LABORATORIO N 6. Supervisión de Procesos con HMI

Transcripción

1 LABORATORIO N 6 Supervisión de Procesos con HMI 2011

2 LABORATORIO N 6 INTRODUCCIÓN: Hace algunas décadas, en todo sistema automatizado de control de procesos, el operario podía interactuar con la máquina por medio de un tablero eléctrico en el que se encontraban instalados indicadores luminosos, potenciómetros, pulsadores, interruptores, etc; que le permitían recibir la información desde e interactuar con las variables principales del proceso. Ya en estos tiempos, ese tablero eléctrico compuesto de múltiples equipos e innumerables cantidades de cables ha sido reemplazado por el panel operador de interface humanomáquina o HMI (Human-Machine Interface) que solo utiliza tres cables de señal. El presente laboratorio ayudará al participante a aprender a programar el equipo HMI tomando como ejemplo una aplicación de supervisión de Nivel de Tanque visto en el laboratorio anterior. También se aprenderá comunicar la PC, PLC y HMI en una red Ethernet local. OBJETIVOS: Diseñar la lógica del programa teniendo en cuenta las medidas de seguridad. Comunicar la computadora, el PLC y el panel HMI por medio de un switcher. Configurar un panel HMI para visualizar un proceso automatizado con PLC. Documentar una aplicación con PLC. COMPETENCIAS A ADQUIRIR: 1. Trabajar considerando las medidas de Seguridad, Orden y Limpieza. 2. Trabajar en equipo, comprometido en lograr los objetivos. 3. Demostrar actitud proactiva (iniciativa y responsabilidad). 4. Demostrar conocimientos y habilidades al ejecutar los temas del laboratorio. LECTURAS Y BIBLIOGRAFÍA: Teoría dada en clases. Laboratorio N 5. Module M08. WinCC flexible SIMATIC S and KTP600 Basic Color PN. MATERIALES A USAR: Computadora con sistema operativo Windows XP y programa Step 7 Basic V10.5. PLC S con una entrada analógica conectada a un sensor o potenciómetro. Panel HMI modelo KTP600 Basic Color PN. Switch SIMATIC NET Modelo CSM 1277 Tres cables (03) par trenzado con conectores RJ-45. Potenciómetro 5K o 10K igual o mayor a ½ watt. Módulo de salida analógica SB1232 AQ NOTA: Las figuras mostradas son producto de usar el programa Step 7 Basic V10.5 de Siemens y de la información de la bibliografía Module M

3 REPASO Instalación En la figura 1 se observan los equipos y programa que son necesarios para terminar con éxito este laboratorio. Es importante recordar que el PLC debe tener instalado un potenciómetro en la entrada analógica (canal 0) tal como en el laboratorio N 5. Figura 1. Relación de equipos necesarios Win CC flexible como interface operador Un panel de interface humano-máquina o en siglas HMI (Human Machine Interface), permite al operario la supervisión eficiente de las principales variables o estados que intervienen en una máquina que forma parte de un proceso automatizado con PLC. El control de todo el proceso reside en la CPU del PLC, en donde se tiene cargado el programa. La interface de comunicación entre el panel y el CPU es establecida por medio del programa WinnCC flexible que se encuentra ya integrado en el programa Step7 Basic (TIA Portal). Mediante WinnCC se pueden visualizar las variables del proceso en el Panel, con el objetivo de poner en conocimiento del operador para su evaluación ú oportuna intervención de ser necesario. Con WinnCC flexible se pueden: Representar el proceso Intervenir en el proceso Leer las alarmas Tener un registro y documentar los valores de las variables y mensajes. Cambiar las características de control del CPU para otro formato de producto. 3

4 Pruebas de conexiones entre PC, PLC y HMI Proceda a instalar los cables de comunicación RJ entre los puertos de la PC, PLC, Switcher y HMI. En la barra de Inicio de la PC, seleccione Ejecutar (ver la figura 2). Figura 2. Selección de Ejecutar en sistema operativo Windows XP Escriba cmd y seleccione Aceptar (ver la figura 3) Figura 3. Ingresando al DOS del sistema operativo Tal como se observa en la figura 4, hacer ping para verificar la correcta instalación. Debe hacer dos veces esta actividad; una para verificar la comunicación entre la PC y el PLC (en la figura 4 corresponde al IP del PLC) y luego otra para verificar la comunicación entre la PC y el panel HMI (tener en cuenta su IP: en este documento) Figura 4. Verificando la comunicación entre PC y PLC 4

