PLANTA PILOTO EDUCACIONAL PARA EL CONTROL DE NIVEL, CAUDAL Y TEMPERATURA RESUMEN DE ELEMENTOS Y SEÑALES

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1 PLANTA PILOTO EDUCACIONAL PARA EL CONTROL DE NIVEL, CAUDAL Y TEMPERATURA RESUMEN DE S Y SEÑALES

2 PLANTA PILOTO EDUCACIONAL PÁG. 2 DE GENERAL DE LA INSTALACIÓN. La planta piloto dispone de tres depósitos de líquido situados a diferentes alturas. Se trasegará el contenido de unos depósitos a otros mediante el uso de válvulas de 2 ó 3 vías y de dos bombas centrífugas hidráulicas capaces de transformar la energía mecánica en la energía potencial necesaria para solventar la diferencia de altura entre los distintos niveles. El calentamiento se realiza por medio de una resistencia eléctrica (control todo-nada), mientras que la refrigeración se lleva a cabo por un radiador que permite la pérdida de energía calorífica por recirculación del fluido y generación de un flujo de aire constante a temperatura ambiente. A fin de poder regular el caudal de líquido a trasegar desde el nivel del depósito inferior a uno de los dos superiores se dispone de un accionamiento de control de potencia a la bomba que permite modificar el flujo variando la velocidad del motor de corriente de la bomba. Se reconocerá si cada uno de los depósitos está lleno o vacío mediante las correspondientes señales de dos sensores de tipo flotador situado en cada uno de ellos (mínimo y máximo). En el llamado tanque principal también incorpora un detector de presión para medida del nivel, que genera una señal analógica proporcional al nivel de líquido. La temperatura se mide por medio de sondas Pt-100 instaladas en todos los depósitos, que ofrecen señales proporcionales de esta magnitud física al controlador provisto de los interfaces electrónicos de conversión analógica/digital correspondientes. En cuanto al sistema de explotación y supervisión por parte del usuario, se dispone de un panel de mando, ubicado sobre un panel frontal situado en el nivel superior de la estructura y fácilmente accesible por los operarios.

3 PLANTA PILOTO EDUCACIONAL PÁG. 3 DE DEPÓSITO SUPERIOR Este recipiente cuenta con dos sensores de nivel tipo flotador y un sensor de temperatura, por lo que se puede saber a tiempo real si el depósito se encuentra lleno o vacío y la temperatura del líquido que contiene. Además de esto, y por motivos de seguridad, dispone de un aliviadero por encima del sensor de nivel de máximo, permitiendo evitar posibles desbordamientos derivando a través de dicho orificio directamente el fluido hasta el depósito inferior TANQUE PRINCIPAL El tanque principal, situado a una altura intermedia, es en el que se realiza un mayor número de operaciones debido a que está provisto con más elementos. Está conectado directamente a los otros dos depósitos y al circuito de refrigeración de la instalación.

