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Facultad de Ingeniería
Ingeniería Electrónica
Trabajo de Suficiencia Profesional:
“Implementación de un Sistema de
Control y Monitoreo para la Detección
de Fuga de Agua en la Tubería Forzada
de la Central Hidroeléctrica de la Oroya”
Bachiller:
José Antonio Requena Vilca
para optar el Título Profesional de Ingeniero Electrónico
Lima-Perú
2018
ii
iii
DEDICATORIA
A mi querido tío Juan Carlos Cárdenas Quispe por los sabios consejos que me brindo
estando en vida y a quien recuerdo con mucho cariño.
iv
AGRADECIMIENTOS
A Dios por cada día de vida que me brinda y a mis queridos padres por el incondicional
apoyo brindado durante mi formación académica.
v
RESUMEN
La tubería forzada de la central hidroeléctrica de la Oroya tiene un diámetro de 1.23 metros,
1545 metros de longitud y se ubica a 220 metros de altura sobre la ciudad de la Oroya
debido a su antigüedad se presenta deterioro a lo largo de su recorrido esto sumado a la
deficiencia en el proceso de respuesta ante una eventual fuga de agua incrementaría los
daños materiales y el riesgo de lesión o muerte debido al desplazamiento del agua por
rotura en la tubería forzada por ello se implementa un sistema de control y monitoreo para
detección de la fuga de agua en la tubería forzada utilizando PLC y software SCADA para
lo cual se hace uso de la ecuación de la continuidad y teoría de bifurcaciones en tuberías
para predecir el comportamiento del Caudal o Flujo en caso de fuga, el control y monitoreo
del sistema hidráulico de apertura y cierre de la válvula mariposa se realiza mediante la
programación de PLC y el diseño de la interfaz gráfica mediante el uso de software
SCADA con lo cual se obtiene una respuesta automática y rápida ante una la fuga de agua
con interfaz gráfica fácil de utilizar para él usuario.
vi
CARTA DE AUTORIZACION
vii
CERTIFICADO TRABAJO
viii
INDICE
CAPÍTULO 1 ....................................................................................................................... 1
ASPECTOS GENERALES .................................................................................................. 1
1.1 Definición del Problema ........................................................................................ 1
1.1.1 Descripción del Problema .................................................................................. 1
1.1.2 Formulación del Problema ................................................................................. 3
1.2 Definición de Objetivos .......................................................................................... 3
1.2.1 Objetivo General ................................................................................................ 3
1.2.2 Objetivos Específicos ........................................................................................ 3
1.2.3 Alcances y Limitaciones .................................................................................... 4
1.2.4 Justificación ....................................................................................................... 5
1.2.5 Estado del Arte .................................................................................................. 6
CAPÍTULO 2 ....................................................................................................................... 9
MARCO TEÓRICO .............................................................................................................. 9
2.1 Fundamento Teórico ............................................................................................. 9
2.1.1 Central hidroeléctrica ......................................................................................... 9
2.1.2 Tubería Forzada ................................................................................................ 9
2.1.3 Instrumentación Industrial ................................................................................ 10
2.1.3.2 Válvula mariposa .......................................................................................... 10
2.1.3.3 Sistema de control Electro-hidráulico de la válvula mariposa ..................... 11
2.1.4 Redes Industriales ........................................................................................... 11
2.1.4.1 Topología en anillo ....................................................................................... 12
2.1.4.2 Protocolo Ethernet IP ................................................................................... 12
2.1.4.3 Switch Stratix ............................................................................................... 13
2.1.5 Automatización Industrial ................................................................................. 14
2.1.5.1 Controlador Lógico Programable (PLC) ....................................................... 14
2.1.6 SCADA ............................................................................................................ 17
2.1.6.1 FactoryTalk View .......................................................................................... 18
CAPÍTULO 3 ..................................................................................................................... 19
DESARROLLO DE LA SOLUCIÓN .................................................................................. 19
3.1 Describir el modelo matemático aplicado para la detección de fuga en la tubería
forzada. .......................................................................................................................... 19
3.2 Diseñar la arquitectura de red. ............................................................................ 23
3.2.1 Cantidad de entradas y salidas ...................................................................... 26
ix
3.2.2 Selección de equipos ....................................................................................... 27
3.2.3 Arquitectura de red .......................................................................................... 30
3.3 Configurar la comunicación de los equipos ......................................................... 31
3.3.1 Configuración usando Boot-DHCP Server ...................................................... 31
3.3.2 Configurando el Switch Stratix ......................................................................... 33
3.4 Programar el PLC esclavo con el software RSLogix 500 para el control del
sistema hidráulico de apertura y cierre de la válvula mariposa ................................... 35
3.4.1 Estrategia de control ........................................................................................ 36
3.4.2 Definir las entradas y salidas del PLC ............................................................. 38
3.4.3 Programar el PLC MicroLogix 1400 ................................................................. 40
3.5 Programar el PLC maestro con el software RSLogix 5000 para el control total del
sistema. .......................................................................................................................... 48
3.5.1 Estrategia de Control ....................................................................................... 48
3.4.2 Definir los registros de lectura y escritura ............................................................. 49
3.4.3 Programar el PLC ControlLogix ....................................................................... 52
3.5 Desarrollar las pantallas del SCADA con en software FactoryTalk View. ........... 58
CAPÍTULO 4 ..................................................................................................................... 69
RESULTADOS .................................................................................................................. 69
4.1 Resultados .......................................................................................................... 69
4.1.1 Presupuesto ..................................................................................................... 79
4.1.2 Cronograma ..................................................................................................... 81
CONCLUSIONES .............................................................................................................. 82
ANEXOS ............................................................................................................................ 83
GLOSARIO ........................................................................................................................ 86
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................. 87
x
INDICE DE FIGURAS
Figura 1: Árbol de problemas de la central hidroeléctrica la oroya. ..................................... 2
Figura 2: Zonas inundables ante la fuga de agua. .............................................................. 6
Figura 3: Interfaz gráfica con Labview. ............................................................................... 7
Figura 4: Comportamiento del flujo y presión ante una fuga. .............................................. 8
Figura 5: Transmisor de flujo y presión Siemens... ........................................................... 10
Figura 6: Vista interna de una válvula mariposa. ............................................................... 11
Figura 7: Vista perfil y superior del sistema Electro-hidráulico... ...................................... 11
Figura 8: Topología en anillo con switch Stratix. ............................................................... 12
Figura 9: Protocolo de Comunicación CIP.. ....................................................................... 13
Figura 10: Switches industriales Stratix.. ........................................................................... 13
Figura 11: PLC MicroLogix. ............................................................................................... 14
Figura 12: PLC ControlLogix. ............................................................................................ 15
Figura 13: Software RSLogix 500. ..................................................................................... 15
Figura 14: Software RSLogix 5000.. .................................................................................. 16
Figura 15: Sistema de Redundancia con PLC ControlLogix. ............................................ 17
Figura 16: Pantalla principal de SCADA.. .......................................................................... 17
Figura 17: Pantalla de inicio FactoryTalk View. ................................................................. 18
Figura 18: Caudal en función del área y la velocidad. ....................................................... 20
Figura 19: Ecuación de continuidad plantea que el caudal es constante. ......................... 21
Figura 20: Tubería con bifurcaciones. ............................................................................... 21
Figura 21: Tubería sin fuga el valor de Q1 es igual a Q2.. ................................................ 22
Figura 22: Tubería con fuga el valor de Q1 incrementa. ................................................... 23
Figura 23: Ubicación del tablero PLC redundante.. ........................................................... 24
Figura 24: Ubicación del tablero RIO.. ............................................................................... 24
Figura 25: Ubicación de los tableros de control Caseta.. .................................................. 25
Figura 26: Ubicación del Tablero TAZA.. ........................................................................... 25
Figura 27: Ubicación de tableros a lo largo de la tubería forzada. .................................. 26
Figura 28: Selección de equipos del PLC en software IAB. .............................................. 28
Figura 29: Lista de materiales generadas por el software IAB. ......................................... 28
Figura 30: Arquitectura de Red con el software IAB. ......................................................... 30
Figura 31: Puerto Ethernet Contrologix, Micrologix y Flex IO. .......................................... 32
Figura 32: Secuencia de pasos asignar IP en BOOT DHCP Server. ................................ 33
Figura 33: Secuencia de pasos para ingresar a Express Setup. ....................................... 34
Figura 34: Ventana de ingreso de usuario y contraseña. .................................................. 34
xi
Figura 35: Ventana Express Setup para configurar Swicth Stratix. .................................. 35
Figura 36: PLC MicroLogix 1400. ...................................................................................... 35
Figura 37: Panel de Control en SCADA de válvula mariposa. .......................................... 37
Figura 38: Descripción de componentes de la válvula mariposa. ..................................... 38
Figura 39: Primeros pasos en RSLogix 500. ..................................................................... 40
Figura 40: Área de trabajo del RSLogix 500. ..................................................................... 41
Figura 41: Rutina MAIN. .................................................................................................... 42
Figura 42: Lógica de apertura de la válvula mariposa. ...................................................... 44
Figura 43: Lógica de cierre de la válvula mariposa. .......................................................... 45
Figura 44: Verificación de errores en el RSLogix 500. ...................................................... 47
Figura 45: Secuencia de pasos para realizar la descarga de programa. .......................... 48
Figura 46: Método del para la detección de fugas.. ........................................................... 49
Figura 47: Primeros pasos en el RSLogix 5000. ............................................................... 52
Figura 48: Área de trabajo del RSLogix 5000. ................................................................... 53
Figura 49: Árbol de proyecto del RSLogix 5000.. .............................................................. 54
Figura 50: Rutina MainRoutine se visualiza AOI (Add-on Instrucction). ............................ 55
Figura 51: Instrucción SCL en para escalar señales. ....................................................... 57
Figura 52: Instrucción MSG para leer y escribir datos. ...................................................... 57
Figura 53: Pasos para hacer la descargar al PLC ControlLogix.. ...................................... 58
Figura 54: Ventana para elegir el tipo de aplicación. ......................................................... 59
Figura 55: Área de trabajo del RSLogix 5000.. .................................................................. 59
Figura 56: Pasos para crear Servidor RSLinx Enterprise.. ................................................ 60
Figura 57: Pasos para enlazar el Shortcut con el PLC. ..................................................... 61
Figura 58: Creando una nueva pantalla. ........................................................................... 61
Figura 59: Configuración del área de la pantalla. .............................................................. 62
Figura 60: Paleta Objects. ................................................................................................. 63
Figura 61: Primeros pasos al graficar pantalla SCADA. .................................................... 64
Figura 62: Propiedades y animaciones a objetos. ............................................................. 65
Figura 63: Ventana de propiedades de animación.. .......................................................... 66
Figura 64: Asignar un tag para visualizar el valor de un transmisor. ................................. 66
Figura 65: Acciones básicas del objeto Button. ................................................................. 67
Figura 66: Ventana de Comandos del Objeto Button. ....................................................... 68
Figura 67: Simulación de fuga de agua con válvula de venteo. ........................................ 69
Figura 68: Tramo de detección de fuga mediante transmisores de Flujo.. ........................ 70
Figura 69: Respuesta de los valores de flujo ante una fuga. ............................................ 71
Figura 70: Pantalla para ingresar valores de Fuga. ........................................................... 71
xii
Figura 71: Tramo de detección de fuga mediante transmisores de Presión. ................... 72
Figura 72: Respuesta del ángulo del Transmisor PIT_05 ante una fuga. ......................... 72
Figura 73: Monitor con SCADA en sala de control. ........................................................... 73
Figura 74: Pantalla USUARIO en SCADA FactoryTalk View. ........................................... 74
Figura 75: Pantalla PRINCIPAL en SCADA FactoryTalk View. ......................................... 74
Figura 76: Pantalla VALVULA en SCADA FactoryTalk View. ........................................... 75
Figura 77: Pantalla REDUNDANCIA en SCADA FactoryTalk View. ................................. 76
Figura 78: Pantalla TOPOLOGIA ANILLO en SCADA FactoryTalk View. ......................... 76
Figura 79: Pantalla TENDENCIAS en SCADA FactoryTalk View. .................................... 77
Figura 80: Pantalla ALARMAS en SCADA FactoryTalk View. .......................................... 78
Figura 81: Pantalla HART en SCADA FactoryTalk View.. ................................................. 78
xiii
INDICE DE TABLAS
Tabla 1 Entradas y salidas por áreas. .............................................................................. 27
Tabla 2 Lista de equipos de automatización ..................................................................... 29
Tabla 3 Asignación de IP´s relacionados con su respectivos tags. .................................. 31
Tabla 4 Definición de función de las entradas del PLC Micrologix 1400. ........................ 39
Tabla 5 Definición de función de las Salidas del PLC Micrologix 1400. .......................... 39
Tabla 6 Direccionamiento de Bits de lectura. ................................................................... 46
Tabla 7 Direccionamiento de Bits de escritura. ................................................................ 46
Tabla 8 Bits de lectura del MicroLogix 1400 al ControlLogix. ........................................... 50
Tabla 9 Registro de Lectura del FLEX IO. ....................................................................... 51
Tabla 10 Bits de escritura del ControLogix al Micrologix 1400. ....................................... 51
Tabla 11 Presupuesto para la etapa de Ingeniería. .......................................................... 79
Tabla 12 Presupuesto de los equipos de Automatización. .............................................. 79
Tabla 13 Presupuesto para la etapa de puesta en servicio. ............................................ 80
Tabla 14 Presupuesto total del proyecto en el área de automatización. .......................... 80
xiv
INTRODUCCION
Debido a la ubicación y las dimensiones de la tubería forzada una eventual fuga de
agua podría tendría como consecuencia daños a la propiedad pública y privada y
riego de muerte y lesión por ello se desea mejorar la eficiencia en la respuesta ante
la fuga de agua implementando un sistema de monitoreo y control utilizando PLC y
software SCADA para mitigar las consecuencias.
