Desarrollo de Software Scada Para Mantenimiento Preventivo de Motores Asincronos

7/27/2019 Desarrollo de Software Scada Para Mantenimiento Preventivo de Motores Asincronos

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU

FACULTAD DE INGENIERA ELECTRNICA Y MECATRNICA

ESCUELA DE INGENIERA ELECTRNICA

DESARROLLO DE SOFTWARE SCADA

PARA MANTENIMIENTO PREVENTIVO

DE MOTORES ASINCRONOS.

YONY ROBERT TENORIO BERNAB

ASESOR: JESICA CARDENAS RIOS

Tesis para optar el Ttulo de Ingeniero Electrnico

Lima - Per

2012


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Dedicatoria

Dedico este proyecto a mis Padres,Hermanos, Esposa, Hijos y Amigos,

Por su apoyo constante y

comprensin durante estos aos en el

logro de mis objetivos.


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AGRADECIMIENTOS

Quisiera agradecer de manera muy especial al Ing. Jos Velsquez Jefe de LaboratoriosCIM de la Universidad Ricardo Palma por su aporte como especialista en sistemas

SCADA, y a los Profesores: Jesica crdenas, Julien Noel, Jos Bentez; quienes con sus

aportes y sugerencias contribuyeron en el desarrollo de este proyecto.


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RESUMEN

El presente proyecto est desarrollado con la finalidad de brindarle al rea de

automatizacin y control un software SCADA con todas sus caractersticas de Supervisar,controlar y adquirir datos en tiempo real; y adems tomar decisiones en el mantenimientopreventivo de motores asncronos; Todo esto en tiempo real; Esto se traduce en entregar alusuario un SCADA basado en Mantenimiento Centrado en Confiabilidad de motoresasncronos.

En el desarrollo del proyecto se utiliza todos los conocimientos de automatizacin ycontrol de una planta con un SCADA; Adems de comunicarnos entre programas,controladores, actuadores y sensores para de esta manera tener una planta completamenteautomatizada y an costo muy reducido comparado con los SCADA tradicionales.

PALABRAS CLAVES:

SCADA.

PLCs

Sensores.

Transductores.

Mantenimiento preventivo de motores asncronos.

ndice de polaridad.


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ABSTRACT

This project is developed with the aim of giving the area of automation and control

a SCADA software with all its features to monitor, control and acquire data in realtime and also take decisions on preventive maintenance of induction motors, allthis time real; This results in delivering the user-based SCADA Reliability CenteredMaintenance of induction motors.

In developing the project is used all the knowledge of a plant automation withSCADA, also to communicate between programs, controllers, actuators andsensors thus have a fully automated plant and still very low cost compared totraditional SCADA.

Keywords:

SCADA.

PLC's

Sensors.

Transducers.

Preventive maintenance of induction motors.

Index polarity.


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INDICE GENERALCAPTULO PGINA

DEDICATORIA........................................................................................................... ii

ACTA DE PRE SUSTENTACION ............................................................................ iii

AGRADECIMIENTOS .............................................................................................. ivRESUMEN ................................................................................................................... vABSTRACT ................................................................................................................ viINDICE GENERAL ................................................................................................... viiINDICE DE TABLAS ................................................................................................. xINDICE DE FIGURAS ............................................................................................... xiINTRODUCCIN ....................................................................................................... 1I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................... 2

1.1 Determinacin del problema ...................................................................... 21.2 Formulacin del problema ......................................................................... 21.3 Objetivos de la investigacin ..................................................................... 31.4 Planteamiento de las hiptesis .................................................................... 41.5 Justificacin de la investigacin ................................................................. 81.6 Limitaciones y facilidades ........................................................................ 10

II. MARCO TERICO ......................................................................................... 122.1

Fundamento terico .................................................................................. 12

2.2 Antecedentes de investigaciones anteriores ............................................. 242.3 Estado del arte .......................................................................................... 25

III. DISEO, SIMULACION E IMPLEMENTACION ........................................ 273.1 Diagrama de flujo de la de tesis ............................................................... 303.2 Diseo ....................................................................................................... 30


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3.3 Simulaciones ............................................................................................ 313.4 Implementacin ........................................................................................ 31

IV. RESULTADOS Y CONCLUSIONES ............................................................. 314.1 Resultados ................................................................................................ 314.2 Conclusiones ............................................................................................ 324.3 Trabajos Futuros ....................................................................................... 33

REFERENCIAS ......................................................................................................... 34A N E X O S ............................................................................................................... 35


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INDICE DE TABLAS

CAPTULO PGINA

Tabla 1.1: Lnea de investigacin en el campo de la ingeniera electrnica2Tabla 1.2: ndice de polaridad para motores asncronos.5Tabla 1.3: Temperatura de los motores segn su clase de aislamiento..6Tabla 1.4: Especificaciones tcnicas en general de los plcs..18Tabla 1.5: Cuadro comparativo de costos comparado con el proyecto..32


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INDICE DE FIGURASCAPTULO PGINA

Figura 1.1: Estudio tcnico de fallas en motores asncronos4Figura 1.2: Estructura general de un Motor asncrono..7Figura 1.3: Temperatura de los motores segn su clase de aislamiento6Figura 1.4:Niveles de funcionamiento de un sistema SCADA13Figura 1.5: Estructura jerrquica de las comunicaciones industriales 22Figura 1.6: Estructura de los niveles de las comunicaciones24Figura 1.7: Pantalla del Funcionamiento del motorcon el SCADA..27Figura 1.8: Pantalla del programa de mantenimiento preventivo.28Figura 1.9: Pantalla de seteos de datos nominales del motor28Figura 1.10: Pantalla de alarmasen el motor..........28Figura 1.11: Circuito de fuerza para controlar y medir el aislamiento del motor..29


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INTRODUCCIN

El software SCADA (Supervisin, Control y Adquisicin de Datos) es fundamental para el

manejo de los procesos de produccin de las plantas industriales. Est comprobado que el

aumento de la productividad est muy relacionado a la automatizacin de los procesos en

la medida que se haga un uso eficiente de los equipos y sistemas asociados.