5 Tarea 1: Haga un estimado del costo de fabricar un cable de comunicación de par trenzado de 2m de longitud y el conector RJ45. Luego dibuje el diagrama de conexiones para fabricarlo Discusión de los integrantes del grupo sobre el tema tratado: Ejercicio 1. Supervisión del Nivel de un Tanque con equipo HMI: 1. Descripción del funcionamiento a) Para el programa de control con el PLC Un sensor mide el nivel en un tanque y lo convierte a una señal de tensión de 0 a 10Vdc. El valor 0 corresponde al nivel de 100 litros y 10V al nivel de 1000 litros. El sensor es conectado a la primera entrada analógica del PLC. La señal es luego ingresada a la función FC1 y normalizada. En el programa debe considerar un indicador de nivel máximo permitido para 990 litros, y un indicador para el nivel mínimo permitido de 110 litros. 5

6 b) Para el Panel HMI El panel HMI se empleará solo para facilitar la supervisión del estado de nivel del tanque. El operario no podrá intervenir en el proceso, sólo observarlo. Los requisitos para el diseño del panel son: Pantalla inicial o pantalla raíz en donde se tenga toda la información, que se presente al encender el equipo. presentación del nivel del tanque por medio de una barra vertical color azul que indique los valores en porcentaje de 0 a 100. Indicadores luminosos para los niveles mínimo y máximo cuyo color de fondo sea el amarillo claro y que presenten un color rojo intermitente cuando se cumplan sus condiciones de comparación. Una tecla de manipulación del estado de la pantalla. 2. Esquema tecnológico En la figura 5 se presenta el diseño de la pantalla a desarrollar la cual cumple con las especificaciones dadas línea arriba. Es muy importante notar que los colores de diseño siguen un estándar dado por organizaciones técnicas que buscan evitar el cansancio visual de los operadores así como llamar la atención cuando ocurra algún evento en el proceso. Figura 5. Presentación a diseñar en la pantalla del HMI Tarea 2: Encuentre el número de estándar o el nombre de las organizaciones que se encargan de dar sugerencias para el color a utilizar al diseñar los programas en los paneles HMI

7 3. Lista de ordenamiento A las variables globales utilizadas en el laboratorio N 5, se le agregan las dos últimas con el objetivo de permitir la visualización de la variable analógica en la pantalla HMI. Símbolo Dirección Descripción Tipo dato AI Nivel de tanque1 IW 64 Nivel llenado del tanque1 Int Tanque1_max Q0.0 Indicador nivel 990 litros Bool Tanque1_min Q0.1 Indicador nivel 110 litros Bool Norm MD10 Normalizado para HMI Real Nivel_% MD14 Nivel % para HMI Dint TABLA 1. Lista de ordenamiento 4. Diagrama de conexiones al PLC Realice la conexión del potenciómetro en la entrada analógica que corresponde a la dirección %IW64 (canal 0) tal como se hizo en el laboratorio N 5. Manipulando la perilla del potenciómetro se va a simular la actuación del sensor de nivel de 0 a 10Vdc. 5. Diagrama de conexiones PC, PLC, Switcher y HMI Tarea 3: En el recuadro de la figura 6, dibuje las conexiones a realizar para comunicar a todos los elementos mostrados en la figura 1. Figura 6. Diagrama de conexiones Llame al profesor para mostrarle su respuesta. Explique verbalmente al profesor como llego a la solución. V B del profesor: (Incluya comentarios si es posible). 7

8 . PROCEDIMIENTO 1. Abrir el programa del laboratorio N 5 (en nuestro caso Nivel_Tanque ). Ver fig. 7. Figura 7. Abriendo el programa del laboratorio N 5 2. En la pantalla mostrada seleccione Abrir la vista del proyecto en la sección Primeros pasos. 3. Guarde con un nuevo nombre (HMI_Nivel_Tanque1) el proyecto abierto (ver la figura 8). Figura 8. Guardando proyecto con otro nombre 4. Para adicionar el HMI al nuevo proyecto (que ya tiene al PLC_1 del laboratorio anterior), siga los pasos indicados en la figura