El sistema de control y monitoreo ante la fuga de agua es un sistema robusto por
ello para garantizar la siempre disponibilidad se usa un sistema de redundancia con
PLC ControlLogix, el control de la válvula mariposa se realiza de manera local
mediante PLC MicroLogix 1400, los transmisores de Presión y Flujo instalados en
la tubería forzada se concentran en el módulo remoto FLEX IO y para la
comunicación se usan los Switches industriales Stratix 5700 siendo casi todos los
equipos de la marca Rockwell Automation.
El resultado de la implementación se centraliza en el control y monitoreo realizado
por el SCADA ubicado en la sala de control.
1
CAPÍTULO 1
ASPECTOS GENERALES
En este capítulo se realizará la definición del problema que llevó a cabo la investigación, y
la definición de los objetivos.
1.1 Definición del Problema
A continuación, se describe la descripción del problema donde se utiliza la técnica del árbol
de problemas y la formulación del problema donde se identifica el problema principal.
1.1.1 Descripción del Problema
Electro Industrial Solutions S.A es una empresa que brinda servicios de Ingeniera siendo
una empresa líder en el área de Instrumentación y Automatización industrial, mediante una
licitación se ganó el proyecto que origina este Informe de Suficiencia Profesional para
Statkraft Perú, Statkraft es una empresa de capitales noruegos que opera en el Perú 09
centrales hidroeléctricas incluyendo la central hidroeléctrica la oroya que es la más antigua
operada por Statkraft en el Perú, debido a esa antigüedad se presenta deterioro en la
tubería forzada lo cual se manifiesta en fugas de agua a través de ella. La tubería forzada
2
se encuentra a 220 metros de altura sobre la ciudad de la oroya, una fuga de agua no
controlada a tiempo podría generar desplazamiento de lodo y piedras hacia las poblaciones
que se encuentras por debajo de la tubería forzada generando el riesgo de muerte y daños
materiales a la propiedad pública y privada es por ello que es necesario implementar un
sistema de control y monitoreo con una respuesta rápida ante una la fuga de agua con el
fin mitigar los efectos.
Para la identificación del problema principal se utilizó la técnica del árbol de problemas.
En la figura 1: Árbol de problemas de la central hidroeléctrica la oroya se visualiza que las
causas que generaron el problema son: Deficiente sistema de comunicación, supervisión
no constante y solo de día, mínimo uso de tecnología y finalmente la no existencia de
alarmas ante la fuga de agua, debido a estas causas en el árbol de problemas de la central
hidroeléctrica la oroya, se puede apreciar los efectos que podrían suceder: Lesión o muerte
Figura 1: Árbol de problemas de la central hidroeléctrica la oroya. Fuente: Elaboración propia.
Lesión o muerte a las personas aledañas.
Daños materiales a la propiedad pública
y privada.
Problemas legales con los afectados.
Mínimo uso de tecnología.
Perdidas económicas debido a juicios,
reparaciones e indemnizaciones.
No existe un sistema de alarma
ante la fuga de agua.
Supervisión no constante y solo de día
Deficiencia en el proceso de respuesta ante la fuga de agua en
tubería forzada de la central hidroeléctrica La Oroya
Deficiente sistema de comunicación
C
A
U
S
A
E
F
E
C
T
O
PROBLEMA
3
a las personas aledañas, daños materiales a la propiedad pública y privada, problemas
legales con los afectados, perdidas económicas debido a juicios, reparaciones e
indemnizaciones.
1.1.2 Formulación del Problema
Luego de haber utilizado el árbol de problemas, se ha podido identificar que el problema
principal es la deficiencia en el proceso de respuesta ante la fuga de agua en tubería
forzada de la central hidroeléctrica La Oroya.
1.2 Definición de Objetivos
A continuación, se describen el objetico general y los objetivos específicos.
1.2.1 Objetivo General
Implementar un sistema de control y monitoreo para la detección de fuga de agua en la
tubería forzada de la central hidroeléctrica La Oroya mediante el uso de PLC
(Programmable Logic Controller) y Software SCADA (Supervisory Control And Data
Adquisition).
1.2.2 Objetivos Específicos
• Describir el modelo matemático aplicado para la detección de una fuga en la
tubería forzada.
• Diseñar la a arquitectura de red.
• Configurar la comunicación de los equipos.
• Programar el PLC esclavo con el software RSLogix 500 para el control del
sistema hidráulico de apertura y cierre de la válvula mariposa.
4
• Programar el PLC maestro con el Software RSLogix 5000 para el control total del
sistema.
• Desarrollar las pantallas del SCADA con el software FactoryTalk View.
1.2.3 Alcances y Limitaciones
Alcances
• Se diseñará e implementará un sistema capaz de detectar una fuga de agua en la
tubería forzada mediante la variación del flujo o la presión.
• El sistema debe ser capaz de monitorear y registrar los valores de los
sensores de flujo y presión instalados a lo largo de la tubería.
• Generar y registrar alarmas y eventos con niveles de prioridad en forma visual
como sonora.
• Controlar la apertura y cierre de la válvula mariposa mediante el sistema SCADA
en modo manual (mediante el operador) como en modo automático (detectar fuga
de agua).
• Se utilizará la topología de red en anillo para la conexión de los switches
industriales, los cuales estarán unidos mediante fibra óptica.
• Se utilizara sistema de redundancia de PLC´s para los PLC maestros quienes son
los encargados de administrar a los demás equipos (PLC´s locales, entradas
remotas, switches, etc.) con el fin de garantizar la siempre disponibilidad del
sistema.
5
Limitaciones
• El sistema será un SCADA local no se integrará por el momento al sistema global
de Statkraft debido a ello toda la data se guardará en la misma PC que alberga al
software SCADA.
• La detección de fuga de agua en la tubería forzada se aplica para una tubería
simple que no posea derivaciones.
• Restricciones con el tiempo y número de pruebas realizadas.
1.2.4 Justificación
Este proyecto es necesario para la central hidroeléctrica la oroya porque el sistema dará
una respuesta rápida y automática con un sistema de alarmas ante una fuga de agua en la
tubería forzada de la central hidroeléctrica mediante el control de apertura y cierre de la
válvula mariposa la cual se encuentra ubicada en la entrada de la tubería forzada.
Una respuesta rápida y automática ante una fuga de agua en la tubería forzada permitiría
mitigar el riesgo de desplazamiento de lodo y piedras hacia las poblaciones y la ciudad de
la oroya ya que la tubería forzada se encuentra a una altura de 220 m con respecto a la
ciudad.
El sistema de alarma visual y sonoro permitiría poner en sobre aviso al operador ante una
fuga de agua y permitir una mayor comunicación entre los implicados para tomar las
medidas correctivas del caso.
Con esto se podría reducir el riesgo de daños a la vida humana, daños a la propiedad
pública y privada, evitar pérdidas económicas para la empresa debido a problemas legales
con los afectados, problemas con el cliente final al cual suministran energía eléctrica.
6
Figura 2: Zonas inundables ante la fuga de agua. Fuente: (CESEL Ingenieros, 2014)
1.2.5 Estado del Arte
En la actualidad existen diferentes investigaciones para el monitoreo, detección y control
de fuga de agua en tuberías utilizando software programación y de interfaz gráfica.
En la investigación realizada por (Godoy, Gonzales, & Morales, 2011) proponen el
desarrollo de un sistema para la detección de fugas en tuberías por medio del modelado
de lógica difusa aplicado a una tubería de longitud de 21 m con un diámetro de 1.5 pulgadas
de la empresa farmacéutica Astrazeneca S.A. , considerando como variables de entradas
al sistema la presión y flujo ya que son las variables que generan más dinámica al sistema,
a estas variables se les da una asignación lingüística que es lo mismo a asignarle un
adjetivo definido como bajo, trabajo y alto con sus respectivos intervalos de operación.
También se considera 03 estados de salida a los cuales denomina como correcto, falla y
fuga cada uno con sus intervalos de operación.
Los autores (Godoy, Gonzales, & Morales, 2011) para determinar en qué estado se
encuentra la tubería la definen mediante reglas lingüísticas comparando los estados de las
7
entradas para asignarles así un estado de salida, para eso citan 03 ejemplos de cómo
asignan estados a esas salidas: “Si la presión calculada es baja y la presión medida es
baja y el flujo medido es bajo y el flujo estimado es bajo entonces el estado es correcto”;
“Si la presión calculada es baja y la presión medida es alta y el flujo medido es alto y el
flujo estimado es bajo entonces el estado es falla”; “Si la presión calculada es alta y la
presión medida es baja y el flujo medido es bajo y el flujo estimado es alto entonces el
estado es fuga”.
La simulación del modelo difuso y la interfaz gráfica se realiza mediante software de
desarrollo de sistemas NI Labview de la empresa National Instruments para ello utilizan
como herramienta un módulo de entradas analógicas NI USB 6210 y la librería Fuzzy Logic
para el desarrollo de la lógica difusa, la interfaz graficas consta de 06 pestañas que son
equivalente a seis pantallas (Godoy, Gonzales, & Morales, 2011).
Figura 3: Interfaz gráfica con Labview. Fuente: (Godoy, Gonzales, & Morales, 2011)
Según lo planteado por (Calderon C. J., 2012) el propone detectar la fuga en una tubería
de gran longitud que transporta productos derivados del petróleo como gasolina, diésel 1 y
diésel 2, para ello realiza un análisis previo del comportamiento del sistema hidráulico en
una tubería ante una fuga, se indica que cuando sucede una fuga ciertas variables del
sistema hidráulico como el caudal y la presión sufren cambios. El caudal ante una fuga
8
tiende a aumentar su valor medido antes del punto de fuga y a disminuir su valor medido
después del punto de fuga según como se aprecia en figura 3, con respecto a la presión
indica que cuando existe una fuga se produce una caída de presión antes y después del
punto de fuga seguida de una re-presurización rápida lo cual se conoce teóricamente como
onda de presión negativa, la baja de presión viaja a la velocidad del sonido a través del
líquido en ambas direcciones de la tubería hasta llegar a sus extremos como se puede
apreciar en la figura 3.
Figura 4: Comportamiento del flujo y presión ante una fuga. Fuente: (Calderon C. J., 2012)
Para detectar una fuga en la tubería utiliza el principio de conservación de masa que indica
en teoría que el caudal de entrada debe ser igual al caudal de salida, a lo cual añade a
este principio un valor de error debido a las características propias de la tubería para lo
cual el caudal de entrada es igual al caudal de salida más el error, fija umbrales de
detección de fuga si los valores de superan estos umbrales se considera una fuga en la
tubería, luego para ubicar el punto donde sucedió la fuga utiliza el método de onda de
presión negativa. (Calderon C. J., 2012).
9
CAPÍTULO 2
MARCO TEÓRICO
2.1 Fundamento Teórico
En este capítulo se realiza una revisión general sobre definiciones y conceptos sobre
centrales hidroeléctricas, instrumentación, automatización y redes industriales que hay que
tener en cuenta para un mayor entendimiento de este proyecto.
2.1.1 Central hidroeléctrica
Es el tipo de central que utiliza la energía cinética del agua para generar movimiento de
una turbina hidráulica la cual a su vez mediante un eje mueve un generador eléctrico para
producir energía eléctrica, el agua es transportada través de una tubería a presión o tubería
forzada la cual incide directamente en las cucharas de la turbina hidráulica.
2.1.2 Tubería Forzada
También llamada tubería de presión o tubería forzada tienen por objeto conducir el agua
desde la cámara de presión a las turbinas del generador eléctrico.
10
2.1.3 Instrumentación Industrial
Son los instrumentos que sirven para medir, convertir, transmitir, controlar o registrar las
variables de los procesos.
2.1.3.1 Transmisores
Los transmisores son instrumentos que convierten una variable física (Presión,
temperatura, etc.) a una señal normalizada, según (Creus, 2011) los transmisores captan
la variable de proceso a través del elemento primario (Sensor) y la transmiten a distancia
en forma de señal neumática, electrónica, digital, óptica, hidráulica o por radio, siendo la
señal electrónica normalizada de 4 a 20 mA de corriente continua la más utilizada.
Figura 5: Transmisor de flujo y presión Siemens. Fuente: Elaboración propia.
2.1.3.2 Válvula mariposa
Es un dispositivo que sirve para interrumpir o regular el ingreso de un fluido en un conducto,
aumentando o reduciendo la sección de paso mediante una placa, denominada mariposa,
que gira sobre un eje tal como se muestra en la Figura 6.
11
Figura 6: Vista interna de una válvula mariposa. Fuente: Elaboración propia.
2.1.3.3 Sistema de control Electro-hidráulico de la válvula mariposa
El sistema de control Electro-hidráulico es controlado por un Controlador lógico
programable el cual comanda la apertura y cierre de la válvula mariposa mediante el
desplazamiento de aceite dentro del sistema hidráulico.