Actualmente la tecnologa permite establecer una serie de estrategias de control entre ellos

los que mejor aceptacin e implementacin tienen; en especial en procesos industriales

complejos han sido los sistemas SCADA integrado con PLCs (Controladores Lgicos

Programables).

Los equipos y sistemas de instrumentacin y control de ltima generacin exigen al

profesional responsable de los sistemas de control de una planta mejorar los procesos,

especialmente en la evolucin de equipamiento de tecnologa digital, su aplicacin en

redes industriales y en la integracin de los sistemas de planta con los sistemas SCADA.

El sistema SCADA rene todas condiciones necesarias para desarrollar y perfeccionar en

el uso de tecnologas modernas que puedan aplicar en la mejora de los procesos de

produccin de las empresas, reduccin de costos por mantenimiento e incremento de la

productividad.

En la actualidad todos los sistemas de control industrial modernos utilizan al PLC como

dispositivo principal de control en un sistema de control automtico. Y al Motor de

induccin trifsico (Motor Asncrono) como actuador mayoritario de una planta.

De esta manera en el presente proyecto desarrollamos un software SCADA con un

programa de mantenimiento preventivo de motores asncronos en el programa Visual Basic

y para darle una aplicacin real del proyecto lo aplicamos a una bomba de agua sumergida

a 200metros bajo el nivel del suelo para bombearlo a un tanque elevado de 50 metros.


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I . PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAPara el desarrollo del presente proyecto se demuestra la necesidad de tener un

software SCADA que tenga un mnimo costo de adquisicin del software,

instalacin y brinde confiabilidad en su funcionamiento de una planta para de esta

manera lograr incrementar la productividad, siendo estos factores considerados

primordiales por las empresas para tener un mejor posicionamiento y

competitividad en el mercado.

1.1 Determinacin del problemaPara la determinacin del problema del siguiente proyecto de Investigacin, se

ha considerado la siguiente fragmentacin de la ingeniera electrnica

mostrado en la siguiente tabla.

Tabla 1.1: Lnea de investigacin en el campo de la ingeniera electrnica

Ingeniera Electrnica

Programa Sub-programa Lnea de investigacin

Control de procesos y

Automatizacin

Sistemas SCADA Adquisicin de datos con Programa de

mantenimiento preventivo de motores

asncronos.

1.2 Formulacin del problemaUn software SCADA es desarrollado para supervisar, controlar y adquirir datos

de una planta en tiempo real, Son costosos y se limitan al significado de sus

siglas (Supervisin, Control y Adquisicin de Datos).

Por experiencia laboral se concluye que en los sistemas automatizados se

necesita tener un SCADA que cumpla sus funciones del mismo y tome


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acciones de proteccin programada y ayude a tomar decisiones acertadas para

realizar un correcto Mantenimiento preventivo de los motores asncronos de

una planta para brindar confiabilidad en su funcionamiento.

Se desarrolla el software SCADA y elabora dentro de ello un programa de

mantenimiento preventivo todo en el programa Visual Basic a partir del

monitoreo de variables en tiempo real, parmetros de operacin y de diseo de

los motores asncronos.

1.3 Objetivos de la investigacin

El objetivo del desarrollo de este proyecto es brindarle una alternativa de

control con un software SCADA que cuente con un programa propio de

mantenimiento preventivo que pueda ser modificado en todos sus aspectos y

sea aplicable a todo tipo de sistemas automticos.

El desarrollo e implementacin de este SCADA ser de muy bajo costo

comparado con los convencionales, adems permitir entender mejor los

protocolos de comunicacin entre los Programas, computador, controladores,sensores y actuadores; Considerando un aporte importante para los futuros

profesionales de este campo.

El objetivo principal del proyecto es incluir en la industria un Software

SCADA con programa de mantenimiento preventivo que sea aplicable a todo

tipo de procesos automatizados; adems estudiar las caractersticas, Software

de programacin, Instalacin y Estudio econmico para que la integracin e

implementacin de nuestro sistema SCADA sea una muy buena alternativa de

uso en las plantas que cuente con PLCs. en sus sistemas de control.


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1.4Planteamiento de las hiptesisPara implementar un sistema SCADA se tiene que adquirir el software con su

licencia respectiva que tiene un costo elevado, adems los SCADA tienen en

comn su lnea de marca sobre los que operan. Estas caractersticas son la

motivacin principal por lo cual se decide desarrollar un software SCADA que

pueda ser compatible con todas las marcas de PLCs y adems de darle un

programa de mantenimiento preventivo de motores asncronos dentro del

SCADA; Todo esto para tener una planta totalmente automatizada y confiable.

Segn el estudio tcnico de tendencias de fallas en motores asncronos, el 80%

ocurre por el estado de bobinas del estator y rodamientos.

Figura 1.1: Estudio tcnico de fallas en motores asncronos.

Para determinar el mantenimiento preventivo del motor asncrono controlado por el

SCADA se realiza el anlisis de los siguientes parmetros de operacin y diseo

del motor:

ndice de Polaridad. Es un parmetro del motor que nos

muestra el estado de contaminacin y aislamiento de las

bobinas del motor; Se obtiene realizando las mediciones con

un megmetro y se calcula en la siguiente ecuacin.

IP = R1min/R10 min = I10 min/I1min


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Siendo:R = Resistencia de aislamiento con respecto a tierra.Iabs = es la corriente de absorcinIcond = es la corriente de conduccin a tierra

Valores del ndice de polarizacin y diagnstico delaislamientoIP


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Para medir este parmetro se va a instalar un transformador

de corriente que tendr como relacin de transformacin al

valor de la corriente nominal del motor y salida de 420

mA, siendo este el valor que tomar el PLC como una seal

anloga de entrada que se enlazar con el SCADA para su

evaluacin.

Temperatura. La mxima temperatura de operacin de un

motor depende principalmente de los materiales usados en su

construccin, existen varias clases de motores pero las ms

usadas son:

Tabla 1.3: Temperatura de los motores segn su clase de aislamiento.

