universidad tecnológica de querétaro

UTEQ
Firmado digitalmente por UTEQ
Nombre de reconocimiento (DN):
cn=UTEQ, o=UTEQ, ou=UTEQ,
email=cmacias@uteq.edu.mx,
c=MX
Fecha: 2014.08.29 13:39:06 -05'00'
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO
Nombre del proyecto:
“APLICACIÓN PARA CONTROL Y MONITOREO DE UN TANQUE Y POZO
DE AGUA”
Empresa:
PROCESOS DE AUTOMATIZACIÓN E INSTRUMENTACIÓN S.A. DE C.V.
Memoria como parte de los requisitos para obtener el título de:
TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN MECATRÓNICA ÁREA
AUTOMATIZACIÓN
Presenta:
MISAEL GALLEGOS GARCÍA
Asesor de la UTEQ
Asesor de la ORGANIZACIÓN
M. EN I. José de Jesús Lorenzo
Alegría Cerda
ING. Gerardo Adrián Delgado Franco
Santiago de Querétaro, Qro. Agosto del 2014
31
Resumen.
Este proyecto tiene como objetivo realizar una aplicación por medio de un
software llamado InduSoft Web Studio para el monitoreo y control de un pozo y
tanque de agua. Para la realización de este proyecto se realizó primero una
investigación sobre los equipos instalados, conociendo las conexiones y el
funcionamiento de los equipos de telemetría. También se investigó previamente
sobre la forma de adquirir los datos de los radios y la forma de comunicarse con
los equipos instalados. Se consideró los datos que se pueden obtener de los
equipos instalados para la realización de la configuración de los radios. Se
investigó sobre el software InduSoft para poder realizar la aplicación, para la
aplicación primero se crearon los ““tag”s” con los datos que se obtuvieron de los
equipos instalados. Una vez que se tuvieron los “““tag”s”” se realizaron los
mímicos para la aplicación organizándolos en 5 pantallas, la pantalla de inicio, la
del pozo, la del tanque, tendencias-pozo y tendencias-tanque. Al final se verificó
el funcionamiento de la aplicación visualizando los datos en la misma.
2
Description.
The company where I work in in internship project is called Process Automation
and Instrumentation S.A. de C.V. (PAI). This company is very small and is usually
clean and tidy. This company develops automation projects mainly on water substations. The people that work there is very responsible and hardworking. The
name one of the workers is Luis, he is young, fat and brunett. He is medium height
and he has short dark hair. My staying on PAI is a very satisfying experience.
3
Índice
Resumen. ............................................................................................................ 2
Description. ......................................................................................................... 3
I.
Introducción. ................................................................................................. 6
II. Antecedentes. ............................................................................................... 7
III.
Justificación. .............................................................................................. 8
IV.
Objetivo General. ...................................................................................... 9
V.
Alcance. .................................................................................................. 10
VI.
Análisis de riesgos. ................................................................................. 11
VII.
Fundamentación teórica. ......................................................................... 13
VII.I. Comunicación modbus .......................................................................... 14
VII.II. La comunicación sobre Redes Modbus ................................................ 15
VII.III. Modbus RTU ....................................................................................... 16
VII.IV. Modus TCP ......................................................................................... 17
VII.V. PM9C (Medidor de variables eléctricas). ............................................. 17
VII.VI. Zelio 2R3-B261BD .............................................................................. 18
VII.VII. Radio 905U-G Wireless Gateway ...................................................... 19
VII.IX. Módulo de Expansión 115S-12. .......................................................... 20
VIII. Plan de actividades. ................................................................................ 21
IX.
Recursos materiales y humanos. ............................................................ 23
X.
Desarrollo. ............................................................................................... 24
X.I. Distribución del equipo de telemetría en el pozo. .................................... 24
X.II. Diagrama eléctrico del equipo de telemetría del pozo. ........................... 25
X.III. Distribución del equipo de telemetría del tanque. .................................. 28
X.IV. Diagrama eléctrico del equipo de telemetría del tanque. ...................... 29
X.V. Funcionamiento de los equipos de telemetría. ....................................... 31
X.VI. Datos que se pueden obtener de los equipos. ...................................... 33
X.VII. Reconfiguración de los radios. ............................................................. 35
4
X.VIII. Configuración del Software InduSoft Web Studio. .............................. 41
XI.
Resultados Obtenidos. ............................................................................ 45
XII.
Conclusiones y recomendaciones. .......................................................... 51
XIII. Anexos
XIV. Bibliografías
5
I.
Introducción.
Este proyecto es principalmente para reducir costos a un organismo de agua y
riesgos para operarios de pozos y tanques de agua.
El tener una aplicación que muestre variables eléctricas de un pozo es de suma
importancia para un organismo de agua, ya que con esto sabe el consumo que
tiene su pozo en energía eléctrica y reduce el riesgo a operarios, ya que no se
exponen a mediciones peligrosas de algún valor eléctrico.
El que la aplicación muestre variables de un tanque de agua, tiene como finalidad
poder visualizar el nivel del agua del tanque en forma real sin necesidad que un
operar tenga que ir a ver si el tanque está vacío o lleno.
6
II.
Antecedentes.
Una necesidad recurrente en municipios y en cualquier lugar donde hay tanques
de agua, cárcamos, cisternas o cualquier almacenador de agua es el encendido
de las bombas que suministran el agua; el desplazarse largas distancias implica
pérdida de tiempo y recursos además de una mala operación como dejar los
tanques sin agua o peor aún dejar que se derrame el agua.
Anteriormente el control de un sistema de un pozo y tanque de agua era realizado
manualmente por un operador (un pocero) que tenía que estar al pendiente del
nivel del tanque de agua, así él decidía el momento de prender o apagar la bomba
del pozo.
Hoy en día la mayoría de los sistemas de abastecimiento de agua ya cuentan con
un sistema de control automática, sin embargo para realizar un monitoreo de las
variables que se presentan en los pozos y tanques de agua, aun es necesario
que un operador se traslade distancias grandes para poder tener un monitoreo.
7
III.
Justificación.
Hoy en día es de suma importancia tener un control y monitoreo de un sistema
de tanque y pozo de agua, sin necesidad de estar físicamente en las estaciones
para realizar dicho control o monitoreo.
Al implementar un sistema en el cual se pueda monitorear y controlar
remotamente un pozo y tanque de agua, beneficiará principalmente a la
subestación ahorrando en lo económico, ya que no será necesario que un
trabajador tenga que ir al lugar para apagar de emergencia el pozo o para obtener
datos de variables eléctricas de los equipos que son de suma importancia para
la subestación.
Con este sistema también podrá ser más fácil atacar las fallas que se presente
en el pozo o tanque, ya que se podrán detectar fallas en el arrancador que se
mostrarán en la pantalla de nuestro sistema, así como fallas de energía en los
equipos.
8
IV.
Objetivo General.
Controlar y monitorear remotamente un sistema de un pozo y tanque de agua por
medio de una aplicación.
Objetivos específicos.

