PROPUESTAS DE PROYECTO ELÉCTRICO PARA EL PRIMER SEMESTRE 2011

Transcripción

1 PROPUESTAS DE PROYECTO ELÉCTRICO PARA EL PRIMER SEMESTRE 2011 Profesor Mauricio Espinoza B. Objetivos Propuesta I Diseño de algoritmos de control para los simuladores de Staudinger GMBH de la Escuela de Ingeniería Eléctrica Objetivo general Desarrollar y validar algoritmos de control para los simuladores de procesos de Staudinger GMBH utilizando el PLC S7-200 y el relé programable Easy-800. Objetivos específicos Señalar y comparar las principales características del PLC S7-200 y del relé programable Easy-800. Describir las principales características de los simuladores de procesos de Staudinger GMBH presentes en la Escuela de Ingeniería Eléctrica. Explicar el uso del GRAFCET como herramienta para el diseño de automatismos. Investigar la guía GEMMA y su uso para enriquecer el GRAFCET de un sistema de eventos discretos. Elaborar un GRAFCET para cada simulador, aplicando la guía GEMMA y tomando en cuenta las características del PLC S7-200 y del relé programable Easy-800. Implementar y validar los algoritmos de automatización resultantes de cada GRAFCET en el PLC S7-200 y el relé programable Easy-800. Justificación En la actualidad, la mayoría de los procesos industriales se han desarrollado a tal punto que elaborar un sistema de control para estos es indispensable. Los controladores lógicos programables (PLCs por sus siglas en inglés) y los relés programables han demostrado ser una herramienta poderosa para tal tarea, pues permiten crear dichos algoritmos de una forma simple y eficaz. Este proyecto, pretende orientar al estudiante en las técnicas de programación de automatismos mediante el uso del GRAFCET y la guía GEMMA. En éste, se utilizarán los simuladores de Staudinger GMBH para desarrollar los procesos de análisis, modelado, diseño e implementación de algoritmos de control para sistemas de eventos discretos. Además, este proyecto pretende servir como antesala para la elaboración de proyectos finales en un futuro curso de automatización industrial.

2 Descripción de los simuladores Los simuladores de procesos a utilizar se muestran en la figura 1 (no se muestran a escala entre ellos). En la figura 1 (a) se muestra la grúa magnética de tres ejes. Esta grúa cuenta con detectores de posición que deben ser conectados a contadores rápidos y es capaz de mover objetos metálicos livianos en los ejes x, y y z. El objetivo del sistema es llevar una pieza metálica de un lugar a otro dentro del área de trabajo seguro. En la figura 1 (b) se muestra el simulador del proceso de lavado para un automóvil. Este sistema cuenta con sensores de proximidad ópticos para controlar la altura del rodillo superior y motores para mover la estructura de rodillos. En la figura 1 (c) se observa el simulador de un proceso de marcado. Éste cuenta con dos estaciones de marcaje simuladas cada una por un motor y una luz incandescente. El sistema cuenta con sensores inductivos y dos bandas transportadoras colocadas en serie. Para finalizar, en la en la figura 1 (d) se presenta el simulador de un proceso de clasificación. El objetivo de este sistema es distribuir tres diferentes tipos de material en tres diferentes posiciones. El sistema cuenta con sensores inductivos y dos brazos extensores. (a) (b) (c) Figura 1: Simuladores de procesos 1 (d) 1 Tomado de

3 Alcance del proyecto Se debe realizar una comparación de las características principales del relé programable Easy-800 y el PLC S Dicha comparación se desarrollará tomando en cuenta el tipo y cantidad de entradas y salidas disponibles, manejo de potencia, cantidad y tipo de bloques de programación, alimentación, tipos de lenguajes soportados, entre otros. Se deben desarrollar, como mínimo, los siguientes conceptos del GRAFCET: Elementos que lo conforman. Estructuras básicas. Reglas de evolución. Niveles del GRAFCET. Formas de implementación del GRAFCET en lenguaje de autómata. El estudiante debe diseñar y especificar que proceso realizará cada simulador. Para el diseño de cada proceso, se deben tomar en cuenta las características de cada simulador y de los controladores a utilizar. Teniendo definidos los procesos a implementar, se deben presentar los tres niveles del GRAFCET, siendo el GRAFCET de nivel dos elaborado tomando en cuenta la información de la guía GEMMA. Se deben tomar como mínimo los siguientes estados de funcionamiento de la guía GEMMA: Para los procedimientos de funcionamiento: o Producción normal. o Marcha de preparación. o Marcha de cierre. Para los procedimientos de paradas y puestas en marcha: o Parada obtenida. o Puesta del sistema en el estado inicial. Para los procedimientos de defecto: o Parada de emergencia. Los GRAFCET de nivel tres deben ser realizables utilizando el PLC S7-200 y el relé programable Easy-800. En el caso de la implementación del GRAFCET de nivel tres en el relé programable Easy-800, se debe presentar en la pantalla de visualización el nombre de la etapa en la cual se encuentra el proceso. La implementación del GRAFCET de nivel tres será en lenguaje escalera. Requisitos Haber llevado el curso de controladores lógicos programables o tener experiencia en la programación de PLCs o relés programables en lenguaje escalera. Haber concluido la práctica profesional y el T.C.U. o estar próximos a concluirlos (Negociable). Matricular como máximo dos cursos además del proyecto eléctrico (Negociable).

4 Excelente manejo de Microsoft Word, Open Office, Latex o editores de texto semejantes. Tener disponibilidad para trabajar en la Escuela de Ingeniería Eléctrica por periodos largos de tiempo. Los interesados deben enviar un currículo a la dirección electrónica mespinoza@eie.ucr.ac.cr a más tardar el 22 de febrero del presente año, se debe anexar también el registro académico actualizado y una impresión de pantalla de los cursos pendientes del plan de estudios.