En el proyecto para medir la temperatura del motor

utilizaremos el termistor que viene de fbrica dentro del

mismo instalaremos una termocupla que est

completamente sumergida dentro del motor para as evitar

tener errores en la medicin, ya sea por el material soportado,

transmitido ubicacin del mismo; adems este sensor

tambin ser una seal anloga de entrada que se enlazar

entre el PLC y el SCADA para su respectivo monitoreo.


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Horas de operacin.

Las horas de operacin que debe tener un motor antes de ser

desmontado para cambiar los rodamientos se basan

principalmente en el tiempo de vida de los rodamientos que

viene indicado por el fabricante.

En el proyecto utilizaremos en el SCADA un contador de

horas de trabajo del motor que podr ser seteado y ser

acumulativo en el tiempo; para de esta manera decidir cundo

se tiene que cambiar los rodamientos.

La cantidad de horas de trabajo se regir al dato de diseo del

fabricante de los rodamientos que tambin ser monitoreado

por el SCADA.

Figura 1.2: Estructura general de un Motor asncrono.


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1.5Justificacin de la investigacinNaturaleza.- La naturaleza de este proyecto se dirige al rea de control de

procesos y automatizacin y como principal software a los sistemas SCADA.

Se justifica el desarrollo de un software SCADA por ser una aplicacin vigente

en el campo de la automatizacin y control de procesos industriales adems est

comprobado que el aumento de la productividad est muy relacionado a la

automatizacin de los procesos en la medida que se haga un uso eficiente de los

equipos y sistemas asociados como el SCADA.

Actualmente la tecnologa electrnica con los sistemas SCADA permitenestablecer una serie de estrategias de control que eran de difcil implementacin

hasta hace solamente algunos aos atrs, en especial en procesos industriales

complejos.

Segn las ltimas estadsticas tcnicas de mantenimiento preventivo de motores

asncronos el 80% de fallas ocurren por no monitorear al estado de bobinas y

rodamientos de los motores que son el corazn para su funcionamiento; Por elloel programa de mantenimiento preventivo desarrollado en el proyecto ser un

plus comparado con los sistemas SCADA convencionales.

Magnitud.- El presente proyecto ser aplicado para automatizar el sistema de

suministro principal de agua potable del sub suelo de la empresa

CORPORACION INFARMASA S.A que es mi centro de labor actual.

Se justifica el desarrollo e implementacin de este proyecto porque la

extraccin de agua del sub suelo con una electrobomba sumergible est a 200

metros, es nico y considerado suministro principal para el normal

funcionamiento de los procesos de produccin de esta empresa.


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El presente proyecto adems ser aplicable a todos los sistemas de control

automatizados que tengan a los PLCs como controlador principal y en donde

se requiera integrar un sistema SCADA para tener una planta mucho ms

confiable y con tecnologa actual que permita tomar de decisiones acertadas

ante eventos ocurridos en tiempo real.

Vulnerabilidad.- Mi proyecto de investigacin no est desarrollando los

siguientes temas:

Sistema de control Distribuido (DCS).

Diseo de controladores.

Anlisis de parmetros elctricos en motores asncronos.

Mantenimiento preventivo de motores asncronos con otras

tcnicas como ultrasonido, vibracin, calidad de energa y

tendencias.

Lenguajes de Programacin de PLCs.

Comunicaciones y redes industriales.

Prctica organizacional.- Este proyecto puede ser utilizado y aplicado en todos

los sistemas de control automatizados con PLCs.

El software SCADA desarrollado en Visual Basic tendr la preferencia de lasempresas por ser diseada para todo proceso que requiera incrementar su

productividad y tener un menor costo de inversin lo que lo vuelve ms

competitivos en el mercado.


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El software SCADA desarrollado en el proyecto realizar un aporte muy

importante a los futuros especialistas en el campo de la automatizacin y control

de procesos. Ya que se tendr todas las herramientas necesarias como material de

consulta para implementar diversos sistemas de control automticos.

El programa de mantenimiento preventivo de motores asncronos desarrollado en

el software SCADA, sern fundamentales en la toma de decisiones de

Planificacin y/o Mantenimiento de una planta.

Trascendencia.- El presente proyecto tendr una vigencia de aproximadamente

10 aos considerando que en la actualidad las pequeas y medianas empresas no

tienen sus plantas con sistemas SCADA por su alto costo de adquisicin e

implementacin del software y componentes.

Econmica.- El presente proyecto de llegar al mercado y comprobar su

confiabilidad y funcionamiento tendr un gran impacto por su mnimo costo de

implementacin y adems de adaptarse a todas las marcas de PLCs que es lo que

hasta ahora la mayora de software SCADA no tienen por trabajar cada uno con su

lnea de marca.

1.6Limitaciones y facilidadesTericas y prcticas.

Control de procesos Industriales.

Sistemas SCADA.

Controladores lgicos programables PLCs.

Transductores.

Motores asncronos.

Programa visual Basic.


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Supervisin de procesos por computadora.


Instrumentacin analgica y digital de campo.

Temporal.

El estudio y desarrollo del proyecto es de tipo transversal.

Su ejecucin comenz el primero de Junio del presente ao y su posible trmino con

todas las pruebas ser para la primera semana del mes de septiembre del 2011.

Espacial.

El presente proyecto comprende el espacio geogrfico ocupado por la sede principal

de lima de la empresa TEVA PERU S.A.

La implementacin final para el curso se har a nivel de simulacin; Proponiendo

posteriormente realizarlo a nivel de prototipo.

El escenario de pruebas de simulacin se desarroll en el laboratorio de mi domicilio

y puestas a prueba en el laboratorio CIM de la universidad Ricardo Palma quedando

constancia de su funcionamiento por la inspeccin del Ing. Jos Velsquez y

aprobado por la profesora Jesica Crdenas Ros.