Determinar los datos de las tres tensiones, tres corrientes y las tres
potencias que se pueden obtener con los equipos instalados en las
estaciones.

Obtener una tendencia de las corrientes y otro del nivel.

Diseñar una aplicación con el software InduSoft Web Studio.
9
V.
Alcance.
Al final, la aplicación realizada en el software InduSoft Web Studio será capaz de
mostrar con los equipos de telemetría instalados el nivel en tiempo real del
tanque, así como el estado del motor del pozo. Además de algunos parámetros
de estados de energía de los equipos.
Se podrá observar del pozo algunas variables eléctricas que se pueden obtener
del arrancador como corrientes, tensiones y potencia. También se podrá observar
la presión que lleva el agua en el tren de válvulas.
Sobre la pantalla se mostrarán algunas tendencias con el nivel del tanque y del
estado del motor principalmente, así como algunas gráficas de variables
eléctricas que se conocen principalmente la corriente.
10
VI.
Análisis de riesgos.
Un Análisis de Modo y Efecto de Fallos (AMEF) es un conjunto de directrices, un método y una forma de identificar
problemas potenciales (errores) y sus posibles efectos en un SISTEMA para priorizarlos y poder concentrar los
recursos en planes de prevención, supervisión y respuesta.
Resultados de Acción
Equipo apagado
Corto circuito.
8
Apagón de luz.
6
2
Se está tomando
en cuenta tener
3
7
energía de
respaldo.
Tabla VI.I. Análisis de Modo y Efecto de Fallos
11
96
Utilizar hojas de
datos de los
equipos para no
equivocarse.
Misael.
168
Implementar
batería como
respaldo de
energía.
Misael
RPN
Falta de
energía.
8
Se realiza una
selección
correcta con las
hojas de datos
de los equipos.
Misael
Det.
Energía
eléctrica en
estación
central
Mostrar datos
que no son.
Distracción al
seleccionar los
datos.
105
Reducir la
velocidad de
transmisión para
que sea más
eficiente.
Acción
Adoptada
Occ.
Obtener
datos
incorrectos.
7
Acción
Sugerida
Responsable
y fecha límite
de
Terminación
Sev.
Obtención de
datos de los
equipos
Comunicación
deficiente.
Se está tomando
en cuenta la
5
3
velocidad de
transmisión.
RPN
Exceso de
ruido.
Medio ambiente
y/o comunicación
intensa.
Controles de
Diseño o
Proceso
Actuales
Detec.
Comunicación
Efecto (s)
Potencial (es)
de falla
Causa(s)
Potencial(es)
o Mecanismos
de falla
Occur.
Modos de
Falla
Potenciales
Sev.
Función
del Producto/
Paso del
proceso
Se realizó un AMEF que se muestra en la tabla VI.I con los posibles
inconvenientes que se pudieran tener en la realización del proyecto con la
finalidad de tener estrategias para poder corregir dichos inconvenientes, así
como saber a cuál hay que darle un poco más de importancia.
En la tabla VI.I se pude observar que el riesgo más crítico es la energía eléctrica
en la estación central, ya que si esta falla los datos que se encuentren en el
momento no podrán ser visualizados, por eso todos los radios instalados tienen
una batería conectada adicional a su alimentación, la cual nos permitirá
conservar los datos en el radio.
12
VII.
Fundamentación teórica.
Una necesidad recurrente en parcelas, municipios, campos de riego y cualquier
lugar donde hay tanques de agua, cárcamos, cisternas o cualquier almacenador
de agua es el encendido de las bombas que suministran el agua, el desplazarse
largas distancias implica pérdida de tiempo y recursos además de una mala
operación como dejar los tanques sin agua o peor aún dejar que se derrame el
agua.
La solución sencilla operar de manera remota el encendido y apagado de las
bombas mediante un sistema de control inalámbrico el cual consiste
básicamente en un transmisor y un receptor; desde el transmisor comandar y en
el receptor encender y apagar la bomba.
Los beneficios son múltiples y están identificados como ahorro en:




Tiempo
Agua
Recursos humanos
Electricidad
Las condiciones de cada sitio son distintas; es importante realizar la ingeniería
previa para asegurar que se implementará la mejor tecnología al menor costo.
13
Para la realización de este proyecto se utilizó un protocolo de comunicación
llamado modbus el cual, los equipos instalados ya cuentan.
Las razones por las cuales el uso de Modbus es superior a otros protocolos de
comunicaciones son:
1. Es público, es decir que no se requiere la adquisición de una licencia.
2. Su implementación es fácil y requiere poco desarrollo
3. Maneja bloques de datos sin suponer restricciones
VII.I. Comunicación modbus
El protocolo Modbus se define como una estructura para mensajes que los
dispositivos reconocerán y usarán, independientemente del tipo de red sobre la
cual se comunica.
El protocolo define el proceso que usa un dispositivo para hacer la petición de
datos, la forma en que se responde y finalmente como se detectan y reportan los
errores.
El protocolo Modbus provee un estándar que permite analizar gramaticalmente
un mensaje. Durante la comunicación, el protocolo determina como cada
controlador reconocerá su dirección de dispositivo, reconocerá el mensaje
direccionado hacia él y determinará el tipo de acción a tomar y podrá extraer
14
cualquier dato u otra información contenida en el mensaje, si se requiere de una
respuesta el controlador construirá el mensaje y lo enviara.
VII.II. La comunicación sobre Redes Modbus
Los controladores se comunican usando una técnica maestro/esclavo, en la cual
sólo un dispositivo (el maestro) puede iniciar la comunicación. Los otros
dispositivos (los esclavos) responden suministrando al maestro el dato solicitado,
o realizando la acción solicitada en la petición. Entre los dispositivos maestros
típicos se incluyen los procesadores centrales y los paneles de programación.
Algunos esclavos típicos son los PLC’s (controladores programables) o los
inversores o drives.
El maestro puede direccionar esclavos individualmente o puede generar un
mensaje en modo difusión a todos los esclavos. Los esclavos devuelven un
mensaje (respuesta) a las peticiones que les son direccionadas individualmente.
No se devuelven respuestas a peticiones en modo difusión enviadas desde el
maestro.
Modbus establece el formato para la petición del maestro, colocando en ella la
dirección del dispositivo esclavo (0 para difusión), un código de función que define
la acción solicitada, cualquier dato que deba enviarse y un campo de
comprobación de error. La estructura del mensaje de respuesta del esclavo está
también definido por Modbus. Contiene campos confirmando la acción tomada,
15
cualquier dato que haya de devolverse y un campo de comprobación de error. Si
el mensaje recibido por el esclavo es defectuoso o el esclavo es incapaz de
realizar la acción solicitada, construirá un mensaje de error y lo enviará como
respuesta.
VII.III. Modbus RTU
Cuando los controladores se configuran para comunicar en una red Modbus
usando el modo RTU (Remote Terminal Unit), cada byte de 8 bits contiene dos
dígitos hexadecimales de 4 bits. La principal ventaja de este modo es que permite
mayor densidad de caracteres mejorando el rendimiento con respecto al modo
ASCII para la misma velocidad. Cada mensaje debe ser transmitido en un flujo
continuo.
El formato para cada byte en modo RTU es el que se muestra en la figura VII.II.I
Figura VII.II.I Formato para cada byte en modo RTU.
16
VII.IV. Modus TCP
Modbus/TCP es un protocolo de comunicación diseñado para permitir a equipos
industriales como Controladores Lógicos Programables (PLCs), computadores,
sensores, y otros tipos de dispositivos físicos de entrada/salida comunicarse
sobre una red.
Modbus/TCP fue introducido por Schneider Automation como una variante de la
familia MODBUS, cuyo objetivo es manejar protocolos de comunicación simples
y abiertos, destinados a la supervisión y el control de equipo de automatización.
Específicamente, el protocolo cubre el uso de mensajes MODBUS en un entorno
Intranet o Internet. Usando los protocolos TCP/IP La especificación Modbus/TCP
define un estándar interoperable en el campo de la automatización industrial, el
cual es simple de implementar para cualquier dispositivo que soporta sockets
TCP/IP.
VII.V. PM9C (Medidor de variables eléctricas).
El PM9C es una central que mide las magnitudes eléctricas de las redes BT
1P+N, 3P, 3P+N. Indica localmente los valores instantáneos: U, V, I, IN, F, FP, P
total (W, var, VA) y P por fase (W, var). Los valores medios (DEMAND) y medios
máximos de los P (W o var o VA). Los contadores de energías kWh (total y
parcial) y kvarh (total), el contador horario. Dispone de un puerto de comunicación
Modbus RS 485. Para más información ver folleto en el al apartado de anexos.
17
VII.VI. Zelio 2R3-B261BD

LOGIC MODULE, RELÉ, 16I/P, 10O/P

Núm. de Entradas Analógicas: 6

Núm. de Entradas Digitales: 16

Núm. de Salidas Digitales: 10

Anchura Externa: 125mm

Longitud / Altura Externa: 90mm

Montaje, Tipo: Raíl DIN, Panel

Organismos de Certificación: CE, CSA, C-tick, UL

Profundidad Externa: 59.5mm

Tensión de Alimentación: 24VDC

Tensión de Entrada Máx.: 240VAC

Tensión de Entrada Mín.: 100VAC
Figura VII.VI.I Zelio 2R3-B261BD
Los relés programables Zelio Logic como el de la figura VII.VI.I están diseñados
para realizar pequeñas aplicaciones de automatismos. Se utilizan en actividades
industriales y del sector terciario.
Por ser compacto y fácil de instalar, supone una solución competitiva frente a
otras de lógica cableada o de tarjetas específicas. Para más información ver
folleto en el al apartado de anexos.
18
VII.VII. Radio 905U-G Wireless Gateway
Los Gateways inalámbricos ELPRO como en de la
figura
VII.VII.I
proporcionan
una
interfaz
y
comunicación entre los dispositivos de bus de datos
industriales y dispositivos de campo (por ejemplo,
Modbus a Profibus para EtherNet / IP: PLC de
SCADA / DCS, etc.) Conectado a través de
Figura VII.VII.I Radio Gateway
905U-G
RS232/RS485/RJ-45, los valores de los registros
asignados en el bus de datos son transmitidos/recibidos por radio desde y hacia
dispositivos campo y de control.
Los productos de la serie ELPRO 905U-G pueden (multi-hop) repetir hasta cuatro
veces, soportan una variedad de protocolos industriales y puede ser combinado
con la serie 115S ELPRO 905U de E / S para crear poderosos productos de E /
S y redes de bus de datos.
El radio es capaz de conectarse con protocolos industriales diferentes y
dispositivos
de
proveedores
que
incorporan
redes
maestro/esclavo,
esclavo/esclavo, maestro/maestro. Para más información ver folleto en el al
apartado de anexos.
19
VII.IX. Módulo de Expansión 115S-12.
El módulo de la figura VII.IX.I cuenta con 8 señales
digitales configurables, 8 salidas de pulso y 8 entradas
analógicas.
La serie 115S de los productos se puede utilizar con
ELPRO basado en el transceptor de E / S, puerta de
Figura VII.IX.I Modulo
expansión 115S-12
de
enlace Ethernet, y productos en serie para ampliar la entrada y salida de conteo
o actuar como un esclavo de E / S Modbus ® para conectar otros dispositivos de
campo. Conectado a través de RS-485 y comunicar usando ELPRO WIBNet.
Características:

Proporciona diversas variaciones de puertos de E / S para expansiones de
aplicaciones.