4 PLANTA PILOTO EDUCACIONAL PÁG. 4 DE 11 Dicho tanque cuenta al igual que el anterior con dos sensores de nivel tipo flotador y un sensor de temperatura, pero además se le han añadido un transmisor de presión proporcional al nivel y una resistencia calefactora. El nuevo sensor de nivel permite saber el valor de llenado de este tanque, y la resistencia hace posible calentar hasta un valor deseado el líquido que contiene. Por la misma razón de seguridad que en el caso anterior, dispone de un aliviadero por encima del sensor de nivel de máximo, permitiendo evitar posibles desbordamientos derivando a través de dicho orificio directamente el fluido hasta el depósito inferior DEPÓSITO INFERIOR El depósito se encuentra situado en la parte inferior de la estructura y se caracteriza por ser el de mayor tamaño. Al contrario que en el resto, este depósito únicamente está conectado al tanque principal, por lo que el fluido que contiene únicamente podrá llegar desde este recipiente. El tamaño del depósito es tal que, en el peor de los casos, es capaz de contener el volumen total de líquido de la instalación. Esta propiedad facilita las operaciones de mantenimiento dando la facilidad de descargar el fluido de la instalación directamente a este tanque CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN El circuito de refrigeración está situado en la altura intermedia de la estructura junto al tanque principal y se corresponde con los conductos de color negro. La función principal de este circuito es la refrigeración del fluido que lo atraviesa. Este circuito capta el fluido por la parte inferior del tanque principal y lo devuelve al mismo a una temperatura inferior por la parte superior. Para poder impulsar el fluido a través de este circuito se dispone de una bomba hidráulica alimentada a 230 V a.c. El líquido atravesará un intercambiador de calor en el que se busca el descenso de temperatura del fluido. Para que este descenso sea más notable dispone de un ventilador alimentado también a 230 V a.c. que hace que un flujo de aire a temperatura ambiente atraviese el intercambiador, aumentando así la transferencia térmica entre fluido y radiador CONDUCTOS DE CIRCULACIÓN Los conductos de circulación de fluido están repartidos a lo largo de toda la instalación. Son los elementos que hacen posible conducir el fluido desde un depósito a otro. En dichos conductos se encuentran las electroválvulas de 2 ó 3 vías que permiten o impiden el paso de fluido por los conductos.

5 PLANTA PILOTO EDUCACIONAL PÁG. 5 DE PANEL DE MANDO Y SEÑALIZACIÓN Para el control y supervisión de la planta se dispone de un panel frontal de mando situado en la parte superior de la estructura, a la misma altura que el depósito superior. Foto del panel de mando Dicho sistema HMI (Human Machine Interface) dispone de los siguientes elementos: Seta de emergencia: permite cortar el suministro de tensión a todos los actuadores de la instalación, de forma segura tanto para el usuario como para la planta. Pulsador start/rearme: este pulsador es el encargado de, si todo está correcto, permitir el arranque de la instalación. En caso de que se haya pulsado la seta de emergencia por algún motivo será necesario pulsar este botón para rearmar el sistema y volver a ponerlo en condiciones para reanudar la marcha. 1 piloto de tensión: es un piloto luminoso de color blanco que indica que la planta se encuentra bajo tensión si está encendido y que no lo está si se encuentra apagado. 2 pulsadores. 1 selector de tres posiciones. 1 selector de dos posiciones. 3 pilotos luminosos: rojo, verde y amarillo.

6 PLANTA PILOTO EDUCACIONAL PÁG. 6 DE 11 1 sirena. Panel táctil: permite hacer la explotación y supervisión del sistema de manera mucho más completa SEGURIDAD Por seguridad, se instala un relé programable capaz de gestionar las señales necesarias para proteger el buen funcionamiento de la planta. Este relé programable está conectado entre el autómata principal y las salidas hacia los actuadores, siendo en todo momento un elemento transparente para el resto de usuarios. Esta solución permite contar con una seguridad total, teniendo en cuenta niveles máximos y mínimos. Por ejemplo, la bomba B1 no se podrá activar si no se cumple que MÍN_TP esté activo y MÁX_TP desactivado (tanque principal no vacío, se puede recircular líquidos). Adicionalmente sirve como interface de relés para las salidas ahorrando en costes y conexionado, debido al distinto valor y naturaleza de las tensiones que entran en juego. Además de dicho componente se incluye una Seta de emergencia para poder cortar el suministro de tensión a todos los actuadores de la instalación. Las señales procedentes la seta de emergencia son recogidas por un equipo especial, de mayor seguridad que un autómata. Este módulo de seguridad actúa sobre un contactor que, en caso de haber pulsado la seta, corta la alimentación de todos los actuadores de la instalación. Por otra parte, el estado de este módulo también se lleva como una entrada digital al autómata, para actuar en consecuencia. El botón de Rearme únicamente será necesario en el caso de que se haya actuado sobre la seta de emergencia o en el momento que se da tensión al equipo al inicio del uso del mismo. Tras pulsar la seta de emergencia, ésta debe girarse para desenclavarse. El sistema no puede rearmarse hasta que dicho elemento esté desenclavado. Para evitar alcanzar temperaturas de trabajo mayores a los 60ºC se introduce un termostato, el cual se pega en la pared del tanque principal. Gracias a este componente se cortará el suministro de tensión a la resistencia calefactora en el momento que se supere la temperatura mencionada.