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II MARCO TERICO

2.1 Fundamento tericoControl de procesos Industriales.

El control de procesos industriales es una especialidad de Ingeniera

electrnica, es aquella parte de la ingeniera que es responsable de definir el

nivel de automatizacin de cualquier planta de proceso e instalacin industrial,

la instrumentacin de campo y el sistema de control para un buen

funcionamiento del proceso, dentro de la seguridad para los equipos y

personas, de acuerdo a la planificacin y dentro de los costos establecidos ymanteniendo la calidad. [1]

Otro concepto ms tcnico, dira que el control de procesos industriales nos

permite interactuar con los dispositivos en todo nivel que permiten:

Capturarvariables de los procesos.

Analizarlas variables de los procesos.

Modificarlas variables de los procesos.

Controlarlos procesos.

Traducirlos procesos a unidades de ingeniera.

Como se ve, la especialidad en control de procesos industriales requiere de una

coordinacin necesaria con casi todas las especialidades de un proyecto, lo que

hace necesario unos mnimos conocimientos de casi todas ellas. [1]

En la actualidad, y al no existir unos estudios especficos que vayan enfocados

a esta especialidad, un ingeniero de esta especialidad debe tener una

combinacin de ciertos conocimientos que la gran mayora de las veces se

adquieren con una buena base de formacin y sobre todo con experiencia. [1]


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Sistemas SCADA.

SCADA viene de las siglas de "Supervisory Control And Data Adquisition", es

decir: adquisicin de datos y control de supervisin. Se trata de una aplicacinsoftware especialmente diseada para funcionar sobre ordenadores en el

control de produccin, proporcionando comunicacin con los dispositivos de

campo (controladores autnomos, autmatas programables, etc.) y controlando

el proceso de forma automtica desde la pantalla del ordenador. Adems,

provee de toda la informacin que se genera en el proceso productivo a

diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros supervisores dentro de

la empresa: control de calidad, supervisin, mantenimiento, etc. [2]

En este tipo de sistemas usualmente existe un ordenador, que efecta tareas de

supervisin y gestin de alarmas, as como tratamiento de datos y control de

procesos. La comunicacin se realiza mediante buses especiales o redes LAN.

Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y estn diseados para dar al

operador de planta la posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos. [2]

Los programas necesarios, y en su caso el hardware adicional que se necesite,

se denomina en general sistema SCADA.

Figura 1.4: Niveles de funcionamiento de un sistema SCADA.


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Un paquete SCADA debe estar en disposicin de ofrecer las siguientes

prestaciones:

Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del

operador para reconocer una parada o situacin de alarma, con registro de

incidencias.

Generacin de histricos de seal de planta, que pueden ser volcados para

su proceso sobre una hoja de clculo.

Ejecucin de programas, que modifican la ley de control, o incluso anular o

modificar las tareas asociadas al autmata, bajo ciertas condiciones.

Posibilidad de programacin numrica, que permite realizar clculosaritmticos de elevada resolucin sobre la CPU del ordenador.

Con ellas, se pueden desarrollar aplicaciones para ordenadores (tipo PC, por

ejemplo), con captura de datos, anlisis de seales, presentaciones en pantalla,

envo de resultados a disco e impresora, etc.

Adems, todas estas acciones se llevan a cabo mediante un paquete de

funciones que incluye zonas de programacin en un lenguaje de uso general(como C, Pascal, o Basic), lo cual confiere una potencia muy elevada y una

gran versatilidad. Algunos SCADA ofrecen libreras de funciones para

lenguajes de uso general que permiten personalizar de manera muy amplia la

aplicacin que desee realizarse con dicho SCADA. [2]

Requisitos.

Un SCADA debe cumplir varios objetivos para que su instalacin seaperfectamente aprovechada:

Deben ser sistemas de arquitectura abierta, capaces de crecer o adaptarse

segn las necesidades cambiantes de la empresa.


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Deben comunicarse con total facilidad y de forma transparente al

usuario con el equipo de planta y con el resto de la empresa (redes

locales y de gestin).

Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de

hardware, y fciles de utilizar, con interfaces amigables con el usuario.

[2]

Mdulos de un SCADA.

Los mdulos o bloques software que permiten las actividades de adquisicin,

supervisin y control son los siguientes:

Configuracin: permite al usuario definir el entorno de trabajo de su

SCADA, adaptndolo a la aplicacin particular que se desea

desarrollar.

Interfaz grfico del operador: proporciona al operador las funciones

de control y supervisin de la planta. El proceso se representa

mediante sinpticos grficos almacenados en el ordenador de

proceso y generados desde el editor incorporado en el SCADA oimportados desde otra aplicacin durante la configuracin del

paquete.

Mdulo de proceso: ejecuta las acciones de mando preprogramadas a

partir de los valores actuales de variables ledas.

Gestin y archivo de datos: se encarga del almacenamiento y

procesado ordenado de los datos, de forma que otra aplicacin o

dispositivo pueda tener acceso a ellos.Comunicaciones: se encarga de la transferencia de informacin entre

la planta y la arquitectura hardware que soporta el SCADA, y entre

sta y el resto de elementos informticos de gestin. [2]


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Controladores lgicos programables (PLCs).

En los sistemas de control discreto realizados con rels se tena una lgica de

control fija, alambrada en un panel. Hoy en da, mediante los controladores

programables, se consigue una lgica de control configurable por programa que es

fcil de modificar. [3]

Los primeros controladores programables fueron introducidos a partir del ao 1969,

en los cuales las funciones de rel fueron reemplazadas por una lgica de estado

slido, manteniendo la notacin lgica de diagrama de escalera, usada para

especificar y documentar lgica de rels. Estos primeros controladores operaban enbase a un programa fijo, definido por las conexiones entre dispositivos. [3]

Los PLC's se introdujeron por primera vez en la industria en 1960

aproximadamente. La razn principal de tal hecho fue la necesidad de eliminar el

gran costo que se produca al reemplazar el complejo sistema de control basado en

rels y contactores. Bedford Associates propuso algo denominado Controlador

Digital Modular (MODICON, Modular Digital Controler) a un gran fabricante de

coches. Otras compaas propusieron a la vez esquemas basados en ordenador, unode cuales estaba basado en el PDP8. El MODICON 084 result ser el primer PLC

del mundo en ser producido comercialmente.