Combina unidades (en cadena) para dar cabida a las necesidades de E /
S adicionales.

Expansión del módem de serie I / O para ELPRO transceptor de E / S,
puerta de enlace, y productos de Ethernet.

Capacidad de expansión Modbus RTU esclavo de E / S.

Multiplexor E / S serie con ELPRO cambio del estado WIBNet protocolo.
20
VIII. Plan de actividades.
Se realizó un plan de actividades con la ayuda de una gráfica de Gantt para poder
llevar una organización de las tareas que se realizaran durante el proyecto. Esto
con la finalidad de llevar un control para que el proyecto logre ser terminado en
tiempo y en forma.
Figura VIII.I Grafica de Gantt
21
En la figura VIII.I se muestra una tabla que contiene las tareas que se realizaran durante el proyecto, así como el
tiempo estimado para cada una, la fecha en que comienza y en que termina.
Figura VIII.II Porcentaje de tareas realizadas.
En la figura VIII.II se muestra el porcentaje de cada una de las tareas, así como el porcentaje del proyecto, esto
servirá para tener un seguimiento de lo que se va haciendo y de lo que se va quedando rezagado durante el
proyecto.
22
IX.
Recursos materiales y humanos.
Se puede observar en la tabla de la figura IX.I los equipos en los cuales se
intervino en el proyecto con la finalidad de conocer el nombre del equipo, el
modelo, la marca y principalmente su precio.
Cabe mencionar que el precio de los equipos esta dado en dólares. El Radio y el
Zelio son equipos que fueron adquiridos previamente, mientras que la licencia
de InduSoft Web Studio fue adquirida.
Equipo
Modelo
Marca
Precio
Observaciones
Módulo de Telemetría (Radio)
905U-G-MD1
Cooper
Bussmann
$ 1,795.00 dólares
c/u + IVA
Equipo adquirido
previamente
Relevador inteligente (Zelio)
SR3B216BD Zelio
logic
Schneider
$ 695.00 dólares
c/u + IVA
Equipo adquirido
previamente
Licencia Indusoft WS V 7
Engineering +
Runtime 1500
““tag”s”
Figura IX.I Tabla de precios de los equipos
en los que se intervino.
23
Precio $ 1,950.00
dólares + IVA
X.
Desarrollo.
X.I. Distribución del equipo de telemetría en el pozo.
En la figura X.I.I se muestra la distribución de los equipos instalados en el tablero
que se encuentra en el pozo.
En la parte superior izquierda se puede observar los interruptores que controlan
el encendido y apagado del tablero, en medio se encuentra el medidor de
variables eléctricas. En la parte superior derecha se encuentra el radio que envía
los datos inalámbricamente. En la parte de en medio a lado izquierdo se observa
la fuente de 24vcd para la alimentación de los equipos, a su lado derecho se
observa el Zelio que es el que realiza el control y junto a este su módulo de
comunicación.
En la parte inferior se encuentran las clemas 1 para la batería, 3 de alimentación
24vcd, 8 para la conexión de las señales analógicas, 10 para la conexión de las
señales digitales, 5 para común y 3 para el control del arrancador.
24
Figura X.I.I Distribución del equipo de telemetría en el pozo
X.II. Diagrama eléctrico del equipo de telemetría del pozo.
En la figura X.II.I se puede observar las conexiones de los equipos.
Se tiene una tensión de entrada de 120Vca que van a la fuente de alimentación
que nos entrega una salida de 24Vcd, la cual es utilizada para los equipos, esta
tensión esta por tres clemas que sirven para alimentar el Radio y el Zelio y una
tercera de respaldo. En la primera clema va conectada la batería que sirve de
respaldo cuando se va la luz.
Enseguida se encuentran cuatro clemas porta fusible que también están
puenteadas con 24Vcd, estas clemas junto con las de paso que tiene a su lado
están conectadas a 4 analógicas del Zelio que se utilizan para los trasmisores
25
que se tienen en el pozo que son: el medidor de flujo y el medidor de presión
ambos son trasmisores de dos hilos que entregan una señal de 4 a 20 mA.
Las dos entradas digitales del Zelio son las clemas siguientes con alimentación
a 24V.
El radio cuenta con 8 entradas digitales que son libres de tensión, estas están
conectadas a 8 clemas de paso como se observa. Estas digitales se utilizan como
indicadores de estados de la bomba y del selector.
Al final se encuentran tres clemas donde está conectado un selector de tres
posiciones con el que se hace el control de manual o automático del pozo, esto
quiere decir que si el selector está en manual el arrancador solo le va hacer caso
a la botonera y si el selector está en automático solo le va ser caso a la salida del
Zelio que está en serie con este control.
El medidor de variables eléctricas y el Zelio con la ayuda de su módulo de
comunicación están conectados en paralelo al radio por medio de protocolo
modbus RTU para poder obtener los datos de ambos equipos.
26
L
220 VCA
L1
L2
N
I1 I2 I3
120 VCA
V1 V2 V3
PM9C
Variables Eléctricas
220 VCA
485 RTU
Modbus Serial 485 RTU
Radio G
BAT
GND
SUP
Q2
DI0
DI1
DI2
DI3
DI4
DI5
DI6
DI7
Q1
A1
A2
Modulo Comunicación
Zelio
A3
A4
D1
- +
D2
FUENTE 127VCA - 24VCD
24 VCD
+
BAT
1A
RADIO
1A
-
ZELIO
A1
A2
A3
A4
D1
D2
1A
1A
1A
1A
1A
1A
1A
Analogicas del Zelio
Digitales
Figura X.II.I Diagrama eléctrico del equipo de telemetría del pozo.
27
Digitales del Radio
Clemas de Comun
Control de Arrancador
X.III. Distribución del equipo de telemetría del tanque.
En la figura X.III.I se muestra la distribución de los equipos instalados en el tablero
que se encuentra en el tanque.
En la parte superior izquierda se puede observar controlador de carga solar con
el cual es alimentado el sistema. En la parte superior derecha se encuentra el
