Descripción del problema
En este artículo, vamos a automatizar el proceso de separación de aceite y agua en un tanque con PLC utilizando un diagrama de escalera
Solución del problema
Cuando el agua y el aceite están presentes en el líquido, el aceite siempre reside encima del líquido debido a la fuerza gravitatoria y la diferente densidad del líquido. Siguiendo esta teoría, el aceite se puede separar del agua mediante el proceso que puedes ver en la imagen.
Sin embargo, este proceso no elimina por completo las partículas de agua, el 90% de las partículas de agua se pueden separar después de pasar por este proceso.
En el proceso se implementa lo siguiente:
Bloques de operación - Se utiliza para captar y convertir señal eléctrica de 4...20mA en registros. Los módulos analógicos de PLC se utilizan para realizar esta conversión.
Módulo de entrada analógica de PLC - Convierte señal eléctrica en números de 16 bits equivalentes. Entonces, cuando la entrada al módulo es 4mA, el módulo registra 0000h en el registro y cuando la entrada al módulo es 20mA, el módulo registra FFFFh. Esta conversión la realiza internamente el convertidor A-to-D del módulo. O simplemente podemos decir que convierte la señal eléctrica 4...20mA en señal digital equivalente.
Módulo de salida analógica de PLC - Convierte la señal digital en señal eléctrica de corriente equivalente para operar el circuito de alimentación que varía la salida en consecuencia, para impulsar el elemento de control final. En este ejemplo es Válvula de control de agua y Válvula de control de gas.
Sensor de nivel - Mide continuamente el nivel en el tanque. Funciona con una señal eléctrica estándar de 4-20 mA conectada a la entrada analógica del PLC que procede la conversión de la señal eléctrica estándar 4...20 mA del sensor de temperatura en señal digital.
La salida de este sensor de nivel es en términos de centímetros, por lo que se necesita la conversión de nivel en salida de corriente equivalente. Usando la forma estándar 4…20mA, supongamos que cuando el nivel está al máximo da una salida de 20 mA y cuando el nivel está al mínimo, da una salida de 4 mA.
Válvula de control de agua - Permite el ingreso de líquido al tanque y es controlado por sensor de nivel según el nivel.
Sensor de temperatura RTD PT100 - Mide continuamente la temperatura en el tanque. Funciona con una señal eléctrica estándar de 4-20 mA conectada a la entrada analógica del PLC que procede la conversión de la señal eléctrica estándar 4...20 mA del sensor de temperatura en señal digital.
La salida de este sensor de temperatura es en términos de centigrados, por lo que se necesita la conversión de temperatura en salida de corriente equivalente. Usando la forma estándar 4…20mA, supongamos que cuando la temperatura está al máximo da una salida de 20 mA y cuando la temperatura está al mínimo, da una salida de 4 mA.
Válvula de control de gas - Permite el calentamiento del líquido y es controlado por un sensor de temperatura de acuerdo a la temperatura para controlar la apertura.
Interruptor de límite de alto nivel - Detecta alto nivel de aceite separado en el tanque
Interruptor de límite de bajo nivel - Detecta bajo nivel de aceite separado en el tanque
Válvula de descarga de aceite - Permite la descarga del aceite separado en el tanque según el nivel detectado por los interruptores de límite de nivel
Lista de entradas/salidas
Palabras de memoria
%MW0 - El valor de la señal digital según el actual en el tanque.
%MW1 - El valor de la señal digital de 1 centímetro del nivel de líquido en el tanque.
%MW2 - El valor preestablecido de la señal digital de nivel. (100 cm)
%MW3 - El valor de la señal digital convertido en centímetros.
%MW4 - El valor de la señal digital según la temperatura actual en el tanque.
%MW5 - El valor de la señal digital de 1 centigrado de la temperatura.
%MW6 - El valor preestablecido de la señal digital de temperatura (50 ºC)
%MW7 - El valor de la señal digital convertido en centigrados.
Bits de memoria
% BOBINA_BIT - Bobina auxiliar de ciclo encendido
Lista de entradas digitales
Lista de salidas digitales
Diagrama de escalera de PLC para Proceso de Separación de Agua y Aceite
Descripción del programa del PLC
En esta aplicación, utilizamos PLC Modicon M221 y programa EcoStruxure Machine Expert - Basic para la programación.
Rung0
Cuando se cierra el contacto %I0.1 (START_), la bobina auxiliar %M0 (BOBINA_BIT) se activa. La bobina %M0 permanece activada ya que el contacto de la bobina está en paralelo con el contacto %I0.1. De esta forma el sistema se activa y se puede volver a detener abriendo el contacto %I0.0 (STOP).
Cuando se presiona el pulsador de marcha, el sistema se inicia y se detiene al presionar el pulsador de parada.
Rung1
El bloque de operación se utiliza para asignar el valor actual de la señal digital del sensor de nivel %IW1.0 (SENSOR_NIVEL) a la palabra de memoria %MW0. El valor que se captura está en el rango de 0 a 32767.
Rung2
El bloque de operación se usa para calcular el valor de la señal digital de nivel para 1 centímetro de nivel de líquido en el tanque. El tanque en este ejemplo tiene 200 centímetros de altura. El valor que queremos se puede calcular dividiendo el valor %MW0 por 200 (32767 / 200). Este valor se asigna a la palabra de memoria %MW1. El valor que obtenemos es 164 redondeado.