El problema de los rels era que cuando los requerimientos de produccin

cambiaban tambin lo haca el sistema de control. Esto comenz a resultar bastante

caro cuando los cambios fueron frecuentes. Dado que los rels son dispositivos

mecnicos y poseen una vida limitada se requera una estricta manutencin

planificada.

Por otra parte, a veces se deban realizar conexiones entre cientos o miles de rels,

lo que implicaba un enorme esfuerzo de diseo y mantenimiento.


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Los "nuevos controladores" deban ser fcilmente programables por ingenieros de

planta o personal de mantenimiento. El tiempo de vida deba ser largo y los

cambios en el programa tenan que realizarse de forma sencilla. Finalmente se

impona que trabajaran sin problemas en entornos industriales adversos. La

solucin fue el empleo de una tcnica de programacin familiar y reemplazar los

rels mecnicos por rels de estado slido.

A mediados de los 70 las tecnologas dominantes de los PLC eran mquinas de

estados secuenciales y CPU basadas en desplazamiento de bit.

Las habilidades de comunicacin comenzaron a aparecer en 1973

aproximadamente. El primer sistema fue el bus Modicon (Modbus). El PLC poda

ahora dialogar con otros PLC's y en conjunto podan estar aislados de las mquinas

que controlaban. Tambin podan enviar y recibir seales de tensin variables,

entrando en el mundo analgico. Desafortunadamente, la falta de un estndar

acompaado con un continuo cambio tecnolgico ha hecho que la comunicacin de

PLC's sea un maremagnum de sistemas fsicos y protocolos incompatibles entre s.

No obstante fue una gran dcada para los PLC'S.

Los 90 han mostrado una gradual reduccin en el nmero de nuevos protocolos, y

en la modernizacin de las capas fsicas de los protocolos ms populares que

sobrevivieron a los 80. El ltimo estndar (IEC 11313) intenta unificar el sistema

de programacin de todos los PLC en un nico estndar internacional. Ahora

disponemos de PLC's que pueden ser programados en diagramas de bloques, lista

de instrucciones, C y texto estructurado al mismo tiempo.

Los PC estn comenzando a reemplazar al PLC en algunas aplicaciones, incluso la

compaa que introdujo el Modicon 084 ha cambiado al control basado en PC. Por

lo cual, no sera de extraar que en un futuro no muy lejano el PLC desaparezca

frente al cada vez ms potente PC, debido a las posibilidades que ste ltimo puede

proporcionar. [3]


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Tabla 1.4: Especificaciones tcnicas en general de los plcs

Definicin de PLC.

Un Controlador Lgico Programable (PLC) es un dispositivo de estado slido,

basado en microprocesadores, que permite el control secuencial en tiempo real de

una maquina o proceso. Un PLC incluye mdulos de entrada/salida de tipo digital y

anlogo, y memoria para el almacenamiento de instrucciones, destinadas a realizar

funciones especificas tales como lgica secuencial, procesamiento aritmtico y

control anlogo. [3]

Ventajas e inconvenientes.

Entre las ventajas tenemos:

Menor tiempo de elaboracin de proyectos.

Posibilidad de aadir modificaciones sin costo aadido en otros

componentes.


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Mnimo espacio de ocupacin.

Menor costo de mano de obra.

Mantenimiento econmico.Posibilidad de gobernar varias mquinas con el mismo programador.

Menor tiempo de puesta en funcionamiento.

Si el programador queda pequeo para el proceso industrial puede seguir

siendo de utilidad en otras mquinas o sistemas de produccin.

Entre los inconvenientes tenemos:

Adiestramiento de tcnicos.Costo.

A da de hoy los inconvenientes se han hecho nulos, ya que todas las carreras de

ingeniera incluyen a la automatizacin como una de sus asignaturas. En cuanto al

costo tampoco hay problema, ya que hay controladores PLC para todas las

necesidades y a precios ajustados.

Estructura bsica de un PLC.

Todos los controladores programables, poseen una de las siguientes estructuras:

Compacta: en un solo bloque estn todos los elementos.

Modular:

Estructura americana: separa las E/S del resto del programador.

Estructura europea: cada mdulo es una funcin (fuente de alimentacin,

CPU, E/S, etc.).

Exteriormente nos encontraremos con cajas que contienen una de estas estructuras,

las cuales poseen indicadores y conectores en funcin del modelo y fabricante.


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Para el caso de una estructura modular se dispone de la posibilidad de fijar los

distintos mdulos en rels normalizados, para que el conjunto sea compacto y

resistente.

Los microcontroladores suelen venir sin caja, en formato kit, ya que su empleo no

es determinado y se suele incluir dentro de un conjunto ms grande de control o

dentro de la misma maquinaria que se debe controlar. [3]

Sensores y actuadores.Para que un sistema electrnico de control pueda controlar un proceso o producto

es necesario que reciba informacin de la evolucin de determinadas variables

fsicas del mismo, que en su mayora no son elctricas (temperatura, presin, nivel,

fuerza, posicin, velocidad, desplazamiento, etc.)

Los dispositivos que realizan esta funcin reciben diversos nombres: captador,

detector, transductor, transmisor, sonda y sensor.

No existe una nica definicin de sensor aceptada de manera universal. Se

considera, en general, que es todo dispositivo que tiene algn parmetro que es

funcin del valor de una determinada variable fsica del medio en el cual

Est situado.

En general, convierten una seal fsica no elctrica en otra elctrica que, en algunos

de sus parmetros (nivel de tensin, nivel de corriente, frecuencia, etc.) contiene la

Informacin correspondiente a la primera.

Por otra parte, es necesario utilizar circuitos de acondicionamiento con el objeto de

que ste genere una seal elctrica normalizada (ya sea por el fabricante osiguiendo pautas de organismos de normalizacin como IEC, IEEE).


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Motores asncronos.

