universidad politÉcnica salesiana sede … · ha facilitado los datos y ha realizado acertadas...

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA

SEDE CUENCA

FACULTAD DE INGENIERIA

CARRERA: INGENIERIA ELÉCTRICA

Tesis previa a la obtención del Título de: INGENIERO ELÉCTRICO

““DDIISSEEÑÑOO DDEELL CCOONNTTRROOLL DDEE LLAASS CCOOMMPPUUEERRTTAASS

RRAADDIIAALLEESS,, CCOOMMPPUUEERRTTAASS DDEE DDEESSAAGGUUEE DDEE FFOONNDDOO YY

BBOOMMBBAASS DDEE DDRREENNAAJJEE DDEE LLAA PPRREESSAA DDAANNIIEELL

PPAALLAACCIIOOSS,, DDEELL PPRROOYYEECCTTOO HHIIDDRROOEELLÉÉCCTTRRIICCOO

PPAAUUTTEE MMOOLLIINNOO,, AASSEEGGUURRAANNDDOO LLAA CCOOMMUUNNIICCAACCIIÓÓNN

DDEELL CCOOMMPPOORRTTAAMMIIEENNTTOO DDEE LLAASS CCOOMMPPUUEERRTTAASS CCOONN

EELL SSIISSTTEEMMAA SSCCAADDAA””

AUTOR:

Tnlgo. Wilmer Gómez P.

DIRECTOR:

Ing. Fernando Vásquez

TUTOR:

Ing. Wilson Enríquez V.

Cuenca, Mayo del 2010

i

OBSERVACIONES

El contenido de esta tesis es de absoluta responsabilidad del autor

_____________________

Tnlgo. Wilmer Gómez P.

Certifico que bajo mi dirección esta tesis fue realizada por el Tnlgo. Wilmer

Gómez P.

_____________________

Ing. Fernando Vásquez

ii

DEDICATORIA

A Dios y la Virgen por todas sus bendiciones.

A mis padres Alberto y Lidia por ser mi guía

y la fuente de inspiración para cumplir esta meta.

A mis hermanos Maricela, Xavier y Wilson por apoyarme siempre.

iii

AGRADECIMIENTO

Un agradecimiento muy especial a mi director de tesis

Ing. Fernando Vásquez por su valioso tiempo asignado

a la asesoría y revisión de esta trabajo en todas sus etapas.

Al Ing. Wilson Enríquez que en representación de Hidropaute

ha facilitado los datos y ha realizado acertadas recomendaciones.

A los profesores de la carrera de Ingeniería Eléctrica de la

Universidad Politécnica Salesiana por los conocimientos impartidos.

iv

RESÚMEN

Esta tesis está encaminada al diseño para el cambio de tecnología del control de

operación de las Compuertas Radiales, Desagüe de Fondo y Bombas de Drenaje, de la

Presa Daniel Palacios, asegurando la integración de los renovados sistemas al sistema

SCADA y al Centro de Control de Generación (CCG) mediante protocolos de

comunicación compatibles con las Unidades Terminales Remotas (UTR).

En el capítulo introductorio se presentan los antecedentes, la justificación, el

alcance y los objetivos del trabajo; para luego estudiar el control actual en el capítulo 2,

entendiendo las lógicas para las maniobras de apertura, cierre o parada de las

Compuertas Radiales y Desagüe de Fondo y las maniobras de puesta en marcha o parada

de las bombas de drenaje, descifrando los circuitos de control e interpretando los planos

del cableado de la UTR presente en el control de operación de los sistemas de la Presa

Daniel Palacios.

Ahora como se sabe que los dispositivos electromecánicos luego de algunos años

debido al desgaste, pueden mostrar averías que podrían provocar fallas dentro de la

operación, en el capítulo 3 se establece como mejor opción de solución para reemplazar

estos dispositivos electromecánico al PLC y se estudia para analizar el que mejor se

acopla para desarrollar estas funciones dentro de la presa.

Al tener claro el comportamiento de operación y definido el PLC que se acople

para desarrollar estas funciones, se procede en el capítulo 4 a analizar los requerimientos

para luego programar el PLC S7-200 en función de dichos requerimientos.

En este mismo capítulo se define el tipo de CPU que se usará dependiendo de la

utilización que se le quiera dar y se propone también un método para comunicar al PLC

con el sistema SCADA.

v

Se propone un análisis de factibilidad que se muestra en el capítulo 5, en donde

se presenta el costo del S7-200 dependiendo del CPU que se use, la disminución en el

mantenimiento y costo de operación que se obtiene con los PLC y en donde se puede ver

que aunque en el análisis de proyectos por medio del TIR y el VAN el proyecto no es

conveniente para objetivos de inversión, este es factible ya que no es un proyecto de

inversión sino un proyecto de mejoramiento tecnológico en donde no se espera una

remuneración económica sino un mejor rendimiento en el desarrollo de sus funciones de

operación.

vi

TABLA DE CONTENIDO

““DDIISSEEÑÑOO DDEELL CCOONNTTRROOLL DDEE LLAASS CCOOMMPPUUEERRTTAASS RRAADDIIAALLEESS,, CCOOMMPPUUEERRTTAASS

DDEE DDEESSAAGGUUEE DDEE FFOONNDDOO YY BBOOMMBBAASS DDEE DDRREENNAAJJEE DDEE LLAA PPRREESSAA DDAANNIIEELL

PPAALLAACCIIOOSS,, DDEELL PPRROOYYEECCTTOO HHIIDDRROOEELLÉÉCCTTRRIICCOO PPAAUUTTEE MMOOLLIINNOO,,

AASSEEGGUURRAANNDDOO LLAA CCOOMMUUNNIICCAACCIIÓÓNN DDEELL CCOOMMPPOORRTTAAMMIIEENNTTOO DDEE LLAASS

CCOOMMPPUUEERRTTAASS CCOONN EELL SSIISSTTEEMMAA SSCCAADDAA”” .......................................................................... 1

1. Introducción ............................................................................................................................. 1

1.1. Introducción ...................................................................................................................... 2

1.2. Antecedentes y Justificación del Tema ............................................................................ 3

1.3. Alcance del trabajo ........................................................................................................... 6

1.4. Objetivos .......................................................................................................................... 7

1.4.1. Objetivos Generales .............................................................................................................. 7

1.4.2. Objetivos Específicos ............................................................................................................ 7

2. Sistema Actual de Control de las Compuertas Radiales, Compuertas de Desagüe de

Fondo y Bombas de Drenaje ........................................................................................................... 8

2.1. Introducción ...................................................................................................................... 9

2.2. Compuertas Radiales ...................................................................................................... 11

2.2.1. Sistema de Control y Operación Actual de las Compuertas Radiales ............................ 15

2.3. Desagüe de Fondo .......................................................................................................... 28

2.3.1. Operación de la Central Oleodinámica .............................................................................. 29

2.3.2. Operación de las Válvulas RING FOLLOWER ............................................................. 31

2.3.3. Operación de las Válvulas RING FOLLOWER desde CCG-UTR (CASA DE

MÁQUINAS) ...................................................................................................................................... 38

2.3.4. Operación de la Válvula de Cono Hueco .......................................................................... 43

2.4. Bombas de Drenaje......................................................................................................... 46

2.4.1. Descripción ......................................................................................................................... 46

2.4.2. Operación Bombas Sumergibles ......................................................................................... 47

2.4.3. Operación Bomba Centrífuga ............................................................................................ 48

vii

3. Estudio y Determinación del PLC Compatible con el Diseño de Control .......................... 51

3.1. EL PLC ........................................................................................................................... 53

3.1.1. Capacidades del PLC ........................................................................................................ 54

3.2. Estructura Básica del Autómata Programable ................................................................ 55

3.2.1. Fuente de Alimentación ...................................................................................................... 57

3.2.2. Unidad de Procesamiento Central (C.P.U.) ........................................................................ 57

3.2.3. Módulos o Interfaces de Entrada y Salida (E/S) ................................................................. 57

3.2.4. Módulos de Memorias ...................................................................................................... 58

3.2.5. Unidad de Programación ................................................................................................... 59

3.3. Métodos o Lenguajes de Programación ......................................................................... 59

3.3.1. Clasificación de los Lenguajes de Programación ................................................................ 61

3.3.2. Lenguajes de Programación para PLC .............................................................................. 63

3.3.3. Operaciones Lógicas .......................................................................................................... 66

3.3.4. Lenguaje de Plano de Contacto (LADDER) ..................................................................... 69

3.4. Comunicaciones Industriales .......................................................................................... 76

3.4.1. El Modelo OSI de 7 capas .................................................................................................. 76

3.4.2. Redes Industriales .............................................................................................................. 77

3.4.3. Comunicaciones PC - AP .................................................................................................... 77

3.4.4. Redes Seriales .................................................................................................................... 78

3.4.5. Ethernet ............................................................................................................................... 79

3.4.6. Fieldbus ............................................................................................................................... 80

3.4.7. Profibus ............................................................................................................................... 81

3.4.8. Comunicación del PLC por medio de Relés de Interface ................................................... 81

3.5. Análisis y Determinación del PLC a Utilizar ................................................................. 83

3.5.1. PLC S7-200 ......................................................................................................................... 83

4. Diseño del Control de las Compuertas, Asegurando la Comunicación con el Sistema

SCADA ......................................................................................................................................... 91

4.1. Introducción .................................................................................................................... 92

viii

4.2. Análisis de Requerimientos ........................................................................................... 93

4.2.1. Análisis de Requerimientos Compuertas Radiales ............................................................. 93

4.2.2. Análisis de Requerimientos Desagüe de Fondo .................................................................. 94

4.2.3. Análisis de Requerimientos Bombas de Drenaje ............................................................. 97

4.3. Programación del PLC .................................................................................................. 98

4.3.1. Programación (COMPUERTAS RADIALES) - DIAGRAMA ESQUEMÁTICO ......... 105

4.3.2. Programación DESAGUE DE FONDO (COMPUERTAS RING FOLLOWER,

COMPUERTAS DE BY PASS Y COMPUERTAS DE LIMPIEZA) – DIAGRAMA

ESQUEMÁTICO .............................................................................................................................. 107

4.3.2.1 Programación DESAGUE DE FONDO (COMPUERTAS ............................................. 112

CONO HUECO) – DIAGRAMA ESQUEMÁTICO. ...................................................................... 112

4.3.3. Programación (BOMBAS DE DRENAJE) – DIAGRAMA ESQUEMÁTICO ............. 114

4.4. Comunicación con el Sistema SCADA (XA - 21) ....................................................... 117

5. Factibilidad de Instalación del Nuevo Proyecto .................................................................. 119

5.1. Estudio de Factibilidad ................................................................................................. 120

5.1.1. Cálculo del TIR y VAN .................................................................................................... 121

5.1.2. Compuertas Radiales (Cálculo del TIR y VAN) .............................................................. 124

5.1.3. Desagüe de Fondo (Cálculo del TIR y VAN) .................................................................. 125

5.1.4. Bombas de Drenaje (Cálculo del TIR y VAN) ................................................................ 126

6. Conclusiones y Recomendaciones ....................................................................................... 127

7. Anexos ................................................................................................................................. 130

7.1. DIAGRAMA TRIFILAR DEL CIRCUITO DE FUERZA DE LAS

COMPUERTAS RADIALES 1,2,3,4,5,6 ............................................................................... 131

7.2. DIAGRAMA DE CONTROL Y PROTECCION DE LAS COMPUERTAS

RADIALES 1,2,5,6 ................................................................................................................. 132

7.3. SENALES Y COMANDOS UTR-UC DE COMPUERTAS DE VERTEDERO

1,2,5,6 ...................................................................................................................................... 133

7.4. DIAGRAMA ESQUEMATICO DE CONTROL Y PROTECCION DE LAS

COMPUERTAS DE VERTEDERO 3 Y 4 ............................................................................. 134

ix

7.5. SEÑALES Y COMANDOS UTR-UC DE COMPUERTAS DE VERTEDERO

3 Y 4 135

7.6. DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE CONTROL Y PROTECCIÓN DE

DESAGUE DE FONDO ......................................................................................................... 136

7.7. SELECCIÓN PREFERENCIA DE BOMBAS UTR-UC Y DUPLICACIÓN

DE ALARMAS DE DESAGUE DE FONDO. ....................................................................... 137

7.8. SEÑALES Y COMANDOS UTR-UC DE COMPUERTAS RING

FOLLOWER, BY-PASS Y LIMPIEZA DE DESAGUE DE FONDO. ................................. 138

7.9. SEÑALES Y COMANDOS UTR-UC DE VALVULA CONO HUECO 1 Y

CONO HUECO 2 .................................................................................................................... 139


BOMBAS DE DRENAJE DE LA PRESA AMALUZA ........................................................ 140

7.11. SEÑALES Y COMANDOS DE LAS BOMBAS SUMERGIBLES Y

CENTRÍFUGA DE DRENAJE DE LA PRESA AMALUZA ............................................... 141

7.12. COMANDOS EN BOMBA CENTRÍFUGA ............................................................... 142

7.13. PROGRAMACIÓN COMPUERTAS RADIALES. .................................................... 143

Programación (COMPUERTAS RADIALES) - TABLA DE SIMBOLOS .................................... 143

Programación (COMPUERTAS RADIALES) – ESQUEMA DE CONTACTOS (KOP) .............. 145

Programación (COMPUERTAS RADIALES) – LISTA DE INSTRUCCIONES (AWL) ............. 149

Programación (COMPUERTAS RADIALES) – DIAGRAMA DE FUNCIONES (FUP) ............. 152

7.14. PROGRAMACIÓN DESAGUE DE FONDO: COMPUERTAS RING

FOLLOWER, BY-PASS Y LIMPIEZA. ................................................................................ 155

PROGRAMACIÓN - TABLA DE SIMBOLOS .............................................................................. 155

Programación DESAGUE DE FONDO (COMPUERTAS RING FOLLOWER,

COMPUERTAS DE BY PASS Y COMPUERTAS DE LIMPIEZA) – ESQUEMA DE

CONTACTOS (KOP) ....................................................................................................................... 158


COMPUERTAS DE BY PASS Y COMPUERTAS DE LIMPIEZA) – LISTA DE

INSTRUCCIONES (AWL) .............................................................................................................. 171

x


COMPUERTAS DE BY PASS Y COMPUERTAS DE LIMPIEZA) – DIAGRAMA DE

FUNCIONES (FUP) ......................................................................................................................... 180

7.15. PROGRAMACIÓN DESAGUE DE FONDO: COMPUERTAS CONO

HUECO. .................................................................................................................................. 191

PROGRAMACIÓN – TABLA DE SIMBOLOS ............................................................................. 191

PROGRAMACIÓN DESAGUE DE FONDO (COMPUERTAS CONO HUECO) –

ESQUEMA DE CONTACTOS (KOP) ............................................................................................ 193


LISTA DE INSTRUCCIONES (AWL) ............................................................................................ 196


DIAGRAMA DE FUNCIONES (FUP) ............................................................................................ 199

7.16. PROGRAMACIÓN BOMBAS DE DRENAJE. .......................................................... 202

PROGRAMACIÓN – TABLA DE SIMBOLOS ........................................................................... 202

PROGRAMACIÓN (BOMBAS DE DRENAJE) – ESQUEMA DE CONTACTOS (KOP) ........ 204

PROGRAMACIÓN (BOMBAS DE DRENAJE) – LISTA DE INSTRUCCIONES

(AWL) 208

PROGRAMACIÓN (BOMBAS DE DRENAJE) – DIAGRAMA DE FUNCIONES (FUP) ........ 211

7.17. CONEXIÓN DEL PLC CON EL SISTEMA. .............................................................. 215

7.17.1 CONEXIÓN PLC COMPUERTAS RADIALES. ............................................................ 215

8 Referencias .......................................................................................................................... 219

xi

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1: Datos Físicos Aliviadero de Excesos. ........................................................................... 14

Tabla 2: Datos Físicos Compuerta de Vertedero. ....................................................................... 14

Tabla 3: Datos Característicos Malacate de Izar. ........................................................................ 15

Tabla 4: Datos Físicos de las Compuertas de Mantenimiento del Vertedero. ............................ 15

Tabla 5: Datos Físicos de las Compuertas de Mantenimiento del Vertedero. ............................ 62

Tabla 6: Lenguajes de Programación para PLC. ......................................................................... 63

Tabla 7: Tabla de Verdad (AND)................................................................................................ 67

Tabla 8: Tabla de Verdad (OR). .................................................................................................. 67

Tabla 9: Tabla de Verdad (NOT). ............................................................................................... 68

Tabla 10: Tabla de Verdad (EXOR). .......................................................................................... 69

Tabla 11: Relación de las Denominaciones de los Contextos con las Usadas

Normalmente en el PLC. ............................................................................................................... 72

Tabla 12: Valor Lógico del Contacto Dependiendo del Valor Lógico de su Variable. .............. 73

Tabla 13: Valores de Base de Tiempo. ....................................................................................... 75

Tabla 14: El Modelo OSI. ........................................................................................................... 77

Tabla 15: Características de las Redes Seriales. ......................................................................... 79

Tabla 16: Comparación de las CPUs S7-200. ............................................................................ 88

Tabla 17: Determinación de Entradas y Salidas (Compuertas Radiales). ................................... 94

Tabla 18: Determinación de Entradas y Salidas (Desagüe de Fondo). ....................................... 96

Tabla 19: Determinación de Entradas y Salidas (Con hueco, Desagüe de Fondo). .................... 97

Tabla 20: Determinación de Entradas y Salidas (Bombas de Drenaje). ..................................... 98

Tabla 21: Compuertas Radiales (Cálculo del TIR y VAN). .................................................... 124

Tabla 22: Desagüe de Fondo (Cálculo del TIR y VAN). ......................................................... 125

Tabla 23: Bombas de Drenaje (Cálculo del TIR y VAN). ...................................................... 126

xii

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico 1: Aliviadero de Labio Fijo. ........................................................................................... 10

Gráfico 2: Aliviadero con Compuertas. ...................................................................................... 10

Gráfico 3: Aliviadero de Lámina Pegada con Compuerta Radial. .............................................. 13

Gráfico 4: Forma de Operación de las Compuertas 3 y 4. .......................................................... 22

Gráfico 5: Esquematización de un PLC. .................................................................................... 55

Gráfico 6: Lenguajes de Programación para PLC (visual-escrito). ............................................ 61

Gráfico 7: Lenguajes de Programación para PLC (IL). .............................................................. 64

Gráfico 8: Lenguajes de Programación para PLC (Contactores-LADDER). ............................. 65

Gráfico 9: Lenguajes de Programación para PLC (FDB). .......................................................... 65

Gráfico 10: Lenguajes de Programación para PLC (Programa As). ........................................... 66

Gráfico 11: Ejemplo Operación Lógica AND. ........................................................................... 67

Gráfico 12: Ejemplo Operación Lógica OR. ............................................................................... 68

Gráfico 13: Ejemplo Operación Lógica NOT. ............................................................................ 68

Gráfico 14: Ejemplo Operación Lógica EXOR. ......................................................................... 69

Gráfico 15: Ejemplo de Disposición del Programador antes de colocar contactos. ................... 70

Gráfico 16: Ubicación de los Dispositivos de Entrada y Salida. ................................................ 70

Gráfico 17: Ubicación de varios elementos de Entrada, pero solo Uno de Salida...................... 71

Gráfico 18: Sentido de Programación de los bloques de contactos. ........................................... 71

Gráfico 19: Reglas del Lenguaje. ................................................................................................ 72

Gráfico 20: Elementos de Salida. ................................................................................................ 74

Gráfico 21: Temporizador. .......................................................................................................... 74

Gráfico 22: Contador................................................................................................................... 75

Gráfico 23: Relés Interface-PLC. ................................................................................................ 82

Gráfico 24: SIMATIC S7-200. ................................................................................................... 84

Gráfico 25: Forma Cíclica de Trabajo de los PLC SIMATIC. ................................................... 85

Gráfico 26: Forma Cíclica de Trabajo de los PLC SIMATIC. ................................................... 86

Gráfico 27: Expansión Disponible en el S7-200. ........................................................................ 89

Gráfico 28: Conexión de la PC al PLC. ...................................................................................... 89

xiii

Gráfico 29: STEP 7 – MICRO WIN. .......................................................................................... 99

Gráfico 30: STEP 7 – MICRO WIN (Tabla de Variables Locales). ......................................... 100

Gráfico 31: Programa de Ejemplo AWL. ................................................................................. 101

Gráfico 32: Programa de Ejemplo KOP. .................................................................................. 102

Gráfico 33: Programa de Ejemplo FUP. ................................................................................... 103

Gráfico 34: Interfaces Relé y Módulos Optoacoplador. ........................................................... 118

Gráfico 35: Módulo Optoacoplador. ......................................................................................... 118

Gráfico 36: Módulo Optoacoplador o Relé. .............................................................................. 118

1

11.. IInnttrroodduucccciióónn

1. Introducción……………………………………...………………..1

1.1. Introducción…………………………………………………..2

1.2. Antecedentes y Justificación del Tema………………………3

1.3. Alcance del trabajo……………………………………………6

1.4. Objetivos………………………………………………………7

2

1.1. Introducción

El embalse de Amaluza es creado por la presa Daniel Palacios, construida de

hormigón tipo Arco-gravedad de 170 m de altura, una longitud en la coronación de 400

m, y con un ancho de esta coronación de 6,4 m, tiene una capacidad de almacenamiento

de 120 millones de metros cúbicos, de los cuales son utilizados 90 millones para la

generación y 30 millones para recibir los sedimentos que son transportados por el rio,

constituyéndose de esta forma en una de las presas más altas de América en su tipo, con

una coronación de la presa que se encuentra en la cota 1994 m.s.n.m.