radio que envía los datos inalámbricamente. En la parte de en medio a lado
izquierdo se observa un convertidor de 12V a 24V para la alimentación de los
equipos, a su lado derecho se observa el módulo de expansión 115S-12 que
recibe la señal del nivel del tanque.
En la parte inferior se encuentran las clemas 1 para la batería, 3 de alimentación
24vcd, 8 para la conexión de las señales analógicas, 12 para la conexión de las
señales digitales y 5 para común.
Figura X.III.I Distribución del equipo de telemetría del tanque
28
X.IV. Diagrama eléctrico del equipo de telemetría del tanque.
En la figura X.IV.I se puede observar las conexiones de los equipos.
Se tiene una tensión de entrada que es proporcionada por el panel solar instalado
que está conectado al controlador de carga junto con una batería que almacena
la carga y la salida del controlador la carga está conectada a un convertidor de
12 a 24V, ya que el controlador solo entrega 12V y es necesario 24V para la
alimentación de los equipos, esta tensión esta por tres clemas que sirven para
alimentar el Radio y el Zelio y una tercera de respaldo. En la primera clema va
conectada la batería que sirve para almacenar la carga del panel cuando este no
está cargando
Enseguida se encuentran cuatro clemas porta fusible que son las entradas
analógicas del módulo de expansión 115S-12, junto con las de paso que tiene a
su lado que están puenteadas a común para cerrar el lazo que es donde está
conectado el medidor de nivel que entrega una señal de 4 a 20 mA.
Están conectadas 4 entradas digitales del módulo de expansión que son libres
de tensión por lo cual solo están a unas clemas de paso.
El radio cuenta con 8 entradas digitales que son libres de tensión, estas están
conectadas a 8 clemas de paso como se observa.
El módulo de expansión está conectado en paralelo al radio por medio de
protocolo modbus RTU para poder obtener los datos del equipo.
29
24V
Panel
+-
Bateria
+-
Carga
+-
GND
SUP
DI0
DI1
DI2
DI3
+IN 12v
Radio G
BAT
AN3 AN3 +
GND
SUP
AN2 AN2 +
Controlador de Carga
DI0
DI1
DI2
DI3
DI4
DI5
DI6
DI7
AN1 AN1 +
Modbus Serial 485 RTU
Modulo de Expansión
AN0 AN0 +
RTU
OUT 24v
+-
BAT
1A
RADIO
1A
MODULO
1A
A1
A2
A3
A4
1A
1A
1A
1A
Analogicas del Modulo
Digitales del Modulo
Figura X.IV.I Diagrama eléctrico del equipo de telemetría del tanque
30
Digitales del Radio
Clemas de Comun
X.V. Funcionamiento de los equipos de telemetría.
El funcionamiento de los equipos es simple, en la estación del tanque está
conectado a la analógica 1 del módulo de expansión el sensor de nivel que
entrega una señal de 4 a 20 mA, esta señal es interpretada por el módulo de
expansión en una señal digital de 12 bits la cual es leída por el radio 905U-G que
se encuentra en esta misma estación pegándola en un registro del mismo por
medio de una comunicación modbus RTU con el protocolo RS485 trabajando el
radio 905U-G como maestro y el módulo de expansión como esclavo.
El valor de la señal analógica almacenada en un registro del radio es enviada
inalámbricamente al radio 905U-G que se encuentra en la estación del pozo
pegándola en un registro del mismo.
Teniendo el valor del nivel del tanque en el registro del radio del pozo, este lo
escribe al Zelio por medio de una comunicación modbus RTU con el protocolo
RS485 trabajando el radio 905U-G como maestro y el módulo de expansión como
esclavo.
El Zelio realiza el control con el programa que se muestra en la figura X.V.I
31
Figura X.V.I Programa del Zelio
En la parte superior aparecen las dos entradas digitales del Zelio enviadas a un
registro del mismo para que el radio pueda leerlas, así como tres entradas
analógicas del Zelio van de igual forma a un registro del Zelio, estas señales
tienen conectadas un comando que se llama GAIN que sirve para lineal izar las
señales.
En la parte inferior se encuentra un registro del Zelio el cual es el que se escribe
del radio (el registro del valor del nivel del tanque). El valor es lineal izado y con
la función TRIGGER que tiene dos constantes con las cuales se indica en qué
valor se activa y en cual se desactiva, realiza el control de la salida del Zelio para
activa la bomba del pozo con un temporizador con un tiempo para activar y otro
para desactivar la salida.
32
X.VI. Datos que se pueden obtener de los equipos.
De los radios 905U-G de acuerdo con su hoja de datos se pueden obtener los
estados de las señales digitales, estados de la alimentación y batería, así como
los valores de los registros del mismo de acuerdo a la tabla X.VI.I
Registers
0 - 4299
4300 - 4399
4401 - 4499
5000 - 9499
9500 - 9999
Purpose
I/O registers
On-board I/O
Comms-fail status and radio strengths for remote
modules
Status registers - 16 bit status for each I/O signal
Status registers for block read/write messages
Tabla X.VI.I Distribución de los registros
Se utilizarán los registros que estén entre 0-4299 para almacenar los datos que
se obtengan de los equipos.
Y los registros del 4300-4399 que son las señales digitales y de alimentación del
radio que se muestran en tabla X.VI.II
Para el medidor de variables eléctricas PM9C de acuerdo con su hoja de datos
se pueden obtener los siguientes registros que se muestran en la tabla X.VI.III
33
I/O Register
4300
4301
4302
4303
4304
4305
4306
4307
4308
status
4309
status
4310
value
4311
value
4370 - 4379
Description
Input value DIO 1
Input value DIO 2
Input value DIO 3
Input value DIO 4
Input value DIO 5
Input value DIO 6
Input value DIO 7
Input value DIO 8
Low battery vol”tag”e