Son los ms utilizados en la industria.

Estos motores tienen la peculiaridad de que no precisan de un campo magntico enel rotor alimentado con corriente continua como en los casos del motor de corriente

directa o del motor sncrono. [5]

Una fuente de corriente alterna (trifsica o monofsica) alimenta al estator.

El estator est constituido por un ncleo en cuyo interior existen pares de

arrollamientos colocados simtricamente en un ngulo de 120. Son sometidos a

una C.A. y los polos del estator se trasladan continuamente creando un campo

giratorio. [5]

Cuando las corrientes trifsicas son aplicadas a los bobinados, el campo magnticogira a una velocidad constante y hace que el rotor gire. [5]

Programa visual Basic.

Visual Basic es un lenguaje de programacin desarrollado por el alemn Alan

Cooperpara Microsoft. El lenguaje de programacin es un dialecto de BASIC, con

importantes agregados. Su primera versin fue presentada en 1991, con la intencin

de simplificar la programacin utilizando un ambiente de desarrollo completamente

grfico que facilitara la creacin de interfaces grficas y, en cierta medida, tambin

la programacin misma. Desde el 2001 Microsoft ha propuesto abandonar el

desarrollo basado en la API Win32 y pasar a trabajar sobre un framework o marco

comn de libreras independiente de la versin del sistema operativo, .NET

Framework, a travs de Visual Basic .NET (y otros lenguajes como C Sharp (C#)

de fcil transicin de cdigo entre ellos). [6]

Visual Basic (Visual Studio) constituye un IDE (entorno de desarrollo integrado, o,

en ingls, Integrated Development Enviroment) que ha sido empaquetado como un

programa de aplicacin; es decir, consiste en un editor de cdigo (programa donde

se escribe el cdigo fuente), un depurador (programa que corrige errores en el

cdigo fuente para que pueda ser bien compilado), un compilador (programa que

traduce el cdigo fuente a lenguaje de mquina), y un constructor de interfaz
http://es.wikipedia.org/wiki/Lenguaje_de_programaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Alan_Cooperhttp://es.wikipedia.org/wiki/Alan_Cooperhttp://es.wikipedia.org/wiki/Microsofthttp://es.wikipedia.org/wiki/BASIChttp://es.wikipedia.org/wiki/1991http://es.wikipedia.org/wiki/Entorno_de_desarrollo_integradohttp://es.wikipedia.org/wiki/APIhttp://es.wikipedia.org/wiki/Win32http://es.wikipedia.org/wiki/.NET_Frameworkhttp://es.wikipedia.org/wiki/.NET_Frameworkhttp://es.wikipedia.org/wiki/Visual_Basic_.NEThttp://es.wikipedia.org/wiki/C_Sharphttp://es.wikipedia.org/wiki/C_Sharphttp://es.wikipedia.org/wiki/Visual_Basic_.NEThttp://es.wikipedia.org/wiki/.NET_Frameworkhttp://es.wikipedia.org/wiki/.NET_Frameworkhttp://es.wikipedia.org/wiki/.NET_Frameworkhttp://es.wikipedia.org/wiki/Win32http://es.wikipedia.org/wiki/APIhttp://es.wikipedia.org/wiki/Entorno_de_desarrollo_integradohttp://es.wikipedia.org/wiki/1991http://es.wikipedia.org/wiki/BASIChttp://es.wikipedia.org/wiki/Microsofthttp://es.wikipedia.org/wiki/Alan_Cooperhttp://es.wikipedia.org/wiki/Alan_Cooperhttp://es.wikipedia.org/wiki/Alan_Cooperhttp://es.wikipedia.org/wiki/Lenguaje_de_programaci%C3%B3n


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grfica o GUI (es una forma de programar en la que no es necesario escribir el

cdigo para la parte grfica del programa, sino que se puede hacer de forma visual).

[6]

Supervisin de procesos por computadora.

Los sistemas de supervisin y control de procesos por computadora se han

convertido en herramientas indispensables de los operadores y supervisores, en la

toma de informacin de los procesos existentes en una planta industrial y en el

mismo instante en que ocurren. La presencia de estos sistemas en muchas empresas

obliga al personal responsable del control de los procesos estar actualizados en suuso. A travs del curso, el participante podr configurar y utilizar un software en

una serie de aplicaciones industriales.

Figura 1.5: Estructura jerrquica de las comunicaciones industriales.


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Segn los ltimos estudios realizados en mantenimiento preventivo de motores

asncronos as como lo corrobora la Norma IEEE 43-2000: resistencia de aislacine ndice de polarizacin (mquinas nuevas y usadas).

El ensayo de resistencia de aislacin mide la resistencia de la aislacin elctrica

entre los conductores de cobre y el ncleo del estator. Idealmente esta resistencia es

infinita, pero en la realidad tiene un valor finito. Generalmente, cuanto menor es el

valor de la resistencia, mayor es la probabilidad de que exista un problema.

Por otro lado, la medida del ndice de polarizacin (IP) es una variante del ensayo

de resistencia de aislacin. El IP es la relacin entre las medidas de resistencia de

aislacin a los 10 minutos (R10) y a 1 minuto (R1) de aplicada la tensin de

ensayo. Es decir:

IP = R10/R1.

Un IP bajo indica que el bobinado puede estar contaminado con aceite, suciedad,

etc. o hmedo. En el ensayo se aplica un valor alto de tensin continua entre los

conductores y el ncleo. A continuacin se mide la corriente It que circula. La

resistencia de aislacin (Rt) en el instante t es: Rt = V/It, donde V es la tensin

continua aplicada e It es la corriente total medida luego de t minutos.Se hace referencia al tiempo t porque la corriente generalmente no es constante.

Esto es as pues existen cuatro corrientes que circulan al aplicar una tensin

continua a la aislacin del estator de un motor:

Los fabricantes de rodamientos brindan todas las caractersticas tcnicas de

funcionamiento como: tiempo de vida, aplicacin, tipo de lubricacin, etc.