En el centro de la presa se ha dispuesto de unos salientes de hormigón, cuya

finalidad es la de canalizar hacia el aliviadero de excesos el material flotante que se

arrastra con el agua, además la función que tiene el rebosadero es la evacuación del agua

que puede acarrear el rio y que no puede ser utilizado por la central, y al mismo tiempo

nos permite obtener ciertas variaciones en el nivel del embalse; se ha dispuesto también

en la zona del aliviadero de excesos, 6 compuertas radiales de 12 m de ancho por 11,70

m de alto cada una de ellas operadas por malacates de 65 Ton. de capacidad del tipo de

accionamiento por cadenas. El aliviadero de excesos o vertedero tiene una capacidad de

diseño de 7.724 metros cúbicos por segundo.

El vertedero de excesos está equipado con una ranuras de ventilación cuya

finalidad es la de reducir los fenómenos de cavitación que el agua engendra sobre el

hormigón, y el salto que se establece en este vertedero en la zona del deflector es el

necesario para poder disipar la energía del agua.

Dos tomas de carga están incorporadas en la presa en el lado izquierdo, una sirve

para la fase AB y la otra para la Fase C, además la presa está provista de dos desagües

de fondo, cuya finalidad es la de evacuar los materiales de arrastre; así como sirve de

desaguadero para bajar el nivel del espejo de las aguas cuando se desee. Cada desagüe

de fondo consiste de: una toma de 2,134 m de diámetro construida en tubería de acero

embebido en el hormigón, una válvula de tipo “Ring Follower” de seguridad y una

3

válvula de descarga de tipo de Cono Hueco, así como de una compuerta de

mantenimiento.

La toma de agua en el Embalse Amaluza se realiza mediante una estructura de

hormigón, localizada en la cara aguas arriba de la presa, provista con rejillas y

compuertas de acero sobre ruedas fijas. Las compuertas son de 3,5m e ancho por 7,5m

de alto.

Ahora, como se puede ver la presa Daniel Palacios presenta compuertas con

diferentes características y diferentes lógicas de control, que se basan en determinadas

variables y múltiples requerimientos, pero que con el pasar de los años esta lógica de

control se ve afectada por fallas en el funcionamiento de los equipos debido a la

antigüedad que los componentes electromecánicos presentan.

Hoy en día son innumerables los avances que la tecnología ha logrado, y con ello

muchos cambios en el desarrollo de procesos en todas las industrias han llegado, es por

esto que al saber la importancia que tiene Hidropaute con el crecimiento del país, no se

puede olvidar estos cambios cuando es clara la necesidad de estar a la vanguardia con la

tecnología, por lo que se siente la obligación de modernizar los componentes que forman

la lógica de control y cambiar específicamente los vetustos componentes

electromecánicos por un moderno dispositivo de control denominado PLC que sea capaz

de acoplarse a los modernos y ya existentes RTU que conforman el sistema SCADA de

la Central Hidroeléctrica Paute - Molino.

1.2. Antecedentes y Justificación del Tema

La generación y provisión de energía eléctrica tiene alta incidencia en el grado de

competitividad de nuestro país, lo cual ha ocasionado que el sector eléctrico esté

considerado como sector prioritario y estratégico del Ecuador, obligando a que las

empresas generadoras se modernicen y se pongan a la altura de sus similares nacionales

o internacionales para poder competir en iguales condiciones.

4

La Corporación Eléctrica del Ecuador CELEC EP es una empresa pública de

generación y transmisión eléctrica con domicilio en Quito, fue creada el 14 de enero de

2010 como producto de la fusión de seis empresas generadoras (Electroguayas,

Hidroagoyan, Hidropaute, Termoesmeraldas, Termopichincha, Hidronación) y una

transmisora (Transelectric).

CELEC EP está integrada por siete unidades de negocio correspondientes a las

empresas fusionadas, en esta tesis se referirá a la Unidad de Negocio Hidropaute

(CELEC-HIDROPAUTE), como Hidropaute.

Hidropaute se dedica a la generación de energía eléctrica, posee entre sus

principales patrimonios, la Central Hidroeléctrica Paute-Molino ubicada

aproximadamente a 125 kilómetros al nororiente del Azuay y que produce 1075 MW, lo

que la convierte en la central de mayor generación del país, además Hidropaute

aumentará su producción con las dos centrales que están en proceso de construcción

Mazar y Sopladora

La Central Hidroeléctrica Paute-Molino, pasó a manos de Hidropaute en 1996,

dentro del proceso de privatización de las generadoras de energía eléctrica realizado por

el gobierno de Sixto Durán Ballén. El proyecto fue creado por el ingeniero Daniel

Palacios Izquierdo, siendo favorable debido a que el rio en donde quería construir la

planta era portador de un importante caudal en el sitio de "Cola de San Pablo", además

el rio era de gran medida y presentaba diferencias de niveles, pero para la época, el

proyecto fue criticado por la magnitud de las obras, costos y además se calificaba al

mismo como algo iluso; sin embargo, Daniel Palacios insistió en su viabilidad, teniendo

oficialmente su estudio inicial en 1961 y posteriormente su construcción y puesta en

marcha luego de algunos años.

Actualmente la Presa Daniel Palacios, luego de casi 30 años en funcionamiento,

debido a la antigüedad de los componentes de la lógica de control de las compuertas

radiales, compuertas de desagüe de fondo y bombas de drenaje, enfrenta inconvenientes

http://es.wikipedia.org/wiki/EnergÃa_elÃ©ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Gobierno

http://es.wikipedia.org/wiki/Sixto_DurÃ¡n_BallÃ©n

5

para solucionar los problemas que se presentan en el control del funcionamiento de

dichas compuertas.

Además si se revisa la Visión y la Misión:

VISIÓN: Ser la compañía más grande de generación de energía eléctrica del

país, implantando tecnologías de vanguardia e impulsando proyectos de

aprovechamiento de energías renovables, con altos estándares de calidad, notable

capital humano y un equilibrio sostenible entre la responsabilidad social, protección

del medio ambiente y rentabilidad para contribuir al desarrollo del país.

MISIÓN: "Somos una compañía trascendental para el desarrollo del país y la

mayor generadora hidroeléctrica. Produciendo con altos estándares de eficiencia,

calidad y rentabilidad, mediante la actualización tecnológica permanente, respetando

y protegiendo el medio ambiente y con responsabilidad social"

Fuente: Pagina web “www.hidropaute.com”

Hidropaute, está comprometido a estar siempre a la vanguardia con los

desarrollos tecnológico y es por esto que es clara la necesidad de cambiar el antiguo

sistema de control de las compuertas y así limitar muchos inconvenientes que

actualmente tiene la presa, brindando la efectiva comunicación con el sistema SCADA.

Una alternativa de solución para el control de las compuertas de la presa pueden

ser los PLC, ya que contienen todo lo necesario para manejar altas cargas de potencia; se

requiere un diseño eléctrico y el problema de diseño se centra en expresar las

operaciones y secuencias en la lógica de control.

La propuesta también se la puede justificar sabiendo que los sistemas de control

se amortizan por sí solos rápidamente debido al ahorro en los componentes y en el

6

mantenimiento, lo que provoca que pueda ser una buena elección en vez de una solución

"genérica".

Bajo esta premisa y luego de recalcar la antigüedad que presentan los

componentes de la lógica de control de las compuertas, se puede ver que es de suma

importancia emprender el desarrollo de la presente tesis que pretende diseñar un control

que garantice el correcto funcionamiento de las compuertas de la Presa Daniel Palacios

y asegurar la comunicación con el sistema XA-21 del Centro de Control de Generación.

1.3. Alcance del trabajo

Los problemas que se presentan debidos a que las compuertas actualmente tienen

un control electromecánico se pueden resumir en: fallas de operación, la ausencia de

repuestos o la dificultad para conseguirlos, daños en los relés electromecánicos y uno de

los fundamentales la dificultad en la comunicación con el sistema SCADA del Centro de

Control de Generación.

El desarrollo de la tesis está encaminado a diseñar un moderno sistema de control

de las compuertas de la Presa Daniel Palacios en base a PLCs, para garantizar el

correcto funcionamiento de estas.

Además con el desarrollo de la tesis se pretenderá asegurar la comunicación con

el sistema SCADA y en uno de sus capítulos también se analizaría la factibilidad para la

implementación del nuevo sistema de control.

Por último se procura actualizar los planos y diagramas de control de las

compuertas radiales, de desagüe de fondo y bombas de drenaje, para que mediante estos

la instalación de este diseño de control sea fácil y no tome mucho tiempo implementarlo

y ponerlo en marcha.

7

1.4. Objetivos

1.4.1. Objetivos Generales

Realizar el diseño de los sistemas de control de las compuertas radiales,

compuertas de desagüe de fondo y bombas de drenaje de la Presa Daniel

Palacios.

Actualizar los planos y diagramas de control de las compuertas radiales,

compuertas de desagüe de fondo y bombas de drenaje de la Presa Daniel

Palacios

1.4.2. Objetivos Específicos

Evaluar el estado actual de las lógicas de control y determinar la alternativa

adecuada para su mejora.

Determinar un dispositivo de control que sea óptimo para garantizar la

comunicación del comportamiento de las compuertas con el SCADA.

Proponer un estudio y realizar la programación del PLC que se ajuste a las

necesidades de apertura y cierre de las compuertas de la Presa Daniel Palacios,

verificada en un software de simulación.

Verificar la factibilidad del proyecto.

Realizar el levantamiento de los planos y diagramas de los sistemas de control

actuales.

8

22.. SSiisstteemmaa AAccttuuaall ddee

CCoonnttrrooll ddee llaass

CCoommppuueerrttaass RRaaddiiaalleess,,

CCoommppuueerrttaass ddee DDeessaaggüüee

ddee FFoonnddoo yy BBoommbbaass ddee

DDrreennaajjee

2. Sistema Actual de Control de las Compuertas Radiales, Compuertas

de Desagüe de Fondo y Bombas de Drenaje…………………………8

2.1. Introducción………………………………………………….9

2.2. Compuertas Radiales………………………………………...11

2.3. Desagüe de Fondo…………………………………….……..28

2.4. Bombas de Drenaje…………………………………….……46

9

2.1. Introducción

La presa Daniel Palacios depende de múltiples factores que sirven para mantener

un óptimo funcionamiento y gracias a ello conservar represada agua, brindando un

caudal que garantice que la Central Paute Molino tenga una generación hidroeléctrica

normal; ahora tres de estos factores fundamentales se estudiarán para buscar mejoras en

su sistema de control, entre estos están los rebosaderos o comúnmente denominados

aliviaderos que permiten gracias a las maniobras de control de sus compuertas obtener

distintos niveles de agua deseados; también se estudiara el control de las compuertas de

desagüe de fondo, dos denominadas Ring Follower, dos Cono Hueco y las

complementarias de by-pass y limpieza, por último dentro de los problemas de control

de la presa se encuentran las dos bombas sumergibles y una centrifuga que ayudan a

drenar el agua que se filtra a través de las paredes de la presa y llegan a un destino

común o pozo guiadas por cunetas que recorren la presa.

Como las compuertas radiales se abren o cierran dependiendo del nivel de agua

en el embalse, para entender el control de estas primero se debe concebir que los

aliviaderos cumplen con los objetivos de derivar y transportar el agua satisfaciendo la

necesidad de anular o disipar la energía sobrante. Estos aliviaderos se pueden clasificar

en:

Aliviaderos de superficie

Aliviaderos (desagües) intermedios

Aliviaderos (desagües) profundos

Las partes que se pueden distinguir en los aliviaderos son la toma, la conducción

(descarga) y el Reintegro (estructura terminal), además se puede encontrar varios tipos

de aliviaderos que por sus características se puede nombrar:

Por la toma: Labio fijo ó con compuertas

Por el tipo de conducción: Lámina libre o en presión

Por el reintegro: resalto o trampolín

10

Las de Labio fijo no desaguan hasta que el agua supera el nivel del umbral, el caudal

por unidad de longitud depende del nivel y el funcionamiento es automático (estático).

Gráfico 1: Aliviadero de Labio Fijo.

Fuente: Presas aliviaderos y desagües, 3° OOPP. Construcciones Civiles

A diferencia de los de labio fijo, los aliviaderos con compuertas tienen una

característica muy particular, en este caso gracias a que las compuertas se pueden mover

a voluntad, se puede controlar caudal de agua evacuada y nivel del embalse.

Gráfico 2: Aliviadero con Compuertas.

Fuente: Presas aliviaderos y desagües, 3° OOPP. Construcciones Civiles.

Las diferentes formas de las compuertas dependen de su aplicación, el tipo de

compuerta a utilizar dependerá principalmente del tamaño y forma del orificio, de la

cabeza estática, del espacio disponible, del mecanismo de apertura y de las condiciones

particulares de operación.

11

Estas dependen de distintos sistemas complementarios ya que por sus grandes

dimensiones, peso y cargas que deben soportar, las compuertas deben ser movidas por

sistemas mecánicos (eléctricos, hidráulicos, manuales). Estos sistemas pueden ser de

gran variedad y su utilización depende de múltiples factores tales como espacio

disponible, cargas transmitidas a la estructura y por supuesto el tipo de compuerta que

deben mover; los sistemas más comunes son: pórticos, puentes grúa, vigas de alce,

servomotores, contrapesos y grúas o malacates.

Se deben incluir mecanismos adicionales como: marcos, sellos, rieles, fuentes de

potencia, dispositivos de transporte y sistemas de control para garantizar su buen

funcionamiento.

Uno de estos mecanismos adicionales, el sistema de control, será estudiado en los

diferentes tipos de compuertas tanto de los aliviaderos como de desagüe de fondo, así

como el de las bombas de drenaje de la presa, en busca de nuevas tecnologías para

encontrar mejoras.

2.2. Compuertas Radiales

Las compuertas radiales son numerados del uno al seis, de izquierda a derecha

mirando a la presa desde aguas arriba y los vertederos tiene la forma de tobogán con una

capacidad de descarga de 7724 , las compuertas 1, 2, 5 y 6 son operadas

manualmente en el sitio en el panel de control de compuerta o por control remoto con

una botonera similar desde la sala de operación de la presa, pero también se pueden

maniobrar desde CCG ubicado en casa de máquinas por medio de un UTR, este recoge

señales eléctricas del CCG y envía pulsos eléctricos hasta los tableros de control de las

compuertas tal y como si se estuviera dando los pulsos en el tablero mismo, con el fin de

usar el control electromecánico instalado.

Las compuertas 3 y 4 a mas de operarse tanto manualmente ya sea desde el panel

de control de la compuerta o desde la sala de operación de la compuerta y mediante un

12

control desde CCG, también cuentan con un control remoto comandado por el nivel del

reservorio, aunque este tipo de control remoto casi no se usa debido a la complejidad

que presenta la lógica de control y a la seguridad que brinda el control basado en

diferentes variables como son: caudal de ingreso de agua, potencia generada en casa de

máquinas y nivel del embalse, frente a la cantidad de agua en metros cúbicos evacuada

por cada centímetro de apertura de la compuerta; es por lo dicho que este control ha sido

ignorado, considerándose entonces que el control de las seis compuertas radiales sea

similar.

Cada una de las compuertas están dotadas de guías para los “Stop logs” las

cuales están situadas aguas arriba de la cresta y sirven para los propósitos de

mantenimiento de las compuertas radiales.

Cada compuerta ha sido construida de acero soldado y empernada y está dotada

de sellos de tipo de nota musical, tanto en la parte baja como en los laterales y sellan

contra planchas de acero inoxidable embebidas en el hormigón. La plancha de acero

constitutiva de las compuertas tiene un espesor variable que va desde 14 mm. en la parte

baja a 9 mm. en la parte alta.

Estas constan de un segmento cilíndrico que está unido a los cojinetes de los

apoyos por medio de brazos radiales. La superficie cilíndrica se hace concéntrica con los

ejes de los apoyos, de manera que todo el empuje producido por el agua pasa por ellos;

en esta forma sólo se necesita una pequeña cantidad de movimiento para elevar o bajar

la compuerta, convirtiéndose en una de las ventajas principales que la fuerza para

operarlas es pequeña y facilita su operación ya sea manual o automática, a continuación

en el gráfico 3 se puede ver lo descrito en este párrafo.

13

Gráfico 3: Aliviadero de Lámina Pegada con Compuerta Radial.

Fuente: Presas aliviaderos y desagües, 3° OOPP. Construcciones Civiles.

Las cadenas de izar están acopladas a las compuertas mediante pines que se

sujetan en ojales soldados en la hoja de la compuerta, esta parte de la compuerta se

encuentra reforzada para asegurar las operaciones de izado y de bajado de la compuerta.

Cada malacate es movido por un motor de 5,5 KW 1.150 r.p.m. 460 V. trifásico y

60 Hz. del tipo de inducción integrado con frenos del tipo magnético. Un freno de

banda se encuentra interpuesto entre el engranaje de reducción, este engranaje de

reducción está acoplado a dos reductores SASEBO, el eje de este último reductor se

acopla a dos catalinas sincronizados mecánicamente, las cuales accionan las cadenas; los

dientes de estas dos catalinas enlazan a las dos cadenas. Cada cadena de izar es de 18,25

m. de longitud, que está construido de lámina de acero, con pines construidos en cromo

molibdeno.

Los pines se acoplan como se dijo antes a las catalinas y cuando se iza y la

cadena deja la catalina, ésta se almacena en un bastidor.

Un sistema de tuerca viajera acciona los sistemas de switch de fin de carrera,

también se encuentra dispuesto un indicador de posición de la compuerta que se acciona

desde el engranaje reductor marca SASEBO.

14

La velocidad de levante de la compuerta es de 0,3 metros por minuto, y la altura

de levante es de 8,34 metros. Cada uno de los dos laterales de las compuertas radiales y

en la parte de aguas arriba del vertedero, la compuerta se encuentra protegida por guías

metálicas tipo inoxidable que se encuentra firmemente empernado al concreto de la

presa. En la cresta y en la elevación 1.988 y a lo largo de todo el vano se encuentra el

umbral sobre el que se asienta 11 piezas de 12,580 metros de longitud y 0,962 metros de

alto, de los llamados “stop logs”.

Una viga de izar con gancho de fijación automática tanto para el enganche como

para el desenganche existe, la que facilita el manipuleo de los “stop logs”; esta viga de

izar deberá ser manipulada por medio de una grúa móvil.

A continuación se resume en tablas los datos característicos de los aliviaderos de

excesos, de las compuertas del vertedero, malacate de izar y compuertas de stop logs.

DATOS FISICOS ALIVIADERO DE EXCESOS

Numero de compuertas 6

Ancho 12 m.

Cota de la cresta 1980 m.

Capacidad máxima de evacuación 7724 .

Tabla 1: Datos Físicos Aliviadero de Excesos.


COMPUERTAS DEL VERTEDERO

Construidas por SASEBO HEAVY INDUSTRIES CO.

LTDA

Ancho de compuerta 12 m.

Alto de compuerta 11,7 m.

Radio de la compuerta 11,0 m.

Peso de la compuerta 67,5 tons.

Tabla 2: Datos Físicos Compuerta de Vertedero.


15

MALACATE DE IZAR

Construida por SASEBO HEAVY INDUSTRIES CO. LTDA

Capacidad 65 toneladas

Velocidad de levante 0,3 m/min (velocidad de la cadena)

Altura de izado 8,336 m.

Forma de izar Dos catalinas por cadena

Motor eléctrico de 5.5. Kw 1150 r.p.m. 460 V. 60 Hz. 3

Tabla 3: Datos Característicos Malacate de Izar.

Fuente: Pagina web www.hidropaute.com

COMPUERTA DE MANTENIMIENTO DEL VERTEDERO

Construida por SASEBO HEAVY INDUSTRIES CO.

LTDA

Número 7 de tipo A y 4 de tipo B

Longitud 12,580 m.

Altura 0,962 m.

Peso par alas e tipo A 4,5 Ton.

Peso par alas e tipo B 6,0 Ton.