Supply vol”tag”e fail
Battery vol”tag”e
Supply vol”tag”e
Inverse values of 4300 - 4309
Tabla X.VI.II Registros I/O
Tabla X.VI.III Registros del PM9C
34
I/O Register
4320
4321
4322
4323
4324
4325
4326
4327
Description
Output value DIO 1
Output value DIO 2
Output value DIO 3
Output value DIO 4
Output value DIO 5
Output value DIO 6
Output value DIO 7
Output value DIO 8
X.VII. Reconfiguración de los radios.
Radio del Tanque. El radio del tanque ya contaba con una configuración la cual
mandaba simplemente los valores que tuvieran las 4 analógicas del módulo de
expansión, realizando primero un Mapeo Serial como se muestra en la figura
X.VII.I que indica que va pegar a partir del registro 0 del radio lo que lea del
registro 30001 del esclavo 1 que en este caso es el módulo de expansión,
contando 4 que son las cuatro señales.
Figura X.VII.I Mapeo serial entradas analógicas
Después para enviar los datos que se tienen en el radio se realiza un mapeo
sencillo como se muestra en la figura X.VII.II que indica en la primera línea un
poleo para para poder actualizar los datos cuando se prende por primera vez con
el radio del pozo, después el registro 0 del radio del tanque es enviado al registro
10 del pozo y el registro 1 del tanque es enviado al registro 11 del pozo.
Figura X.VII.II Mapeo sencillo del tanque
A la configuración anterior se agregaron más mapeos para tener los datos en la
estación central en donde esta otro radio 905U-G pero con protocolo Ethernet
35
con el cual se obtendrán los datos en una computadora para la realización de la
pantalla.
Se realizó tres mapeos por bloques el primero fue enviar los valores de las cuatro
analógicas que se encuentran a partir del registro 0 del radio al radio de la
estación central a partir del registro 1 como se muestra en la figura X.VII.III en la
primera línea.
El segundo mapeo por bloques son las 8 señales digitales del radio que están a
partir del registro 4300 enviadas al radio de la estación central a partir del registro
10 como se muestra en la segunda línea de la figura X.VII.III
El tercer mapeo por bloques son los dos estados digitales batería baja y
alimentación correcta que están a partir del registro 4378 del radio enviados al
radio de la estación central a partir del registro 18.
Figura X.VII.III Mapeo por bloques del tanque
Se agregaron otros mapeos sencillos como se muestra en la figura X.VII.IV, el
primero es otro poleo para poder actualizar los datos cuando se prende por
primera vez con en el radio de la estación central, en el segundo se envió el
registro 4310 que es el valor de la batería al registro 8 de la estación central y en
el tercero se envió el registro 4311 que es el valor de la alimentación al registro
9 del radio de la estación central.
36
Figura X.VII.IV Mapeo sencillo adicional
Radio del Pozo. El radio del pozo ya contaba con una configuración la cual en el
mapeo serial como se muestra en la figura X.VII.V, la cual lee los cuatro registros
del Zelio que es el esclavo 1 a partir del registro 40021 y los pega en el radio a
partir del registro 0, también lee el registro 40049 que es el estado del Zelio y lo
pega en el registro 4 del radio y por ultimo escribe el registro 10 del radio que es
el que contiene el valor del nivel del tanque y lo pega en el registro 40017 del
Zelio que es con el cual se realiza el control automático de acuerdo al nivel del
tanque.
Figura X.VII.V Mapeo serial del pozo
Después se realiza un mapeo sencillo con el radio del tanque como se muestra
en la figura X.VII.VI, en la primera línea se tiene un poleo para poder actualizar
los datos cuando se prende por primera vez con el radio del tanque, en la
37
segunda línea se envía el registro 4306 (digital 7) del radio del pozo que indica
cuando el pozo esta prendió al mismo registro 4326 del radio del tanque.
Figura X.VII.VI Mapeo sencillo adicional
A la configuración anterior se agregaron más mapeos para tener los datos en la
estación central para la realización de la pantalla.
Se hizo un mapeo serial nuevo para poder tener en el radio los datos del medidor
de variables eléctricas PM9C como se muestra en la figura X.VII.VII, se leyó a
partir del registro 4101 del PM9C que es el esclavo 3, 52 registros que se pegaron
a partir del registro 20 del radio del pozo.
Figura X.VII.VII Mapeos seriales adicionales
Se realizaron cuatro mapeos por bloques como se muestra en la figura X.VII.VIII,
el primero son las 8 señales digitales del radio que están a partir del registro 4300
enviadas al radio de la estación central a partir del registro 200.
El segundo mapeo por bloques son los dos estados digitales batería baja y
alimentación correcta que están a partir del registro 4378 del radio enviados al
radio de la estación central a partir del registro 208.
38
El tercero y cuarto mapeo por bloques son 94 registros del radio en donde están
los registros del Zelio y los registros del PM9C enviados al radio de la estación
central a partir del registro 300.
Figura X.VII.VIII Mapeos por bloques adicionales
Se agregaron otros mapeos sencillos como se muestra en la figura X.VII.IX, el
primero es otro poleo para poder actualizar los datos cuando se prende por
primera vez con en el radio de la estación central, en el segundo se envió el
registro 4310 que es el valor de la batería al registro 390 de la estación central y
en el tercero se envió el registro 4311 que es el valor de la alimentación al registro
391 del radio de la estación central.
Figura X.VII.IX Mapeos sencillos adicionales