Figura 7: Vista perfil y superior del sistema Electro-hidráulico. Fuente: Elaboración propia.
2.1.4 Redes Industriales
A continuación se definirán conceptos generales con respecto al ámbito de las redes
industriales.
Placa mariposa.
Eje de giro
12
2.1.4.1 Topología en anillo
La palabra topología significa, básicamente, forma; el término topología de red se refiere a
la forma de una red, es decir, a cómo están cableados todos los nodos (puntos) de una
red. Existen varias topologías con las que están cableadas las redes y la selección de una
en particular es, a menudo, la decisión más importante cuando está planeando una red.
(Hallberg, 2007, pág. 40).
Topología en anillo es la red en la que cada estación o nodo tiene una única conexión de
entrada y otra de salida en la cual cada estación o nodo tiene un receptor (RX) y un
transmisor (TX) que hace la función de traductor, pasando la señal a la siguiente estación.
Figura 8: Topología en anillo con switch Stratix. Fuente: Elaboración propia.
2.1.4.2 Protocolo Ethernet IP
Según (Fábregas, 2009) refiere que Ethernet IP es la implantación del Protocolo Industrial
Común (CIP) en Ethernet, Solución industrial completa sobre red Ethernet para la
automatización de procesos de fabricación que incluye control, seguridad, sincronización,
movimiento, configuración e información, indica también que es un protocolo de red abierta.
13
Protocolo CIP es un protocolo industrial para aplicaciones de automatización industrial que
comprende protocolos de red abierta como Ethernet IP, ControlNet, DeviceNet.
2.1.4.3 Switch Stratix
En la publicación de (Rockwell Automation, 2016) se refiere que es un switch administrable
compacto y escalable de capa 2 con tecnología Cisco incorporada para aplicaciones que
abarcan desde redes pequeñas y aisladas hasta redes complejas que permite la
conectividad de anillo a nivel de dispositivo (DLR) integrada que ayuda a optimizar la
arquitectura de red y a proporcionar diagnósticos de red consolidados, el DLR es un
protocolo de capa 2 que permite a los dispositivos Ethernet/IP con múltiples puertos formar
una topología de anillo.
Figura 10: Switches industriales Stratix. Fuente: Rockwell Automation, 2016.
Figura 9: Protocolo de Comunicación CIP. Fuente: Fábregas, 2009.
14
2.1.5 Automatización Industrial
Según (Calderon M. J., 2009) automatización se refiere a sistemas y procesos que operan
con una mínima o ninguna intervención del ser humano y que en los sistemas más
modernos el control de las máquinas es realizado por ellas mismas gracias a sensores de
control que le permiten detectar cambios en su alrededor respecto a ciertas variables tales
como temperatura, volumen y corriente eléctrica entre otros, los cuales le permiten a la
máquina realizar los ajustes necesarios para poder compensar los cambios.
2.1.5.1 Controlador Lógico Programable (PLC)
El PLC es un aparato electrónico operado digitalmente que usa una memoria programable
para el almacenamiento interno de instrucciones, las cuales implementan funciones
específicas tales como lógicas, secuenciales, temporización, conteo y aritméticas, para
controlar a través de módulos de entradas y salidas digitales y analógicas, varios tipos de
máquinas o procesos. Una computadora digital que es usada para ejecutar las funciones
de un controlador programable, se puede considerar bajo este rubro. Se excluyen los
controles secuenciales mecánicos. (Guitierrez, 2010, pág. 123).
Dentro de los controladores lógicos programables de la marca Rockwell Automation se
pueden encontrar de PLC de diferentes gamas siendo uno de la gama más baja para
aplicaciones pequeñas la Familia Micro 800 y MicroLogix.
Figura 11: PLC MicroLogix. Fuente: Rockwell Automation, s.f.
15
Con respecto a la gama media podemos citar a la familia de los CompactLogix y para
aplicaciones más avanzadas a la familia de los ControlLogix.
Figura 12: PLC ControlLogix. Fuente: Rockwell Automation, s.f.
2.1.5.2 RSLOGIX 500
Es un software de programación para Controladores Lógicos Programables de la gama
baja de la marca Rockwell Automation, con él se puede programar los PLC´s de la familia
MicroLogix.
2.1.5.3 RSLOGIX 5000 Es un software de programación para Controladores Lógico Programables de la gama
media alta de la marca Rockwell Automation, con él se puede programar los PLC´s de la
familia CompactLogix y ControlLogix.
Figura 13: Software RSLogix 500. Fuente: Elaboración propia.
16
2.1.5.4 Sistema redundancia con PLC
En la descripción (Rockwell Automation, 2012 ) se define el sistema de redundancia con
características mejoradas ControlLogix es un sistema que proporciona mayor
disponibilidad porque utiliza una pareja de chasis redundante para mantener el proceso en
funcionamiento en caso de que la ocurrencia de un evento como, por ejemplo, el fallo de
un controlador, así la pareja de chasis redundantes incluye dos chasis ControlLogix
sincronizados con componentes específicos idénticos en ambos. Una vez que los módulos
de redundancia de la pareja de chasis redundantes estén conectados y energizados,
determinarán cuál es el chasis primario y cuál es el chasis secundario. Los módulos de
redundancia tanto en el chasis primario como en el secundario monitorean los eventos que
ocurren en cada uno de los chasis redundantes. Si ocurren ciertos fallos en el chasis
primario, los módulos de redundancia ejecutan una conmutación al chasis secundario que
se encuentra en buen estado de funcionamiento.
Figura 14: Software RSLogix 5000. Fuente: Elaboración propia.
17
Figura 15: Sistema de Redundancia con PLC ControlLogix. Fuente: Elaboración propia.
2.1.6 SCADA
Según (Rodriguez, 2007) los sistemas SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)
es un software que no brinda muchas prestaciones ya que es una herramienta de interfaz
gráfica con una serie de funciones y utilidades encaminadas a establecer una
comunicación lo más clara posible entre el proceso y el operador, siendo una de las
prestaciones la monitorización que es la representación de datos en tiempo real presentada
a los operadores, la supervisión , la adquisición de datos de los procesos los cuales son
guardados para su evaluación posterior y la visualización de los estados de las señales del
sistema como las alarmas y eventos
Figura 16: Pantalla principal de SCADA. Fuente: Elaboración propia.
18
2.1.6.1 FactoryTalk View
Es el software para el desarrollo y ejecución de interfaz hombre-máquina (HMI) y SCADA
el cual proporciona todas las herramientas para crear aplicaciones potentes para el control
y supervisión de procesos, es un producto de Rockwell Automation (Rockwell Automation,
2014)
Figura 17: Pantalla de inicio FactoryTalk View. Fuente: (Rockwell Automation, 2014)
19
CAPÍTULO 3
DESARROLLO DE LA SOLUCIÓN
La implementación del sistema de monitoreo y control ante la fuga de agua en la tubería
forzada se desarrolla sobre la premisa que cuando el sistema detecte una fuga en la tubería
forzada el sistema envié un comando al controlador local para el cierre de la válvula
mariposa con el fin de mitigar los riesgos de daños a la vida y/o propiedad pública y privada.
3.1 Describir el modelo matemático aplicado para la detección de fuga en la
tubería forzada.
Para la detección de fuga de agua en la tubería forzada nos basamos en el modelo
matemático de la ecuación de continuidad para fluidos para mayor entendimiento definimos
el caudal volumétrico o flujo volumétrico el cual es aquel que mide la cantidad de volumen
que pasa a través de un área en un cierto tiempo.
Su ecuación es la siguiente:
𝑸 =𝑽
𝒕
Siendo: Q → Caudal o Flujo Volumétrico (m3/s)
V → Volumen (m3)
20
t → tiempo (s)
Según (Khan Academy, s.f.) se puede escribir el volumen de una porción de fluido en una
tubería como V=Ad siendo la A: área de la sección de la tubería y d: es el ancho de la
porción de fluido, como se muestra en la figura 18, lo cual al sustituir esta fórmula en vez
del volumen se obtiene lo siguiente:
𝑸 =𝑽
𝒕=
𝑨𝒅
𝒕= 𝑨𝒗 → 𝑸 = 𝑨𝒗
El caudal o flujo está en función del área y de la velocidad del fluido.
Figura 18: Caudal en función del área y la velocidad. Fuente: (Khan Academy, s.f.)
Los líquidos son casi incompresibles, cualquier porción de líquido que fluya en una tubería
puede cambiar de forma, pero debe mantener el mismo volumen.
La ecuación de continuidad plantea que el caudal es constante en cualquier punto de la
tubería.
Entonces según la figura 19, esto quiere decir: 𝑸𝟏 = 𝑸𝟐 → 𝑨𝟏𝒗𝟏 = 𝑨𝟐𝒗𝟐
Siendo Q1: Caudal en el área 1 y Q2: Caudal en el área 2
21
Con lo cual se deduce que al ser el caudal constante en toda la tubería y el caudal está
función del área y la velocidad si se reduce la sección de la tubería como en A2 la velocidad
tendrá que aumentar.
Entonces en una tubería sí: 𝑨𝟏 > 𝑨𝟐 → 𝒗𝟏 < 𝒗𝟐
Figura 19: Ecuación de continuidad plantea que el caudal es constante. Fuente: (Khan Academy, s.f.)
Continuando con el principio de continuidad si en tubería tenemos bifurcaciones con en la
figura 20, según el principio de continuidad se cumple lo siguiente.
𝑸𝟏 = 𝑸𝟐 + 𝑸𝟑
Siendo: Q1: Caudal de entrada
Q2, Q3: Caudal de salida en las bifurcaciones.
Figura 20: Tubería con bifurcaciones. Fuente: Elaboración propia
Caudal entrada
Caudal bifurcaciones
22
Y así si tuviéramos “n” bifurcaciones se cumple que la suma de caudales deberá ser igual
al caudal de entrada.
Entonces según la ecuación de continuidad aplicado a nuestra tubería según la Figura 21,
se determina que en la tubería cuando no existiese fuga Q1 = Q2.
Siendo: Q1: Valor del caudal que muestra el transmisor FIT01.
Q1: Valor del caudal que muestra el transmisor FIT02.
Figura 21: Tubería sin fuga el valor de Q1 es igual a Q2. Fuente: Elaboración propia.
En caso de una fuga en la tubería entre los transmisores de flujo FIT01 y FIT02 se cumpliría lo
siguiente:
𝑸𝟏’ = 𝑸𝟐 + 𝑸𝟑
Siendo Q1’: Nuevo valor que muestra el transmisor FIT01.
Q2: Valor del caudal que muestra el transmisor FIT02.
Q3: El caudal de la fuga de agua.
El caudal Q3 se considera como si fuera una bifurcación por eso la Q1’ es la suma de Q2
con Q3.
23
Figura 22: Tubería con fuga el valor de Q1 incrementa. Fuente: Elaboración propia.
Entonces se puede determinar que cuando exista una fuga el valor de Q1 tiende a
aumentar con respecto al valor de Q2.
Entonces sí 𝑸𝟏 – 𝑸𝟐 = 𝟎 ; se considera que no existe fuga en el sistema.
Pero sí 𝑸𝟏 – 𝑸𝟐 > 𝟎 ; Existe una fuga en el tramo comprendido por los transmisores
de flujo
3.2 Diseñar la arquitectura de red.
El sistema de control y monitoreo para la detección de fuga de agua en la tubería forzada
de la central hidroeléctrica la oroya se divide en 4 áreas de trabajo, cada área con su
respectivo tablero de control a los cuales se le denominan con los siguientes nombres.
• Tablero PLC Redundante Ubicado en central hidroeléctrica, contiene a los PLC´s redundantes ControlLogix que son
los PLC´s maestros los cuales son los encargados del control total del sistema, integrar las
señales de los demás tableros de control y la comunicación directa con el SCADA.
24
Figura 23: Ubicación del tablero PLC redundante. Fuente: Elaboración propia.
• Tablero RIO
Ubicado en el punto medio de la tubería forzada, contiene al módulo remoto FLEX IO el
cual es el encargado de recibir las 8 señales de los transmisores presión y las 02 señales
de los transmisores de flujo que se encuentran instalados a lo largo de la tubería forzada.
Figura 24: Ubicación del tablero RIO. Fuente: Elaboración propia.
• Tablero Caseta
Ubicado en la caseta de protección de la válvula mariposa, lo conforman 02 tableros de
control, uno para el control de apertura y cierre de la válvula mariposa que contiene un PLC
MicroLogix 1400 y el otro para el monitoreo local de la válvula mariposa mediante un HMI
(Human Machine Interface).
25
Figura 25: Ubicación de los tableros de control Caseta. Fuente: Elaboración propia.
• Tablero Taza
Ubicado en el campamento denominado taza, es un tablero existente el cual contiene un
PLC MicroLogix 1100.
Figura 26: Ubicación del Tablero TAZA. Fuente: Elaboración propia.
A continuación se visualiza en la gráfica 27 de forma general la ubicación de los tableros
de control a lo largo de la tubería forzada.
26
Figura 27: Ubicación de tableros a lo largo de la tubería forzada. Fuente: Elaboración propia.
3.2.1 Cantidad de entradas y salidas
El dimensionamiento de las entradas y salidas se realiza por áreas de trabajo.