7 PLANTA PILOTO EDUCACIONAL PÁG. 7 DE SISTEMA DE CONTROL. RESUMEN DE SEÑALES DE ENTRADA Y SALIDA. Para el control de esta instalación se necesita un cierto número de señales. Éstas pueden ser señales digitales, señales analógicas, y señales especiales para la lectura de la temperatura de las sondas. Las señales de entrada y salida digitales distribuidas por partes de la planta piloto serán las siguientes: FUNCIÓN ED SD Depósito Superior Almacenamiento intermedio. Detectores de nivel tipo flotador 2 Tanque Principal Control de temperatura y nivel de líquido. Detectores de nivel tipo flotador 2 Activación resistencia eléctrica (R1) 1 Apertura válvula de 2 vías (V1, V2) 2 Depósito Inferior Almacenamiento intermedio y de seguridad. Detectores de nivel tipo flotador 2 Circuito principal Circulación del fluido. Caudalímetro de pulsos 1 Activación de la bomba (B2) 1 Apertura válvula de 2 vías (V3, V4) 2 Apertura válvula de 3 vías (V5) 2 Circuito de Refrigeración Apoyo al sistema de control de temperatura del tanque principal para enfriamiento. Activación de la bomba (B1) 1 Activación ventilador (F1) 1 Interface Básico de Usuario Señalización y mando. Selector 3 posiciones 3 Selector 2 posiciones 2 Pulsadores 2 Pilotos luminosos 3 Sirena 1 Seguridad Módulo preventa. Señal de estado de seguridad 1 Recuento de entradas y salidas digitales

8 PLANTA PILOTO EDUCACIONAL PÁG. 8 DE 11 Las señales de entrada y salida analógicas distribuidas por partes de la planta piloto serán las siguientes: FUNCIÓN EA SA Tanque Principal Control de temperatura y nivel de líquido. Transmisión de presión-nivel (L1) 1 Circuito Principal Circulación del fluido. Accionador 12 V d.c (Bomba B2) 1 Recuento de entradas y salidas analógicas Las señales procedentes de las sondas de temperatura distribuidas por partes de la planta piloto serán las siguientes: FUNCIÓN RTD Depósito Superior Almacenamiento intermedio. Sonda de temperatura (T1) 1 Tanque Principal Control de temperatura y nivel de líquido. Sonda de temperatura (T2) 1 Depósito Inferior Almacenamiento intermedio y de seguridad. Sonda de temperatura (T3) 1 Recuento de entradas analógicas de las sondas de Tª 3. COMPONENTES DEL SISTEMA DE CONTROL Los módulos empleados para componer el sistema de control de este proyecto son los referenciados en la siguiente tabla: UNI COMPONENTE FABRICANTE REFERENCIA 1 Autómata, ILC 130 ETH Phoenix Contact Módulo E/S digital compacto. Phoenix Contact Entradas digitales IB IL 24 DI 32/HD-PAC 1 Módulo E/S digital compacto. Salidas digitales IB IL 24 DO 32/HD-PAC Phoenix Contact

9 PLANTA PILOTO EDUCACIONAL PÁG. 9 DE 11 UNI COMPONENTE FABRICANTE REFERENCIA 2 Módulo E/S analógico. Registro de Phoenix Contact temperatura IB IL TEMP 2 RTD-PAC 1 Módulo E/S analógico. Entradas Phoenix Contact analógicas IB IL AI 2/SF-PAC 1 Módulo E/S analógico. Salida analógica IB IL AO 1/U/SF-PAC Phoenix Contact Componentes del dispositivo de control Sistema de control: CPU, módulos de entradas y módulos de salidas 3.1. Direccionamiento de las entradas digitales Entradas digitales del módulo IB IL 24 DI 32/HD-PAC (32 entradas digitales de conexión a un hilo) Selector 2 posiciones 1.1 (IN1) 1.2 (IN3) Selector 3 posiciones 1.3 (IN5) 1.4 (IN7) 2.1 (IN2) Preventa 2.2 (IN4) Señal de módulo de seguridad activo Pulsador 2.4 (IN8) Pulsador 3.1 (IN9)