Radio de la Estación Central. En el radio de la estación central se hicieron unos
mapeos sencillos como se muestra en la figura X.VII.X, las primeras dos líneas
son poleos para poder actualizar los datos cuando se prende por primera vez con
el pozo y el tanque, las siguientes dos líneas son para mandar dos registros el
39
100 y el 101 a los registros 12 y 13 del radio del pozo los cuales se escriben a
dos registros del Zelio con lo cual se hará un control desde la oficina.
Figura X.VII.X Mapeos sencillos
Para poder obtener los datos almacenados en los registros del radio de la
estación central a la computadora, es necesario pasarlos a la tarjeta interna que
es de donde se obtienen, configurándola en fielbus config (bus de campo) como
se muestra en la figura X.VII.XI. La tarjeta cuenta con 1024 registros para escribir
y 1024 para leer. En la primera línea se escribieron 19 registros a partir del 1 del
radio (datos del tanque) a la tarjeta fielbus a partir del registro 1, en la segunda
línea se escribieron 10 registros a partir del 200 del radio (digitales del pozo) a la
tarjeta fielbus a partir del registro 30, en la tercera línea se escribieron 100
registros a partir del 300 del radio (analógicas del pozo) a la tarjeta fielbus a partir
del registro 200 y en la cuarta línea se leyeron 2 registros a partir del 100 del
radio (datos para control desde oficina) a la tarjeta fielbus a partir del registro
1025.
Figura X.VII.XI Registros a la tarjeta Fieldbus
40
Por último es necesario asignarle una IP al radio para poderlo asociar con el
programa con el cual se realizará la pantalla. La asignación se hace en ajustes
de Ethernet como se muestra en la figura X.VII.XII.
Figura X.VII.XII Configuración de IP
X.VIII. Configuración del Software InduSoft Web Studio.
Una vez que abrimos el programa lo primero que se hizo fue configurar el driver
que se utilizó para poder obtener los datos en la aplicación de la forma siguiente:
primero se agregó el driver a utilizar seleccionando el MOTCP como se muestra
en la figura X.VIII.I
Figura X.VIII.I Selección del driver a utilizar.
Figura X.VIII.I Driver de comunicación
Figura X.VIII.I Driver de comunicación
Figura X.VIII.I Driver de comunicación
41
Una vez que seleccionamos el driver se creó una hoja principal como la que se
muestra en la figura X.VIII.II, la cual servirá para la creación de las ““tag”s” en la
columna “Nombre de “tag””, así como la colocación de la IP del radio en la
columna de “Estación” y la dirección en la que está alojada en el radio en la
columna “Dirección de I/O”.
Figura X.VIII.II Hoja principal
Al momento de escribir un nombre para crear un “tag” aparece una ventana que
pregunta si deseas crear “tag” al darle que si aparece otra ventana en la cual se
determina el tipo de “tag” que será (booleano, entero, real, etc.). En la columna
de estación se pone la IP del radio con la particularidad de escribir al final el
puerto estándar que es el 502 y la estación del Radio.
Ejemplo: 192.168.0.223:502:1
En la columna dirección de I/O se pone la dirección en la cual está el dato que
queremos si queremos leer un registro se pone al inicio 3X: y después la dirección
en la que está alojada, si queremos escribir a un registro se pone 4X: al inicio,
para los registros del PM9C se pone al inicio DW: porque son dos registros por
dato, por lo cual es una doble palabra. Una vez que consideramos lo anterior
nuestros ““tag”s” quedaron como se muestran en las tablas X.VIII.III y X.VIII.IV
42
““tag”s” Tanque_El chorro
Nombre de “tag”
T48_EL CHHORRO_NIVEL_AN1
T48_EL CHHORRO_AN2
T48_EL CHHORRO_AN3
T48_EL CHHORRO_AN4
T48_EL CHORRO_V.BATERIA
T48_EL CHORRO_V.FUENTE
T48_EL CHORRO_DIO1
T48_EL CHORRO_DIO2
T48_EL CHORRO_DIO3
T48_EL CHORRO_DIO4
T48_EL CHORRO_DIO5
T48_EL CHORRO_DIO6
T48_EL CHORRO_DIO7
T48_EL CHORRO_DIO8
T48_EL CHORRO_E.BATERIA
T48_EL CHORRO_E.FUENTE
Estación
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
Dirección de I/O
3X:1
3X:2
3X:3
3X:4
3X:8
3X:9
3X:10
3X:11
3X:12
3X:13
3X:14
3X:15
3X:16
3X:17
3X:18
3X:19
Tabla X.VIII.III ““tag”s” Tanque
““tag”s” Pozo La Artesana
Nombre de “tag”
P49_LA ARTESANA_DIO1
P49_LA ARTESANA_DIO2
P49_LA ARTESANA_DIO3
P49_LA ARTESANA_DIO4
P49_LA ARTESANA_DIO5
P49_LA ARTESANA_DIO6
P49_LA ARTESANA_DIO7
P49_LA ARTESANA_DIO8
P49_LA ARTESANA_E.BATERIA
P49_LA ARTESANA_E.FUENTE
P49_LA ARTESANA_ZB00
Tabla X.VIII.IV
““tag”s” Pozo
P49_LA
ARTESANA_ZB01
P49_LA ARTESANA_ZB02
P49_LA ARTESANA_ZB03
P49_LA ARTESANA_ZB04
P49_LA ARTESANA_ZB05
Estación
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
43
Dirección de I/O
3X:30
3X:31
3X:32
3X:33
3X:34
3X:35
3X:36
3X:37
3X:38
3X:39
4X:1025.0
4X:1025.1
4X:1025.2
4X:1025.3
4X:1025.4
4X:1025.5
Nombre de “tag”
P49_LA ARTESANA_Z1DI
P49_LA ARTESANA_Z1AN1_PRESION
P49_LA ARTESANA_Z1AN2
P49_LA ARTESANA_Z1AN3
P49_LA ARTESANA_E.ZELIO1
P49_LA ARTESANA_I1
P49_LA ARTESANA_I2
P49_LA ARTESANA_I3
P49_LA ARTESANA_IN
P49_LA ARTESANA_L1 a L2
P49_LA ARTESANA_L2 a L3
P49_LA ARTESANA_L3 a L1
P49_LA ARTESANA_L1 a N
P49_LA ARTESANA_L2 a N
P49_LA ARTESANA_L3 a N
P49_LA ARTESANA_FRECUENCIA
P49_LA ARTESANA_P.ACTIVA
P49_LA ARTESANA_P.REACTIVA
P49_LA ARTESANA_P.APARENTE
P49_LA ARTESANA_P.FACTOR
P49_LA ARTESANA_P.FACTOR_SECTOR
P49_LA ARTESANA_P.DEMANDA
P49_LA ARTESANA_P.MAX_DEMANDA
P49_LA ARTESANA_T.OPERACION
P49_LA ARTESANA_V.BATERIA
P49_LA ARTESANA_V.FUENTE
Estación
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
192.168.0.223:502:1
Tabla X.VIII.IV ““tag”s” Pozo
44
Dirección de I/O
3X:200
3X:201
3X:202
3X:203
3X:204
DW:220