• Tablero PLC redundante
No tiene módulos de entradas y salidas ya que este tablero integra las señales de todo el
sistema vía comunicación.
• Tablero RIO
Tiene solo entradas del tipo análoga de los transmisores de flujo y presión los cuales están
ubicados a lo largo de la tubería forzada.
• Tablero Caseta
Tiene entradas y salidas del tipo digital las cuales son señales del sistema de control de
apertura y cierre de la válvula mariposa.
• Tablero Taza
Tablero existente el cual se integra al sistema por comunicación.
27
Tabla 1
Entradas y salidas por áreas.
Área Descripción N°
Entradas Tipo Rango
Tablero PLC Redundante
No hay entradas ni salidas las señales son por comunicación.
Tablero RIO Transmisores de flujo y presión.
10 Entrada Análoga 4-20 mA
Tablero Caseta Señales de la válvula mariposa
20 Entrada Digital 0-1
Tablero Caseta Señales de la válvula mariposa
12 Salida Digital 0-1
Tablero Taza Es un tablero existente
Fuente: Elaboración Propia.
3.2.2 Selección de equipos
Teniendo la cantidad de entradas y salidas definidas por áreas del sistema de control y
monitoreo ante la fuga de agua, la selección de los equipos de automatización se realiza
utilizando el software IAB (Integrated Architecture Builder) de la marca Rockwell
Automation, este software diseñar sistemas de automatización lo cual nos permite calcular
la cantidad y el tipo de modulo adecuado de acuerdo a nuestra aplicación además nos
sugiere el modelo adecuado de fuente de alimentación que cumpla con la demanda de
potencia del equipo seleccionado.
Abrimos el software IAB, el cual le asignamos un nombre de proyecto y procedemos a
elegir el hardware de nuestro sistema, el software cuenta con librerías que contienen todos
los equipos de automatización de la marca Rockwell Automation.
Por ejemplo para el tablero de PLC redundante con respecto a equipos de automatización
se elige en el software IAB lo siguiente: 02 Fuentes de Alimentación, 02 chasis de 4 slot,
02 controladores, 02 módulos de redundancia, tal como se visualiza en la Figura 28.
28
Figura 28: Selección de equipos del PLC en software IAB. Fuente: Elaboración propia.
El mismo procedimiento se realiza para la eleccion de los equipos de las demas areas,
luego de terminado la selección de los equipos el software tiene una opcion para generar
BOM (Bill of Materials ) que es la lista de materiales la cual tambien nos genera los precios
de los equipos.
Figura 29: Lista de materiales generadas por el software IAB. Fuente: Elaboración propia.
A continuación se coloca la lista de equipos de automatización más importantes
seleccionados mediante el software IAB, así como también la designación de tags de
identificación que tendrán dentro de la arquitectura de red.
29
Tabla 2
Lista de equipos de automatización
Modelo Cantidad Tags Descripción
Tablero PLC Redundante
1756-PA72 02 - Fuente de alimentación para chasis ControlLogix.
1756-A4 02 - Chasis para ControlLogix de 04 slot.
1756-L71 01 PLC-01 Controlador ControlLogix.
1756-L71 01 PLC-02 Controlador ControlLogix.
1756-EN2T 02 - Módulo de comunicación Ethernet.
1756-RM2 02 - Modulo para redundancia.
1783-BMS06SA 01 SW-01 Swicth Stratix 5700, 04 puertos de cobre y 02 puertos para fibra óptica.
1783-SFP100LX 02 - Interfaz de fibra óptica para switch Stratix.
Tablero Taza
1763-L16DWD - PLC-03 PLC MicroLogix 1100. (Existente)
1762-IF4 - - Módulo de entrada analógica para MicroLogix. (Existente)
1783-BMS06SA 01 SW-02 Swicth Stratix 5700, 04 puertos de cobre y 02 puertos de fibra óptica.
1783-SFP100LX 02 - Interfaz de fibra óptica para switch Stratix.
Tablero Caseta
1766-L32BWA 01 PLC-04 PLC MicroLogix 1400.
2711P-B6C20D8
01 PV-01 HMI
1783-BMS06SA 01 SW-03 Swicth Stratix 5700, 04 puertos de cobre y 02 puertos para fibra óptica.
1783-SFP100LX 02 - Interfaz de fibra óptica para switch Stratix.
Tablero RIO
1794-AENT 01 AENT-01 Módulo de comunicación Ethernet para FLEX IO.
1794-IF8IH 02 - Módulo de entradas analógicas para FLEX IO
1783-BMS06SA 01 SW-04 Swicth Stratix 5700, 04 puertos de cobre y 02 puertos para fibra óptica.
1783-SFP100LX 02 - Interfaz de fibra óptica para switch Stratix
SCADA
HP Z620 01 - Estación de trabajo para software SCADA
9701-VWMR015AENE
01 - Software FactoryTalk View, 15 pantallas.
Fuente: Elaboración propia.
30
3.2.3 Arquitectura de red
El protocolo de comunicación elegido es Ethernet IP debido a que es un protocolo de
comunicación industrial usado por los PLC´s y switches de la marca Rockwell Automation,
el medio de transmisión es mediante fibra óptica del tipo monomodo con una topología
tipo anillo.
El diseño de la arquitectura de red se realizó con el software IAB en el cual se integran
todos los equipos con comunicación Ethernet IP seleccionados, el software te permite
además calcular la tasa de datos del sistema y también generar la lista de componentes y
precios de los accesorios de comunicación según el esquema dibujado.
En Figura 30 se puede visualizar cada área del sistema con sus respectivos PLC´s de
control unidos, las cuales se integran mediante los switches Stratix 5700 que forman una
red tipo anillo.
Figura 30: Arquitectura de Red con el software IAB. Fuente: Elaboración propia.
Diseñado la arquitectura de red se procede a la asignación de las IP´s los cuales serán
configurados al momento de programar y/o configurar los PLC´S, módulos remotos,
switches, así también a cada equipo se le asocia los tags asignados previamente.
31
Tabla 3
Asignación de IP´s relacionados con su respectivos tags.
Fuente: Elaboración propia.
3.3 Configurar la comunicación de los equipos
Debido a la distancia de separación entre áreas de trabajo es conveniente realizar la
configuración y asignar las direcciones IP a los equipos de comunicación como los switches
Stratix, módulo remoto FLEX IO y los PLC´s ControlLogix y MicroLogix con el fin de
centralizar desde una sola área los trabajos posteriores a realizar.
3.3.1 Configuración usando Boot-DHCP Server
El módulo de comunicación del Contrologix (1756-EN2T), el módulo de comunicación FLEX
IO (1794-AENT) y los puertos Ethernet de los Micrologix vienen de fábrica con IP dinámica,
para realizar la comunicación entre ellos debemos asignar una dirección de IP estática,
para asignar una IP estática debemos conectar el puerto Ethernet de los equipos mediante
un cable de red a una computadora que tenga la herramienta de configuración de dirección
IP BOOT-DHCP Server que pertenece a la marca Rockwell Automación.
Dirección IP Equipo Tag Área
172.17.0.55 ControlLogix 1 PLC-01 Tablero PLC Redundante
172.17.0.56 ControlLogix 2 PLC-02 Tablero PLC Redundante
172.17.0.60 Switch Stratix 1 SW-01 Tablero PLC Redundante
172.17.0.65 MicroLogix 1100 PLC-03 Tablero Taza
172.17.0.61 Swicth Stratix 2 SW-02 Tablero Taza
172.17.0.66 MicroLogix 1400 PLC-04 Tablero Caseta
172.17.0.64 HMI PV-01 Tablero Caseta
172.17.0.62 Switch Stratix 3 SW-03 Tablero Caseta
172.17.0.59 Remoto FLEX IO AENT-01 Tablero RIO
172.17.0.63 Swicth Stratix 4 SW-04 Tablero RIO
172.17.0.67 Work Station SCADA PC-01 Ubicado en la C.H Oroya
32
Figura 31: Puerto Ethernet Contrologix, Micrologix y Flex IO. Fuente: Elaboración propia.
La herramienta Boot-DHCP Server se encargara de detectar la dirección MAC del equipo,
la dirección MAC es una dirección única, se podría decir que es el carnet de identidad del
equipo y lo tienen todos los equipos que posean comunicación Ethernet.
Para asignar la dirección IP debemos abrir la herramienta BOOT-DHCP Server, el primer
paso es detectar la dirección MAC correspondiente que aparece en el área de Request
History y dar doble clic en ella, el segundo paso es ingresar los datos en la ventana flotante
que se genera, en esa ventana ingresamos dirección IP que se le asignó al equipo de
acuerdo a la tabla 3, el Host Name que vendría a ser el Tag del equipo y una descripción
del equipo y luego dar clic en OK, como tercer paso es verificar que esos datos aparezcan
en el área de Relation List y por ultimo dar clic en Disable BOOT/DHCP para que la IP
asignada quede como estática.
33
Figura 32: Secuencia de pasos asignar IP en BOOT DHCP Server. Fuente: Elaboración propia.
En la Figura 32 se visualiza la secuencia de pasos para asignar la IP al PLC-01 que es un
ControlLogix los mismos pasos se deben seguir para los demás dispositivos como los
MicroLogix y FLEX IO, en el caso de los switches Stratix el procedimiento es otro el cual
explicaremos a continuación.
3.3.2 Configurando el Switch Stratix
El Switch Stratix es un conmutador administrable que tiene web embebida para su
configuración y monitoreo, a continuación, se describirá de manera breve los pasos para
su configuración.
Para asignar la dirección IP por primera vez a un Switch Stratix usaremos el modo Express
Setup, el primer paso es alimentar con una tensión de 24 Vdc al Switch Stratix y esperar
su secuencia de encendido de aproximadamente 60 segundos luego verificar que los
indicadores de estado EIP y Setup estén parpadeando en un color verde, el segundo paso
es presionar y soltar el botón Express Setup por un lapso de 1 segundo con lo cual se
genera el parpadeo del led de estado de uno de los puertos del Switch Stratix, el tercer es
conectar un cable de red entre el puerto que parpadea y la PC, para ella previamente la
PC debe estar configurada con IP dinámica.
34
Figura 33: Secuencia de pasos para ingresar a Express Setup. Fuente: Elaboración propia.
Luego de haber conectado ambos equipos (Switch Stratix y la PC) ingresar al navegador
web y digitar la siguiente IP: 169.254.0.1 que es la IP de fábrica para acceder a Express
Setup con lo cual se genera una ventana flotante donde ingresaremos como usuario: admin
y contraseña: switch.
Figura 34: Ventana de ingreso de usuario y contraseña. Fuente: Elaboración propia.
Al ingresar usuario y contraseña nos aparece la ventana Express Setup donde
ingresaremos los datos más importantes en el área de Network Settings como el Host
Name donde podemos colocar el tag del switch como por ejemplo SW-01, en IP Address
la dirección IP asignada “ 172.17.0.60 ” , como opción podemos cambiar el usuario y
contraseña y por ultimo para guardar los cambios desenergizar y energizar nuevamente
35
el Switch Stratix , asignar una IP estática a nuestra PC y con ello podemos ver el Swicth
Stratix en la red asignada para ello podemos usar la herramienta RsLinx.
Figura 35: Ventana Express Setup para configurar Swicth Stratix. Fuente: Elaboración propia.
3.4 Programar el PLC esclavo con el software RSLogix 500 para el control del
sistema hidráulico de apertura y cierre de la válvula mariposa
El control del sistema de apertura y cierre de la válvula mariposa es realizada por un PLC
MicroLogix 1400 de la marca Rockwell Automation el cual será programado usando el
software de programación RSLogix 500.
Figura 36: PLC MicroLogix 1400. Fuente: Elaboración propia.
36
3.4.1 Estrategia de control
El método a implementar tiene dos modos de funcionamiento el cual es elegido mediante
el selector SW1 ubicado físicamente en la puerta del Tablero Caseta, en modo local o en
modo remoto.
En modo local mediante el selector SW2 también ubicado físicamente en Tablero Caseta
nos permite elegir tres modos de operación.
• En modo VA: Control de apertura y cierre de la válvula auxiliar.
• En modo ENLACE: Control de apertura y cierre automática de la válvula mariposa (Válvula principal) y válvula auxiliar.
• En modo VP: Control de apertura y cierre de la válvula mariposa (Válvula principal). En modo remoto el control de la válvula mariposa (Válvula principal) y válvula auxiliar se
realiza mediante el SCADA y para ello se tiene dos modos de operación.
• En modo MANUAL: Control de apertura y cierre automática de la válvula mariposa
(Válvula principal) y válvula auxiliar se realiza mediante los botones en el SCADA
que son una réplica de los botones físicos ubicados en Tablero Caseta y tienen la
misma función.
• En modo AUTOMATICO: Control de cierre de la válvula mariposa (Válvula
principal) se realiza mediante la lógica de control implementada en el PLC maestro
Contrologix ubicado en Tablero Redundante, el cual de manera general al existir
una fuga en la tubería envía un comando de cierre al PLC esclavo Micrologix 1400
ubicado en Tablero Caseta para que actué sobre el sistema hidráulico de la válvula
mariposa.
La función de los pulsadores se describe a continuación:
• Al presionar Abrir, si la válvula seleccionada está cerrada esta se abrirá.
• Al presionar Cerrar, si la válvula seleccionada está abierta esta se cerrará.