9 Figura 9. Agregando el panel HMI 5. Se muestra al Asistente del panel operador KTP600 PN. Estamos en Conexiones del PLC. Realice la conexión con el PLC_1 (nombre del PLC usado en el laboratorio N 5) tal como se observa en la figura 10. Figura 10. Conexión del HMI con el PLC_1 9

10 6. En la figura 11 se muestra la conexión de los equipos. Seleccione Siguiente. Figura 11. Conexión efectuada 7. Estamos en Diseño de la imagen. En la figura 12 se muestran las configuraciones a efectuar. Seleccione Siguiente. Figura 12. Configurando la presentación de la pantalla 10

11 8. Estamos en Avisos. No usaremos los avisos, así que realice la configuración mostrada en la figura 13. Seleccione Siguiente. Figura 13. Desactivando los avisos en la pantalla del panel 9. En la sección Imágenes del Asistente configuramos para sólo usar la pantalla raíz. Ver la figura 14. Figura 14. Escogiendo la pantalla raíz 11

12 10. En Imágenes del sistema seleccionamos Estados operativos y Salir de runtime. Ver la figura 15. Figura 15. Configurando las imágenes del sistema 11. Finalmente en Botones, desactivamos los botones del sistema tal como se puede ver en la figura 16. Figura 16. Desactivando los Botones del sistema 12

13 12. Al finalizar el Asistente, se presenta la interface WinCC flexible tal como se observa en la figura 17. Puede verse el botón Imágenes de sistema que fue seleccionado en la figura 15. El área de trabajo es en la imagen que representa a la pantalla del HMI, las herramientas se encuentran en el lado derecho y las propiedades en el lado inferior. Figura 17. Interface WinnCC flexible 13. Para poder visualizar la variable analógica en el panel HMI, primero vamos a añadir dos nueva variables globales tal como se muestra en la figura 18. Guardar el proyecto!. Figura 18. Nuevas variables globales 13

14 14. Segundo y finalmente, editaremos el Main del antiguo programa utilizando dos nuevos segmentos (Segmento 2 y Segmento 3). Ver las figuras 19 y 20. Compile, guarde y descargue su programa al PLC. Figura 19. Ingresando al Main para editarlo Figura 20. Editando el Main 14

15 Tarea 4: Explique verbalmente al profesor respecto del tratamiento dado a la variable analógica en el Segmento 2 y Segmento 3 de la figura 20. V B del profesor: (Incluya comentarios si es posible) Para verificar la comunicación entre PLC y HMI, seguir las indicaciones de las figura 21 y 22. Si se desea cambiar el IP del HMI, seleccione Online y diagnóstico en el Árbol. Figura 21. Vista luego de seleccionar Conexiones en el Árbol de proyecto Figura 22. Vista luego de seleccionar el ícono Dispositivos accesibles 15

16 16. Seleccione Pantalla raíz en el Árbol de proyecto para ver la imagen que representa a la pantalla HMI. Haga clic-derecha en la palabra Bienvenido a HMI_1 (KTP600 Basic color PN) y en la persiana abierta seleccione Borrar. Para configurar la tecla F6 y darle funciones que activen las Imágenes del sistema, se procede tal como se muestran en las figuras 23 y 24. Figura 23. Configurando F6 Figura 24. Seleccionando Imagen de sistema 16

17 17. En la figura 25 se observa a la tecla F6 con la esquina color amarillo, lo cual denota que ha sido configurada. Proceda a borrar la tecla Imágenes de sistema. Figura 25. Tecla configurada 18. Ahora vamos a diseñar los señalizadores de nivel mínimo y nivel máximo. En Elementos, seleccione Botón y arrástrela a la pantalla de trabajo tal como se ve en la figura 26. Figura 26. Diseñando al señalizador de Nivel Mínimo 19. Haciendo doble-clic en el botón, se puede ver su configuración correspondiente en las figuras 27 a 30. Figura 27. Configuración General del botón 17

18 Figura 28. Configuración Apariencia de la sección Propiedades Figura 29. Configuración Apariencia de la sección Animaciones Figura 30. Poniendo texto 18