10 PLANTA PILOTO EDUCACIONAL PÁG. 10 DE 11 Sensor MIN_DS 5.1 (IN17) Sensor de mínimo del depósito superior Sensor MAX_DS 5.2 (IN19) Sensor de máximo del depósito superior Sensor MIN_TP 5.3 (IN21) Sensor de mínimo del tanque principal Sensor MAX_TP 5.4 (IN23) Sensor de máximo del tanque principal Sensor MIN_DI 6.1 (IN18) Sensor de mínimo del depósito inferior Sensor MIN_DS 6.2 (IN20) Sensor de máximo del depósito inferior Caudalímetro 6.3 (IN22) Señal de pulsos del caudalímetro digital Tabla de entradas digitales 3.2. Direccionamiento de las salidas digitales Salidas digitales del módulo IB IL 24 DO 32/HD-PAC (32 salidas digitales de conexión a un hilo). Luz Amarilla 1.1 (OUT1) Luz panel de mando. Encendida indica control local Luz Roja 1.2 (OUT3) Luz roja de la baliza Luz Verde 1.3 (OUT5) Luz verde de la baliza Sirena 1.4 (OUT7) Zumbador acústico de la baliza Válvula V1 3.1 (OUT9) Señal de orden de activación de la válvula 1 Válvula V2 3.2 (OUT11) Señal de orden de activación de la válvula 2 Válvula V3 3.3 (OUT13) Señal de orden de activación de la válvula 3 Válvula V4 3.4 (OUT15) Señal de orden de activación de la válvula 4 Válvula V (OUT10) Señal de orden de activación de la válvula 5.1 Válvula V (OUT12) Señal de orden de activación de la válvula 5.2 Bomba B1 4.3 (OUT14) Señal de orden de activación de la bomba 1 Bomba B2 4.4 (OUT16) Señal de orden de activación de la bomba 2 Ventilador F1 5.1 (OUT17) Señal de orden de activación del ventilador Resistencia R1 5.2 (OUT19) Señal de orden de activación de la resistencia eléctrica Tabla de salidas digitales 3.3. Direccionamiento de las entradas analógicas Entradas analógicas de temperatura de los módulos IB IL TEMP 2 RTD-PAC (2 entradas analógicas RTD) Sonda Tª DS 1.1 Terminal I+ de sonda de temperatura del depósito superior 1.2 Terminal I- de sonda de temperatura del depósito superior Sonda Tª TP 2.1 Terminal I+ de sonda de temperatura del tanque principal

11 PLANTA PILOTO EDUCACIONAL PÁG. 11 DE Terminal I- de sonda de temperatura del tanque principal Tabla de entradas analógicas del primer módulo RTD Sonda Tª DI 1.1 Terminal I+ de sonda de temperatura del depósito inferior 1.2 Terminal I- de sonda de temperatura del depósito inferior Tabla de entradas analógicas del segundo módulo RTD Entradas analógicas del sensor de nivel del módulo IB IL AI 2/SF-PAC (2 entradas analógicas 4-20 ma) Sonda Nivel TP 1.2 Entrada corriente de sensor de nivel analógico de TP 1.3 Entrada negativa de sensor de nivel analógico de TP 0-10 V d.c) Tabla de entradas analógicas 4-20 ma Direccionamiento de las salidas analógicas. Salidas analógicas para el control de velocidad de la bomba 2 del módulo IB IL AO 1/U/SF (1 salida analógica Bomba B2 1.1 Salida de tensión para regular la velocidad de la bomba Entrada de la masa para regular la velocidad de la bomba 2 Tabla de salidas analógicas 0-10 V d.c