37
• Al presionar Detener, detiene la acción que se esté ejecutando en ese preciso
instante (La acción puede ser abrir o cerrar).
Figura 37: Panel de Control en SCADA de válvula mariposa. Fuente: Elaboración propia. Para abrir la válvula mariposa se debe presionar el botón Abrir, si el motor eléctrico de la
válvula auxiliar no tiene problemas, entonces las condiciones permitirán abrir primero la
válvula auxiliar, la válvula auxiliar eléctricamente operada se abre. Cuando la válvula
auxiliar está completamente abierta, el motor eléctrico se apaga. Si los dos lados de la
presión de la válvula mariposa están balanceados, el motor eléctrico de bomba de aceite
de presión hidráulica se enciende. El aceite hidráulico fluye por la válvula de control de flujo
y las tuberías de caucho de alta presión ingresando al cilindro de aceite principal y al cilindro
de aceite de cierre, retirando la cerradura de la válvula mariposa, levantando el martillo y
abriendo la válvula mariposa.
Cuando la válvula mariposa está completamente abierta, el interruptor de límite de carrera
completamente abierto se cierra, y la válvula auxiliar se cierra automáticamente para
después volver a colocar la cerradura de la válvula mariposa y apagar el motor de la bomba
de aceite.
El tiempo de apertura de la válvula mariposa es regulable en un rango de 10 a 90 segundos.
38
Para cerrar la válvula mariposa se debe presionar el botón Cerrar, la válvula auxiliar se
abre, se retira la cerradura de la válvula mariposa, el aceite del cilindro principal de presión
fluye a través de las tuberías y de las válvulas con lo cual regresa al tanque de aceite, el
martillo pesado cae por gravedad y realizan el cierre rápido de la válvula mariposa.
Cuando se está en proceso de cierre de la válvula mariposa y está se encuentra en un
ángulo de 15 grados, se inicia el cierre lento, la válvula mariposa lentamente empieza a
cerrarse esto se realiza evitar el destructivo golpe de ariete. Cuando se cierra
completamente la válvula mariposa, el interruptor de límite de carrera completamente
cerrado se cierra, se vuelve a colocar la cerradura de válvula mariposa y a válvula auxiliar
se cierra automáticamente.
Figura 38: Descripción de componentes de la válvula mariposa. Fuente: Elaboración propia.
3.4.2 Definir las entradas y salidas del PLC
Antes de programar el PLC Micrologix 1400 es importante definir la función de cada una
de las entradas y salidas que se conectaran, este PLC cuenta con 20 entradas digitales a
24 Vdc, 12 salidas tipo relé y 02 entradas tipo análogas.
39
En la tabla 4 se define la función de cada una de las entradas utilizadas para el control
del sistema de apertura y cierre de la válvula mariposa.
Tabla 4
Definición de función de las entradas del PLC Micrologix 1400.
Entrada Tag Función
I:0\0 SB1 Pulsador Abrir.
I:0\1 SB2 Pulsador Detener.
I:0\2 SB3 Pulsador Cerrar.
I:0\3 VPRIN_SW2 Selector SW2 elegir válvula mariposa (Válvula principal).
I:0\4 - Reserva
I:0\5 VAUX_SW2 Selector SW2 elegir válvula auxiliar.
I:0\6 REMOTO Selector SW1 modo Remoto.
I:0\7 FALLA_FR1 Falla de bomba de aceite.
I:0\8 MAIN_90 Confirmación de válvula mariposa totalmente abierta.
I:0\9 MAIN_0 Confirmación de válvula mariposa totalmente cerrada.
I:0\10 HV Alta presión en el acumulador.
I:0\11 LV Baja presión en el acumulador.
I:0\12 VA_OPEN Confirmación de válvula auxiliar totalmente abierta.
I:0\13 VA_CLOSE Confirmación de válvula auxiliar totalmente cerrada.
I:0\14 BFC Cuchilla totalmente cerrada.
I:0\15 S_PRESION Balance de presión.
I:0\16 - Reserva
I:0\17 - Reserva
I:0\18 LOCK_OUT Válvula de cierre.
I:0\19 VP_15° Válvula en posición de 15 grados
Fuente: Elaboración propia.
En la tabla 5 se define la función de cada una de las salidas utilizadas para el control del
sistema de apertura y cierre de la válvula mariposa.
Tabla 5
Definición de función de las Salidas del PLC Micrologix 1400.
Salida Tag Función
O:0\0 L_FALLA Lámpara de Falla.
O:0\1 L_PRESION Lámpara indicador de balance.
O:0\2 YV1 Solenoide de válvula mariposa.
O:0\3 YV2 Solenoide de cierre lento.
O:0\4 OPEN_VA Motor eléctrico de apertura de válvula auxiliar.
40
O:0\5 CLOSE_VA Motor eléctrico de cierre de válvula auxiliar.
O:0\6 BOMBA Bomba de aceite
O:0\7 YV3 Cerradura de válvula mariposa.
O:0\8 L_RESER Lámpara de reserva
O:0\9 - Reserva.
O:0\10 - Reserva.
O:0\11 - Reserva.
Fuente: Elaboración propia.
3.4.3 Programar el PLC MicroLogix 1400
Definido la filosofía de control la cual nos indica como funcionara el sistema de control de
la válvula mariposa y las entradas y salidas del PLC, el siguiente paso es configurar y
programar el PLC esclavo MicroLogix 1400.
Para ello debemos abrir el Software RSLogix 500 y crear un nuevo proyecto, luego debemos elegir el PLC a programar en nuestro caso es el Micrologix 1400, series B.
Figura 39: Primeros pasos en RSLogix 500. Fuente: Elaboración propia.
Al realizar los pasos anteriores se habilitan 04 ventanas de trabajo en el RSLogix 500 la
cuales para poder identificar mejor las hemos enmarcado con diferentes colores y la
describiremos a continuación.
41
• Ventana superior con marco color azul corresponde a la ventana de configuración
y selección de las instrucciones en lenguaje ladder (También llamado lenguaje
escalera).
• Ventana izquierda con marco color rojo corresponde a la ventana del árbol de
proyecto, allí es donde se crean las rutinas de trabajo y se encuentran los registros
de las entradas y salidas del PLC.
• Ventana derecha con marco color amarillo corresponde a la ventana de edición del
programa, allí se crearan las instrucciones en lenguaje ladder que realizaran el
control del sistema de apertura y cierre de la válvula mariposa basado en la filosofía
de control.
• Ventana inferior con marco color verde corresponde a la ventana de resultados y
errores, allí se visualiza si es que existiera el tipo de error al crear el programa en
ladder.
Figura 40: Área de trabajo del RSLogix 500. Fuente: Elaboración propia.
Para el control del sistema de apertura y cierre de la válvula mariposa se han creado seis
rutinas, la rutina MAIN, VALVULA, DETENER, SALIDAS, MAP_SCADA y
42
MAP_MODBUS cada una tiene una función dedicada en el desarrollo del programa que
describiremos a continuación.
Rutina MAIN, en esta rutina encontramos la instrucción JSR que es una instrucción de
salto a rutina, la función de esta rutina es ir ejecutando el programa de las rutinas creadas
(MAIN, VALVULA, DETENER, SALIDAS, MAP_SCADA y MAP_MODBUS) en forma
secuencial y cíclica porque al terminar comienza por donde comenzó.
Figura 41: Rutina MAIN. Fuente: Elaboración propia.
Rutina VALVULA, en rutina más importante porque en esta rutina se desarrolla la lógica
de control de apertura y cierre de válvula auxiliar y la válvula mariposa, por este motivo
vamos a explicar en detalle la lógica en lenguaje ladder de la apertura y la lógica de cierre
de la válvula mariposa que es principal objetivo a controlar.
Para enviar el comando de apertura de la válvula mariposa nos ubicamos en la línea 0008
y analizamos la lógica ladder implementada de izquierda a derecha, se visualiza 02 ramas
al iniciar el análisis, la rama superior que es en el modo local, el tag REMOTO debe estar
negado ya que estamos en local, el selector debe estar seleccionado en válvula mariposa
(Válvula principal) por ello el tag VPRIN_SW2 debe estar activa, el tag MEMO_DETENER
debe estar negado con lo cual cuando no está presionado está activo en la lógica y no
detiene la apertura, con respecto a la rama inferior que es en el modo remoto con lo cual
43
el tag REMOTO refleja su estado de selección, VP_REMOTO es la selección que se realiza
mediante el SCADA a la válvula mariposa, MEMO DETENER es el mismo de la rama
superior este bit se puede accionar desde el Tablero Caseta mediante su pulsador físico o
mediante el SCADA, luego vienen tags comunes para ambos modos como el tag
CERRAR_EMERGENCIA es el bit de cierre en caso de fuga de agua en la tubería que
viene del ControlLogix y está en serie en esta lógica para no permitir que se envié un
comando de apertura en caso de fuga, SWITCH_VA_ABIERTO es un condición que indica
que primero debe estar abierta la válvula auxiliar para poder abrir la válvula mariposa, HV
es un interlock y permisivo que indica alta presión en el sistema electro-hidráulico , después
de estas instrucciones aparecen 04 ramas en paralelo, nos enfocamos en las tres primeras
ramas , la primera rama es para la apertura en modo local mediante el tag SB1, este está
en serie con el tag REMOTO y el tag ENLACE, el tag SB1 es la señal del pulsador físico
ubicado en el Tablero Caseta que si se presiona envía el comando de apertura de válvula
mariposa, la tercera rama es para la apertura de la válvula mariposa en modo remoto desde
el SCADA mediante el tag SB1_REMOTO en serie a ellos se encuentra el tag FALLA_FR1
el cual indica el estado de la bomba de aceite, para enviar el comando de apertura se debe
energizar la bobina CON_VP_ABRIR que al activarse se enclava mediante un contacto
lógico ubicado en la segunda rama, , todas estas condiciones deben cumplirse para
encender el motor de la bomba hidráulica.
44
Figura 42: Lógica de apertura de la válvula mariposa. Fuente: Elaboración propia.
Para enviar el comando de cierre de la válvula mariposa nos ubicamos en la línea 0014 y
analizamos la lógica ladder implementada de izquierda a derecha, se visualiza 02 ramas al
iniciar el análisis, la rama superior que es en el modo local, el tag REMOTO debe estar
negado ya que estamos en local, el selector debe estar seleccionado en válvula mariposa
(Válvula principal) por ello el tag VPRIN_SW2 debe estar activa, el tag MEMO_DETENER
debe estar negado con lo cual cuando no está presionado está activo en la lógica y no
detiene la apertura, con respecto a la rama inferior que es en el modo remoto con lo cual
el tag REMOTO refleja su estado de selección, VP_REMOTO es la selección que se realiza
mediante el SCADA a la válvula mariposa, MEMO DETENER es el mismo de la rama
superior este bit se puede accionar desde el Tablero Caseta mediante su pulsador físico o
mediante el SCADA, luego vienen estas instrucciones aparecen 04 ramas en paralelo, nos
enfocamos en las tres primeras ramas nuevamente , la primera rama es para el cierre en
modo local mediante el tag SB3, este está en serie con el tag REMOTO y el tag ENLACE,
el tag SB1 es la señal del pulsador físico ubicado en el Tablero Caseta que si se presiona
envía el comando de cierre de válvula mariposa, la tercera rama es para el cierre de la
válvula mariposa en modo remoto desde el SCADA mediante el tag SB3_REMOTO en
serie a ellos se encuentra el tag SWITCH_VP_CERR el cual es un indicador de que la
45
válvula está completamente cerrada, para enviar el comando de cierre se debe energizar
la bobina CON_VP_CERRAR que al activarse se enclava mediante un contacto lógico
ubicado en la segunda rama, , todas estas condiciones deben cumplirse para iniciar
proceso de cierre de la válvula mariposa.
Figura 43: Lógica de cierre de la válvula mariposa. Fuente: Elaboración propia.
Rutina DETENER, en esta rutina se desarrolla la lógica de enclavamiento del botón
detener.
Rutina SALIDAS, en esta rutina se direcciona los bits de control a las salidas físicas del
PLC MicroLogix 1400.
Rutina MAP_SCADA, en esta rutina se direcciona bits a una variable tipo INT (16 bits) a
modo de lectura en el programa del MicroLogix 1400 que por medio de mensajería va a
ser leído por el ControLogix y se visualizaran en el SCADA y los bits a modo de escritura
que son los bits de control se envían del SCADA por medio del ControlLogix mediante
mensajería al MicroLogix 1400.
46
Tabla 6
Direccionamiento de Bits de lectura.
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 7
Direccionamiento de Bits de escritura.
Fuente: Elaboración propia.
Rutina MAP_MODBUS, en esta rutina se direcciona bits en una variable entera para ser
enviado mediante protocolo modbus TCP a otros controladores.