19 20. Se repite igual procedimiento para el botón de Nivel Máximo. Ver la figura 31 como resultado final. Figura 31. Vista de los indicadores mínimo y máximo 21. En este parte, vamos a agregar la imagen que representa al nivel del tanque. Como se trata de una variable analógica, seleccionamos el Objeto denominado Barra y la jalamos hasta nuestra área de trabajo. Ver la figura 32. Figura 32. Vista de los indicadores mínimo y máximo 22. Para configurar la Barra de tal modo que cumpla los requisitos solicitados, se siguen las acciones mostradas en las figuras del 33 al 36.. Observe que la variable a usar para visualizar el nivel del tanque es AI_%. En la figura 36 se debe tener en cuenta la Posición inicial y Posición de destino, que en este caso deben ser iguales en el eje Y pues el tanque no se va a desplazar. } 19

20 Figura 33.Configuración en General Figura 34. Configuración en Apariencia Figura 35. Seleccionando Animaciones 20

21 Figura 36. Configuración en Movimiento vertical 23. Ya terminado el diseño, se procede a compilar y guardar el proyecto. Se selecciona Descarga para proceder a descargar el programa al HMI. Las figuras 37 y 38 muestran a las ventanas que se observaran durante este proceso. Figura 37. Ventana de descarga al HMI 21

22 Figura 38. Ventana de información de carga al HMI 24. En la figura 39 se muestra el diseño ya concluido y listo para proceder a las pruebas de rigor. Figura 39. Proceda a realizar las pruebas de comprobación del correcto trabajo de la lógica del programa (Debe manipular el potenciómetro). Avise al profesor para el visto bueno respectivo!! Tarea 5. Responda si la lógica del programa satisface los requerimientos solicitados. Cuáles mejoras recomienda realizar al diseño para facilitar la lectura al operario del HMI?, anótelos, discútalos en grupo y luego consulte con el profesor. Llame al profesor para que le presenten su tarea terminada mediante breve explicación y les dé el V B. V B del profesor: (Incluya comentarios si es posible)

23 REFLEXIONES Y DISCUSIÓN GRUPAL SOBRE LO APRENDIDO: PREGUNTAS DE COMPROBACIÓN 1. Sólo se pueden usar las variables globales del PLC en una aplicación con HMI?. Comente. 2. El control del proceso lo tiene el PLC o el HMI?. Sustente. 3. Investigue en la sección Gráficos ubicado en el lado lateral derecho del programa del HMI. Haga un resumen de los gráficos que se podrían haber utilizado en este laboratorio en lugar de Botones y Barra. 23

24 4. Qué utilidad funcional proporciona la tecla F6?. Explique cada una de las opciones que proporciona la tecla virtual Tareas Varias. 5. Qué concluye respecto de las palabras Control y Supervisión usadas en el contexto de la automatización?. Sustente con ejemplos. 6. Qué significan las iniciales SCADA?. Dé ejemplos de aplicación. 24

25 HOJA DE EVALUACIÓN DE COMPETENCIAS ADQUIRIDAS Fecha: Sección: Evaluador: Grupo N : Hora de inicio y término: Laboratorio: Integrantes del grupo (Apellidos y Nombres) Comprometido con las medidas de seguridad Evaluación del trabajo en laboratorio (Peso: 0,6) (Deficiente: 10-40%, Incompleto: 50-70%, Exitoso: %) Hace su parte según lo asignado por el equipo Demuestra una actitud proactiva (iniciat. y respons.) Actuación principal para terminar los ejercicios en el tiempo asignado En todo momento trabajaron manteniendo el orden y limpieza en su mesa TOTAL 1= (Suma/5)% Nota integrante N 1 Nota integrante N 2 Nota integrante N 3 Nota integrante N 4 Evaluación del conocimiento (Peso: 0,4) (Básico: 10-40%, Intermedio: 50-70%, Avanzado: %) Demostró conocimiento al responder oralmente a la pregunta de comprobación N.. respectivamente Resultado del test escrito (en porcentaje) TOTAL 2= (Suma/2)% Nota integrante N 1 Nota integrante N 2 Nota integrante N 3 Nota integrante N 4 NOTA FINAL = (0,6xTOTAL 1 + 0,4xTOTAL 2) 25