Tabla 4: Datos Físicos de las Compuertas de Mantenimiento del Vertedero.


2.2.1. Sistema de Control y Operación Actual de las Compuertas

Radiales

Luego de visitar los tableros de control de las compuertas se pudo observar con

claridad que el control de las compuertas está basado netamente en un conjunto de

dispositivos electromecánicos, y que ya sea por operación en sitio, por remoto o por el

CCG, siempre se usa el mismo sistema de control antiguo.

Para complementar la automatización se debe descifrar la lógica de control de las

compuertas, para aplicarlo y si es posible mejorarlo en la programación de un PLC que

nos ayudara con el control.

http://www.hidropaute.com/

16

Ahora antes de referirse netamente al control, es de mucha importancia analizar

el circuito de fuerza en donde se puede observar que para lograr mover las compuertas

radiales se ha considerado que cada una de estas posea un motor trifásico de inducción

rotor tipo jaula de ardilla de 5.5 KW denominado Motor Grúa, este viene acompañado

de un freno magnético y un freno de bobina.

Para ilustrar de mejor manera, se presenta en el anexo 1 el diagrama trifilar del

circuito de fuerza de las compuertas radiales 1,2,3,4,5,6, en donde se puede distinguir el

motor grúa acompañado de los frenos magnético y de bobina, además de la protección y

medición correspondiente para el motor.

Gracias a este Motor Grúa, se puede operar la compuerta y para la apertura o

cierre de esta, en la central se tienen en cuenta diferentes factores que con mucha

efectividad han sido usados para maniobrar estas compuertas. Estos factores son:

Caudal de ingreso de agua.

Nivel del embalse.

Generación de Casa de Máquinas.

Luego de considerar estas tres variables se toma en cuenta que para generar

100MW se necesita 20 de agua y que por cada centímetro de alto del agua en el

embalse equivale a 10 de agua, al final se toma en cuenta que 1cm de apertura de la

compuerta es equivalente a 1 de agua evacuada.

2.2.1.1. Compuertas Radiales 1,2,5 y 6

Las compuertas 1, 2, 5 y 6, tienen un control de operación en sitio que es lograda

gracias a un control local por medio de botoneras localizadas en un cubículo o panel de

control, también presentan un control remoto en la sala de operación de la presa, y por

último se las puede maniobrar desde el CCG ubicado en casa de máquinas, pero todos

estos sistemas de control utilizan básicamente el control electromecánico instalado en

los cubículos de control de cada una de las compuertas.

17

Los diagramas de control de las compuertas radiales 1, 2, 5 y 6 se presentan en

el anexo 2, aquí se puede descifrar la lógica de control para luego aplicar o mejorar esta

lógica y realizar la programación del PLC.

MANTENIMIENTO Y PREPARACIÓN PARA LA OPERACIÓN.

a) Se debe revisar la hoja de la compuerta, la guía de compuerta, el marco y la

grúa de izar cada cierto tiempo predeterminado.

b) También revisar si existe suficiente aceite en el reductor de engranajes y

suministrar el mismo tipo de aceite si fuera necesario.

c) Suministrar grasa a las partes que deben ser engrasadas.

d) Abra la puerta grande del gabinete de control de las compuertas y conecte el

disyuntor o interruptor denominado “Alimentación a Motor de Grúa”

(ELB1), entonces la lámpara de señalización denominada “Alimentación”

(WL1) se encenderá al tiempo que el voltímetro indicará 460 V.

e) Conecte el calentador del cubículo o gabinete (SSW), el cual está localizado

dentro del gabinete y está diseñado para impedir un desarrollo excesivo de

humedad. Este se conecta cuando la grúa no se ha utilizado u operado por

largo tiempo.

f) Desconecte el calentador del motor de la grúa (CS) cuando este motor vaya a

ser operado, entonces la lámpara de señalización (CS) se apagará.

g) Colocar en la posición deseada la llave 43/P-XA, esta llave es un comando en

presa que nos ayuda a elegir entre control desde CCG o PRESA

2.2.1.1.1. Operación en Sitio (PRESA)

Antes de comenzar con la operación de la compuerta, ya sea para la apertura o

cierre, es necesario fijarse en la posición de la llave 43/L-R que nos ayuda a elegir entre

operación en panel de compuerta u operación remota desde sala de operación de la

presa, esta llave tiene utilidad siempre y cuando la llave anterior 43/P-XA este en

posición PRESA.

Aunque en definitiva la llave 43/L-R cumple con la función de desviar los

18

mandos hasta la sala de operaciones de la presa en el caso de que se elija la opción

control remoto, estos mandos de la sala de operaciones de la presa usan la misma

circuitería y lógica de control del cubículo de control de la compuerta.

Los planos de control de operación en sitio que se los va a analizar a

continuación se los puede observar en el anexo 2.

OPERACIÓN DE IZADO DE COMPUERTA. (cubículo de compuerta).

a) Presionar la botonera denominada “Subir” (PBF), entonces la compuerta se

alzará a tiempo que la lámpara de señalización (WL2) se encenderá.

b) Cuando la compuerta alcance su posición de abierto, ella automáticamente se

detendrá por medio del accionamiento del micro interruptor de fin de carrera

(LS1), entonces la lámpara de señalización denominada “Complemente

Subido” (WL4) se encenderá.

c) Si la compuerta falla en detenerse en la posición de abierto debido a algún

problema, la compuerta automáticamente se detiene por medio del

accionamiento del micro interruptor de fin de carrera denominado de

emergencia (LS3), entonces la señalización de “Complemente subida en

emergencia” (RL6) se encenderá.

d) Si el motor de la grúa de izar se encontrase con sobrecarga debido a una

carga inusual tal como apertura de fase o una inversión de la fase, durante la

operación, la compuerta automáticamente se detendrá por el accionamiento

del relé 3E, una señalización denominado “Sobre Cargado” (RL7) se

encenderá; después de que el defecto fuese arreglado, presione la botonera de

rearme del relé 3E.

OPERACIÓN DE DESCENSO (cubículo de compuerta).

a) Presionar la botonera denominada “Bajar” (PBR) y entonces la compuerta

descenderá, al tiempo que la lámpara de señalización denominada “Bajando”

(WL3) se encenderá.

b) Cuando la compuerta alcance la posición de cierre, la compuerta

19

automáticamente se detendrá por medio del accionamiento del micro

interruptor de fin de carrera (LS2), entonces la lámpara de señalización

denominada “Complemente bajado” (WL5) se encenderá.

OPERACIÓN DE PARADA (cubículo de compuerta).

a) Presionar la botonera denominada de “Parada” (PBS) y entonces la

compuerta se detendrá en cualquier posición.

b) Si la compuerta no se hubiese detenido, cuando la botonera de parada fue

accionada (PBS), entonces desconecte el interruptor (ELB1) de

“Alimentación al Motor de la Grúa”, entonces la compuerta se detendrá

inmediatamente y todas las luces de señalización se apagarán.

2.2.1.1.2. Operación desde CCG (CASA DE MÁQUINAS)

Como se dijo anteriormente la llave 43/P-XA de comando en presa está destinada

a elegir entre control desde PRESA o CCG, por lo que para la maniobra de las

compuertas desde CCG, la llave tiene que permanecer en posición CCG.

Para maniobrar las compuertas desde casa de máquinas el CCG se ayuda de un

UTR instalado en la presa, este aprovechando una línea de transmisión que va desde

casa de máquinas hasta la presa, recibe señales vía Fibra Óptica, para luego

transformarlos en pulsos eléctricos tal y como si se estuviera manipulando los pulsantes

de apertura, cierre o parada en los tableros de control de las compuertas.

Los planos de control de operación desde el CCG y los contactos adicionales que

colaboran en la obtención de señales y comandos del UTR se muestran en el anexo 3.

OPERACIÓN DE IZADO DE COMPUERTA (CCG-UTR).

a) Se cierra el contacto del UTR denominado “SUB” (TR), entonces la

compuerta se alzará a tiempo que la lámpara de señalización (WL2) se

enciende y un contacto auxiliar abierto del relé principal de “subir” (MCF) se

20

cierra para dar una señal al UTR indicando “COMPUERTA ABRIENDO”.




Subido” (WL4) se enciende, y en el momento en el que se enciende por el

hecho de haber colocado un relé denominado KL4 en paralelo a este foco de

señalización, también este relé se alimenta cerrando un contacto auxiliar

abierto para indicar que la compuerta está “TOTALMENTE ABIERTA”.


problema, la compuerta automáticamente se detiene por medio del

accionamiento del micro interruptor de fin de carrera denominado de

emergencia (LS3), entonces la señalización de “Complemente subida en

emergencia” (RL6) se enciende para conjuntamente alimentar un relé

denominado KL6 quien cerrando su contacto auxiliar indica al UTR que la

compuerta está “MUY ABIERTA EN EMERGENCIA”.



operación, la compuerta automáticamente se detendrá por el accionamiento


enciende, al tiempo que un relé denominado KL7 se alimenta para cerrar su

contacto auxiliar y enviar una señal por medio del UTR que alerta que el

motor está en “SOBRECARGA”, después de que el defecto fuese arreglado,

presione la botonera de rearme del relé 3E.

OPERACIÓN DE DESCENSO (CCG-UTR).

a) Se cierra el contacto del UTR denominado “BAJ” (CL) y entonces la

compuerta descenderá, al tiempo que la lámpara de señalización denominada

“Bajando” (WL3) se enciende, y como el relé principal de bajada (MCR) está

alimentado cierra también un contacto auxiliar abierto para dar una señal al

UTR indicando “COMPUERTA CERRANDO”.


21



denominada “Complemente bajado” (WL5) se enciende, al tiempo que se

alimenta un relé colocado en paralelo a la señalización denominado KL5, este

por medio del cierre de su contacto auxiliar abierto indica, valiéndose del

UTR, que la compuerta está “TOTALMENTE CERRADA”

OPERACIÓN DE PARADA (CCG-UTR).

a) Se cierra el contacto del UTR denominado “PAR” y entonces se alimenta un

relé denominado (KST), este relé abre su contacto normalmente cerrado que

detiene a la compuerta en cualquier posición.

2.2.1.2. Compuertas Radiales 3 y 4 de Operación por Control Remoto

Las compuertas 3 y 4 pueden ser operadas por medio de un control remoto o

local, y aunque antes ya se mencionó que para la nueva programación del PLC no se

tomara en cuenta el control remoto guiado por el nivel de agua en el embalse, es válido

nombrar este control existente actualmente, debiendo indicar que la operación en control

local es preferencial y que el cambio de control local a remoto es realizado gracias al

accionamiento de un micro interruptor (DRS1).

La representación en autocad del control de la compuerta tres y cuatro se lo

puede encontrar en el anexo 4, de donde se puede descifrar la lógica de control de estas

compuertas.

La operación manual por medio de control remoto es realizada gracias a la

utilización de botoneras localizadas en el cubículo de control remoto.

La operación automática por medio de control remoto es realizada gracias a un

control de secuencias, localizado en el gabinete de control local y el accionamiento está

hecho gracias a la señal que recibe del nivel de agua; aunque es importante recalcar que

este control no se usa.

22

Gráfico 4: Forma de Operación de las Compuertas 3 y 4.

2.2.1.2.1. Operación de las Compuertas 3 y 4 por medio de

Control Local

Mediante el selector denominado DRS1, elegir la opción CONTROL LOCAL

para maniobrar la compuerta tanto desde el cubículo de control de la compuerta, desde

control remoto ubicado en la sala de operaciones de la presa, o desde CCG por medio

del UTR.

2.2.1.2.1.1. Operación de las Compuertas 3 y 4 por medio

de Control Local - PRESA

Luego de seleccionar por medio del selector DRS1 “CONTROL LOCAL”, con

el selector 43/P-XA se selecciona “PRESA”.

Si está en posición “PRESA” se puede usar la llave 43/L-R para elegir entre

“LOCAL” desde el cubículo de control de la compuerta o “REMOTO” desde la sala de

operaciones de la presa; aunque en definitiva la llave 43/L-R cumple con la función de

desviar los mandos hasta la sala de operaciones de la presa, en el caso de que se elija la

opción control remoto, estos mandos de la sala de operaciones de la presa usan la misma

circuitería y lógica de control del cubículo de control de la compuerta.

23

OPERACIÓN DE IZADO POR MEDIO DE CONTROL LOCAL.

(Cubículo de control de la compuerta)

a) Presionar la botonera denominada “Subir” (PBF), entonces la compuerta se

alzará a tiempo que la lámpara de señalización (WL5) se encenderá.




Subido” (WL7) se encenderá.


problema, la compuerta automáticamente se detiene por medio de la acción

del micro interruptor de fin de carrera denominado de emergencia (LS3),

entonces la señalización de “Complemente subida en emergencia” (RL9) se

encenderá.



operación, la compuerta automáticamente de detendrá por el accionamiento


encenderá; después de que el defecto fuese arreglado, se puede presionar la

botonera de rearme del relé 3E.

OPERACIÓN DE DESCENSO POR MEDIO DE CONTROL LOCAL.


a) Presionar la botonera denominada “Bajar” (PBR) y entonces la compuerta


(WL6) se encenderá.




denominada “Complemente bajado” (WL8) se encenderá.

24

OPERACIÓN DE PARADA POR MEDIO DE CONTROL LOCAL.


a) Presionar la botonera denominada de “Parada” (PBS) y entonces la

compuerta se detendrá en cualquier posición.

b) Si la compuerta no se hubiese detenido, cuando la botonera de parada fue

accionada (PBS), entonces desconecte el interruptor (ELB1) de

“Alimentación al Motor de Grúa”, entonces la compuerta se detendrá

inmediatamente y todas las luces de señalización se apagarán.

2.2.1.2.1.2. Operación de las Compuertas 3 y 4 desde CCG-

UTR (CASA DE MÁQUINAS)

Colocando el selector DRS1 en posición “CONTROL LOCAL”, y luego con la

llave 43/P-XA seleccionando “CCG” se puede proceder a comandar las compuertas 3 y

4 desde el CCG.

Los planos de las compuerta 3 y 4 que contienen el control y operación desde el

CCG y los contactos adicionales que colaboran en la obtención de señales y comandos

del UTR se muestran en el anexo 5.

OPERACIÓN DE IZADO DE COMPUERTAS 3 Y 4 DESDE (CCG -

UTR).

a) Cerrando el contacto del UTR denominado “SUB” (TR), la compuerta se

alzará a tiempo que la lámpara de señalización (WL5) se enciende y un

contacto auxiliar abierto del relé MCFX2 se cierra para enviar una señal al

UTR indicando “COMPUERTA ABRIENDO”.




Subido” (WL7) se enciende y un contacto auxiliar del relé LS1X se cierra

para enviar una señal al UTR e indicar que la compuerta está

“TOTALMENTE ABIERTA”.


25

problema, la compuerta automáticamente se detiene por medio de la acción

del micro interruptor de fin de carrera denominado de emergencia (LS3),

entonces la señalización de “Complemente subida en emergencia” (RL9) se

enciende y un contacto auxiliar del relé LS3X se cierra para enviar una señal

al UTR e indicar que la compuerta está “MUY ABIERTA EMERGENCIA”.



operación, la compuerta automáticamente de detendrá por el accionamiento


enciende y un contacto auxiliar del relé 3EX se cierra para enviar una señal al

UTR e indicar “SOBRECARGA”; después de que el defecto fuese arreglado,

se puede presionar la botonera de rearme del relé 3E.

OPERACIÓN DE DESCENSO DE COMPUERTAS 3 Y 4 DESDE (CCG -

UTR).

a) Cerrando el contacto del UTR denominado “BAJ” (CL), la compuerta


(WL6) se enciende y un contacto auxiliar del relé MCRX2 se cierra para

enviar una señal al UTR e indicar “COMPUERTA CERRANDO”




denominada “Complemente bajado” (WL8) se enciende y un contacto

auxiliar del relé LS2X se cierra para enviar una señal al UTR e indicar que la

compuerta está “TOTALMENTE CERRADA”

OPERACIÓN DE PARADA DE COMPUERTAS 3 Y 4 DESDE (CCG -

UTR).

a) Se cierra el contacto del UTR denominado “PAR” y entonces se alimenta un

relé denominado (KST), este relé abre su contacto normalmente cerrado que

detiene a la compuerta en cualquier posición.

26

2.2.1.2.1. Operación de las Compuertas 3 y 4 por medio de

Control Remoto Automático. (Nivel del Embalse)

Cuando el selector DRS1 se posiciona en “Control Remoto Automático”, las

compuerta 3 y 4 pueden realizar maniobras de apertura o cierre dependiendo del nivel de

agua en el embalse, esta alternativa de control para las maniobras de las compuertas no

ha sido muy tomada en cuenta para la operación dentro de la presa, por lo que para el

desarrollo de la tesis simplemente se lo nombrara y más no se lo estudiara a

profundidad, ya que para la programación del PLC se ha acordado obviar este método de

control por sus múltiples desventajas.

IZADO DE COMPUERTA POR ACCIÓN DEL CONTROL REMOTO

AUTOMETICO (nivel del embalse)

a) Al cerrar la puerta pequeña del gabinete de control local una lámpara de

señalización (WL4) denominada control remoto se encenderá.

b) Girar el interruptor selector (COS) ubicado en el tablero de control remoto a

control automático, entonces la lámpara de señalización piloto denominada

“Control Automático” localizada en el tablero o cubículo de control local se

encenderá.

c) Si el nivel de agua almacenado en la represa, se incrementa sobre niveles

mayores a los predeterminados, un contactor con retardo de tiempo de cinco

segundos (de persistir la señal del medidor del nivel de agua) ordenara que la

compuerta 3 se empiece abrir a tiempo que la lámpara de señalización (WL5)

se encenderá, indicando que la compuerta se encuentra “Subiendo”.

d) La compuerta numero 3 se levantará en un tiempo de 40 segundos una altura

de 20 m. Este tiempo está controlado por el contactor con retardo (FT1)

deteniendo automáticamente al término de este tiempo a la compuerta.

e) Después de un descanso de 15 minutos dados por un contactor (ET2), la

compuerta seguirá subiendo nuevamente debido a lo persistente del medidor

del nivel de agua, repitiéndose en lo futuro estas operaciones de izado y

detección.

f) Cuando la compuerta alcance la posición de abierto, la compuerta se detendrá

27

automáticamente, ordenando en caso de ser necesario y en forma automática

la operación de la compuerta número 4, mientras tanto la lámpara de

señalización (WL7) se encenderá indicando que la compuerta numero 3 está

“Completamente subida”.

g) Después que las compuertas 3 y 4 alcanzaron la posición abierta, estas

permanecen en la posición de abierto hasta que el nivel de agua en el

reservorio baje al nivel máximo señalado.

h) Durante el tiempo que las compuertas están alzándose si el nivel de agua

llega a un nivel inferior al máximo predeterminado, el descenso de la

compuerta se inicia después de 40 segundos de retardo.

i) Durante el periodo de tiempo, cuando la compuerta se encuentra en espera y

si el nivel de agua descendiera por debajo del nivel máximo permisible, el

descenso de la compuerta se iniciará inmediatamente.

OPERACIÓN DE DESCENSO AUTOMÁTICO POR MEDIO DEL

CONTROL REMOTO. (nivel del embalse)

a) Si el nivel de agua descendiera por debajo del nivel máximo del reservorio, la

compuerta número cuatro será la primera que empiece el descenso después de

un retardo de tiempo de 5 segundos dados por el contactor (WT2)

b) La compuerta numero 4 descenderá por un espacio de tiempo de 40 segundos

(recorriendo en ese tiempo una longitud de 20 cm.) dados por el contactor

con retardo (FT1) y se detendrá automáticamente.

c) Después de 15 minutos dados por el contactor (ET2) la compuerta descenderá

otra vez a menos que el nivel de agua hubiese subido, caso contrario repetirá

los pasos de bajado y descanso o parada.

d) Cuando la compuerta alcance la posición de “cierre “, la compuerta se

detendrá automáticamente, cambiando la operación de descenso a la

compuerta número 3 en una forma automática, entonces cuando se ha

cerrado, una lámpara de señalización (WL8) al encenderse indicará

compuerta “Completamente Bajada”.

e) Después de que la compuerta numero 3 alcanzara la posición de cierre

28

conjuntamente con la compuerta numero 4, estas permanecerán en espera

hasta que de nuevo el nivel de agua rebase el nivel máximo del reservorio.

f) Si durante el tiempo en el que la compuerta está descendiendo, el nivel de

agua del reservorio nuevamente alcanzará niveles mayores que el máximo, la

izada de la compuerta se reiniciará después de un tiempo de 40 segundos de

retardo.

g) Durante el tiempo en el cual las compuertas están en reposo, si el nivel del

agua alcanzara valores sobre el máximo del reservorio, el izado de

compuertas se iniciará inmediatamente.