Registro de lectura
Bit Tag Variable INT Tag
B3:0/13 TAB_ENERGI N7:0/0 TAB_ENERGIZADO
I:0/15 S_PRESION N7:0/1 IND_BALANCE
I:0/6 REMOTO N7:0/2 REMOTO1
I:0/8 MAIN_90 N7:0/3 VP_ABIERTO1
I:0/9 MAIN_0 N7:0/4 VP_CERRADO1
I:0/12 VA_OPEN N7:0/5 VA_ABIERTO1
I:0/13 VA_CLOSE N7:0/6 VA_CERRADO1
I:0/7 FALLA_FR1 N7:0/7 FALLA1
B3:2/12 MEMO_SIRENA N7:0/8 SIRENA2
B3:2/9 FALLA_TIME_APERTURA N7:0/9 FALLA_DE_APERTURA
B3:0/15 FALLA_TIME_CERRAR N7:0/10 FALLA_DE_CERRADO
B3:0/8 MEMO_DETENER N7:0/11 LAMP_DETENER
Registro de escritura
Variable INT Tag Variable INT Tag
N7:1/0 VP1 B3:2/4 VP_REMOTO
N7:1/1 VA1 B3:2/3 VA_REMOTO
N7:1/2 ENLACE11 B3:2/8 ENLACE_REMOTO
N7:1/3 ABRIR1 B3:2/0 SB1_REMOTO
N7:1/4 CERRAR1 B3:2/2 SB3_REMOTO
N7:1/5 DETENER B3:2/1 SB2_REMOTO
N7:1/6 EMERGENCIA_CERRAR B3:0/11 VA_CERRADO1
N7:1/7 SIRENA B3:0/14 SIRENA1
N7:1/8 BALANCE_PRESION B3:2/10 BALANCE_PRESION1
N7:1/9 MANTENIMIENTO_SCADA B3:2/11 MANTENIMIENTO
47
Después de terminar la programación se verifica que no exista errores en el programa, eso
lo podemos realizar con el botón Verify Project que se ubica en la ventana superior y
tiene como icono la imagen de una computadora con un check de color verde, al realizar
esta acción el RSLogix 500 verifica cada rutina en busca de algún error de programación
y si es que existiese el error el RSLogix te indica cual es y donde se ubica dentro del
programa para poder corregirlo eso lo podemos ver en la ventana resultados que se
encuentra en la parte inferior.
Figura 44: Verificación de errores en el RSLogix 500. Fuente: Elaboración propia.
Luego de verificar la no existencia de errores se procede a la descarga del programa al
PLC MicroLogix 1400, para se necesitan solo 04 pasos, el primer paso es ir pestaña
Comms, luego se habilitara varias opciones lo cual como segundo paso es elegir System
Comms, al realizar esa acción se habilita una ventana con el nombre de Communications
en el cual como Tercer paso debemos elegir el PLC donde deseamos descargar el
programa en nuestro caso es el PLC Micrologix 1400, el cuarto paso es hacer la descarga
haciendo clic en Download.
48
Figura 45: Secuencia de pasos para realizar la descarga de programa. Fuente: Elaboración propia.
3.5 Programar el PLC maestro con el software RSLogix 5000 para el control total
del sistema.
El control del sistema de apertura y cierre de la válvula mariposa es realizada por un PLC
ControLogix de la marca Rockwell Automation el cual será programado usando el software
de programación RSLogix 5000.
3.5.1 Estrategia de Control
El PLC ControLogix es el encargado de gestionar a todos los equipos de la red del sistema
de detección ante la fuga de agua en la tubería forzada, por ello debe ser un sistema
robusto que esté disponible siempre con cero probabilidades de falla, debido a este
requerimiento el ControlLogix es un sistema con redundancia, además es la interfaz de
comunicación con el SCADA ya que por medio del ControlLogix obtenemos los datos de
estado de la válvula mariposa mediante instrucciones de mensajería que se envían al
MicroLogix 1400 así como también datos de escritura para su control, con respecto al FLEX
49
IO leemos la data de los sensores de Flujo y Presión y su posterior escalado dentro del
Programa RSLogix 5000 para ser usado en la lógica.
Dentro del ControlLogix estarán la lógica para la detección de fuga de agua en la tubería,
previo a ello debemos obtener la data de los valores de los sensores de Flujo y Presión
que recibe el modulo FLEX IO lo cual lo realizaremos vía comunicación mediante protocolo
Ethernet IP, el método a usar para la detección de fuga es mediante la comparación de
Flujo, con este método vamos a detectar la existencia de fuga en el sistema, este método
se basa en la ecuación de la continuidad la cual indica que el caudal que entra es igual a
al caudal que sale en una tubería simple sin bifurcacion, por ello se plantea que cuando no
existiese fuga de agua en el sistema la diferencia de Flujo es cero, si es que existiese una
fuga de agua la diferencia sería diferente de cero.
Figura 46: Método del para la detección de fugas. Fuente: Elaboración propia.
3.4.2 Definir los registros de lectura y escritura
El PLC ControLogix es el PLC maestro del sistema y es el encargado de gestionar a todos
los equipos en la red, es importante definir las variables que serán de lectura con la finalidad
50
de ser visualizadas en el SCADA y las variables que serán de escritura con el fin de realizar
algún control desde el SCADA.
En la tabla 8 se puede visualizar los bits del Micrologix 1400 que van a ser leídos mediante
una instrucción de mensajería de lectura por el ControlLogix, esto quiere decir que los
valores de la Variable entera N7:0 en el Micrologix 1400 se verá reflejado en la Variable
entera ESTADO_VALVULA en el ControlLogix así por ejemplo si el valor de N7:0/0 con tag
llamado TAB_ENERGIZADO cambia de valor de 0 a 1 en el MicroLogix 1400 entonces
ESTADO_VALVULA.0 con tag llamado TAB_ENERGIZADO cambiara de valor de la misma
forma.
Tabla 8
Bits de lectura del MicroLogix 1400 al ControlLogix.
Lectura
MicroLogix 1400 (Tablero Caseta) ControlLogix (Tablero PLC Redundante)
Bit Tag Bit Función
N7:0/0 TAB_ENERGIZADO ESTADO_VALVULA.0 TABLERO ENERGIZADO
N7:0/1 IND_BALANCE ESTADO_VALVULA.1 INDICADOR DE BALANCE
N7:0/2 REMOTO1 ESTADO_VALVULA.2 REMOTO
N7:0/3 VP_ABIERTO1 ESTADO_VALVULA.3 VALVULA MARIPOSA
ABIERTA
N7:0/4 VP_CERRADO1 ESTADO_VALVULA.4 VALVULA MARIPOSA
CERRADA
N7:0/5 VA_ABIERTO1 ESTADO_VALVULA.5 VALVULA AUXILIAR
ABIERTA
N7:0/6 VA_CERRADO1 ESTADO_VALVULA.6 VALVULA AUXILIAR
CERRADA
N7:0/7 FALLA1 ESTADO_VALVULA.7 INDICADOR FALLA
N7:0/8 SIRENA2 ESTADO_VALVULA.8 SIRENA
N7:0/9 FALLA_DE_APERTURA ESTADO_VALVULA.9 FALLA DE APERTURA
N7:0/10 FALLA_DE_CERRADO ESTADO_VALVULA.10 FALLA DE CERRADO
N7:0/11 LAMP_DETENER ESTADO_VALVULA.11 INDICADOR DETENER
Fuente: Elaboración propia.
En la tabla 9 la data de los valores de Flujo y Presión del FLEX IO son leídos directamente
por el ControlLogix y se le asigna un tag para poder ser trabajados dentro del programa
RSLogix 5000.
51
Tabla 9
Registro de Lectura del FLEX IO.
Lectura
FLEX IO (Tablero RIO) ControlLogix (Tablero Redundante)
Dirección Tag
RIO:0:I.Ch0Data PIT01_EU
RIO:0:I.Ch1Data PIT02_EU
RIO:0:I.Ch2Data PIT03_EU
RIO:0:I.Ch3Data PIT04_EU
RIO:0:I.Ch4Data PIT05_EU
RIO:0:I.Ch5Data PIT06_EU
RIO:0:I.Ch6Data PIT07_EU
RIO:0:I.Ch7Data PIT08_EU
RIO:1:I.Ch2Data FIT01_EU
RIO:1:I.Ch3Data FIT01_EU
Fuente: Elaboración propia.
En la tabla 10 se puede visualizar los bits del Micrologix 1400 que van a ser escritos
mediante una instrucción de mensajería de escritura por el ControlLogix, esto quiere decir
que los valores de la Variable entera CONTROL_VALVULA en el ControlLogix se verá
reflejado en la Variable entera N7:1 en el MicroLogix 1400 así por ejemplo si el valor de
CONTROL_VALVULA.4 con tag llamado CERRAR_VALVULA cambia de valor de 0 a 1
en el ControlLogix entonces N7:1/4 con tag llamado CERRAR1 cambiara de valor de la
misma forma.
Tabla 10
Bits de escritura del ControLogix al Micrologix 1400.
Escritura
MicroLogix 1400 (Tablero Caseta) ControlLogix (Tablero PLC Redundante)
Bit Tag Bit Tag
N7:1/0 VP1 CONTROL_VALVULA.0 SELECTOR VALVULA
PRINCIPAL
N7:1/1 VA1 CONTROL_VALVULA.1 SELECTOR VALVULA
AUXILIAR
N7:1/2 ENLACE11 CONTROL_VALVULA.2 SELECTOR ENLACE
N7:1/3 ABRIR1 CONTROL_VALVULA.3 ABRIR VALVULA
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N7:1/4 CERRAR1 CONTROL_VALVULA.4 CERRAR VALVULA
N7:1/5 DETENER CONTROL_VALVULA.5 DETENER VALVULA
N7:1/6 EMERGENCIA_CERRAR CONTROL_VALVULA.6 CERRAR_EMERGENCIA
N7:1/7 SIRENA CONTROL_VALVULA.7 SIRENA
N7:1/8 BALANCE_PRESION CONTROL_VALVULA.8 BALANCE PRESION
N7:1/9 MANTENIMIENTO_SCADA CONTROL_VALVULA.9 MANTENIMIENTO
Fuente: Elaboración propia.
3.4.3 Programar el PLC ControlLogix
El Software para configurar y programar el PLC ControlLogix es el RSLogix 5000, para
comenzar con la configuración el primer paso abrir el software y luego crear un nuevo
proyecto en New, después se habilitara una ventana en la cual en Type debemos elegir el
controlador a usar en nuestro caso es el 1756-L71, en Revisión elegir 20 ya que el firmware
a usar es el 20.01, habilitamos la redundancia, en Name escribimos el nombre del proyecto,
en Chassis Type elegimos el 1756-A4 que es un chassis de 04 Slot, en Slot elegimos el
0 porque es el slot donde está ubicado el controlador.
Figura 47: Primeros pasos en el RSLogix 5000. Fuente: Elaboración propia.
53
Al realizar los pasos anteriores se habilitan 04 ventanas de trabajo similares al software
RSLogix 500 la cuales para poder identificar mejor nuevamente las hemos enmarcado con
diferentes colores y la describiremos a continuación.
Figura 48: Área de trabajo del RSLogix 5000. Fuente: Elaboración propia.
• Ventana superior con marco color azul corresponde a la ventana de configuración y
selección de las instrucciones, en el RSLogix 5000 a diferencia del RSLogix 500 se
puede programar en 04 lenguajes diferentes, Ladder, SFC (Sequential Function Chart),
FBD (Function Block Diagram) y Structured Text.
• Ventana izquierda con marco color rojo corresponde a la ventana del árbol de proyecto,
allí es donde se crean las tareas que contienen a los programas y dentro de los
programas están las rutinas de trabajo donde se realiza la programación en base a las
instrucciones, se agregan AOI (Add-on Instruction) que son instrucciones ya creadas
para comunicación con algún modulo o equipo, AOP (Add-on Profile) que son perfiles
de los módulos que nos ayudan a su configuración y se agrega en IO Configuration.
54
Figura 49: Árbol de proyecto del RSLogix 5000. Fuente: Elaboración propia.
• Ventana derecha con marco color amarillo corresponde a la ventana de edición del
programa, allí se crearan las instrucciones en cualquiera de los 04 lenguajes que posee
el RSLogix 5000 los cuales realizaran el control del sistema.
• Ventana inferior con marco color verde corresponde a la ventana de resultados y
errores, allí se visualiza si es que existiera el tipo de error al crear el programa.
Para el control total del sistema se han creado catorce rutinas las cuales se visualiza en la
Figura 49, la rutina MainRoutine, ALARMAS, ANALOG, ANALOG_READ,
ANGULO_FUGA, CIERRE_FUGA, CONTROL_VALVULA, DATA_HART,
MANTENIMIENTO, MUESTREO, REDUNDANCIA, SCALING, SEND_DATA_1400 y
TRANSMISORES y MAP_MODBUS cada una tiene una función dedicada en el desarrollo
del programa lo cual describiremos a continuación.
55
Rutina MainRoutine, en esta rutina encontramos la instrucción JSR que es una
instrucción de salto a rutina, la función de esta rutina es ir ejecutando el programa de las
rutinas creadas secuencial y cíclica porque al terminar comienza por donde comenzó
también encontramos AOI (Add-on Instrucction) de los Stratix 5700 esta instrucción
predefinida nos permiten la comunicación entre el Stratix mediante el ControLogix y el
SCADA.
Figura 50: Rutina MainRoutine se visualiza AOI (Add-on Instrucction). Fuente: Elaboración propia.
Rutina ALARMAS, en esta rutina se desarrolla la lógica para el enclavamiento y reset de
las alarmas, por alarmas se puede citar por ejemplo la alarma en caso de fuga de agua,
alarma por falla en la válvula mariposa, alarma por valor alto en la presión o Flujo también
se desarrolla el enclavamiento y reset para los eventos que como ejemplo podemos citar
el cambiar el selector de local a remoto, botón Abrir, Cerrar o detener.