Por lo tanto debemos de usar estas caractersticas para tomar decisiones en el

periodo de cambio del rodamiento para asegurar la operatividad del motor.


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Instrumentacin analgica y digital de campo.

Son Tecnologas de Medicin de variables de procesos, Seleccin de sensores y

actuadores, Instrumentacin digital, interfaces de comunicacin, Configuracin dedispositivos digitales de campo y Consideraciones para la instalacin de sensores e

instrumentos, Con el fin de obtener precisin en el resultado de los procesos

automatizados.

Figura 1.6: Estructura de los niveles de las comunicaciones.

2.2 Antecedentes de investigaciones anteriores

2.2.1 Otras investigaciones relacionadas al tema.

El presente trabajo desarrollado por la Ing. Vernica M. Venturini [1], tiene

semejanza con mi proyecto por que aborda la implementacin de un Sistema

SCADA aplicado a la Produccin de Tabaco, ms precisamente, en los procesos de

la Planta de Curado de Tabaco y Especies de la UCS.


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Mediante dicho Sistema, es posible realizar el monitoreo de temperatura y humedad

de cada estufa (desde una workstation o va Internet), el manejo de alarmas,

almacenamiento de datos histricos y envo de mensajes al celular o mail.

El siguiente proyecto que se asemeja al proyecto que estoy realizando es el

desarrollado por la Ing. Ivan Marcos Ruiz [2] , que aborda la implementacin de

un control automtico de un sistema de bombeo para riego con PLCS y Sistema

SCADA aplicado al sistema de control y ahorro de energa.

2.3Estado del arteEn lo que respecta al desarrollo de software SCADA, han realizado en programas

como Excel, C++ y Visual Basic, pero segn las informaciones no se ha tenido xito

por falta de informacin y por que no cumplen con las exigencias que brindan los

SCADA tradicionales.

A continuacin se menciona algunos Softwares para Mantenimiento que estn

operando tanto en el mercado nacional e internacional:

El Software GMAO PRISMA3 Sisteplantposee soluciones verticales para industria,

empresas de servicios de mantenimiento, infraestructuras, edificios: reduccin de

indisponibilidades, optimizacin del preventivo, gestin del conductivo, optimizacin

de polticas de mantenimiento [6]

El Software PGMWin es un sistema para la Planificacin del Mantenimiento,

desarrollado por gente de mantenimiento para la gente de mantenimiento. Software

GMAO para el Mantenimiento de Planta. [7]
http://prisma.sisteplant.com/http://prisma.sisteplant.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://prisma.sisteplant.com/


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SIMI: Sistema Integrado de Mantenimiento Industrial es un Software de

Planificacin y Control para la gestin eficaz del Mantenimiento Preventivo,

Correctivo y Predictivo de equipos e instalaciones en industria, organismos oficiales,

empresas, Gobierno, etc [8]

MAGMA, Mantenimiento General de Maquinaria y procesos industriales. Es otro

software completo, econmico, intuitivo y verstil, apto para la gestin de cualquier

tipo de proceso. Desarrollado sobre la base de sugerencias de clientes, con todos los

elementos de control necesarios, sin mdulos adicionales. Incrementa su

productividad, reduce sus costes, asegura la calidad y evita problemas. [9]
http://www.simimantenimiento.com/http://www.acimut.es/http://www.acimut.es/http://www.simimantenimiento.com/


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III. DISEO, SIMULACION E IMPLEMENTACION

Se desarroll el software SCADA en el programa Visual Basic, Se compar y

simul con el SCADA intocuh v10.1 y para la demostracin de su funcionamientose implemento en un sistema de suministro de agua potable de una bomba

sumergible para lo cual se disea el SCADA desarrollado, obteniendo las siguientes

pantallas.

SIMULACIN:

A continuacin se muestran las simulaciones del software SCADA.

Figura 1.7: Pantalla del Funcionamiento del motor con el SCADA.

Es la pantalla donde se monitorea el funcionamiento de la bomba de agua sumergible ydonde se visualiza todo el proceso en tiempo real.


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Figura 1.8: Pantalla del programa de mantenimiento preventivo.

Figura 1.9: Pantalla de seteos de datos nominales del motor.

Es una segunda pantalla en donde se ponen todo los valores nominales del motor ycondiciones del proceso, adems para modo de simulacin se le puede insertar fallas en el

sistema para verificar la operatividad del programa de mantenimiento preventivo delmotor.

Figura 1.10: Pantalla de alarmasen el motor.


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Figura 1.11: Circuito de fuerza para controlar y medir el aislamiento del motor.

Diagrama ladder para el PLC


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3.1 Diagrama de flujo de las variables de la tesis

Figura: Esquema de flujo de datos del proceso de funcionamiento.

3.2 DiseoSe realiz el diseo del software SCADA en el programa de visual basiccomparando con el SCADA de intouch V10.1 que es el SCADA que trabajacon la mayora de marcas de PLCs.

El diseo y desarrollo de este proyecto se realiz con el estudio del tema y laexperiencia obtenida laboralmente en el manejo de software SCADA,


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programas de mantenimiento preventivo y automatizacin con PLCs; Todoesto en plantas de procesos industriales.

3.3 SimulacionesSe ha simulado el software SCADA desarrollado con la implementacin de trespantallas para controlar, setear y realizar el mantenimiento preventivo de unabomba sumergida en el sub suelo para suministrar agua potable a un tanqueelevado.

3.4 ImplementacinSe ha implementado el software SCADA en el programa Visual Basic 6.0 y

desarrollado en el prototipo de prueba de funcionamiento del motor a modo desimulacin.

Se est evaluando las caractersticas, cantidades y costo total paraimplementar el proyecto en la empresa TEVA PER S.A lugar de trabajoactual y de esta manera demostrar su funcionamiento real del proyecto.

IV Resultados y conclusiones

4.1

Resultados

Los resultados obtenidos fueron satisfactorios por la funcionabilidad de nuestrosoftware SCADA.