OPERACIÓN DE PARADA POR MEDIO DE CONTROL REMOTO

AUTOMÁTICO (nivel del embalse)

a) En caso de que se necesite para la operación de la compuerta, presione la

botonera de “Parada “ (PBS) después de girar el interruptor selector (COS) a

la posición “Manual”

b) No podrá realizarse la parada cuando se accione la botonera de parada si el

interruptor selector está en “Control Automático”.

2.3. Desagüe de Fondo

El desagüe de fondo está formado por dos conductos interceptados por dos válvulas

RING FOLLOWER, accionadas por mecanismos de cilindro oleodinámico, pudiendo

ambas válvulas abrirse con carga desequilibrada.

La apertura de las válvulas es normalmente efectuada con carga equilibrada; el

equilibrado se obtiene mediante la apertura de dos conductos de by-pass entre los lados

aguas arriba y aguas abajo de las válvulas. Los conductores de by-pass son interceptados

por dos válvulas corredizas. La válvula aguas arriba, o de guardia, está normalmente

abierta y se acciona con mando manual, la válvula aguas abajo o de servicio, se acciona

por cilindro oleodinámico.

Con el fin de descargar los detritos los cuales se depositan en la parte inferior de

29

las válvulas hay dos canales de 200 mm. de diámetro nominal (uno cada válvula),

interceptados por dos válvulas; la de aguas arriba, o de guardia, normalmente abierta se

acciona con mando manual, la de aguas abajo o de servicio, se acciona por cilindro

oleodinámico. La energía necesaria para accionar las válvulas es suministrada al circuito

oleodinámico por una central oleodinámica con dos grupos electrobombas, con

posibilidad de mando individual o simultaneo de los grupos para el mando de las

válvulas RING-FOLLOWER, mientras que para el mando de las válvulas de by-pass y

de limpieza un solo grupo es llamado a operación. Una bomba de mano de emergencia

asegura la puesta en presión del circuito en caso de falta de tensión.

Hay además tres acumuladores oleo-neumáticos con el fin de mantener las

válvulas RING-FOLLOWER en su posición de apertura completa; estos acumuladores

se recargan automáticamente mediante un grupo electrobomba.

Los mandos eléctricos para las maniobras de todas las válvulas pueden ser

efectuadas desde el banco de mando en la cámara de maniobra, mientras que el mando

de los grupos electrobomba y su selección son efectuados desde el cuadro colocado a la

proximidad de la central oleodinámica.

Se pueden maniobrar todas las válvulas accionando sus distribuidores, colocados

a la proximidad de las mismas válvulas. Las indicaciones de las posiciones extremas

alcanzadas por las válvulas son transmitidas al banco de mando.

2.3.1. Operación de la Central Oleodinámica

Los grupos electrobomba de la central oleodinámica pueden ser accionados, sea

singularmente, para la abertura de una válvula o de ambas válvula y simultáneamente

para la abertura de una válvula o de ambas válvulas.

La selección del tipo de mando manual o automático se ejecuta desde el cuadro

de mando de los motores mediante los selectores S1 y S2; en el caso de tener el circuito

eléctrico de mando de las válvulas en avería, se puede seleccionar mando manual y los

30

mandos pueden ejecutarse manualmente accionando sus distribuidores colocados a la

proximidad de las mismas válvulas.

La selección del grupo o de los grupos electrobomba en operación se ejecuta

desde el banco de mando mediante el selector de bombas pulsando PB1, PB2 o PB12

para el mando de las válvulas RING-FOLLOWER, y el selector pulsando PLB1 o PLB2

para el mando de las válvulas de by-pass y de lavado. (En este caso, un solo grupo

electrobomba es llamado a operación).

La bomba seleccionada con el selector PLB1 o PLB2 en funcionamiento normal

sirve también para mantener cargados los acumuladores oleo-neumáticos. En efecto, si

la presión en el circuito de aceite baja del valor de conexión (60 ), el interruptor de

presión 63QI, es accionado y el contacto de este relé se cierra, excitando a su vez al relé

RRA, entonces el contacto del relé RRA se cierra y pone en marcha el grupo

electrobomba seleccionado, el cual envía aceite al circuito y recarga el acumulador.

Cuando la presión alcanza el valor de exclusión (115 ) el interruptor de

presión 63QE es accionado y el contacto de este se abre y desexcita el relé RRA,

parando el grupo electrobomba.

Si el acumulador no se recarga, este defecto es señalado en el tablero de mando

por el interruptor de presión 63QALL el cual cerrando el contacto provoca el encendido

de la lámpara LAS.

Durante las maniobras de apertura y de cierre de las válvulas RING-

FOLLOWER, y para evitar que el caudal de la bomba sea utilizado para la recarga de los

acumuladores, con el consiguiente retraso en el mando de apertura o cierre efectivo de

las válvulas; hay el electrodistribuidor 25, el cual pone en descarga a la válvula de

retención 27, la cual al cerrarse intercepta el flujo hacia los acumuladores.

31

2.3.2. Operación de las Válvulas RING FOLLOWER

Para realizar las maniobras de apertura y cierre de las válvulas Ring Follower, se

tiene que seguir un proceso y maniobrar también las válvulas de by-pass y limpieza

dependiendo de la necesidad de apertura o cierre de las válvulas Ring Follower; estos

procesos serán explicados a continuación y para mayor claridad en la comprensión se

presenta en el anexo 6 los diagramas de control del desagüe de fondo; en estos

diagramas de control se puede observar claramente los selectores S1 y S2 que nos

ayudan a seleccionar operación “MANUAL”, para maniobrar las compuertas del

desagüe de fondo accionando sus distribuidores colocados a la proximidad de las

mismas válvulas, esto en el caso de avería de los circuitos de control eléctrico.

2.3.2.1. Operación por Telemando Eléctrico(AUTOMATICO)

Al posicionar el selector S1 y S2 en “AUTO”, queda habilitado el control

eléctrico y por lo tanto los grupos electrobomba como las válvulas están dispuestas a

operar según el control diseñado.

MANIOBRA DE APERTURA DE LA VÁLVULA RING-FOLLOWER

POR TELEMANDO ELÉCTRICO.

La maniobra de esta válvula debe ejecutarse bajo carga o presión equilibrada

(excepcionalmente, puede mandarse también bajo carga desequilibrada).

Por lo tanto, es preciso llenar el espacio entre la válvula RING-FOLLOWER y la

válvula de CONO HUECO colocada aguas abajo, abriendo la válvula corrediza de BY-

PASS.

Poner los selectores S1 y S2 ubicados en el cuadro de mando de los motores en

“auto” y seleccionar la electrobomba de servicio mediante el selector, pulsando PLB1

(Bomba 1) o PLB2 (Bomba 2) para recargar el acumulador y mandar las válvulas

corredizas de by-pass o limpieza; también se puede seleccionar, pulsando PB1 (Bomba

1), PB2 (Bomba 2) o PB12 (Bombas 1 + 2) para mandar la válvula RING-FOLLOWER.

32

Pulsando BP1O o BP2O de “apertura”, se excita la bobina 20 QAB1 o 20 QAB2

del electrodistribuidor 10, el cual se posiciona en el sentido de abrir el by-pass 1 o 2

respectivamente. Simultáneamente, se excita el relé Tx el cual cierra su contacto

provocando la excitación del relé RRA el cual pone en marcha el grupo electrobomba

seleccionado.

La válvula corrediza se abre a la velocidad regulada por la válvula de

estrangulamiento 24. Al fin de la carrera el cierre del contacto FCABP1 y FCABP2

provocan el encendido de la lámpara LABP1 conjuntamente con el relé KB1A y LABP2

en conjunto con el relé KB2A de señalización de “by-pass 1 abierto” y “by-pass 2

abierto” respectivamente.

Los relés KB1A y KB2A al activarse en conjunto con la señalización, desexcitan

la bobina del electrodistribuidor 20 QAB1 y 20 QAB2 correspondientemente y el relé

Tx; la bomba queda en marcha hasta que el tiempo Tx de (10 Seg) se haya terminado.

El retraso en el paro de la bomba sirve para impedir que el motor se pare bajo

corriente de arranque por lo que el tiempo para la apertura de by-pass es muy corto.

Cuando el conducto está lleno (es decir cerrada la válvula de aire; interruptor al

fin de carrera y lámpara encendida) seleccionar el grupo (o los grupos) electrobomba de

servicio pulsando PB1, PB2 o PB12, y luego se puede apretar el botón PA el cual excita

el relé de apertura RA, el cual a su vez se auto-engancha y provoca:

a) El cierre del contacto RA excita la bobina 20 QA del electrodistribuidor 9 el

cual controla hidráulicamente el distribuidor 8 en el sentido de abrir la

válvula.

b) El cierre del contacto RA excita el relé TPQ, el cual cerrando su contacto

pone en marcha el grupo (o los grupos) electrobombas seleccionado,

simultáneamente se excita también la bobina 20QT del electrodistribuidor 25

el cual provoca la interceptación del flujo hacia los acumuladores oleo-

33

neumáticos como se describió en la sección “Central oleodinámica” de este

capítulo.

El aceite en presión del grupo electrobomba alcanza la cámara inferior del

cilindro 18, provocando el izaje de la válvula. Al fin de la carrera de apertura, el vástago

acciona el interruptor FCA, que tiene dos contactos (Uno normalmente abierto y uno

normalmente cerrado), el contacto normalmente abierto se cierra y enciende la lámpara

LA de señalización que indica válvula abierta, mientras que el contacto normalmente

cerrado se abre desexcitando el relé RA que a su vez provoca:

a) La apertura del contacto RA desexcita la bobina 20 QT del electrodistribuidor

25 el cual se desplaza y permite fluir el aceite hacia los acumuladores y a su

vez desexcita al relé TPQ.

b) El contacto del relé TPQ temporizado en la desexcitación queda cerrado hasta

el fin de su tiempo (aproximadamente 30 seg) para permitir la recarga

completa de los acumuladores hasta que la presión de ajuste del interruptor

de presión 63 QE (115 ) sea alcanzado nuevamente.

La válvula se fija en posición de completamente abierta, mantenida en posición

por el aceite a presión suministrado por los acumuladores oleo-neumáticos; la recarga de

los acumuladores oleo-neumáticos se realiza automáticamente como se describió en la

sección “Central oleodinámica” de este capítulo.

MANIOBRA DE CIERRE DE LA VÁLVULA RING-FOLLOWER POR

TELEMANDO ELÉCTRICO.

Antes de cada maniobra de cierre es preciso abrir la válvula de bola limpieza, la

cual intercepta el conducto de evacuación de los sedimentos, obrando de la manera

siguiente:

Pulsando SL1O y SL2O de “apertura”, se excita la bobina 20 QAL (1 y 2) del

electrodistribuidor 10, el cual se posiciona en el sentido de abrir las válvulas de

limpieza. Simultáneamente se excita el relé Tx, el cual cierra su contacto, Tx

34

provocando la excitación del relé RRA el cual pone en marcha al grupo electrobomba

seleccionado.

El aceite a presión alcanza la cámara inferior del cilindro 20, mientras que el

aceite de la cámara superior del cilindro se descarga hacia los tanques de aceite.

La válvula se abre a la velocidad regulada por la válvula de estrangulación 24. Al

fin de la carrera, el cierre del contacto FCAL (1 y 2) provoca el encendido de la lámpara

LAL (1 y 2) de señalización de limpieza “abierta”, simultáneamente con las lámparas se

activan los relés KL1A y KL2A.

Los relés KL1A y KL2A al activarse abren sus contactos normalmente cerrados,

desexcitando la bobina del electrodistribuidor 20 QAL (1 y 2) y el relé Tx el cual para el

grupo electrobomba como se describió para la maniobra del by-pass.

El cierre de las válvulas se realiza normalmente bajo carga o presión equilibrada

o desequilibrada si es necesario, y por lo tanto es preciso enviar aceite a presión a las

cámaras superiores de los cilindros 18 (válvula RING-FOLLOWER).

Se selecciona el grupo electrobomba de servicio por medio de los pulsantes PB1,

PB2, PB12, como se describió para la maniobra de apertura. Luego apretando el botón

PC (1 y 2), excita el relé de cierre RC (1 y 2), el mismo que se auto-engancha y provoca:

El cierre del contacto RC excita la bobina 20 QC del electrodistribuidor 9,

el cual pilota hidráulicamente el distribuidor 8 en el sentido de cerrar la

válvula.

El cierre del contacto RC excita el relé TPQ y la bobina 20 QT,

provocando la puesta en marcha del grupo electrobomba y la

interceptación del circuito de los acumuladores como se describió para la

maniobra de apertura.

35

El aceite en presión del grupo electrobomba alcanza la cámara superior del

cilindro 18 provocando la bajada de la válvula a la velocidad regulada por la válvula de

estrangulación 6.

Si durante la bajada el disco de la válvula encuentra un obstáculo que impide su

cierre, para evitar que el aumento de la presión provoque un daño a las partes mecánicas

del grupo, hay el interruptor de presión 63 QIC, el cual cerrado su contacto 63 QIC

excita el relé RBC el cual se auto-engancha, a través de su contacto RBC normalmente

abierto.

El relé RBC provoca:

La abertura del contacto RBC normalmente cerrado, desexcita el relé RC.

El cierre del contacto RBC provoca el encendido del botón luminoso de

alarma PRC (impedimento en cierre) en el banco de mando.

Para corregir este defecto, se puede obrar después de la manera siguiente:

a) Apretar el botón de abertura PA: la válvula se abre de nuevo.

b) Apretar el botón luminoso PRC (impedimento en cierre) el cual desexcita el

relé RBC, anulando la alarma.

c) Apretar de nuevo el botón de cierre PC, mandando de nuevo el cierre de la

válvula.

d) Repetir la operación hasta que la válvula sea libre de bajar. Al fin de la

carrera de cierre, el accionamiento de interruptor FCC provoca el cierre de

este contacto, el cual excita el relé RFCC.

e) El relé RFCC cierra el contacto FCC normalmente abierto, señalando con el

encendido de la lámpara LC que se terminó el cierre. Simultáneamente se

abre el contacto FCC, el cual desexcita el relé RC.

El relé RC desexcita el temporizador TPQ, el cual para el grupo

electrobomba como se describió para la maniobra de apertura.

36

2.3.2.2. Operación de las Válvulas RING FOLLOWER en Posición

Manual

Mediante los selectores S1 y S2 se puede seleccionar operación “MANUAL”,

para maniobrar las compuertas del desagüe de fondo accionando sus distribuidores

colocados a la proximidad de las mismas válvulas, esto en el caso de avería de los

circuitos de control eléctrico.

MANIOBRA DE APERTURA MANUAL DE LAS VÁLVULAS RING-

FOLLOWER.

Si el circuito eléctrico de mando de las válvulas está en avería, los mandos

pueden ejecutarse manualmente, de la manera siguiente:

Poner en marcha el grupo electrobomba, poniendo el selector S, colocado en el

cuadro de mando de los motores en posición “manual”. Apretar y mantener apretado, el

botón “abre” del electrodistribuidor 10 de mando de la válvula de by-pass.

La posición de válvula by-pass abierta es señalada por la plaqueta de los

interruptores de fin de carrera, entonces se debe soltar el botón.

Esperando el llenado del conducto, se puede cerrar la válvula de by-pass,

accionando el botón “cierre” del electrodistribuidor 10. Cuando la válvula está cerrada

dejar el botón.

Para abrir la válvula RING-FOLLOWER presione el botón “abre” del

electrodistribuidor 9; el aceite a presión que proviene de la central oleodinámica

telemanda el distribuidor 8 en el sentido de abrir la válvula y alcanza la cámara inferior

del cilindro 18.

La válvula se abre hasta alcanzar su posición de completa apertura, que es

señalada por el índice colocado en los dispositivos de señalización.

37

Mantener en marcha el grupo electrobomba aproximadamente un minuto más, y

después parar el grupo electrobomba colocando el selector S en posición “0” (cero o

apagado).

Aproximadamente cada 24 horas es preciso restablecer la presión en el circuito

de los acumuladores, poniendo en marcha el grupo electrobomba por un minuto

aproximadamente.

En el caso de falta de alimentación eléctrica a 460 V 60 Hz a los motores

eléctricos, es posible ejecutar la maniobra como se describió arriba, utilizando en lugar

del grupo electrobomba la bomba de mano de emergencia colocada en la central

oleodinámica.

MANIOBRA DE CIERRE MANUAL DE LAS VÁLVULAS RING-

FOLLOWER.

Luego de poner en marcha el grupo electrobomba o accionar la bomba de mano,

como se describió para la apertura manual; abrir la válvula de bola de evacuación de

sedimentos presionando y manteniendo presionado el botón “abre” del

electrodistribuidor 20. Cuando la válvula de evacuación es abierta, dejar el botón del

electrodistribuidor.

Espere unos minutos, de manera que los eventuales sedimentos en la parte

inferior de la válvula RING-FOLLOWER sean sacados, después y siempre con el grupo

electrobomba en marcha, o accionando la bomba de mano, apretar el botón “cierre” del

electrodistribuidor 9.

El aceite a presión proveniente de la Central Oleodinámica telemanda el

distribuidor 8 en el sentido de cerrar la válvula RING-FOLLOWER, al alcanzar la

cámara superior del cilindro 8. Entonces la válvula se cierra a la velocidad regulada por

la válvula de estrangulamiento 6.

38

Si durante la bajada, el disco de la válvula encuentra un obstáculo que impide su

cierre, para evitar que el aumento de la presión en la parte superior del cilindro

provoque un daño a las partes mecánicas, existe la válvula de seguridad 4, ajustada a la

presión de 130 .

El impedimento al cierre de disco es visualizado por la parada del índice de

señalización colocado en el dispositivo de señalización. Para sacar el obstáculo, se puede

abrir un poco la válvula, accionando el botón “abre” del electrodistribuidor 9, y después

recerrar accionando el botón “cierra” como se describió en el apartado anterior.

La posición de válvula cerrada es visualizada por el índice del dispositivo de

señalización.

Antes de parar la maniobra, cerrar la válvula de bola de evacuación, apretando y

manteniendo apretado el botón “cierra” del electrodistribuidor 10.

En el caso de que ambas válvulas estén cerradas, no es preciso recargar los

acumuladores Oleodinámicos.

2.3.3. Operación de las Válvulas RING FOLLOWER desde CCG-UTR

(CASA DE MÁQUINAS)

Al igual que para el caso de las compuertas radiales, gracias a un UTR colocado

en la sala de operaciones de desagüe de fondo y conectado al primer UTR de las

compuertas por medio de Fibra Óptica, este segundo UTR también recibe señales y los

transforma en pulsos eléctricos, tal y como si se estuviera usando la botonera del tablero

de control de desagüe de fondo.

Para comprender de mejor manera lo que se explicará a continuación sobre las

maniobras del desagüe de fondo desde CCG, por medio de un UTR instalado a la

proximidad de las compuertas de desagüe de fondo, se presenta en el anexo 7 la

39

selección de preferencia de bombas UTR-UC y duplicación de alarmas de desagüe de

fondo; así mismo en el anexo 8 se presenta las señales y comandos UTR-UC de

compuertas Ring Follower, by-pass y limpieza de desagüe de fondo.

MANIOBRA DE APERTURA DE LA VÁLVULA RING-FOLLOWER

DESDE (CCG-UTR).

Se puede seleccionar la electrobomba de servicio mediante el cierre del contacto

B1 (CL7) y B2 (TR7) del UTR para seleccionar la Bomba 1 o Bomba 2 respectivamente

para recargar el acumulador y mandar las válvulas corredizas de by-pass o limpieza.

De igual manera se puede seleccionar la electrobomba de servicio mediante el

cierre del contacto B1 (CL4), B2 (TR4) y B1+2 (CL5) del UTR para seleccionar Bomba

1, Bomba 2 o Bomba 1 + Bomba 2 respectivamente para mandar la válvula RING-

FOLLOWER.

Cerrando el contacto AB (TR2) y AB (TR5) de “apertura”, se excita la bobina

20 QAB (1 y 2) correspondientemente del electrodistribuidor 10, el cual se posiciona en

el sentido de abrir el by-pass. Simultáneamente, se excita el relé Tx el cual cierra su

contacto provocando la excitación del relé RRA el cual pone en marcha el grupo

electrobomba seleccionado.

La válvula corrediza se abre a la velocidad regulada por la válvula de

estrangulamiento 24. Al fin de la carrera el cierre del contacto FCABP1 y FCABP2

provocan el encendido de la lámpara LABP1 conjuntamente con el relé KB1A y LABP2

en conjunto con el relé KB2A de señalización de “by-pass 1 abierto” y “by-pass 2

abierto” respectivamente.

Los relés KB1A y KB2A al activarse en conjunto con la señalización, desexcitan

la bobina del electrodistribuidor 20 QAB1 y 20 QAB2 correspondientemente, y el relé

Tx, la bomba queda en marcha hasta que el tiempo Tx de (10 Seg) se haya terminado.