DW:222
DW:224
DW:226
DW:228
DW:230
DW:232
DW:234
DW:236
DW:238
DW:240
DW:242
DW:244
DW:246
DW:248
DW:250
DW:252
DW:254
DW:256
3X:290
3X:291
XI.
Resultados Obtenidos.
Finalmente se realizó la pantalla una vez que se hizo la configuración de los
radios y la creación de los ““tag”s” que utilizaremos para la aplicación.
Para la realización de la aplicación simplemente se crearon los mímicos
deseados asignándolos a los ““tag”s” que creamos previamente con los datos de
los radios.
Para la realización de los mímicos utilizamos distintas herramientas
principalmente el texto con una animación llamada “enlace datos de texto”, la cual
nos permitió asignar el “tag” que se quería mostrar a dicho texto, con esto se
pudieron mostrar la mayoría de los datos de tipo real como corrientes, tensiones,
potencias, entre otros.
Para los datos booleanos se utilizó principalmente formas con una animación
llamada “color”, la cual nos permitió cambiar el color de la forma dependiendo del
valor del “tag” que fuera asignado.
Para la realización de las tendencias se asignó el “tag” a la gráfica que se quería
mostrar, tomando en cuenta si el valor del “tag” era real o booleano.
Para darle forma a la aplicación primero se realizaron dos pantallas que servirán
de encabezado y de navegación.
45
La figura XI.I muestra la pantalla principal con un encabezado el cual contiene
una visualización con la hora y la fecha, algunas imágenes y el logotipo del
organismo y un botón para ir a un explorador y otro para salir de la aplicación.
La pantalla de navegación se muestra en la parte izquierda de la imagen, esta
cuenta con un botón de inicio, un botón para ir a las tendencias del pozo y otro
para las del tanque y un último para salir de la aplicación.
En la parte central se muestran dos imágenes que están asociadas con un botón
respectivamente para ir a la pantalla del Pozo y para ir a la pantalla del Tanque.
Figura XI.I Pantalla principal
46
La pantalla del pozo se observa en la figura XI.II la cual muestra los datos
obtenidos de los equipos relacionados con el pozo como: el estado del pozo si
está en manual o automático, el estado del motor, el control del pozo para realizar
un paro de emergencia, los estados y los valores de la fuente y la batería que
alimentan al radio, la presión con que fluye el agua por el tren de válvulas.
Algunas variables eléctricas del arrancador como: la corriente de cada línea, la
tensión, y algunas potencias.
Figura XI.II Pantalla del Pozo
47
La pantalla del tanque se observa en la figura XI.III la cual muestra los datos
obtenidos de los equipos relacionados con el tanque como: los estados y los
valores de la fuente y la batería que alimentan al radio, el estado del motor, y el
nivel del tanque en centímetros.
Figura XI.III
48
La pantalla de tendencias del pozo se observa en la figura XI.IV la cual muestra
los tres valores de corriente de cada línea, la gráfica de color amarillo muestra la
corriente en L1, la de color rojo indica la corriente en L2 y la de color verde
muestra la corriente en L3.
La última gráfica de color negro muestra el valor de la presión que lleva el agua
en el tren de válvulas.
Figura XI.IV Tendencias del Pozo
49
La pantalla de tendencias del tanque se observa en la figura XI.V la cual muestra
en la gráfica de color azul el nivel que tiene el tanque en centímetros.
La gráfica naranja muestra el estado del motor 0 apagado y 1 encendido, en esta
pantalla se puede observar el momento en que se prende y se apaga el pozo de
acuerdo al nivel del tanque.
Figura XI.V Tendencias del tanque
50
XII.
Conclusiones y recomendaciones.
Al final la aplicación se realizó con éxito y se verifico su funcionamiento
obteniendo los resultados de las variables que se podían visualizar de los equipos
instalados.
Para la realización de la aplicación se investigó previamente sobre el software
(InduSoft Web Studio) en el cual se realizó la misma, cabe mencionar que el
ambiente para la creación de los mímicos y la creación de animación se me
facilito, ya que en la escuela lleve algunas materias que se relacionaban con la
creación de pantallas.
Para poder realizar la aplicación con éxito fue de suma importancia conocer
previamente un poco sobre los equipos instalados, principalmente aprender a
configurar los radios que realizaban la comunicación inalámbrica.
La realización de este proyecto me servirá para mi vida profesional, ya que
aplique conocimientos adquiridos en la escuela, lo cual me dejo una experiencia
satisfactoria.
Para realizaciones de proyectos similares recomiendo llevar una buena
organización de los datos que se obtienen para mostrar sobre una aplicación, ya
que el conocer exactamente en qué registro se encuentra cada valor facilitara la
realización de los mímicos.
51
XVIII. Anexos
XIII. Anexos
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
XIV. Bibliografías
cooperindustries. (10 de JUNIO de 2014). EATON. Obtenido de COOPER:
http://www.cooperindustries.com/content/public/en.html
Manual, U. (12 de JUNIO de 2014). 115S Serial I/O Module. Obtenido de 115S
Serial
I/O
Module:
http://www.cooperindustries.com/content/dam/public/bussmann/Wireless/
Resources/ELPRO%20Manuals/BUS_WIR_ELPRO_man_115S_1.14.pdf
Manual, U. (15 de JUNIO de 2014). 905U-G Wireless Gateway. Obtenido de
905U-G
Wireless
Gateway:
http://www.dancosystems.com/elpro%20docs/man_905g_1.16.pdf
MEXICO, I. (s.f.). Conceptos basicos de protocolos de comunicacion modbus, y
opc en redes de control. Setting the Standard for Automation.
31