Desde nuestro SCADA creado se ha logrado comunicarnos con el PLC ycontrolar todo el funcionamiento del motor simulado en nuestro tablero querepresenta a una planta de proceso de suministro de agua.

Se ha simulado la ocurrencia de fallas obteniendo en la pantalla demantenimiento preventivo la accin preventiva a tomar, todo esto en tiempo

real.


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4.2 ConclusionesEl software SCADA desarrollado en este proyecto es una muy buena

alternativa para ser usada, considerando su operatividad total, compatibilidadcon todas las marcas de PLCs y mnimo costo de implementacin.

Para disear el programa de mantenimiento preventivo de motores asncronoses muy importante hacer el estudio de variables ya sea de parte o toda la plantaque se quiera controlar e insertarlo en el software SCADA para su monitoreo ycondicionamiento respectivo.

Se puede lograr reducir an ms el porcentaje de fallas en el motorincrementando en el programa el monitoreo de ms variables defuncionamiento del motor.

Se tiene como principal motivo de uso del software y el proyecto por su bajocosto de implementacin.

Tabla 1.5: Cuadro comparativo de costos comparado con el proyecto.


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4.3 Trabajos FuturosEl siguiente paso ser realizarlo a modo de produccin lo que se considerasera un aporte muy importante en este sector de la automatizacin y control de

procesos.

Al programa de mantenimiento preventivo se le puede aadir el anlisis de msvariables para obtener un mayor porcentaje de confiabilidad en elfuncionamiento del motor y de toda la planta.


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REFERENCIAS

[1] Autor: Juan Carlos Maraa; Ttulo: Automatizacin y control de procesos Industriales; Ao:

2005www.isa.cie.uva.es/portal_isa/html/modules.php?name.

[2] Tema: SCADA; Ao:2006.

Disponible en:http://www.automatas.org/redes/scadas.htm

[3] Tema: Controladores Lgicos Programables.

Disponible en:www.mundodescargas.com/.../decargar_controladores-logicos-programables. pdf

[4] Tema: Sensores y actuadotes tpicos que se emplean con PLC`s.

Disponible en:http://www.instrumentacionycontrol.net/es/curso-completo-de-plcs/107-capitulo-4-sensores-

y-actuadores-tipicos-que-se-emplean-con-plcs.html

[5]Tema:Motores asincronos

http://www.uv.es/emaset/iep00/descargas/motores-Asincronos-0809.pdf

[6] Autor: Ing. Ivan Marcos Ruiz. Ttulo: GMAO PRISMA3 Sisteplant Fuente: Prisma3.

Ao: Setiembre 2001.

Disponible en: Autorhttp://prisma.sisteplant.com/Enterprise/Whoweare/tabid/243/Default.aspx

[7] Autor: PGMWin. Ttulo: PGMWin Fuente: PGMWin.

Ao: 2010.

Disponible en:http://www.pgmwin.com/

[8] Autor: SIMI. Ttulo: Sistema Integrado de Mantenimiento Industrial Fuente: SIMI

Ao: 2010.

Disponible en:http://www.sinimantenimiento.com/

[9] Autor: Magma. Ttulo: Mantenimiento General de Maquinaria y procesos industriales Fuente: Magma.

Ao: 2010.

Disponible en:http://www.acimut.es/magma/mgmintroduccion.htm
http://www.isa.cie.uva.es/portal_isa/html/modules.php?namehttp://www.isa.cie.uva.es/portal_isa/html/modules.php?namehttp://www.isa.cie.uva.es/portal_isa/html/modules.php?namehttp://www.automatas.org/redes/scadas.htmhttp://www.automatas.org/redes/scadas.htmhttp://www.automatas.org/redes/scadas.htmhttp://e/www.mundodescargas.com/.../decargar_controladores-logicos-programables.%20pdfhttp://e/www.mundodescargas.com/.../decargar_controladores-logicos-programables.%20pdfhttp://e/www.mundodescargas.com/.../decargar_controladores-logicos-programables.%20pdfhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/curso-completo-de-plcs/107-capitulo-4-sensores-y-actuadores-tipicos-que-se-emplean-con-plcs.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/curso-completo-de-plcs/107-capitulo-4-sensores-y-actuadores-tipicos-que-se-emplean-con-plcs.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/curso-completo-de-plcs/107-capitulo-4-sensores-y-actuadores-tipicos-que-se-emplean-con-plcs.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/curso-completo-de-plcs/107-capitulo-4-sensores-y-actuadores-tipicos-que-se-emplean-con-plcs.htmlhttp://prisma.sisteplant.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://www.simimantenimiento.com/http://www.sinimantenimiento.com/http://www.sinimantenimiento.com/http://www.sinimantenimiento.com/http://www.acimut.es/magma/mgmintroduccion.htmhttp://www.acimut.es/magma/mgmintroduccion.htmhttp://www.acimut.es/magma/mgmintroduccion.htmhttp://www.acimut.es/magma/mgmintroduccion.htmhttp://www.sinimantenimiento.com/http://www.simimantenimiento.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://prisma.sisteplant.com/http://www.instrumentacionycontrol.net/es/curso-completo-de-plcs/107-capitulo-4-sensores-y-actuadores-tipicos-que-se-emplean-con-plcs.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/curso-completo-de-plcs/107-capitulo-4-sensores-y-actuadores-tipicos-que-se-emplean-con-plcs.htmlhttp://e/www.mundodescargas.com/.../decargar_controladores-logicos-programables.%20pdfhttp://www.automatas.org/redes/scadas.htmhttp://www.isa.cie.uva.es/portal_isa/html/modules.php?name


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ANEXOS:

BIBLIOGRAFIA:

Visual Basic 6.0 Autor: Domingo Guillermo Carrasco Muoz.

Mantenimiento preventivo de motores asncronos. Autor: Ing. Jorge Fernndez Daher

CONATEL S.A.

Controladores lgicos Programables Autor: Elmer Ramirez Q

Consejo Nacional de ciencia y tecnologa CONCYTEC Lima Per.

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Desarrollo de Software Scada Para Mantenimiento Preventivo de Motores Asincronos