40

El retraso en el paro de la bomba sirve para impedir que el motor se pare bajo

corriente de arranque por lo que el tiempo para la apertura de by-pass es muy corto.

Cuando el conducto está lleno (es decir cerrada la válvula de aire; interruptor al

fin de carrera y lámpara encendida) seleccionar el grupo (o los grupos) electrobomba de

servicio cerrando uno de los contactos B1 (CL4), B2 (TR4) o B1+2 (CL5), y luego se

puede cerrar el contacto AB (TR1) y AB (TR4) los cuales excitan el relé de apertura RA

(1 y 2), los cuales a su vez se auto-enganchan y provocan:

a) El cierre del contacto RA excita la bobina 20 QA del electrodistribuidor 9 el

cual controla hidráulicamente el distribuidor 8 en el sentido de abrir la

válvula.

b) El cierre del contacto RA excita el relé TPQ, el cual cerrando su contacto

pone en marcha el grupo (o los grupos) electrobombas seleccionado,

simultáneamente se excita también la bobina 20QT del electrodistribuidor 25

el cual provoca la interceptación del flujo hacia los acumuladores oleo-

neumáticos como se describió en la sección “Central oleodinámica” de este

capítulo.

El aceite en presión del grupo electrobomba alcanza la cámara inferior del

cilindro 18, provocando el izaje de la válvula.

Al fin de la carrera de apertura, el vástago acciona el interruptor FCA, que tiene

dos contactos (Uno normalmente abierto y uno normalmente cerrado), el contacto

normalmente abierto se cierra y enciende la lámpara LA de señalización que indica

válvula abierta, mientras que el contacto normalmente cerrado se abre desexcitando el

relé RA que a su vez provoca:

a) La apertura del contacto RA desexcita la bobina 20 QT del electrodistribuidor

25 el cual se desplaza y permite fluir el aceite hacia los acumuladores y a su

vez desexcita al relé TPQ.

41

b) El contacto del relé TPQ temporizado en la desexcitación queda cerrado hasta

el fin de su tiempo (aproximadamente 30 seg) para permitir la recarga

completa de los acumuladores hasta que la presión de ajuste del interruptor

de presión 63 QE (115 ) sea alcanzado nuevamente.

La válvula se fija en posición de completamente abierta, mantenida en posición

por el aceite a presión suministrado por los acumuladores oleo-neumáticos; la recarga de

los acumuladores oleo-neumáticos se realiza automáticamente como se describió en la

sección “Central oleodinámica” de este capítulo.

Conjuntamente con el encendido de la lámpara LA1 y LA2 de señalización que

indica compuerta abierta se activa el relé KC1A o KC2A, quienes cerrando uno de sus

contactos normalmente abiertos envían una señal al UTR para de la misma manera

indicar compuerta abierta.

MANIOBRA DE CIERRE DE LA VÁLVULA RING-FOLLOWER DESDE

(CCG-UTR).

Cerrando los contactos AB (TR3) y AB (TR6) del UTR para la “apertura”, se

excita la bobina 20 QAL (1 y 2) del electrodistribuidor 10, el cual se posiciona en el

sentido de abrir la válvula. Simultáneamente se excita el relé Tx, el cual cierra su

contacto, Tx provocando la excitación del relé RRA el cual pone en marcha al grupo

electrobomba seleccionado.

El aceite a presión alcanza la cámara inferior del cilindro 20, mientras que el

aceite de la cámara superior del cilindro se descarga hacia los tanques de aceite.

La válvula se abre a la velocidad regulada por la válvula de estrangulación 24. Al

fin de la carrera, el cierre del contacto FCAL (1 y 2) provoca el encendido de la lámpara

LAL (1 y 2) de señalización de limpieza “abierta”, simultáneamente con las lámparas se

activan los relés KL1A y KL2A.

42

Los relés KL1A y KL2A al activarse abren sus contactos normalmente cerrados,

desexcitando la bobina del electrodistribuidor 20 QAL (1 y 2) y el relé Tx el cual para el

grupo electrobomba como se describió para la maniobra del by-pass.

El cierre de las válvulas se realiza normalmente bajo carga o presión equilibrada

o desequilibrada si es necesario, y por lo tanto es preciso enviar aceite a presión a las

cámaras superiores de los cilindros 18 (válvula RING-FOLLOWER).

Se selecciona el grupo electrobomba de servicio cerrando uno de los contactos

del UTR B1 (CL4), B2 (TR4) o B1+2 (CL5) como se describió para la maniobra de

apertura. Luego cerrando los contactos del UTR CE (CL1) y CE (CL4), se excita el relé

de cierre RC (1 y 2), el mismo que se auto-engancha y provoca:

El cierre del contacto RC excita la bobina 20 QC del electrodistribuidor 9,

el cual pilota hidráulicamente el distribuidor 8 en el sentido de cerrar la

válvula.

El cierre del contacto RC excita el relé TPQ y la bobina 20 QT ,

provocando la puesta en marcha del grupo electrobomba y la

interceptación del circuito de los acumuladores como se describió para la

maniobra de apertura.

El aceite en presión del grupo electrobomba alcanza la cámara superior del

cilindro 18 provocando la bajada de la válvula a la velocidad regulada por la válvula de

estrangulación 6.

Si durante la bajada el disco de la válvula encuentra un obstáculo que impide su

cierre, para evitar que el aumento de la presión provoque un daño a las partes mecánicas

del grupo, hay el interruptor de presión 63 QIC, el cual cerrado su contacto 63 QIC

excita el relé RBC el cual se auto-engancha, a través de su contacto RBC normalmente

abierto. El relé RBC provoca:

La abertura del contacto RBC normalmente cerrado, desexcita el relé RC.

43

El cierre del contacto RBC provoca el encendido del botón luminoso de

alarma PRC (impedimento en cierre) en el banco de mando.

Para corregir este defecto, se puede obrar mediante lo descrito en la maniobra de

cierre de la válvula Ring Follower por telemando eléctrico. Si la compuerta llega a

cerrarse completamente, al fin de la carrera de cierre, el accionamiento de interruptor

FCC provoca el cierre de este contacto, el cual excita el relé RFCC.

El relé RFCC cierra el contacto FCC normalmente abierto, señalando con el

encendido de la lámpara LC que se terminó el cierre. Simultáneamente se abre el

contacto FCC, el cual desexcita el relé RC. El relé RC desexcita el temporizador TPQ, el

cual para el grupo electrobomba como se describió para la maniobra de apertura.

2.3.4. Operación de la Válvula de Cono Hueco

La válvula de cono hueco se encuentra ubicada aguas abajo de la válvula RING-

FOLLOWER y es operada a través de un mecanismo con límite de torque y tornillo de

usillo, accionado por un sistema motoreductor, la misma que se encuentra localizada y

montada sobre el piso de la cámara. Esta válvula con limitorque es accionada mediante

botoneras (S2: abre; S3: cierra; S1: parar) que permiten controlar la operación de la

válvula, además como mecanismo de protección dispone de switches limitadores de fin

de carrera como también de switches de torque, cuenta también con luces de

señalización así como con indicadores de posición de la válvula y una cerradura de

bloqueo de avance con llave para condiciones de falla en el suministro de energía o del

motor de operación. Se dispone de un volante para la operación manual.

2.3.4.1. Operación Eléctrica de las Válvulas CONO HUECO

Para un mejor entendimiento de la operación de las compuertas Cono Hueco se

puede observar en el anexo 6 los circuitos de control de las compuertas Cono Hueco 1 y

Cono Hueco 2.

a) Mediante S4 seleccionar el control de la válvula en LOCAL.

44

b) Para abrir presionar la botonera S2 y el circuito quedará autoalimentado hasta

que la válvula se abra ampliamente, si se desea abrir parcialmente la válvula,

mediante el pulsado S1 y cuando llegue al porcentaje de abertura deseado

desactivar el circuito de abertura.

c) Para cerrar presionar la botonera S3 y el circuito quedará autoalimentado hasta

que la válvula se cierre completamente.

Si se desea maniobrar en un porcentaje determinado de cierre presionar el

pulsador S1 que desactiva el circuito de control para el cierre.

2.3.4.2. Operación Manual de las Válvulas CONO HUECO

En caso de falla de energía se cuenta con un volante para operación manual de

emergencia del actuador limitorque. El tipo SMB tiene un arreglo de desembrague

automático.

Para operar manualmente el actuador del tipo SMB, la palanca se presiona hacia

abajo. Esto desconecta mecánicamente el motor eléctrico del volante, por medio del

ensamble del embrague.

El movimiento o giro de este volante permitirá la apertura o cierre de la válvula

Cono Hueco. El actuador permanecerá en operación manual indefinidamente hasta que

el motor se energice y los pernos del disparador que forman parte del engrane de

embrague del sinfín, hacen que los disparadores queden libres permitiendo

consecuentemente que el embrague del sinfín se libere de la operación manual y se

cambie a operación motriz.

Cuando el volante gira, el motor permanece sin girar; e inversamente cuando el

motor gira, el volante permanece sin movimiento.

PRECAUCIONES

No se debe forzar la palanca de embrague a posición de actuación motriz,

45

la palanca retorna automáticamente cuando se energiza el motor.

No forzar la palanca de embrague a posición de operación manual cuando

el motor esta energizado.

No presionar la palanca de embrague en operación motriz para parar el

viaje de la válvula.

De la misma manera en el Anexo 6 se puede observar el esquema de control de

las válvulas Cono Hueco.

2.3.4.3. Operación de las Válvulas CONO HUECO desde CCG-UTR

(CASA DE MÁQUINAS)

Para un mejor entendimiento de la operación de las compuertas Cono Hueco por

medio del UTR se puede observar en el anexo 9 las señales y comandos UTR-UC de

válvula Cono Hueco 1 y Cono Hueco 2.

a) Mediante S4 seleccionar el control de la válvula en REMOTO (CCG-UTR).

b) Para abrir se cierra el contacto ABR (TR1) para la CH1 y ABR (TR3) para la

CH2 y el circuito quedará autoalimentado hasta que la válvula se abra

ampliamente, si se desea abrir parcialmente la válvula, mediante el cierre del

contacto PARAR (TR2) o PARAR (CL2) y cuando llegue al porcentaje de

abertura deseado desactivar el circuito de abertura.

c) Para cerrar se cierra el contacto del UTR denominado CER (CL1) para la CH1 y

CER (CL3) para la CH2 y el circuito quedará autoalimentado hasta que la

válvula se cierre completamente.

Si se desea maniobrar en un porcentaje determinado de cierre se procede como

en el momento de la apertura de la compuerta, cerrando el contacto PARAR

(TR2) y PARAR (CL2) en el porcentaje deseado.

46

2.4. Bombas de Drenaje

La Presa Daniel Palacios consta de un sistema de drenaje del agua que se filtra a

través de las paredes de concreto que soportan a los 120 millones de metros cúbicos de

agua, estas filtraciones de agua hacia el interior de la presa son captadas y conducidas a

través de cunetas laterales a lo largo de las galerías y escalinatas internas,

comunicándose entre los diferentes niveles, por medio de tubos verticales de 5 pulgadas

de diámetro fundidos dentro del concreto, de esta manera se permite el flujo del agua

filtrada desde las galerías superiores hacia las inferiores.

El agua filtrada desde el nivel 1865 hacia arriba es directamente evacuada hacia el

exterior aguas abajo de la presa por medio de los desaguaderos existentes; desde el

mencionado nivel hacia abajo toda el agua filtrada es conducida hacia el pozo de drenaje

ubicado en el nivel 1835, desde donde se evacúa el agua, utilizando bombas de drenaje

hacia el exterior, a la altura de 1868, en donde se encuentra el respectivo desaguadero.

2.4.1. Descripción

El equipo de drenaje consta de dos bombas sumergibles marca ATURIA, modelo

XBC14B4, accionadas por motores eléctricos sumergibles de la misma marca, tipo K

657 de 23 Hp. de potencia 3500 R.P.M., 460 V. y 60 Hz, equipo que se encuentra

sumergido en el pozo ya referido y desde donde se bombea el agua por medio de una

tubería, común para las dos bombas de pulgadas de diámetro, hasta el nivel 1868

para su evacuación al exterior.

Las bombas vienen equipadas con una válvula de compuerta y una válvula check

cada una, para cuando se desmonta la bomba por mantenimiento y ubicados antes del

acople a la tubería común.

Adicionalmente a las bombas descritas, se cuenta con una bomba centrífuga

marca MYERS de 15 Hp. de potencia, 3490 R.P.M. 460 V. 60 Hz., la cual evacúa el

47

agua por medio de una tubería independiente que tiene acceso al exterior en el nivel

1845.

2.4.2. Operación Bombas Sumergibles

El tablero de control de las bombas sumergibles se encuentra en el nivel 1868,

desde donde se comanda la operación de dichas bombas, la operación podría ser

“manual” o “automática”, de acuerdo a la posición de los selectores 443 ADPP-1/CS y

443 ADPP-2/CS de las bombas 1 y 2 respectivamente.

Ahora es válido mencionar que al menos inicialmente el control de las bombas

fue diseñado para que el funcionamiento sea automático, tanto de las bombas

sumergibles como de la centrifuga, tal y como se describirá a continuación, pero

lamentablemente en la actualidad por fallas presentes en el control electromecánico de

estas bombas, el control se tiene que realizar únicamente de manera manual y basándose

en estadísticas de filtraciones de agua como se describirá a continuación dentro del

apartado de operación de la bomba centrifuga.

2.4.2.1. Operación Bombas Sumergibles Manual o Automática Basada

en el Nivel del Agua

Cuando la operación es manual, se debe pulsar momentáneamente los pulsadores

de “ARRANQUE” (488ADDP-1/PB) y (488ADDP-2/PB) o parada (488ADDP-1/PB) y

(488ADDP-2/PB) para poner en marcha o detener el funcionamiento de las bombas

individualmente; sin embargo a pesar de estar en manual, si la bomba está operando y

llega al nivel de parada, esta se detiene por bajo nivel.

Cuando se ha seleccionado el modo de operación “automático” en las dos

bombas, estas arrancan automáticamente de acuerdo al nivel del agua en el que se

encuentre el mismo, que es determinado por medio de los sensores de nivel tipo

electrodo que se encuentran sumergidos en el pozo. De acuerdo a estos sensores y a los

circuitos de control y protección que se pueden observar en el anexo 10, al subir el nivel

48

del agua hasta la altura 1834, arranca la bomba que haya estado preseleccionada por el

circuito de alternabilidad, al descender el nivel del agua hasta la altura 1830,50, se para

la bomba en referencia, si el nivel no desciende sino que sigue subiendo hasta la altura

de 1834,50, arranca la segunda bomba, si en estas condiciones (las dos bombas

funcionando) desciende el nivel hasta la cota 1830,50 se detiene las dos bombas. Si

nuevamente sube el nivel del agua hasta la cota 1834, arranca la otra bomba, alternando

la operación de las bombas por medio de la actuación del relé K11.

2.4.2.2. Operación Bombas Sumergibles desde CCG-UTR (CASA DE

MÁQUINAS)

La operación desde CCG por medio del UTR es realizada de igual manera que de

todos los comandos realizados por el UTR, es decir, este al recibir señales las transforma

en pulsos eléctricos y comanda las bombas sumergibles.

Los diagramas que contienen las señales y comandos de las bombas sumergibles

se los puede observar en el anexo 11, en donde es claro ver que como se mencionó que

el circuito automático esta con avería, la única manera de comandar las bombas desde

CCG es encendiendo las bombas cada 8 horas durante una hora, es decir usando la parte

del control manual y mas no la automática basada en el nivel de agua contenida en el

pozo, que es la que se debería usar.

Cerrando los contactos de UTR “ARRANCAR” (CL6/KI4) para la Bomba

sumergible # 1, y “ARRANCAR” (CL7/KI4) para la bomba sumergible # 2, arranca

cualquiera de las bombas y dejándolas en funcionamiento durante una hora, se las puede

apagar cerrando los contactos “PARAR” (TR6/KI4) y “PARAR” (TR7/KI4) para la

bomba 1 y 2 respectivamente.

2.4.3. Operación Bomba Centrífuga

A continuación se describe la manera en la que fue diseñado el funcionamiento

de la bomba centrifuga, pero se recalca que el funcionamiento automático esta averiado,

por lo que las maniobras se las puede realizar únicamente usando la parte en

funcionamiento manual.

49

2.4.3.1. Operación Bomba Centrífuga Manual o Automática

El panel de control de la Bomba Centrífuga se encuentra en el nivel 1868 junto al

panel de control de las bombas de drenaje y tiene dos modos de operación “Manual” y

“Automática”, esto se lo puede observar en el anexo 12.

Para la operación si se posiciona el selector del modo de operación en “Manual”,

se presiona momentáneamente los pulsadores de arranque “ARR” o parada “PAR”

según sea la operación deseada.

Posicionando el selector del modo de operación en “Automático”, la operación

de la bomba se la realiza en forma automática de acuerdo al nivel del agua en el pozo, el

cual es determinado o censado por flotador, el cual a su vez está sólidamente unido a una

varilla con dos topes que accionan y desaccionan a un switch “FLOTADOR” (SH1) de

dos posiciones abierto y cerrado, que es el que comanda el arranque y parada de la

bomba conforme se puede observar en el anexo 12. Aproximadamente en la actualidad

la calibración para el arranque y parada de esta bomba esta en los niveles 1834,60 y

1832 respectivamente, de tal manera que esta bomba esta utilizada como respaldo en

caso de no funcionar ninguna bomba sumergible. Si las bombas están en condiciones

normales, el modo de operación seleccionado debe ser “Automático” tanto para las

bombas sumergible 1 y 2, como para la bomba centrífuga, pero se debe vigilar que el

arranque y parada de las bombas se realicen en los niveles indicados y la alterabilidad se

cumpla fielmente.

El caudal promedio aproximado de las filtraciones que llega al pozo de drenaje

es aproximadamente 70 , por lo que considerando las dimensiones del pozo, las

bombas sumergibles operan cada 8 horas y el tiempo de operación es de 55 minutos

aproximadamente.

Actualmente por fallas presentes en el control de las bombas se ha tomado como

referencia este promedio de filtraciones de agua para realizar la operación de las bombas

50

de drenaje de una manera manual cada 8 hora funcionan las bombas durante una hora,

dejando de esta manera fuera de uso la opción de operación automática.

Como la Bomba Centrifuga no operaría en condiciones normales de las Bombas

Sumergibles, es recomendable que quincenalmente se utilice la Bomba Centrífuga para

evacuar el agua, alternando la modalidad de operación entre Manual y Automática, con

el propósito de comprobar su operación.

2.4.3.2. Operación Bomba Centrífuga (CCG-UTR)

Para la operación desde CCG se cierran los contactos del UTR “ARRANQUE”

(CL8) para mandar a arrancar la bomba centrifuga y “PARAR” (TR8) para activar el

relé KPBD2 quien rápidamente abre uno de sus contactos cerrados existentes dentro del

circuito de control, mandando parada inmediata.

Las señales para el UTR sobre la bomba centrifuga se las puede analizar en el

anexo 11.

51

33.. EEssttuuddiioo yy

DDeetteerrmmiinnaacciióónn ddeell PPLLCC

CCoommppaattiibbllee ccoonn eell DDiisseeññoo

ddee CCoonnttrrooll

3. Estudio y Determinación del PLC Compatible con el Diseño de

Control…………………………………………………………………...51

3.1. EL PLC………………………………………………………...53

3.2. Estructura Básica del Autómata Programable……………….55

3.3. Métodos o Lenguajes de Programación……………………..59

3.4. Comunicaciones Industriales………………………………...76

3.5. Análisis y Determinación del PLC a Utilizar………………..83

52

En toda empresa industrial como productora de bienes, siempre se encuentra

sometida al entorno competitivo del mercado ya sea nacional o internacional, por eso

para poder competir y adaptarse a las exigencias del mercado, se hace uso de la

automatización de maquinas y procesos que le permitan a Hidropaute incrementar su

productividad así como su calidad reduciendo costos de operación y mantenimiento.

Es por esto que se realizara un estudio del PLC para una aplicación en la Presa

Daniel Palacios, con el objetivo de comandar distintas compuertas y bombas de drenaje,

de mucha importancia dentro de la operación de la Presa.

Para empezar con el estudio se puede relatar algo de historia nombrando que los

PLC fueron inventados en respuesta a las necesidades de la automatización de la

industria automotriz norteamericana por el ingeniero Estadounidense Dick Morley.

Antes de los PLC, el control, las secuenciación, y la lógica para la manufactura

de automóviles era realizada utilizando relés, contadores, y controladores dedicados. El

proceso para actualizar dichas instalaciones en la industria año tras año era muy costoso

y consumía mucho tiempo, y los sistemas basados en relés tenían que ser recableados

por electricistas especializados.

En 1968 GM Hydramatic (la división de transmisiones automáticas de General

Motors) ofertó un concurso para una propuesta del reemplazo electrónico de los sistemas

cableados.