Rung3
El bloque de operación se utiliza para calcular el valor preestablecido, es decir, el valor del nivel que queremos mantener en el tanque. El nivel que queremos mantener en el tanque es de 100 cm. El valor que queremos obtener se puede calcular multiplicando el valor de %MW1 por 100. El valor de la señal digital del valor preestablecido es 16400. Este valor se asigna a la palabra de memoria %MW2.
Rung4
El bloque de operación se utiliza para asignar el valor preestablecido %MW2 a Convertidor de Corriente a Presión de la Válvula de control de agua %QW2.0 (VALVULA_AGUA) que convierte la señal eléctrica de corriente en una señal neumática equivalente de 3-15 PSI y ajusta la apertura de la válvula.
La conversión digital a analógica del valor de palabra de memoria %MW2 se realiza dentro de procesador del módulo de salida analógica de PLC y el Convertidor de Corriente a Presión recibe la corriente equivalente en mA.
(Rung1, Rung2, Rung3 and Rung4 cuentan con toda la conversión necesaria para mantener un nivel constante en el tanque.)
Rung5
Este bloque de operaciones se utiliza para convertir la señal digital del sensor de nivel (%MW0) en centimetros. Ya tenemos el valor digital para 1 cm de nivel en el tanque de Rung2 que es 164. Para obtener los centimetros, dividimos el valor del rango máximo por 164 (32767 / 164). Este valor se asigna a la palabra de memoria %MW3
Rung6
Este bloque de operación se utiliza para mostrar el nivel del líquido en el tanque en una pantalla QW2.1 (PANTALLA_NIVEL). El valor de la palabra de memoria %MW3 convertido en el número BCD equivalente se envía a la pantalla.
La pantalla está conectada al módulo de salida analógica del PLC.Muestra el nivel del líquido en el tanque en centímetros.
Rung7
Cuando el contacto %I0.2 (NIV_ALTO_ACEITE) se activa, provoca la activación de la salida %Q0.0 (S_VALV_ACEITE)y se mantendrá activada ya que está en paralelo con el contacto %10.2. La salida %Q0.0 se desactiva nuevamente cuando se activa el contacto %10.3 (NIV_BAJO_ACEITE).
Cuando el interruptor de nivel alto detecta el aceite, la válvula de descarga se abre por completo. Cuando el interruptor de nivel bajo detecta el aceite, la válvula se cierra por completo.
Rung8
El bloque de operación se utiliza para asignar el valor actual de la señal digital del sensor de nivel %IW1.1 (PT100) a la palabra de memoria %MW4. El valor que se captura está en el rango de 0 a 32767.
Rung9
El bloque de operación se usa para calcular el valor de la señal digital de 1 ºC. En este ejemplo el sensor de temperatura que se usa es RTD PT100 con el rango de medición -200...650 ºC. El valor que queremos se puede calcular dividiendo el valor %MW4 por 850 (32767 / 850). Este valor se asigna a la palabra de memoria %MW5. El valor que obtenemos es 39 redondeado.
Rung10
El bloque de operación se utiliza para calcular el valor preestablecido, es decir, el valor de la temperatura que queremos mantener en el tanque. El nivel que queremos mantener en el tanque es de 50 ºC. El valor que queremos obtener se puede calcular multiplicando el valor de %MW5 por 250. El valor de la señal digital del valor preestablecido es 9750. Este valor se asigna a la palabra de memoria %MW6.
Rung11
El bloque de operación se utiliza para asignar el valor preestablecido %MW6 a Convertidor de Corriente a Presión de la Válvula de control de gas QW2.2 (VALVULA_GAS) que convierte la señal eléctrica de corriente en una señal neumática equivalente de 3-15 PSI y ajusta la apertura de la válvula.
La conversión digital a analógica del valor de palabra de memoria %MW2 se realiza dentro de procesador del módulo de salida analógica de PLC y el Convertidor de Corriente a Presión recibe la corriente equivalente en mA.
(Rung8, Rung9, Rung10 and Rung11 cuentan con toda la conversión necesaria para mantener una temperatura constante en el tanque.)
Recuerda, este diagrama utiliza un método de cálculo de señales de 4..20 mA para -200…650 ºC que cuando - 200 ºC da una salida de 4 mA y 650 ºC da una salida de 20 mA. Sin embargo, esta conversión no ofrece una acción de control precisa porque la conversión de datos genera errores menores al realizar la conversión.
Rung12
Este bloque de operaciones se utiliza para convertir la señal digital del sensor de temperatura (%MW4) en grados centígrados. Ya tenemos el valor digital para 1 ºC de Rung9 que es 39. Para obtener los grados centigrados, dividimos el valor del rango máximo por 39 (32767 / 39). Este valor se asigna a la palabra de memoria %MW7
Rung13
Este bloque de operación se utiliza para mostrar la temperatura en el tanque en una pantalla QW2.3 (PANTALLA_TEMP). El valor de la palabra de memoria %MW3 convertido en el número BCD equivalente se envía a la pantalla.
La pantalla está conectada al módulo de salida analógica del PLC. Muestra la temperatura en el tanque en centígrados.
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Nota: Este artículo solo tiene fines educativos o de referencia y es posible que el programa no esté completo.
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