que se producen en la actualidad se necesita desarrollar nuevas opciones energ ticas que sean limpias para nuestro ecosistema y de costo razonable para nuestro entorno Evaluando la posibilidad de producirlo de manera artesanal en sectores diversos como en el sector agr cola de nuestro pa s a partir de aceites de especies oleaginosas locales ha sido necesario encontrar una manera para que la obtenci n de biodiesel a trav s del aceite casero se la realice de forma segura y eficiente creando un proceso industrial monitoreado mediante el sistema Scada La presente tesis SISTEMA DE CONTROL SCADA PARA EL PRECESO DE OBTENCION DE BIOCOMBUSTIBLE UTILIZANDO UN PLC 57 200 Y EL SOFTWARE LABVIEW desarrolla la primera fase de un proceso que obtiene biodiesel sin refinar El llamado banco de prueba est constituido por la estructura de la maqueta el panel de control del proceso y la interface con el software que ejecuta el sistema Scada Deja a posteriores intereses completar el proceso para la elaboraci n del biocombustible El desarrollo se ejecuta en cuatro cap tulos donde se trata de acoplar la parte mec nica el ctrica y electr nica La primera parte del cap tulo uno informa sobre lo que es el biodiesel en cuanto a su impacto ambiental y su aporte ecol gico
46. son las siguientes Configure el Tiempo de Mezclado e Configure el Tiempo de Reposo e Ingrese el Aceite e Pesta a de Sistema no activa e Pantalla de Advertencia Desea poner en marcha el proceso con los par metros que est n configurados actualmente e Ingrese el Met xido 4 5 Operaci n del Sistema Scada Para poder arrancar el proceso se deber seguir los siguientes pasos que se mencionan a continuaci n a Antes de arrancar el proceso se debi tomar en cuenta las consideraciones in ciales descritas anteriormente y haber escogido el tipo de operaci n autom tico b Ir la pesta a Tiemp e ingresar los par metros de Tiempo de Mezclado Tiempo de Decantaci n Si es que el operador ya dio arranque al proceso y el mismo considera que se necesita m s tiempo de mezclado o de decantaci n puede adicionar hasta 30 minutos m s del tiempo escogido esto se lo puede agregar 50 antes de dar inicio al proceso y durante el tiempo escogido de Mezclado y de Decantaci n c Ir la pesta a Config e ingresar los par metros de Definir la velocidad del motor con el cual va a trabajar durante el proceso Por default la velocidad del variador est en Primera si el operador desea tienes la opci n de cambiar hasta la Octava velocidad Tambi n el operador puede cambiar el sentido de giro del motor d Ingresar el aceite en el tanque reactor y a su vez validar el bot
47. tales como electrov lvulas neum ticas resistencia motor trif sico y bomba de refrigeraci n a trav s del sistema SCADA A continuaci n se detalla los pasos m nimos a seguir para ste modo de trabajo I Verificar que le pulsador para paro de emergencia STOP no est presionado I Verificar que la posici n del selector de operaci n se encuentre en Autom tico Ml Verificar la correcta programaci n de los par metros del variador como se muestra en la tabla N 6 a continuaci n Tabla N 6 Par metros de Variador para Operaci n Autom tico Fuente Autores 45 I Conectar el cable de comunicaci n USB PPI al computador del control Il Enel computador ejecutar el programa Scada Biodi sel VT TIT La puesta en marcha del sistema autom tico se basa en la operaci n del sistema Scada 4 4 Descripci n del Sistema Scada En sta secci n dentro del sistema Scada tenemos la pantalla principal donde encontraremos un dibujo esquem tico del proyecto botones de mando cuadro de ingresos de par metros y cuadro de alarmas las cuales se describen a continuaci n 4 4 1 Botones de Control Con los botones de control descritos a continuaci n podemos ejecutar detener y validar acciones dentro del proceso Figura 4 1 Iniciar Detener Metoxido Listo Aceite Listo Figura 4 1 Botones de Control Scada Fuente Autores 4 4 1 1 Bot n de Salir Se utiliza para salir del programa Biodies
48. trif sico de conexi n estrella a 220 VAC a 0 5 HP Para controlar que la velocidad del motor no sea excesiva para el proceso se cuenta con un variador de frecuencia Sinamics G110 que opera a 220 VAC trif sico V F y para monitorear que sta velocidad sea controlada se cuenta con un sensor inductivo Tac metro de dos hilos modelo XS1M18MA230 El tiempo de mezclado y calentamiento lo define el usuario a trav s del SCADA pudiendo ser ste desde 0 5 a 2 horas M1_Motor V F_Variador de Frecuencia Figura 2 1 Sistema Esquem tico del Proyecto Fuente Autores Adicionalmente se cuenta con un intercambiador de calor condensador cuya funci n es condensar el vapor del Metanol que se genere en el calentamiento de los componentes principales del tanque del Reactor T Reactor La condensaci n se realiza con la recirculaci n de agua fr a en serpent n del intercambiador de calor ejecutado por una bomba monofasica B a 110 VAC de baja potencia Una vez finalizado el tiempo anteriormente mencionado se detendr el calentamiento y mezclado a su vez se activar n el proceso de traspaso de sustancia del tanque Reactor al tanque Decantador T Decantador ste traspaso se lo realiza a trav s de una electrov lvula neum tica V1 que opera a 110 VAC 10 En el Decantador T Decantador se deja reposar el producto por un tiempo definido por el usuario a trav s del Scada lo suficiente para que se produzca la separaci n
49. uto2 PAGINA 20PRINCIPAL PLC plc htm http www automatas org redes scadas htm http html rincondelvago com variadores de velocidad html http es wikipedia org wiki LabVIEW http www belton com br espanhol valvulas_direcionales html http sensoresdeproximidad galeon com inductivo VII ANEXOS Anexo 1 Equipos y materiales utilizados Anexo 2 Programa l gico del proyecto en el PLC Anexo 3 Programa del Proyecto en Labview Anexo 4 Datos T cnicos del Cable USB PPI Anexo 5 Datos T cnicos del Amplificador Operacional LM324 Anexo 6 Datos T cnicos del Transistor de Energ a BD135 Anexo 7 Datos T cnicos del Sensor de Proximidad Anexo 8 Datos T cnicos de la CPU 226 Anexo 9 Datos T cnicos del Transmisor de Temperatura SITRANS TH 100 Anexo 10 Datos T cnicos del Variador Sinamics G110 Anexo 11 Im genes de la prueba para la obtenci n de biocombustible Anexo 12 Certificaci n del proceso de Transesterificacion VIII Declaratoria de Responsabilidad Los conceptos desarrollados an lisis realizados y las conclusiones del presente Trabajo son de exclusividad y responsabilidad de los autores Guayaquil Febrero del 2012 f Edinson Ra l C ceres Alvarado f Juan Pablo Guerrero Echeverria Dedicatoria Dedico este proyecto de tesis a Dios y a mis padres A Dios porque ha estado conmigo a cada paso que doy cuid ndome y d ndome fortaleza para continuar a mis padres quienes a lo largo
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