La propuesta ganadora vino de Bedford Associates de Boston, Masachusets, el

primer PLC, fue designado 084, debido a que fue el proyecto ochenta y cuatro de

Bedford Associates. Bedford Associates creó una nueva compañía dedicada al

desarrollo, manufactura, venta y servicio para este nuevo producto: Modicon (MOdular

DIgital CONtroller o Controlador Digital Modular).

53

Una de las personas que trabajó en ese proyecto fue Dick Morley, el que es

considerado como "padre" del PLC. La marca Modicon fue vendida en 1977 a Gould

Electronics, y posteriormente adquirida por la compañía Alemana AEG y más tarde por

Schneider Electric, el actual dueño.

Los PLC son utilizados en muchas diferentes industrias y máquinas. Algunas

marcas con alto prestigio son ABB Ltd., Koyo, Honeywell, Siemens, Trend Controls,

Schneider Electric, Omron, Rockwell (Allen-Bradley), General Electric, fraz max, Tesco

Controls, Panasonic (Matsushita), Mitsubishi e Isi Matrix machines.

Estos modernos dispositivos de control, están adaptados para un amplio rango de

tareas de automatización. Estos son típicos en procesos industriales en la manufactura

donde el coste de operación y mantenimiento de un sistema electromecánico típico de

control es relativamente alto contra el coste de la automatización, y donde van a existir

cambios en el sistema durante toda su vida operacional, además se puede tener en cuenta

que los PLC contienen todo lo necesario para manejar altas cargas de potencia.

3.1. EL PLC

EL PLC (Programmable Logic Controller) es un dispositivo electrónico muy

usado en automatización industrial. Se puede decir que el PLC es un hardware industrial,

diseñado para controlar en tiempo real procesos secuenciales y utilizados para la

obtención de datos. Una vez obtenidos, los pasa a través de bus (por ejemplo por

ethernet) a un servidor, su manejo y programación puede ser realizada por personal

técnico eléctrico, electrónico, y mecánico con los conocimientos en informática.

El Control Lógico Programable es importante porque todos los procesos de

producción experimentan una secuencia repetitiva fija de operaciones que envuelve

pasos y decisiones lógicas. Un PLC es usado para controlar tiempo y regular la

secuencia. El Control Lógico ha sido usado para controlar secuencias de acciones en

sistemas de manufactura automática por muchos años. Originalmente, un sistema de

control lógico fue cableado usando transmisores electrónicos y unidades lógicas y de

54

tiempo. Esos sistemas eran inflexibles. Una vez que un sistema lógico cableado ha sido

construido, si el programa de maquinación era alterado por otro tipo de producto, el

sistema de control lógico tenía que ser manualmente recableado para la nueva

aplicación. Esto era inflexible y consumía tiempo, restringía el plan de producción de

una fábrica y hacía cambios de difícil producción.

La situación comenzó a cambiar a finales de la década de 1960 cuando las

minicomputadoras pudieron ser adquiridas. Es fácil realizar cambios en programas de

computadoras. Un programa de computadora es también fácil de cambiar cuando el

problema del control cambia y permite muchas más funciones lógicas que las que son

posibles en un control lógico cableado. Cuando los microprocesadores pudieron ser

adquiridos en la década de los 80’s, con pequeñas memorias y características de entrada-

salida flexibles, entonces la generación moderna de PLC’s comenzó a emerger. Hoy, las

microcomputadoras basadas en PLC’s son un robusto y fiable instrumento con muchas

funciones y características.

3.1.1. Capacidades del PLC

Básicamente un PLC opera en base de señales de dos niveles lógicos o estados:

(1) encendido ON.

(0) apagado OFF.

A este sistema se le conoce como sistema binario, pero en algunos PLC además

de manejar señales discretas o lógicas nos permiten el manejo para programar señales

continuas o analógicas utilizando para ello un convertidor digital analógico

Hoy en día, los PLC no sólo controlan la lógica de funcionamiento de máquinas,

plantas y procesos industriales, sino que también pueden realizar operaciones

aritméticas, manejar señales analógicas para realizar estrategias de control, tales como

controladores proporcional integral derivativo (PID).

55

Los PLC actuales pueden comunicarse con otros controladores y computadoras

en redes de área local, y son una parte fundamental de los modernos sistemas de control

distribuido.

Específicamente un PLC sirve para controlar los procesos encaminados a la

automatización manipulados a través de una lista de instrucciones, comandos o un

lenguaje de programación.

Las amplias desventajas que ofrece el control electromagnético, convierten al

PLC en un elemento imprescindible al campo de la automatización industrial por su

seguridad, fácil manejo, economía y tiempo, que son los factores fundamentales que han

determinado su aceptación.

Los destinatarios de este tipo de trabajo son numerosos dado a su extenso campo

de aplicación en sus distintas especialidades como son la electricidad, electrotécnica,

mecánica y en cualquier aplicación de sistemas de automatización dentro de la industria.

3.2. Estructura Básica del Autómata Programable

Un controlador lógico programable está constituido por un conjunto de tarjetas o

circuitos impresos, sobre los cuales están ubicados componentes electrónicos.

Los PLC’s tienen la estructura básica mostrada en el gráfico 5:

Gráfico 5: Esquematización de un PLC.

56

De la figura, los PLC’s tienen cuatro unidades principales:

1. La Memoria Programable: Las instrucciones para la secuencia de control

lógico están acomodadas aquí.

2. La Memoria de Datos: Las condiciones de los cambios, interbloqueo, valores

pasados de datos y otros datos de trabajo están acomodados aquí.

3. Los dispositivos de salida: Estos son los controladores de hardware/software

para los procesos industriales como motores y válvulas.

4. Los dispositivos de entrada: Estos son los controladores de hardware/software

para los sensores de los procesos industriales como sensores de cambio de

estado, detectores de proximidad, ajuste de interbloqueo y más.

En adición a esto, los PLC’s tienen una unidad de programación, esta puede ser

un módulo especial, como ejemplo una PC conectada a el PLC por la liga serial.

La unidad de programación es usada para construir, examinar y editar la

secuencia lógica que el PLC ejecutará.

Conjuntamente se puede decir que el controlador Programable tiene la estructura

típica de muchos sistemas programables, como por ejemplo una microcomputadora. La

estructura básica del hardware de un controlador Programable propiamente dicho está

constituido por:

Fuente de alimentación

Unidad de procesamiento central (CPU)

Módulos de interfaces de entradas/salidas (E/S)

Modulo de memorias

Unidad de programación

En algunos casos cuando el trabajo que debe realizar el controlador es más

exigente, se incluyen Módulos Inteligentes.

57

3.2.1. Fuente de Alimentación

La función de la fuente de alimentación en un controlador, es suministrar la

energía a la CPU y demás tarjetas según la configuración del PLC.

+ 5 V para alimentar a todas las tarjetas

+ 5.2 V para alimentar al programador

+ 24 V para los canales de lazo de corriente 20 mA.

3.2.2. Unidad de Procesamiento Central (C.P.U.)

Es la parte más compleja e imprescindible del controlador programable, que en

otros términos podría considerarse el cerebro del controlador. La unidad central está

diseñada a base de microprocesadores y memorias; contiene una unidad de control, la

memoria interna del programador RAM, temporizadores, contadores, memorias internas

tipo relé, imágenes del proceso entradas/salidas, etc.

Su misión es leer los estados de las señales de las entradas, ejecutar el programa

de control y gobernar las salidas, el procesamiento es permanente y a gran velocidad.

3.2.3. Módulos o Interfaces de Entrada y Salida (E/S)

Son los que proporciona el vínculo entre la CPU del controlador y los

dispositivos de campo del sistema. A través de ellos se origina el intercambio de

información ya sea para la adquisición de datos o la del mando para el control de

maquinas del proceso.

3.2.3.1. Tipos de Módulos de Entrada y Salida

Debido a que existen gran variedad de dispositivos exteriores (captadores

actuadores), se encuentra diferentes tipos de módulos de entrada y salidas, cada uno de

los cuales sirve para manejar cierto tipo de señal (discreta o análoga) a determinado

valor de tensión o de corriente en DC o AC.

58

Módulos de entradas discretas

Módulos de salidas discretas

Módulos de entrada analógica

Módulos de salida analógica

3.2.4. Módulos de Memorias

Son dispositivos destinados a guardar información de manera provisional o

permanente. Se cuenta con dos tipos de memorias:

Volátiles (RAM)

No volátiles (EPROM y EEPROM)

Las volátiles o memoria de acceso aleatorio: sus velocidades de lectura y

escritura son muy similares, son utilizadas en proceso de alta velocidad donde los datos

pueden perderse al momento de cortar la energía. Son memorias que incorporan una

batería que previene la pérdida de los datos, pero obviamente tiene un límite la batería.

RAM : Siglas de Random Access Memory, un tipo de memoria a la que se puede

acceder de forma aleatoria; esto es, se puede acceder a cualquier byte de la memoria sin

pasar por los bytes precedentes. RAM es el tipo más común de memoria en las

computadoras y en otros dispositivos, tales como las impresoras, pero sin embargo, para

ser precisos, hay que referirse a la memoria RAM como memoria de lectura y escritura.

Las no-volátiles: estas memorias como su nombre lo indica no pierden los datos

almacenados aún sin estar alimentadas. Las comprenden la ROM, EPROM, PROM,

EEPROM y FLASH hasta el momento.

EPROM: Erasable PROM, memoria borrable. Está memoria fue de las más

usadas en la antigüedad son las que traen una ventanita de vidrio a la mitad del

encapsulado. Solo pueden programarse si se les borra antes exponiéndolas durante cierto

59

tiempo a la luz ultravioleta. Esto introduce voltaje a las celdas para que después puedan

ser grabadas.

EEPROM: Electrical EPROM, memoria borrable electrónicamente. Esta

memoria puede ser borrada por medios electrónicos a través de una terminal conocida

como Vpp. Los voltajes de borrado son de aproximadamente 13v.

3.2.5. Unidad de Programación

Los terminales de programación, son el medio de comunicación entre el hombre

y la máquina; estos aparatos están constituidos por teclados y dispositivos de

visualización.

Existen tres tipos de programadores los manuales (Hand Held) tipo de

calculadora, Los de video tipo (PC), y la (computadora).

Desde un teclado de programación propio del PLC (Hand Held).

Lista de instrucciones.

Paso a paso.

Desde una computadora personal.

Lista de instrucciones.

Paso a paso.

Programación básica.

Por diagramas de escalera (software propio del PLC).

3.3. Métodos o Lenguajes de Programación

Los lenguajes de programación son necesarios para la comunicación entre el

usuario, sea programador u operario de la máquina o proceso donde se encuentre el PLC

y el PLC. La interacción que tiene el usuario con el PLC la puede realizar por medio de

60

la utilización de un cargador de programa también reconocida como consola de

programación o por medio de un PC.

Existen varios lenguajes de programación, tradicionalmente los más utilizados

son el diagrama de escalera (Lenguaje Ladder), preferido por los electricistas, lista de

instrucciones y programación por estados, aunque se han incorporado lenguajes más

intuitivos que permiten implementar algoritmos complejos mediante simples diagramas

de flujo más fáciles de interpretar y mantener. Un lenguaje más reciente, preferido por

los informáticos y electrónicos, es el FBD (en inglés Function Block Diagram) que

emplea compuertas lógicas y bloques con distintas funciones conectados entre sí.

En la programación se pueden incluir diferentes tipos de operandos, desde los

más simples como lógica booleana, contadores, temporizadores, contactos, bobinas y

operadores matemáticos, hasta operaciones más complejas como manejo de tablas

(recetas), apuntadores, algoritmos PID y funciones de comunicación multiprotocolos que

le permitirían interconectarse con otros dispositivos.

En un nivel básico, los PLC’s son programados en forma simple por código

ensamblador. Cada manufactura tiene sus propios estándares y definiciones para esos

códigos. Hay otros lenguajes de programación como el IEC 61131-3 standard,

Sequential Function Chart, Function Block Diagrams. De cualquier forma, una gran

cantidad de lenguajes de programación estándar establecidos, llamados “Ladder Logic”

son entendidos universalmente por programadores de PLC.

En años recientes, los PLC’s han venido a ser más sofisticados. Como resultado,

algunas veces es difícil poner todas sus características dentro de la estructura de la escala

lógica, y los lenguajes alternativos de programación están siendo más ampliamente

usados. De todos modos, en estos tiempos la escala lógica es la forma estándar para

describir un programa de PLC.

61

La estructura normal de una secuencia de PLC es una cadena repetitiva de

acciones elementales que están determinadas por el estatus del dispositivo de entrada del

proceso industrial.

Todos los procesos de producción industrial siguen una secuencia fija de

acciones que están determinadas por los pasos identificados en el proceso de producción

y la reacción conocida que puede ser hecha durante el proceso.

3.3.1. Clasificación de los Lenguajes de Programación

Los lenguajes de programación para PLC son de dos tipos, visuales y escritos. Los

visuales admiten estructurar el programa por medio de símbolos gráficos, similares a los

que se han venido utilizando para describir los sistemas de automatización, planos

esquemáticos y diagramas de bloques. Los escritos son listados de sentencias que

describen las funciones a ejecutar.

Gráfico 6: Lenguajes de Programación para PLC (visual-escrito).

Fuente: www.w3.org/1999/xhtml

Los programadores de PLC poseen formación en múltiples disciplinas y esto

determina que exista diversidad de lenguajes. Los programadores de aplicaciones

familiarizados con el área industrial prefieren lenguajes visuales, por su parte quienes

tienen formación en electrónica e informática optan, inicialmente por los lenguajes

escritos.

62

3.3.1.1. Niveles de los Lenguajes

Los lenguajes de programación de sistemas basados en microprocesadores, como

es el caso de los PLC, se clasifican en niveles; al microprocesador le corresponde el

nivel más bajo, y al usuario el más.

Tipos Descripción Nivel Características

Acceso a los

recursos

Preferencias

de uso

Visuales Utilizan los símbolos

de planos esquemáticos

y diagramas de bloques

Alto Restringido a los

símbolos que

proporciona el

lenguaje

Profesionales

en áreas de

automatización

industrial,

mecánica y

afines

Escritos Utilizan sentencias

similares a las de

programación de

computadoras

Bajo Total a los recursos

de programación

Profesionales

en área de

electrónica e

informática Tabla 5: Datos Físicos de las Compuertas de Mantenimiento del Vertedero.


3.3.1.1.1. Lenguajes de Bajo Nivel

Lenguaje de Máquina: Código binario encargado de la ejecución del programa

directamente en el microprocesador.

Lenguaje Ensamblador: Lenguaje sintético de sentencias que representan cada

una de las instrucciones que puede ejecutar el microprocesador. Una vez

diseñado un programa en lenguaje ensamblador es necesario, para cargarlo en el

sistema, convertirlo o compilarlo a lenguaje de máquina. Los programadores de

lenguajes de bajo nivel deben estar especializados en microprocesadores y demás

circuitos que conforman el sistema.

3.3.1.1.2. Lenguajes de Alto Nivel

Se basan en la construcción de sentencias orientadas a la estructura lógica de lo

deseado; una sentencia de lenguaje de alto nivel representa varias de bajo; cabe la

63

posibilidad que las sentencias de un lenguaje de alto nivel no cubran todas las

instrucciones del lenguaje de bajo nivel, lo que limita el control sobre la máquina.

Para que un lenguaje de alto nivel sea legible por el sistema, debe traducirse a

lenguaje ensamblador y posteriormente a lenguaje de máquina.

3.3.2. Lenguajes de Programación para PLC

Los fabricantes de PLC han desarrollado una cantidad de lenguajes de

programación en mayoría de los casos siguiendo normas internacionales, con el fin de

suplir las necesidades y expectativas de los programadores.

En la siguiente tabla se presentan lenguajes de uso común.

Lenguaje Características Ejemplos Tipo Nivel

Listas Lista de

instrucciones

IL

AWL

STL

IL/ST

Escrito Bajo

Plano Diagrama eléctrico LADDER

LD

KOP

Visual Alto

Diagrama de

bloques

funcionales

Diagrama lógico FBD

FBS

FUD

Organigrama de

bloques

secuenciales

Diagrama

algorítmico

AS

SFC

PETRI

GRAFSET

Otros Lenguajes usados en

otras áreas de

computación

BASIC

C

Escrito

Tabla 6: Lenguajes de Programación para PLC.


64

3.3.2.1. Niveles de los Lenguajes Específicos para PLC

1. Bajo Nivel: En el ámbito de programación de PLC no se utiliza directamente el

lenguaje de máquina o del ensamblador. Se emplea el lenguaje de lista de

instrucciones, similar al lenguaje ensamblador, con una sintaxis y vocabulario

acordes con la terminología usada en PLC.

2. Listas: Lenguaje que describe lo que debe hacer el PLC instrucción por

instrucción.

3. Alto Nivel: Se caracterizan principalmente por ser visuales, aunque existen

también lenguajes escritos de alto nivel.

Gráfico 7: Lenguajes de Programación para PLC (IL).


4. Diagrama de Contactos: Representa el funcionamiento deseado, como en un

circuito de contactores y relés, fácil de entender y utilizar para usuarios con

experiencia en lógica alambrada. En general, se refiere a este lenguaje como

LADDER (escalera), ya que la forma de construcción de su esquema se asemeja

a una escalera.

65

Gráfico 8: Lenguajes de Programación para PLC (Contactores-LADDER).


5. Diagrama de Bloques Funcionales: Utiliza los diagramas lógicos de la

electrónica digital

Gráfico 9: Lenguajes de Programación para PLC (FDB).


6. Organigrama De Bloques Secuenciales: Explota la concepción algorítmica que

todo proceso cumple con una secuencia. Estos lenguajes son los más utilizados

por programadores de PLC con mayor trayectoria.

66

Gráfico 10: Lenguajes de Programación para PLC (Programa As).


3.3.3. Operaciones Lógicas

Las operaciones lógicas más utilizadas son: AND, OR, NOT, EXOR. A

continuación se presentan las tablas de verdad que las definen.

Los programadores de PLC tienen formación en múltiples disciplinas y esto

determina que exista una diversidad de lenguajes. Los programadores de aplicaciones

familiarizados con el área industrial prefieren lenguajes visuales, por su parte quienes

tienen formación en electrónica o informática optan inicialmente por los lenguajes

escritos.

3.3.3.1. AND - Conjunción

La operación lógica AND -conjunción- entrega como resultado V si todas las

entradas son V. Esta se aplica en situaciones en las que se requiere realizar una acción si

y sólo sí se cumplen un determinado número de condiciones. En lenguaje de contactos

se realiza disponiendo los contactos en serie.

67

Entradas Salidas

A B Y

F F F

F V F

V F F

V V V Tabla 7: Tabla de Verdad (AND).


Ejemplo: En el circuito se activa Q1.2 cuando I1.0, I1.1 e I1.2 son verdaderas. De

hecho, el PLC evalúa la rama ejecutando la operación lógica Q1.2 = I1.0 AND I1.1

AND I1.2.

Gráfico 11: Ejemplo Operación Lógica AND.


3.3.3.2. OR - Disyunción

La operación lógica OR -disyunción - entrega como resultado V siempre que

alguna de las entradas sea V, lo que se logra poniendo los contactos en paralelo.

Entradas Salidas

A B Y

F F F

F V V

V F V

V V V Tabla 8: Tabla de Verdad (OR).


68

Ejemplo: En el circuito se activa Q1.3 si alguna de las entradas I1.0 o I1.1 se activa. La

operación lógica es Q1.3 = I1.0 OR I1.1.

Gráfico 12: Ejemplo Operación Lógica OR.


3.3.3.3. NOT – Inversión

La operación lógica NOT – inversión- entrega como resultado el estado contrario

al presente en la entrada, esto se logra con el uso de Contactos Normal Cerrado.

Entradas Salidas

A Y

F V

V F Tabla 9: Tabla de Verdad (NOT).


Ejemplo: Función y operación realizada es Q1.0 = NOT I1.0.

Gráfico 13: Ejemplo Operación Lógica NOT.


3.3.3.4. EXOR – OR Exclusiva

La EXOR - OR -exclusiva- es V si alguna de las entradas, pero nunca ambas, es

V también; se puede decir que es V si y sólo si las entradas son distintas. Se puede

analizar detenidamente el circuito que la realiza.

69

Entradas Salidas

A B Y

F F F

F V V

V F V

V V F Tabla 10: Tabla de Verdad (EXOR).


Ejemplo: Para realizar la operación Q1.0 = I1.0 EXOR I1.1, se debe efectuar una

combinación de operaciones AND y OR: Q1.0 = ((I1.0 AND (NOT I1.1)) OR ((NOT

I1.0) AND I1.1)).

Gráfico 14: Ejemplo Operación Lógica EXOR.