5 Propuesta II Modelado de sistemas de eventos discretos en LabVIEW Objetivos Objetivo general Diseñar simuladores de eventos discretos en LabVIEW y lograr su comunicación con controladores lógicos programables por medio del puerto paralelo. Objetivos específicos Investigar los alcances y limitaciones de la comunicación por puerto paralelo. Construir los circuitos de interfaz entre el puerto paralelo de una computadora y los controladores lógicos programables con salidas a relé. Desarrollar modelos de sistemas de eventos discretos en LabVIEW con capacidad de ejecución en tiempo real y exportado de datos. Lograr la comunicación entre los simuladores de procesos y el controlador lógico programable por medio del puerto paralelo de la computadora. Validar los sistemas simulados mediante rutinas de control elaboradas en el controlador lógico programable LOGO! Elaborar un manual de usuario donde se describan las características de cada sistema simulado y se proponga un conjunto de prácticas de laboratorio para cada uno. Justificación Para el desarrollo de buenas técnicas de programación en el uso los controladores lógicos programables, se necesitan realizar prácticas donde el programador se enfrente a problemas cotidianos de la industria. Por este motivo, contar con simuladores de procesos industriales es una herramienta importante. LabVIEW, es un lenguaje de programación orientado a objetos, con la capacidad de trabajar a tiempo real y comunicarse con los distintos puertos de la computadora. Por este motivo, su uso en el diseño de aplicaciones, que emulen los procesos industriales de eventos discretos, ofrece al programador grandes ventajas. Este proyecto, pretende dotar a los estudiantes que matriculen los cursos orientados a la programación de controladores lógicos programables, de un conjunto de simuladores a tiempo real, para el desarrollo de prácticas de programación mediante la interacción del controlador lógico programable y la computadora por medio del puerto paralelo. Dichos simuladores irán, desde procesos básicos para ayudar al estudiante a familiarizarse con los conceptos básicos de la programación de controladores lógicos programables, hasta procesos más elaborados para fomentar la práctica de técnicas avanzadas de programación, tales como el GRAFCET y la guía GEMMA.

6 Alcance del proyecto Se deben investigar los aspectos más relevantes de la comunicación por puerto paralelo, tomando en cuenta como mínimo: Aspectos eléctricos. Velocidad de transmisión. Circuitos de interfaz entre el puerto y aparatos exteriores. Pines de entrada, salida y de entrada/salida. Sensibilidad al ruido. Se deben diseñar también etapas de protección para la conexión entre el puerto paralelo y los controladores lógicos programables. Los puertos de cualquier interfaz deben estar debidamente etiquetados. El estudiante se encargará de proponer o buscar sistemas de eventos discretos para modelarlos por medio de LabVIEW. Dichos modelos deben ir desde sistemas básicos (paneles de alarmas, semáforos, ascensores, entre otros) hasta sistemas más elaborados (sistemas clasificadores de material, control de nivel de tanques interactuantes, procesos de mezclado, entre otros). Todos los modelos deben ejecutarse en tiempo real, además, deben tener como máximo cuatro entradas y ocho salidas. Se deben simular también los sensores y actuadores de cada modelo. Adicionalmente, en la programación de los simuladores se deben cumplir las siguientes restricciones: Por lo menos, en un simulador, se deben programar controles o figuras para imitar el movimiento de materia. Por lo menos, en un simulador, se debe programar el cambio de color de algún elemento del programa principal. Se debe destinar un área del programa para el monitoreo del sistema. En esta área se simularán botoneras, palancas o instrumentos semejantes de ser necesario. Todos los simuladores deben poseer capacidad de exportar las variables de interés a un archivo. El manejo del puerto paralelo se realizará enteramente por LabVIEW. De ser posible, todo el programa de cada simulador debe ser escrito en un solo VI. Para la validación de los simuladores se utilizará el controlador lógico programable LOGO! de Siemens. Queda a libertad del estudiante la utilización del GRAFCET o la guía GEMMA. Las rutinas de validación deben utilizar todos los sensores y actuadores de cada simulador y se escribirán en lenguaje de escalera. El manual de usuario a realizar debe contener como mínimo: Una descripción general de cada proceso simulado. Una tabla con la cantidad de entradas y salidas de cada simulador.

7 Un esquema de conexión entre el controlador lógico programable y la interfaz. Dos objetivos a lograr por una rutina elaborada en un controlador lógico programable para el control del sistema simulado. Requisitos Preferiblemente, haber llevado el curso de controladores lógicos programables o tener experiencia en la programación de PLCs o relés programables en lenguaje escalera. Este requisito no es indispensable. Haber concluido la práctica profesional y el T.C.U. o estar próximos a concluirlos (Negociable). Matricular como máximo dos cursos además del proyecto eléctrico (Negociable). Excelente manejo de Microsoft Word, Open Office, Latex o editores de texto semejantes. Tener disponibilidad para trabajar en la Escuela de Ingeniería Eléctrica por periodos largos de tiempo. Es indispensable poder llevar el curso Sistemas de Adquisición de Datos y Diseño de Instrumentos Virtuales, que se llevará a cabo del lunes 14 de febrero al viernes 18 de febrero de 9 a.m. a 4 p.m. en la sala de micros de la Escuela de Ingeniería Eléctrica. En este curso se darán las bases en la programación con LabVIEW, necesarias para el desarrollo de este proyecto. Los interesados deben enviar un currículo a la dirección electrónica mespinoza@eie.ucr.ac.cr a más tardar el 7 de febrero del presente año, se debe anexar también el registro académico actualizado y una impresión de pantalla de los cursos pendientes del plan de estudios.