Rutina ALARMAS, en esta rutina se desarrolla la lógica para el enclavamiento y reset de
las alarmas, por alarmas se puede citar por ejemplo la alarma en caso de fuga de agua,
alarma por falla en la válvula mariposa, alarma por valor alto en la presión o Flujo también
se desarrolla el enclavamiento y reset para los eventos que como ejemplo podemos citar
el cambiar el selector de local a remoto, botón Abrir, Cerrar o detener.
56
Rutina ANALOG, en esta rutina cada valor de los transmisores de envía mediante la
instrucción JSR que es una instrucción de salto a rutina a la rutina ANALOG_READ.
Rutina ANALOG_READ, en esta rutina se desarrolla la lógica para el ingreso de los
valores de las alarmas, la lógica para habilitar esa alarma, el tiempo de tolerancia.
Rutina ANGULO_FUGA, en esta rutina se compara el valor del Angulo con los límites
máximos y mínimos ingresados por el SCADA.
Rutina CIERRE_FUGA, en esta rutina se desarrolla en bit que envía el comando de cierre
de la válvula mariposa.
Rutina CONTROL_VALVULA, en esta rutina se desarrolla la lógica para el control de la
válvula mariposa y auxiliar vía remoto.
Rutina DATA_HART, en esta rutina se extrae los valores de los transmisores de presión
que la tecnología HART te brinda, como por ejemplo el valor de temperatura de la
electrónica del sensor, el estado del sensor, etc.
Rutina MANTENIMIENTO, en esta rutina se desarrolla la lógica para el mantenimiento
del sistema con ella se evita enviar el comando de cierre de válvula mariposa.
Rutina MUESTREO, en esta rutina se desarrolla la lógica para hallar el Angulo del valor
del transmisor de presión.
Rutina REDUNDANCIA, en esta rutina se desarrolla la lógica para la redundancia de los
PLC ControlLogix
Rutina SCALING, en esta rutina se realiza el escalado de los valores de los transmisores
de flujo y presión mediante la instrucción SCL.
57
Figura 51: Instrucción SCL en para escalar señales. Fuente: Elaboración propia.
Rutina SEND_DATA_1400, en esta rutina se encuentra las instrucciones de mensajería
MSG las cuales nos permite leer y escribir a otros PLC conectados a la red, la instrucción
de mensajería la podemos ver en el lado derecho de la Figura y le bloque de configuración
en el lado izquierdo.
Figura 52: Instrucción MSG para leer y escribir datos. Fuente: Elaboración propia.
Rutina TRANSMISORES, en esta rutina se desarrolla la lógica para diferenciar entre una
desconexión de la señal o la falla.
58
Luego de verificar la no existencia de errores se procede a la descarga del programa al
PLC ControlLogix, para se necesitan solo 03 pasos, el primer paso es ir pestaña
Communications luego se habilitara varias opciones lo cual elegimos Who Active, al
realizar esa acción se habilita una ventana con el mismo nombre en el cual como segundo
paso debemos elegir el PLC donde deseamos descargar el programa en nuestro caso es
el PLC ControlLogix, el tercer paso es hacer la descarga haciendo clic en Download.
Figura 53: Pasos para hacer la descargar al PLC ControlLogix. Fuente: Elaboración propia.
3.5 Desarrollar las pantallas del SCADA con en software FactoryTalk View.
El software SCADA es la interfaz gráfica del sistema, en este proyecto se compró una
licencia para 15 pantallas, estas pantallas se desarrollan con el Software FactoryTalk View
de la marca Rockwell Automation.
Para crear un nuevo proyecto debemos abrir el software FactoryTalk View Studio con lo
cual se habilita una ventana donde elegimos el tipo de aplicación, en nuestro elegimos
View Site Edition (Local Station), luego elegimos New, colocamos un nombre al proyecto y
se habilita el área de trabajo.
59
Figura 54: Ventana para elegir el tipo de aplicación. Fuente: Elaboración Propia.
El área de trabajo que se habilita consiste en 03 ventanas de trabajo principales, la ventana
superior enmarcada con color azul es donde encontramos las herramientas de
configuración y botones para el desarrollo y edición de nuestras pantallas, la ventana de la
derecha con marco color rojo es el árbol del proyecto allí es donde se crean el servidor de
alarmas y eventos, las pantallas del SCADA, las bases de datos para almacenar los valores
de las tendencias y alarmas, la configuración de usuario para dar privilegios a los usuarios
como mención de las acciones más importantes, la ventana de la derecha con marco color
amarillo es ventana de desarrollo y edición de las pantallas, allí es donde se dibuja las
pantallas, se direcciona hacia los tags del PLC ControlLogix , y se le da acciones a los
botones por nombrar lo más relevante.
Figura 55: Área de trabajo del RSLogix 5000. Fuente: Elaboración propia.
60
Creado nuestro proyecto en el FactoryTalk View SE es necesario realizar el enlace entre
nuestro PLC ControlLogix y el SCADA creado para ello nos comunicaremos por medio del
Servidor RSLinx Enterprise, nos ubicamos en el nombre de sobre proyecto y con el botón
derecho añadimos un nuevo servidor en Add New Server luego elegimos Rockwell
Automation Device Sever (RSLinx Enterprise) con lo cual se habilita una ventana le
damos OK , el resultado de esta accion es que en el árbol del proyecto se crea nuestro
servidor RSLinx Enterprise. En RSLinx Enterprise ubicamos Communication Setup al
cual le damos clic derecho y open se habilita la ventana para creación de nuestro Shortcut
(Enlace entre el PLC y el SCADA).
Figura 56: Pasos para crear Servidor RSLinx Enterprise. Fuente: Elaboración propia.
Para crear el enlace entre el PLC y el SCADA debemos seguir los siguientes pasos, primero
en la ventana Device Shortcuts damos clic en Add para añadir un Shocrcut al cual le
ponemos un nombre en este caso “SH”, el segundo paso es buscar el PLC con el cual
deseamos hacer el enlace, el tercer es dar clic en Apply para aplicar el enlace y finalmente
clic en OK, con esto hemos logrado que el SCADA puedo acceder a los tags creados en el
61
PLC ControlLogix y con ello poder acceder a todos los tags del sistema ya que el PLC
ControlLogix es el integrador.
Figura 57: Pasos para enlazar el Shortcut con el PLC. Fuente: Elaboración propia
Terminado el enlace entre el SCADA y el PLC procedemos a crear las pantallas para ello
es necesario ubicarnos en la carpeta Graphics, dentro de ella en Display y clic derecho
en New para crear una nueva pantalla.
Figura 58: Creando una nueva pantalla. Fuente: Elaboración propia.
Luego de realizar los pasos anteriores se habilita una ventana, esta nueva ventana es el
área donde crearemos nuestra pantalla, donde realizaremos el desarrollo para ello
62
debemos realizar una previa configuración, damos clic derecho sobre la ventana y elegimos
Display Settings, con lo cual nos aparece la ventana de configuración.
En Display Type elegimos si la pantalla a crear será fija o una pantalla flotante en caso de
la pantallas principales elegimos que sean fijas por ello damos clic en Replace y si
deseamos que sean flotante elegir On Top, elegimos Always Updating para que se esté
actualizando siempre los valores, en Maximun Tag Update Rate es el tiempo que se
actualiza la data elegimos el valor más pequeño pero esto depende mucho del hardware
que tengamos, en Size elegimos el tamaño de la pantalla esto depende mucho del tamaño
del monitor donde se visualizara, en Security Code elegimos una letra esto nos servirá
más adelante cuando creemos los usuarios así por ejemplo podemos dar acceso a ciertos
usuarios solo a las pantallas con Security Code; A , Background Color es el color de
fondo de nuestra pantalla después de configurar estos valores aceptamos para guardar los
cambios realizados.
Figura 59: Configuración del área de la pantalla. Fuente: Elaboración propia.
Una vez configurado nuestra pantalla procedemos con el desarrollo de las pantallas para
ello vamos usar como ejemplo de desarrollo de una pantalla de las quince que hemos
desarrollado en este proyecto.
63
Para el desarrollo y edición de los gráficos de la pantalla se trabajara mucho con la paleta
Objects, la cual la podemos visualizar en la Figura 60.
Figura 60: Paleta Objects. Fuente: Elaboración propia
Dentro de la paleta Objects se encuentran elementos con funciones ya definidas
por el FactoryTalk View las cuales describiremos brevemente a continuación:
• Text : Para ingresar texto.
• Image : Para ingresar una imagen.
• Dibujos predefinidos : Nos permite dibujar las formas más
comunes como Arco, Elipse, Dibujo libre, Linea, Poligono, Polilinea, Rectangulo,
Rectangulo esquinas redondeadas, angulo.
• Button : Es un objeto al cual se le puede asignar múltiples acciones.
• Momentary Push Button : Es un objeto el cual al presionar pone el valor en “1” y al
soltar en “0”, funciona como un pulsador.
• Maintained Push Button : Es un objeto el cual al presionar pone el valor en “1” y al
soltar lo mantiene en “1” , para cambiar su valor se debe al presionar de nuevo con lo
cual cambiara a “0” funciona como un selector.
64
• Numeric Display : Para visualizar un valor numérico.
• Numeric Input : Para ingresar un valor numérico.
• String Display : Para ingresar visualizar un texto.
• String Input : Para ingresar un texto.
Para comenzar con el dibujo de la pantalla principal se debe agregar texto con el objeto
Text, con el objeto Image agregamos la imagen del sensor de presión y flujo, utilizamos
también objeto Line para indicar la posición de los sensores en al tubería, el objeto
Polygon lo usamos para darle forma a la tubería para ello usamos el estilo de fondo
gradiente, el objeto Freehand lo usamos para dibujar lo que sería el cielo, al terminar de
agregar estos objetos en la pantalla solo estaríamos dibujando el fondo tal como se aprecia
en la Figura 61.
Figura 61: Primeros pasos al graficar pantalla SCADA. Fuente: Elaboración Propia
65
Luego de terminar la dibujar la pantalla vamos a darles a los objetos dibujados algunas
propiedades y animaciones también agregar ventanas para visualizar los valores de los
sensores como las acciones principales en esta pantalla.
Figura 62: Propiedades y animaciones a objetos. Fuente: Elaboración propia
Animación Visibility Cualquier objeto puede ser animado, para ello para animar a un objeto damos clic derecho
sobre él y luego elegimos Animation el cual desplegara diferentes opciones de animación
como Visibility, Color, Fill, Horizontal Position, etc. Tal como se puede apreciar en la
figura 63, con la animación Visibility podemos hacer visible o invisible un objeto de acuerdo
al valor que tiene el tag asignado en ese momento, por ejemplo en nuestra pantalla principal
aparece el estado de nuestra válvula mariposa como abierta o cerrada , para la condición
abierta se le asigna el tag ESTADO_VALVULA.3 y para la condición cerrada el tag
ESTADO_VALVULA.4, cuando el tag ESTADO_VALVULA.3 tenga un valor de “1” será
visible el estado de ABIERTA y así mismo cuando el tag ESTADO_VALVULA.3 tenga un
valor de “1” será visible el estado de CERRADA y cuando se tenga un valor de “0” serán
invisibles, cabe mencionar que los tags ESTADO_VALVULA.3 y ESTADO_VALVULA.4
son los estados de la Válvula mariposa que lee el PLC ControlLogix del PLC MicroLogix
como se describe en la Tabla 8.
66
Figura 63: Ventana de propiedades de animación. Fuente: Elaboración propia.
Numeric Display
Este objeto nos permite visualizar valores, para este proyecto los utilizamos para visualizar
los valores de los transmisores e presión, para poder visualizar los valores de los
transmisores nos ubicamos en el objeto y le damos clic derecho y elegir Properties, al
realizar esta acción se habilita una ventana de propiedades nos le damos clic a Tag, luego
elegimos el Shortcut que nos enlaza con y el ControlLogix buscamos el tag en cual se
guardan el valor de nuestro Transmisor.
Figura 64: Asignar un tag para visualizar el valor de un transmisor. Fuente: Elaboración propia.
67
Button
Este objeto nos permite darle acciones básicas como por ejemplo al presionar el objeto
que envié un valor de “0” o un envié un valor de “1”, mientras este presionado envié “1” y
al soltar se ponga a “0” son las acciones más básicas que realiza, para las acciones más
complejas debemos elegir Run command.
Figura 65: Acciones básicas del objeto Button. Fuente: Elaboración propia
Al elegir Run command se nos habilita una ventana donde podemos darle diferentes
comandos así por ejemplo podemos darle al propiedad al objeto de que al presionar no
envié a una pantalla determinada lo cual se realiza con el comando de nombre Display,
dar acceso a ciertas usuarios a determinada pantallas con el comando Login, comenzar a
guardar los valores de las tendencias o detenerlo con los comando DataLog On y DataLog
Off como un ejemplo de las muchas acciones y comandos que tiene este objeto.
68
Figura 66: Ventana de Comandos del Objeto Button. Fuente: Elaboración propia
69
CAPÍTULO 4
RESULTADOS
En este capítulo se muestran y analizan los resultados obtenidos de las pruebas
realizadas en el sistema de control y monitoreo ante la fuga de agua en la tubería forzad
de la central hidroeléctrica la oroya.