3.3.4. Lenguaje de Plano de Contacto (LADDER)

En el lenguaje de contactos es frecuente aquel caso en el cual las operaciones

lógicas deben resolverse a partir de contactos normal abierto y normal cerrado. El

esquema se realiza dentro de cada uno de los espacios encontrados dentro del

programador partiendo de la barra de alimentación dispuesta.

70

Gráfico 15: Ejemplo de Disposición del Programador antes de colocar contactos.

A la derecha del esquema se ubican los elementos de salida y a la izquierda los

de entrada.

ENTRADA SALIDA

Gráfico 16: Ubicación de los Dispositivos de Entrada y Salida.


El diagrama puede tener varias ramas o escalones. Cada rama permite ubicar

varios elementos de entrada pero sólo uno de salida.

71

Gráfico 17: Ubicación de varios elementos de Entrada, pero solo Uno de Salida.

La programación en cada bloque de contactos se realiza en el orden de izquierda

a derecha. El sentido de programación de los bloques de contactos de un programa se

ejecuta en el sentido de arriba abajo.

Gráfico 18: Sentido de Programación de los bloques de contactos.


3.3.4.1. Reglas del Lenguaje

El número de contactos que se pueden colocar en un bloque, desde el comienzo

de la línea principal hasta la salida, es ilimitado. Limitación práctica: Anchura

del papel cuando se quiera sacar el programa por impresora o anchura en el

ambiente de programación.

No se puede conectar una salida directamente a la línea principal, en estos casos

se intercala un contacto cerrado de una marca o bit o relé interno cualquiera.

72

Gráfico 19: Reglas del Lenguaje.


Con relación a los contactos, tenga presente lo siguiente

a) Contactos de entrada: El número de contactos abiertos o cerradas

que se pueden utilizar en un programa, por cada una de las entradas,

es ilimitado, es decir que, se puede repetir el mismo número de

contacto cuantas veces se quiera.

b) Contactos de salida: El número de salidas o bobinas de salidas o

relés de salida OUT es fijo, por lo que no se puede repetir un mismo

número de salida. Sin embargo, el número de contactos asociados a

cada una de ellas es ilimitado.

3.3.4.2. Elementos del Lenguaje

Se clasifican en elementos de entrada y salida. Su estado es evaluado por el PLC

para determinar un valor lógico, que recibe distintas denominaciones dependiendo del

contexto de trabajo.

A continuación, se presenta una tabla donde se relacionan las denominaciones de

los contextos con las usadas normalmente en PLC (activo e inactivo).

Contexto Activo Inactivo

Informática True / Verdadero False / Falso

Algebra de Boole V / 1 F / 0

Electrónica

digital High / H Low / L

Tabla 11: Relación de las Denominaciones de los Contextos con las Usadas Normalmente en el PLC.


73

3.3.4.2.1. Elementos de Entrada

Los contactos, únicos elementos que se colocan a las entradas, son de tipo

normal abierto

normal cerrado

Encima del contacto se escribe la variable a la cual hace referencia. El valor

lógico del contacto depende directamente del valor lógico de su variable. Para los

contactos normalmente abiertos, si la variable es V el contacto también será V y, si la

variable es F el contacto será F. Los contactos normal cerrado toman el valor inverso de

su variable, si la variable es V el contacto será evaluado como F y viceversa.

Contacto Variable

Normal abierto V V

F F

Normal cerrado V F

F V Tabla 12: Valor Lógico del Contacto Dependiendo del Valor Lógico de su Variable.


3.3.4.2.2. Elementos de Salida

A los elementos de salida, al igual que para la entrada, se les escribe la variable a

la cual están referidos. El valor lógico del elemento de salida es determinado por el PLC

a partir de los elementos de entrada. El elemento de salida principal se denomina

Asignación o Bobina. Las bobinas son de tres tipos:

Asignación simple: su valor lógico es igual al resultado de la combinación de

los contactos en la rama. Si el resultado de la evaluación de los contactos es V

entonces la bobina será V; si el resultado es F, la bobina toma el valor F.

Puesta a uno (SET): cuando llega el valor V a esta bobina, su variable asociada

se pone y mantiene indefinidamente en estado V sin importar que a la bobina

llegue posteriormente un valor F. Una vez retenida la variable en el valor V, para

pasarla a F será necesario el uso de una bobina de puesta a 0.

74

Puesta a cero (RESET): Cuando llega un valor V a esta bobina, su variable

asociada se pone y mantiene indefinidamente en estado F sin importar que a la

bobina llegue posteriormente un valor F. la única manera de cambiar el estado de

la variable es usando una bobina de puesta a 1.

Otros tipos de elementos de salida son: Temporizadores, Contadores, Saltos,

Llamadas y Retornos.

Gráfico 20: Elementos de Salida.


Temporizadores: este tipo de dispositivo de salida trabajo bajo un tiempo de

retardo, el tiempo de retardo se lo puede calcular de la siguiente manera.

Gráfico 21: Temporizador.


75

El Tiempo de Retardo (T#xx) se establece:

En la parte superior del símbolo de disparo del temporizador, en segundos o en

milisegundos. Mediante el formato T#multiplicador.escala, como producto entre la base

de tiempo estipulada por la escala y multiplicador. Así que

Retardo = base de tiempo * multiplicador

Observe en la tabla los posibles valores de base de tiempo.

Valor de escala Base de tiempo Ejemplo

0 0.01 S T#20.0 Retardo = 0.2 S

1 0.1 S T#15.1 Retardo = 1.5 S

2 1 S T#30.1 Retardo = 30 S

3 10 S T#60.3 Retardo = 600 S Tabla 13: Valores de Base de Tiempo.


La salida del temporizador es cualquier contacto al cual se le haya asignado

como variable de referencia el nombre del temporizador

Contadores: Las opciones de programación de los contadores son:

Gráfico 22: Contador.


Asignación: con este elemento se define el nombre del contador a ser utilizado y

el valor inicial de la cuenta

76

Cuenta ascendente: un flanco de subida en la entrada del elemento hace que el

valor de la cuenta se incremente en 1. El flanco de subida se define como el

cambio de una señal de F a V.

Cuenta descendente: con un flanco de subida se hace que el valor de la cuenta

descienda en 1.

Reposición: obliga a que el contador se reinicie con su valor inicial.

La salida de un contador es un contacto cuya variable de referencia sea el

nombre del contador, la variable es F mientras el valor de la cuenta sea 0 y es V si la

cuenta es diferente de 0.

3.4. Comunicaciones Industriales

El término “comunicaciones industriales” se refiere a la amplia gama de

dispositivos de hardware, programas de software, y protocolos de transferencia de datos

que forman una red que comunica entre sí computadores, controladores, instrumentos,

sensores y otros elementos utilizados en ambientes industriales. Dentro del desarrollo de

la tesis se va a describir el modelo OSI para redes de comunicaciones. También se

explicara las especificaciones que se deben conocer para conectar PLCs y otros

autómatas programables (APs) a un computador.

Finalmente se mencionan algunas de las redes industriales más utilizadas hoy en

día.

3.4.1. El Modelo OSI de 7 capas

El modelo OSI (Open System Interconnection) fue introducido hace décadas para

definir la forma de interconexión de elementos de redes por medio de una estructura de

siete capas como se muestra en la Tabla 2.10. Aunque este modelo es necesario para los

diseñadores de redes de comunicaciones, para el usuario común es transparente. Sin

embargo, conocer las bases de este modelo ayuda a los instaladores de redes a

comprender y escoger los elementos correctos.

77

CAPA NOMBRE DESCRIPCIÓN EJEMPLO

7 Aplicación Especificaciones y protocolos para

aplicaciones y usuarios de redes: cómo

enviar un

mensaje, cómo especificar el nombre de un

archivo, como responder a solicitudes, etc.

FTP,

SNMP,

SMTP,

HTTP,

Telnet,

HTTP

6 Presentación Representación de los datos. Traducción de

datos. Codificación y Decodificación.

5 Sesión Establecimiento de sesión de

comunicaciones. Seguridad.

4 Transporte Integridad de transferencia, corrección de

errores. Los datos son empaquetados en

tamaños manejables. Encargada de reenviar

mensajes fallidos, y no duplicar mensajes

correctos.

TCP, UDP

3 Red Asignación de dirección, métodos de

transmisión de paquetes, enrutamiento

IP

2 Enlace Asignación de dirección, métodos de


Ethernet:

CSMA/CD

1 Física Asignación de dirección, métodos de


Ethernet:

CSMA/CD Tabla 14: El Modelo OSI.

Fuente: National Instruments, Instrumentación y Control, 2004, año 2, Número 2

3.4.2. Redes Industriales

Llevan este nombre las redes de comunicaciones instaladas en ambientes industriales

como manufactura, laboratorios, bodegaje, etc. Se diferencian con las redes corporativas

utilizadas en ambientes “de oficina” en aspectos como robustez, inmunidad al ruido,

confiabilidad, etc.

3.4.3. Comunicaciones PC - AP

APs (Autómatas Programables) son aquellos equipos que cumplen funciones de

control automático de procesos. Esta clasificación incluye:

PLCs (Controladores Lógicos Programables).

Controladores de Procesos, equipos de lógica de control predeterminada con

parámetros configurables por el usuario (lazos PID, control On/Off, etc.).

78

Controladores de Tiempo Real (FieldPoint RT, tarjetas DAQ, PXI-RT).

Sensores con capacidad de comunicación o lógica de control asociada

(medidores de energía eléctrica, válvulas y sensores inteligentes, etc.).

Computadores equipados con el hardware y software necesarios para desempeñar

funciones de control.

Dada la aceptación universal de estos dispositivos en todo tipo de aplicaciones que

requieren control automático de procesos, es evidente la necesidad de conectarlos entre

ellos para ampliar las capacidades de control, y conectarlos a PCs para crear sistemas de

monitoreo, control interactivo, cambio de parámetros en línea, sistemas HMI y SCADA.

3.4.3.1. Especificaciones de Comunicaciones

Habiendo revisado las redes de comunicación industriales queda claro que para

comunicar un AP con un PC es necesario conocer las diferentes capas del modelo de

comunicaciones OSI que utiliza cada elemento de la red. En el caso más general se tiene

un AP (por ejemplo un PLC) y se requiere conectarlo a un computador. Las tres “piezas”

que se deben tomar en cuenta para la conexión son:

1. Red Física - conectores, cables, adaptadores...

2. Protocolo - Modbus, ASCII, Optomux...

3. Driver - software que comunica el programa de aplicación con el AP

hablando el protocolo indicado.

3.4.4. Redes Seriales

Serial es un protocolo de comunicaciones muy común en PCs e instrumentos.

Las tres versiones más utilizadas son:

RS-232 (ANSI/EIA-232) ha sido el puerto estándar en PCs compatibles IBM, aunque

actualmente está siendo reemplazado por USB, y en el futuro quizás por Firewire.

Utiliza conexión desbalanceada, referenciando cada señal a la tierra del puerto. Otra

característica es que solamente soporta conexión punto a punto (2 dispositivos).

79

RS-422 (EIA RS-422-A) es la conexión serial utilizada originalmente en las

computadoras Apple de Macintosh. Utiliza conexión diferencial, lo que mejora su

inmunidad al ruido y permite extender el cable mayores distancias soportando hasta 10

dispositivos.

RS-485 (EIA RS-485) es una red RS-422 mejorada, pues soporta hasta 32 dispositivos y

define las características eléctricas necesarias para asegurar voltajes adecuados bajo

máxima carga. Su alta inmunidad al ruido, capacidad de múltiples dispositivos y su

sencillez (puede operar con dos o con cuatro cables) la hacen muy utilizada en

dispositivos industriales. Puesto que RS-485 es una versión mejorada de

RS-422, todo dispositivo RS-422 puede ser controlado por una tarjeta RS-485. Existen

en el mercado conversores de RS-232 a RS-485.

Tabla 15: Características de las Redes Seriales.

Fuente: National Instruments, Instrumentación y Control, 2004, año 2, Número 2

3.4.5. Ethernet

Originalmente desarrollado por Xerox, Digital e Intel en la década de 1970, hoy

es el estándar IEEE 802.3, y es el tipo de red más popular en aplicaciones de tecnología

informática y redes corporativas. Ethernet utiliza un protocolo de enlace CSMA/CD

(Carrier Sense, Multiple Access, Collision Detect) el cual, cuando una estación está lista

para enviar los datos y detecta que la red está libre, publica su trama en la red con la

dirección del destinatario. Todas las estaciones escuchan los datos, pero solamente la

destinataria responde. Este sistema es capaz de interrumpir la transmisión si detectó una

colisión, e intenta retransmitir los datos luego de una espera de tiempo aleatoria. En la

80

especificación estándar IEEE 802.3, Ethernet trabaja a 10 Mb/s, su topología es

multimodo, y soporta hasta 1,024 nodos en par trenzado, fibra óptica o cable coaxial.

Otras definiciones de Ethernet amplían sus características a100Mb/s,

autonegociación de velocidad, y la nueva tecnología Gigabit Ethernet amplía la

velocidad hasta 1000 Mb/s. Algunos medios físicos utilizados por Ethernet son cable

coaxial, par trenzado, y fibra óptica (definidos por 10Base5, 10Base2, 10BaseT,

10BaseF, etc.).

Es importante entender que Ethernet define solamente la capa física y de enlace,

más no el protocolo. Aunque para ambientes corporativos las redes Ethernet pueden

resultar muy económicas y sencillas de instalar, es necesario tomar en cuenta que para

ambientes industriales es preferible utilizar elementos más robustos, lo cual encarece su

costo.

Sin embargo, la creciente cantidad de dispositivos que soportan Ethernet, junto

con la estandarización de protocolos estándares en la industria como TCP/IP y OPC

hacen de esta red una elección atractiva para sistemas donde se requiere conectividad

abierta e interoperabilidad entre sistemas y plataformas. Existen por ejemplo

conversores GPIB/Ethernet, RS-232/Ethernet, etc.

3.4.6. Fieldbus

La Fundación Fieldbus es una organización de más de 120 compañías que

fabrican más del 80% de productos Fieldbus a nivel mundial. Fieldbus es una red

industrial diseñada específicamente para aplicaciones de control de procesos

distribuidos, creada sobre tecnologías existentes siempre que sea posible, incluyendo

trabajo conjunto con ISA, IEC, Profibus, FIP, y HART. La tecnología Fieldbus

contempla las capas física, de enlace (communications stack), y de Usuario (no definida

en el modelo OSI). No implementa las capas de 3 a 7 porque los servicios de éstas no

son requeridos en aplicaciones de control de procesos. Fieldbus utiliza dos Capas

Físicas: H1 (31.25 kb/s) y High- Speed Ethernet (HSE), que puede correr el mismo

81

protocolo Fieldbus a 10 ó 100 Mb/s. En la Capa de Enlace, el Communication Stack

hace de interfaz entre la capa de usuario y la capa física.

Fieldbus define una Capa de Usuario única basada en bloques de funciones que

permiten al usuario comunicarse y programar dispositivos Fieldbus como PLCs,

sensores y actuadores autónomos (puntos de Entrada/Salida ó E/S), permitiendo

distribuir el control en la red.

3.4.7. Profibus

Ahora reglamentado por el estándar alemán DIN 19245, es el sistema Fieldbus

líder en Europa y utilizado ampliamente en sistemas de control distribuido alrededor del

mundo. Más de 650 compañías componen el grupo de desarrollo de Profibus,

desarrollando su tecnología de modo que es aplicable tanto para aplicaciones de alta

velocidad y de tiempo crítico con los puntos de E/S, como en comunicaciones complejas

entre controladores. Varios modeles de PLCs de Siemens utilizan este protocolo. Se

necesitan tarjetas de comunicación RS-485 especiales.

3.4.8. Comunicación del PLC por medio de Relés de Interface

Para la fiabilidad de dispositivos de automatización industriales, cada vez será

más importante una separación galvánica segura. A tal efecto, las interfaces de relé o de

optoacoplador modernas cumplen múltiples funciones. Tanto en la técnica de

fabricación, para el equipamiento eléctrico de maquinaria o en la técnica de control para

la distribución de energía, automatización de edificios y técnica de procedimientos, en

cualquier caso se trata de garantizar el intercambio de señales entre la periferia de

proceso y los sistemas de mando y control de prioridad centralizados. Con un

funcionamiento seguro, sin potencial y con condiciones eléctricas unívocas.

Los relés de interface son la interfaz entre el aparato de automatización y la

periferia de la instalación con alta potencia de conmutación, disponible como interfaz de

relé o de optoacoplador enchufable.

82

Gráfico 23: Relés Interface-PLC.

Fuente: www.phoenixcontact.es/global_styles/styles65.css

Los componentes de interfaz eléctricos seguros deben presentar, entre otras cosas,

las siguientes características:

acoplamiento de niveles de señal diferentes.

separación galvánica segura entre la entrada y salida.

amplificación de señales de baja potencia.

alta insensibilidad a parásitos y

posibilidad de configuración flexible.

Los modernos módulos de interfaz satisfacen plenamente este planteamiento. En

la práctica se utiliza una interfaz de relé cuando se exige una configuración flexible de la

interfaz con gran campo de potencia de ruptura y posibilidades de combinación de

diferentes tipos de contactos. Otras características importantes de las interfaces de relé:

separación galvánica entre contactos abiertos.

independientemente del tipo de corriente de conmutación (continua y alterna).

alta resistencia momentánea a sobrecarga en caso de cortocircuito o de puntas de

tensión.

interferencia prácticamente nula debida a campos electromagnéticos.

operación sencilla.

83

3.5. Análisis y Determinación del PLC a Utilizar

Existen diversos parámetros que es indispensable analizar y comparar antes de

usar un PLC y de esta manera asegurar su comunicación y funcionamiento correcto.

Ahora considerando que es necesario comunicar el PLC con el UTR instalado en

la Presa Daniel Palacios “Hidropaute”, con la finalidad que el UTR se comunique con el

CCG (SCADA “XA21”) vía Fibra Óptica con la ayuda de una de las líneas de 13.8 KV

que va desde la Central Paute Molino hasta la Presa Daniel Palacios, se tomara en cuenta

las características de comunicación solicitadas.

Con la finalidad de que el PLC termine actuando como un esclavo del UTR ya

instalado en la presa, y analizando una de las múltiples formas de comunicar un PLC

expuestas en el apartado anterior, se puede establecer que los relés de interface son la

mejor alternativa para esta aplicación.

Por lo tanto al tener ya clara la forma de comunicar el PLC con los sensores y

actuadores que intervienen en el presente diseño de control, y tomando en cuenta las

características solicitadas tanto como las bondades que nos ofrecen los PLC en el

mercado, se puede decidir por utilizar un PLC de la familia de los SIEMENS como es el

S7-200, por su compatibilidad con las características de comunicación, por la facilidad

para conseguirlo en nuestro medio y por las múltiples ventajas que se expondrá a

continuación.

3.5.1. PLC S7-200

El micro-PLC S7-200 conquista cada vez más campos de aplicación, puesto que

es muy potente, su precio es sumamente atractivo y es muy fácil de usar.

84

Gráfico 24: SIMATIC S7-200.

Fuente: Autómatas programables, Programación avanzada, Familia de PLCs Simatic S7-200.

Por principio, todos los PLC SIMATIC trabajan de forma cíclica. Durante el

funcionamiento cíclico, primero se leen los estados en las entradas, memorizándose en la

imagen de proceso de las entradas (PAE). Con estas informaciones trabaja luego el

programa de control cuando se ejecuta.

De acuerdo a la lógica definida en el programa se modifica el estado de las

salidas depositadas en la imagen de proceso de las salidas (PAA). En la última etapa del

ciclo, los estados memorizados en la PAA se transfieren a las salidas físicas.

Seguidamente comienza de nuevo el ciclo.

Un ciclo dura normalmente entre 3 y 10 ms. La duración depende del número y

tipo de instrucciones (operaciones) utilizadas.

El ciclo consta de dos partes principales:

1) Tiempo del sistema operativo, normalmente 1 ms; corresponde con las

fases 1 y 3

85

2) Tiempo para ejecutar las instrucciones; corresponde con la fase 2.

Por otro lado, el ciclo sólo se ejecuta cuando “trabaja“ el PLC, es decir cuando se

encuentra en el estado “RUN”.

Gráfico 25: Forma Cíclica de Trabajo de los PLC SIMATIC.

Fuente: SIMENS, Microsistema SIMATIC S7-200, Edición 01/2000.

3.5.1.1. CPU S7-200

La CPU S7-200 incorpora en una carcasa compacta un microprocesador, una

fuente de alimentación integrada, así como circuitos de entrada y de salida que

86

conforman un potente Micro-PLC (v. fig. 2.22). Tras haber cargado el programa en el

S7-200, éste contendrá la lógica necesaria para observar y controlar los aparatos de

entrada y salida de la aplicación.

Gráfico 26: Forma Cíclica de Trabajo de los PLC SIMATIC.