4.1 Resultados
Para la simulación de una fuga de agua en la tubería forzada se utilizaron las válvulas de
venteo las cuales se encuentran ubicadas a lo largo de la tuviera forzada, para ello se
adaptó una tubería a las válvula de venteo para direccionar la salida del agua.
Figura 67: Simulación de fuga de agua con válvula de venteo. Fuente: Elaboración propia
DESPUES ANTES
70
La lógica de control mediante los sensores de flujo se determina solo en el tramo horizontal
entre el transmisor de Flujo 01 (FIT_01) y el transmisor de Flujo 02 (FIT_02) como se
muestra en la figura 63.
Figura 68: Tramo de detección de fuga mediante transmisores de Flujo. Fuente: Elaboración propia.
Al realizar las pruebas se obtuvieron los siguientes resultados:
Al existir una fuga en la tubería forzada en el tramo comprendido por los transmisores de
flujo se visualiza en las pantallas de las tendencias (Grafica de los valores de los
transmisores) que el valor del transmisor de Flujo FIT_01 tiende a aumentar mientras el
valor del transmisor de Flujo FIT_02 se mantiene en su valor, entonces en el PLC
ControlLogix se plantea que cuando la diferencia de flujo entre FIT_01 y FIT_02 es mayor
al valor de fuga ingresado en el SCADA, se enviara un comando de cierre automático de
la válvula mariposa al MicroLogix 1400 que es PLC de control Local el cual ejecutara dicha
acción.
• FIT_01 (línea color Anaranjado)
• FIT_02 (línea color plomo)
71
Figura 69: Respuesta de los valores de flujo ante una fuga. Fuente: Elaboración propia
La siguiente grafica es la pantalla para ingresar el valor de fuga mencionado líneas arriba
allí se puede observar que la diferencia de flujo es casi cero (Valor actual) cuando no existe
fuga, la tolerancia de alta (H), tolerancia de alta alta (HH) y el valor de fuga el cual al ser
superado se enviara un comando de cierre de válvula mariposa.
Figura 70: Pantalla para ingresar valores de Fuga. Fuente: Elaboración propia
72
Esta lógica de control está determinado para el tramo complementario de la tubería.
Figura 71: Tramo de detección de fuga mediante transmisores de Presión. Fuente: Elaboración propia.
Según las pruebas realizadas se visualiza en la grafica de las tendencias de presion que
cuando existe una fuga de agua en el tramo indicado en la figura 66 se genera un sobre
pico superior e inferior en el valor del àngulo del transmisor PIT_05 que es l transmisor con
el cual se realizo la prueba, el valor del angulo es producto realizar la logica de regresion
lineal dentro del PLC ControlLogix como resultado de las 03 pruebas realizadas se observa
tambien la respuesta del angulo en el sensor PIT_05.
Figura 72: Respuesta del ángulo del Transmisor PIT_05 ante una fuga. Fuente: Elaboración propia
73
Entonces cuando estos picos (positivo y negativo)superan al valor de fuga ingresado en el
sistema SCADA se cerrarà automaticamnete la vàlvula principal.
Los resultados con respecto al desarrollo del software SCADA se muestran a continuación
fueron 15 pantallas desarrolladas con el Software FactoryTalk View de las cuales se
explicaran las más importantes.
Figura 73: Monitor con SCADA en sala de control. Fuente: Elaboración propia.
Pantalla USUARIO
Es la pantalla en la cual nos permite ingre sar le usuario y la contraseña esto nos permite
tener niveles de acceso, por ejemplo un usuario NORMAL solo puede visualizar las
pantallas, un usuario INTERMEDIO puede ingresar valores, habilitar alarmas, controlar la
válvula mariposa, usuario AVANZADO tiene acceso total puede entrar a las pantallas de
nivel configuración puede calibrar los sensores de Presión vía HART, cambiar de IP a los
Switches
74
Figura 74: Pantalla USUARIO en SCADA FactoryTalk View. Fuente: Elaboración propia.
Pantalla RECORRIDO TUBERIA
En esta pantalla aparecen los valores de los sensores de Nivel, Flujo y Presión los cuales
fueron montados a lo largo de la tubería forzada, también se puede visualizar el estado
de la válvula mariposa, botones de control.
Figura 75: Pantalla PRINCIPAL en SCADA FactoryTalk View. Fuente: Elaboración propia
75
Pantalla VALVULA:
Es la pantalla de control y monitoreo de la válvula mariposa y válvula auxiliar en ella se
puede visualizar el estado de las válvulas es decir si están abiertas o cerradas, también
aparecen los indicadores de estado de la válvula mariposa, con respecto al control se
puede abrir, detener y cerrar cualquiera de las válvulas mediante los pulsadores de control.
Figura 76: Pantalla VALVULA en SCADA FactoryTalk View. Fuente: Elaboración propia.
Pantalla REDUNDANCIA:
Permite visualizar el estado de sistema de redundancia con PLC ControlLogix, en él se
puede visualizar al CHASSIS PRIMARIO que es el que ejecuta la tarea de control del
sistema de monitoreo y control y el CHASSIS SECUNDARIO que está a la espera por si
el primero falla y se dé la conmutación y asuma toda la responsabilidad del sistema.
76
Figura 77: Pantalla REDUNDANCIA en SCADA FactoryTalk View. Fuente: Elaboración propia
Pantalla TOPOLOGIA ANILLO:
Permite visualizar el estado de la red en topología anillo y a su vez permite ver el estado
de los switches, al dar doble clic sobre la imagen de los switches permite ver el estado de
cada uno de ellos, los puertos usados, alarmas y tasa de datos que se está usando.
Figura 78: Pantalla TOPOLOGIA ANILLO en SCADA FactoryTalk View. Fuente: Elaboración propia
77
Pantalla TENDENCIA:
Permite visualizar la tendencia de los trasmisores de Flujo y su la diferencia de Flujo entre
ellos.
Figura 79: Pantalla TENDENCIAS en SCADA FactoryTalk View. Fuente: Elaboración propia
Pantalla ALARMAS:
Permite visualizar alarmas y eventos de todo el sistema, por ejemplo, con respecto a las
alarmas quedara registrado la fecha y hora si existiese alguna fuga de agua en la tubería,
alguna falla en la válvula mariposa, con respecto a los eventos se registra las acciones así
por ejemplo si algún usuario cambio de Local a Remoto, Mando a Abrir, Cerrar o detener
la válvula.
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Figura 80: Pantalla ALARMAS en SCADA FactoryTalk View. Fuente: Elaboración propia.
Pantalla HART
Permite ver la información de valores HART de los transmisores de Presión, información
de diagnóstico como datos de la temperatura del transmisor, temperatura de la electrónica
interna, el estado del transmisor y realizar la configuración remota.
Figura 81: Pantalla HART en SCADA FactoryTalk View. Fuente: Elaboración propia.
79
4.1.1 Presupuesto
En las siguientes tablas se presenta el presupuesto del proyecto para el área de
automatización.
Tabla 11
Presupuesto para la etapa de Ingeniería.
Etapa de desarrollo (En Lima) Unidad Cantidad Precio
(Dólares) TOTAL
Diseño, Filosofía de control Días-Hombres 14 80.00 1120.00
Desarrollo del programa de control en PLC Micrologix 1400 , Tablero Caseta
Días-Hombres 10 80.00 800.00
Desarrollo del programa de control en PLC Contrologix , Tablero Redundante
Días-Hombres 10 80.00 800.00
Desarrollo de las Pantallas del Sistema SCADA
Días-Hombres 20 80.00 1600.00
Pruebas FAT Días-Hombres 05 80.00 400.00
SUB TOTAL 1 4720.00
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 12
Presupuesto de los equipos de Automatización.
Equipos Modelo Cantidad Precio
(Dólares) Total
Tablero PLC REDUNDANTE
Fuente de alimentación para chasis Contrologix.
1756-PA72 02 1010.00 2020.00
Chasis para Contrologix de 04 slot. 1756-A4 02 365.00 730.00
Controlador Contrologix. 1756-L71 02 5860.00 11720.00
Módulo de comunicación Ethernet. 1756-EN2T 02 2980.00 5960.00
Modulo para redundancia. 1756-RM2 02 5360.00 10720.00
Swicth Stratix 5700, 04 puertos de cobre y 02 puertos para fibra óptica.
1783-BMS06SA 01 1180.00 1180.00
Interfaz de fibra óptica para switch Stratix. 1783-SFP100LX 02 375.00 750.00
Tablero TAZA
Swicth Stratix 5700, 04 puertos de cobre y 02 puertos para fibra óptica.
1783-BMS06SA 01 1180.00 1180.00
Interfaz de fibra óptica para switch Stratix. 1783-SFP100LX 02 375.00 750.00
Tablero CASETA
PLC Micrologix 1400. 1766-L32BWA 01 899.00 899.00
HMI 2711P-
B6C20D8 01 2460.00 2460.00
Swicth Stratix 5700, 04 puertos de cobre y 02 puertos para fibra óptica.
1783-BMS06SA 01 1180.00 1180.00
Interfaz de fibra óptica para switch Stratix. 1783-SFP100LX 02 375.00 750.00
80
Tablero RIO
Módulo de comunicación Ethernet para FLEX IO.
1794-AENT 01 779.00 779.00
Módulo de entradas analógicas para FLEX IO
1794-IF8IH 02 1740.00 3480.00
Swicth Stratix 5700, 04 puertos de cobre y 02 puertos para fibra óptica.
1783-BMS06SA 01 1180.00 1180.00
Interfaz de fibra óptica para switch Stratix 1783-SFP100LX 02 375.00 750.00
SCADA
Estación de trabajo para software SCADA HP Z620 01 4493.00 4493.00
Software FactoryTalk View, 15 pantallas, licencia por 01 año.
9701-VWMR015AENE
01 1691.00 1691.00
SUBTOTAL 2 52672.00
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 13
Presupuesto para la etapa de puesta en servicio.
Etapa puesta en servicio (En la Oroya) UNIDAD CANTIDAD PRECIO (Dólares)
TOTAL
Puesta en servicio PLC MicroLogix 1400 Días-Hombres 05 80.00 400.00
Pruebas SAT Días-Hombres 12 80.00 960.00
Puesta en servicio del Sistema Control Días-Hombres 02 80.00 160.00
Movilidad Días 10 140.00 1400.00
Hospedaje Días 21 20.00 420.00
Desayuno- Almuerzo-cena Días 21 15.00 315.00
SUB TOTAL 3 3655.00
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 14
Presupuesto total del proyecto en el área de automatización.
Presupuesto total Precio (Dólares)
Etapa Desarrollo 4720.00
Equipos de Automatización 52672.00
Etapa Puesta en servicio 3655.00
TOTAL 61047.00
Fuente: Elaboración propia.
81
4.1.2 Cronograma
A continuación, se presenta en la Tabla 6 el desarrollo de todas las actividades realizadas.
Actividades 2015
E F M A M J J A S O N D Semana 1 hasta Semana 4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4
Diagrama P&ID, Arquitectura de Red.
Filosofía de Control
Desarrollo del programa de control en PLC Micrologix 1400 , Tablero Caseta
Desarrollo del programa de control en PLC Contrologix , Tablero Redundante
Desarrollo de las Pantallas del Sistema SCADA
Prueba de señales del SCADA con el MicroLogix
Prueba de señales del SCADA con el ControLogix y Flex IO
Pruebas FAT
Puesta en servicio del PLC MicroLogix 1400
Puesta en servicio del sistema de Monitoreo y Control.
Actividades realizadas
82
CONCLUSIONES
• La Detección de fuga de agua en la tubería forzada mediante la diferencia de Caudal o
Flujo es el método más simple y confiable para una tubería simple sin bifurcaciones.
• La eficiencia en el proceso de respuesta ante la fuga de agua mejora al tener el sistema
de control y monitoreo una respuesta automática y rápida.
• El sistema de control y monitoreo para la fuga de agua es un sistema robusto, escalable
y que se puede integrar a otros sistemas automatizados.
• La interfaz gráfica del software SCADA permite centralizar el control y monitoreo del
sistema para la detección de fuga de agua en una sola computadora.
83
ANEXOS
Anexo 1:
Programa de control de apertura y cierre de la válvula mariposa en PLC Micrologix 1400 mediante
software RSLogix 500.
84
85
86
GLOSARIO
Arquitectura de Red: Es el nombre que se le da conjunto de equipos conectados a la
red y que por lo general comparten el mismo protocolo de red.
Estrategia de control: Nos indica de manera general como el sistema a automatizar va
a funcionar en ella incluye las alarmas, permisivos e interlocks del sistema.
Permisivo: En automatización un permisivo es una condición que permite arrancar un
sistema, proceso o actuador.
Pruebas FAT: Son las pruebas que se realizan en la fábrica como pruebas previas antes
de ser montadas en campo.
Interlock: En automatización un interlock es una condición que permite detener un
sistema, proceso o actuador.
Pruebas SAT: Son las pruebas que se realizan en campo con los equipos montados y en
su ubicación final.
Tag: Es el nombre que se le da a una ubicación de memoria con la finalidad de hacer
más amigable la programación de los PLC’s.
Tubería forzada: Es el nombre que se le da la tubería que conduce el agua desde cámara
de presión hasta la turbina en una central hidroeléctrica.
87
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