Fuente: SIMENS, Microsistema SIMATIC S7-200, Edición 01/2000.

Siemens ofrece diferentes modelos de CPUs S7-200 que incorporan una gran

variedad de funciones y prestaciones para crear soluciones efectivas de automatización

destinadas a numerosas aplicaciones. En la tabla 2.13 se comparan de forma resumida

algunas de las funciones de la CPU.

CAPACIDADES DE LAS DISTINTAS CPU´s.

Las CPUs S7-200 221, 222, 224, 224XP y 226 incluyen:

Nuevo soporte de hardware de las CPUs: opción para desactivar la edición en

modo RUN con objeto de incrementar la memoria del programa. La CPU 224XP

soporta entradas y salidas analógicas integradas y dos puertos de comunicación.

La CPU 226 incorpora filtros de entradas y captura de impulsos.

Nuevo soporte del cartucho de memoria: Explorador S7-200, transferencias al

cartucho de memoria, comparaciones y selecciones de programación.

STEP 7-Micro/WIN (versión 4.0) es un paquete de software de programación de

32 bits para el S7-200 que incluye:

87

Nuevas herramientas que soportan las últimas mejoras de las CPUs: Panel de

autosintonización PID, asistente de control de posición integrado en los PLCs,

asistente de registros de datos y asistente de recetas.

Nueva herramienta de diagnóstico: configuración del LED de diagnóstico.

Nuevas operaciones: Horario de verano (READ_RTCX y SET_RTCX),

Temporizadores de intervalos (BITIM, CITIM), Borrar evento de interrupción

(CLR_EVNT) y LED de diagnóstico

(DIAG_LED).

Unidades de organización del programa y librerías mejoradas: nuevas constantes

de cadena, direccionamiento indirecto soportado en más tipos de memoria,

soporte mejorado de la parametrización de lectura y escritura de la librería USS

para los accionamientos maestros de Siemens.

Bloque de datos mejorado: páginas del bloque de datos, incremento automático

del bloque de datos.

Mejoras de uso de STEP 7-Micro/WIN

88

Función CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 224XP CPU 226

Dimensiones físicas

(mm)

90 x 80 x

62 90 x 80 x 62 120,5 x 80 x 62 140 x 80 x 62 190 x 80 x 62

Memoria del programa

con edición en runtime

sin edición en runtime

4096 bytes

4096 bytes

4096 bytes

4096 bytes

8192 bytes

12288 bytes

12288 bytes

16384 bytes

16384 bytes

24576 bytes

Memoria de datos 2048 bytes 2048 bytes 8192 bytes 10240 bytes 10240 bytes

Memoria de backup 50 horas

(típ.) 50 horas (típ.)

100 horas

(típ.)

100 horas

(típ.)

100 horas

(típ.)

E/S integradas

Digitales

Analógicas

6 E/4 S

-

8 E/6 S

-

14 E/10 S

-

14 E/10 S

2 E/1 S

24 E/16 S

-

Módulos de ampliación 0 módulos 2 módulos 7 módulos 7 módulos 7 módulos

Contadores rápidos

Fase simple

Dos fases

4 a 30 kHz

2 a 20 kHz

4 a 30 kHz

2 a 20 kHz

6 a 30 kHz

4 a 20 kHz

4 a 30 kHz

2 a 200 kHz

3 a 20 kHz

1 a 100 kHz

6 a 30 kHz

4 a 20 kHz

Salidas de impulsos

(c.c.) 2 a 20 kHz 2 a 20 kHz 2 a 20 kHz 2 a 100 kHz 2 a 20 kHz

Potenciómetros

analógicos 1 1 2 2 2

Reloj de tiempo real Cartucho Cartucho Incorporado Incorporado Incorporado

Puertos de

comunicación 1 RS-485 1 RS-485 1 RS-485 2 RS-485 2 RS-485

Aritmética en coma flotante Sí

Tamaño de la imagen de

E/S digitales 256 (128 E / 128 S)

Velocidad de ejecución

booleana 0,22 microsegundos/operación

Tabla 16: Comparación de las CPUs S7-200.

89

3.5.1.2. Expansión Disponible en el S7-200

El S7-221 viene con 6 entradas y 4 salidas digitales y no es expandible.

El S7-222, con 8 entradas y 6 salidas digitales acepta hasta 2 módulos de

expansión.

El S7-224 y S7-226 cada uno acepta hasta 7 módulos de expansión

.

Gráfico 27: Expansión Disponible en el S7-200.


3.5.1.3. El Cable Convertidor RS485/RS232 PPI

Se requiere un cable especial cuando se usa una PC para programar al PLC. Este

cable llamado PC/PPI, permite que la interface serie del PLC se comunique con el

puerto serie de la PC. Los DIP switches del cable son usados para seleccionar la

velocidad apropiada (baud rate) para pasar la información entre el PLC y la

computadora.

.

Gráfico 28: Conexión de la PC al PLC.


90

3.5.1.4. Componentes de un PLC S7-200

La memoria de los PLC´s S7-200 está dividida en tres áreas que son:

• Programa

• Datos

• Parámetros Configurables

El espacio de programa contiene el programa. Esta área de memoria controla la

forma en el que se usan el espacio de datos y los puntos de E/S.

El diagrama de escalera o el listado de instrucciones se escriben usando un

dispositivo de programación y después se cargan en esta área de memoria

El espacio de datos es usado como área de trabajo con memoria para cálculos,

almacén temporal de resultados intermedios, y constantes. Incluye localidades para

dispositivos como los Timers, Contadores y Entradas y Salidas Análogas, puede

accesarse bajo el control del programa. El espacio de parámetros configurables almacena

tanto los parámetros por default como los modificados.

3.5.1.5. Comunicación en Redes

El S7-200 se ha diseñado para solucionar las tareas de comunicación en redes,

soportando redes tanto sencillas como complejas. El S7-200 incorpora herramientas que

facilitan la comunicación con otros equipos (por ejemplo, impresoras y balanzas) que

utilizan sus propios protocolos de comunicación.

STEP 7-Micro/WIN permite instalar y configurar la red de forma rápida y sencilla.

91

44.. DDiisseeññoo ddeell CCoonnttrrooll ddee

llaass CCoommppuueerrttaass,,

AAsseegguurraannddoo llaa

CCoommuunniiccaacciióónn ccoonn eell

SSiisstteemmaa SSCCAADDAA

4. Diseño del Control de las Compuertas, Asegurando la Comunicación

con el Sistema SCADA………………………………………………...91

4.1. Introducción………………………………………………….92

4.2. Análisis de Requerimientos………………………………...93

4.3. Programación del PLC………………………………………98

4.4. Comunicación con el Sistema SCADA (XA - 21)………..117

92

4.1. Introducción

El S7-200 ejecuta continuamente el programa para controlar una tarea o un

proceso. El programa se crea con STEP 7-Micro/WIN y se carga en el S7-200. STEP 7-

Micro/WIN ofrece diversas herramientas y funciones para crear, implementar y

comprobar el programa de usuario.

Ahora se puede decir que existen diversos métodos para crear una solución de

automatización con un Micro-PLC. Las reglas generales siguientes se aplicaran para

desarrollar este proyecto.

Estructurar el proceso o la instalación

Divida el proceso o la instalación en secciones independientes, (compuertas

radiales), desagüe de fondo (compuertas Ring Follower) (compuertas Cono Hueco)

(bombas de drenaje). Estas secciones determinan los límites entre los diversos sistemas

de automatización e influyen en las descripciones de las áreas de funciones y en la

asignación de recursos.

Especificar las unidades funcionales

Describa las funciones de cada sección del proceso o de la instalación. Considere

los siguientes aspectos: entradas y salidas, descripción del funcionamiento de la

operación, estados que se deben alcanzar antes de ejecutar funciones con cada uno de los

actuadores (electroválvulas, motores, accionamientos, etc.), descripción de la interfaz de

operador y de las uniones con otras secciones del proceso o de la instalación.

Diseñar los circuitos de seguridad

Determine qué aparatos requieren un cableado permanente por motivos de

seguridad. Si fallan los sistemas de automatización, puede ocurrir un arranque

inesperado o un cambio en el funcionamiento de las máquinas. En este caso, pueden

producirse lesiones graves o daños materiales. Por tanto, es preciso utilizar dispositivos

93

de protección contra sobrecargas electromecánicas que funcionen independientemente

del S7-200, evitando así las condiciones inseguras.

Crear una lista de nombres simbólicos (opcional)

Si desea utilizar nombres simbólicos para el direccionamiento, elabore una lista

de nombres simbólicos para las direcciones absolutas. Incluya no sólo las entradas y

salidas físicas, sino también todos los demás elementos que utilizará en el programa.

4.2. Análisis de Requerimientos

Un bloque de programa incluye el código ejecutable y los comentarios. El código

ejecutable comprende el programa principal, así como subrutinas y/o rutinas de

interrupción (opcionales). El código se compila y se carga en el S7-200, a excepción de

los comentarios del programa. Las unidades de organización (programa principal,

subrutinas y rutinas de interrupción) sirven para estructurar el programa de control.

A continuación se analizará el tipo de CPU que se puede usar, tomando en cuenta

los números de entradas y salidas que requieren cada uno de los procesos.

4.2.1. Análisis de Requerimientos Compuertas Radiales

Descifrados los planos de control de las compuertas radiales de los aliviaderos de

la presa, se logro detectar 9 entradas y 6 salidas para la programación del PLC, estas

entradas y salidas se las detalla en la tabla 3.1 a continuación, en donde ya se les asigna

una dirección de entrada (I) o una salida (Q).

ENTRADAS

I0.0 PBS PARADA

I0.1 PBF SUBIR-abrir

I0.2 PBR BAJAR- cerrar

I0.3 LS1 TOT. ABIERTA

I0.4 LS2 TOT. CERRADA

I0.5 LS3 MUY ABIERTA

EMERGENCIA

I0.6 3E SOBRECARGA

94

I0.7 T TÉRMICO

I1.0 SSW RESIST.

ANTICONDENSADO

SALIDAS

Q0.0 MCF COMPUERTA ABRIENDO

Q0.1 MCR COMPUERTA

CERRANDO

Q0.2 MC1 CONTAC 1

CALENTAMIENTO

Q0.3 MC2 CONTAC 2

CALENTAMIENTO

Q0.4 MC3 FRENOS MAGNÉTIC-

BOBINA

Q0.5 SH RESIST.

ANTICONDENSADO Tabla 17: Determinación de Entradas y Salidas (Compuertas Radiales).

Consecuentemente con 9 entradas y 6 salidas detectadas, sería recomendable

utilizar un PLC S7-200 con un CPU 224 que contiene 14 Entradas y 10 Salidas.

4.2.2. Análisis de Requerimientos Desagüe de Fondo

Para el presente análisis se ha considerado conveniente separar el desagüe de

fondo en dos partes como son compuertas ring follower, de by-pass y limpieza, que se

sirven del grupo oleodinámico para desarrollar su labor de apertura o cierre de

compuertas; y por otro lado las compuertas Cono Hueco que son netamente eléctricas y

que también forman parte del Desagüe de Fondo.

4.2.2.1. Análisis de Requerimientos Compuertas RING FOLLOWER,

de BY-PASS y Limpieza

Luego de que se cumplió con el análisis de los planos de control del desagüe de

fondo, se logró detectar 37 entradas y 15 salidas para la programación del PLC,

considerando únicamente compuertas Ring Follower, de By-pass y limpieza, para luego

analizar por separado las compuertas CONO HUECO.

95

Las entradas y salidas detectadas en este análisis se las detalla en la tabla 3.2 a

continuación, en donde ya se les asigna una dirección de entrada (I) o una salida (Q).

ENTRADAS

I0.0 63QE Desactiva RRA

I0.1 63QI Activa RRA.

I0.2 PLB1 Activa B1 (by-pass y limpieza)

I0.3 PLB2 Activa B2 (by-pass y limpieza)

I0.4 PB1 Activa B1 (compuertas ring follower)

I0.5 PB2 Activa B2 (compuertas ring follower)

I0.6 PB12 Activa B1+B2 (compuertas ring follower)

I0.7 BP1O Apertura by-pass 1

I1.0 BP1C Cierre by-pass 1

I1.1 BP2O Apertura by-pass 2

I1.2 BP2C Cierre by-pass 2

I1.3 FCABP1 Fin carrera ABIERTO by-pass 1

I1.4 FCABP2 Fin carrera ABIERTO by-pass 2

I1.5 FCCBP1 Fin carrera CERRADO by-pass 1

I1.6 FCCBP2 Fin carrera CERRADO by-pass 2

I1.7 PA1 Apertura compuerta ring follower 1

I2.0 PC1 Cierre compuerta ring follower 1

I2.1 PA2 Apertura compuerta ring follower 2

I2.2 PC2 Cierre compuerta ring follower 2

I2.3 FCA1 Fin carrera ABIERTA compuerta ring follower 1

I2.4 FCA2 Fin carrera ABIERTA compuerta ring follower 2

I2.5 FCC1 Fin carrera CERRADA compuerta ring follower 1

I2.6 FCC2 Fin carrera CERRADA compuerta ring follower 2

I2.7 SL1O Apertura válvula de limpieza 1

I3.0 SL1C Cierre válvula de limpieza 1

I3.1 SL2O Apertura válvula de limpieza 2

I3.2 SL2C Cierre válvula de limpieza 2

I3.3 FCAL1 Fin carrera ABIERTA válvula de limpieza 1

I3.4 FCAL2 Fin carrera ABIERTA válvula de limpieza 2

I3.5 FCCL1 Fin carrera CERRADA válvula de limpieza 1

I3.6 FCCL2 Fin carrera CERRADA válvula de limpieza 2

I3.7 63QIC1 Impedimento en cierre ring follower 1

I4.0 63QIC2 Impedimento en cierre ring follower 2

I4.1 PRC1 Reponer impedimento en cierre RF1

I4.2 PRC2 Reponer impedimento en cierre RF2

I4.3 RAP Desactiva B1 y B2 por sobrepresión

96

I4.4 PAP1 Reponer la desactivación RAP

I4.5 CMA Interruptor comando manual-automático.

SALIDAS

Q0.0 BM1 B1 en funcionamiento

Q0.1 BM2 B2 en funcionamiento

Q0.2 20QAB1 Apertura by-pass 1

Q0.3 20QAB2 Apertura by-pass 2

Q0.4 20QCB1 Cierre by-pass 1

Q0.5 20QCB2 Cierre by-pass 2

Q0.6 20QA1 Apertura compuerta ring follower 1

Q0.7 20QA2 Cierre compuerta ring follower 2

Q1.0 20QT Intercepta flujo de aceite hacia los acumuladores

Q1.0 20QAL1 Apertura válvula de limpieza 1

Q1.2 20QAL2 Apertura válvula de limpieza 2

Q1.3 20QCL1 Cierre válvula de limpieza 1

Q1.4 20QCL2 Cierre válvula de limpieza 2

Q1.5 20QC1 Cierre compuerta ring follower 1

Q1.6 20QC2 Cierre compuerta ring follower 2 Tabla 18: Determinación de Entradas y Salidas (Desagüe de Fondo).


utilizar un PLC SIMATIC S7-200 con un CPU 226 que contiene 24 Entradas y 16

Salidas, además este CPU 226 tiene la capacidad de colocar hasta 7 módulos de

ampliación, por lo que al colocar solamente dos módulos de ampliación de 8 entradas

cada uno, se estaría satisfaciendo los requerimientos de entradas y salidas.

4.2.2.2. Análisis de Requerimientos Compuertas Con Hueco

Con respecto a las compuertas CONO HUECO, al finalizar el análisis se

detectaron 16 entradas y 4 salidas.

Las entradas y salidas detectadas en este análisis se las detalla en la tabla 3.3 a


ENTRADAS

I0.0 S11 Parar en cualquier lugar CONO HUECO 1

I0.1 S21 Abrir compuerta CONO HUECO 1

I0.2 S31 Cerrar compuerta CONO HUECO 1

97

I0.3 F41 Interruptor térmico 1

I0.4 TSO1 switch de torque apertura CH1

I0.5 TSC1 switch de torque cierre CH1

I0.6 LS41 fin carrera, limite de apertura CH1

I0.7 LS81 fin carrera, limite de cierre CH1

I1.0 S12 Parar en cualquier lugar CONO HUECO 2

I1.1 S22 Abrir compuerta CONO HUECO 2

I1.2 S32 Cerrar compuerta CONO HUECO 2

I1.3 F42 Interruptor térmico 2

I1.4 TSO2 switch de torque apertura CH2

I1.5 TSC2 switch de torque cierre CH2

I1.6 LS42 fin carrera, limite de apertura CH2

I1.7 LS82 fin carrera, limite de cierre CH2

SALIDAS

Q0.0 Q11 Apertura cono hueco 1

Q0.1 Q21 Cierre cono hueco 1

Q0.2 Q12 Apertura cono hueco 2

Q0.3 Q22 Cierre cono hueco 2 Tabla 19: Determinación de Entradas y Salidas (Con hueco, Desagüe de Fondo).


utilizar un PLC SIMATIC S7-200 con un CPU 222 que contiene 8 Entradas y 6 Salidas,

además este CPU 222 tiene la capacidad de colocar hasta 2 módulos de ampliación, por

lo que al colocar un módulo de ampliación de 8 entradas se estaría satisfaciendo los

requerimientos de entradas y salidas.

4.2.3. Análisis de Requerimientos Bombas de Drenaje

Finalmente al termino del análisis sobre los planos de control concernientes a las

bombas de drenaje de la presa, se logró detectar 14 entradas y 3 salidas para la

programación del PLC, estas entradas y salidas se las detalla en la tabla 3.4 a


ENTRADAS

I0.0 S0 Sensor de nivel 0 (ALTURA 1830,50)

I0.1 S1 Sensor de nivel 1 (ALTURA 1834)

I0.2 S2 Sensor de nivel 2 (ALTURA 1834,50)

I0.3 SH1 Flotador bomba centrifuga (desconecta a 1832) y

98

(conecta a 1834,60)

I0.4 PAR1 Parada bomba 1

I0.5 ARRAN1 Arranque bomba 1

I0.6 PAR2 Parada bomba 2

I0.7 ARRAN2 Arranque bomba 2

I1.0 TR8 Parada bomba centrifuga

I1.1 CL8 Arranque bomba centrifuga

I1.2 BMA Selector AUTO / MANUAL

I1.3 TERMICO_B1 Interruptor térmico bomba sumergible 1

I1.4 TERMICO_B2 Interruptor térmico bomba sumergible 2

I1.5 TERMICO_BC Interruptor térmico bomba centrifuga

SALIDAS

Q0.0 B1 MARCHA B1 sumergible

Q0.1 B2 MARCHA B2 sumergible

Q0.2 X1 MARCHA BOMBA CENTRIFUGA de respaldo Tabla 20: Determinación de Entradas y Salidas (Bombas de Drenaje).


utilizar un PLC SIMATIC S7-200 con un CPU 222, que contiene 8 Entradas con 6

Salidas y gracias a la capacidad de este CPU conectar un modulo de ampliación de 8

entradas, con lo que sería suficiente para satisfacer los requerimientos de entradas y

salidas para la programación de la operación de las bombas de drenaje.

4.3. Programación del PLC

En base a lo estudiado en los capítulos anteriores, se procederá a la elaboración

de los programas para la operación de las compuertas radiales, desagüe de fondo y

bombas de drenaje.

Para la creación de los programas se usará STEP 7-Micro/WIN, como muestra

el gráfico 29.

STEP 7-Micro/WIN ofrece una interfaz de usuario cómoda para crear el

programa de control.

99

Gráfico 29: STEP 7 – MICRO WIN.

Fuente: Programa STEP 7-MICRO/WIN V4.0.

Las barras de herramientas incorporan botones de método abreviado para los

comandos de menú de uso frecuente. Estas barras se pueden mostrar u ocultar.

La barra de navegación comprende iconos que permiten acceder a las diversas

funciones de programación de STEP 7-Micro/WIN.

En el árbol de operaciones se visualizan todos los objetos del proyecto y las

operaciones para crear el programa de control. Para insertar operaciones en el programa,

puede utilizar el método de “arrastrar y soltar” desde el árbol de operaciones, o bien

hacer doble clic en una operación con objeto de insertarla en la posición actual del

cursor en el editor de programas.

El editor de programas contiene el programa y una tabla de variables locales

donde se pueden asignar nombres simbólicos a las variables locales temporales. Las

100

subrutinas y las rutinas de interrupción se visualizan en forma de fichas en el borde

inferior del editor de programas. Para acceder a las subrutinas, a las rutinas de

interrupción o al programa principal, haga clic en la ficha en cuestión.

Gráfico 30: STEP 7 – MICRO WIN (Tabla de Variables Locales).

Fuente: Programa STEP 7-MICRO/WIN V4.0.

STEP 7-Micro/WIN incorpora los tres editores de programas siguientes:

Esquema de contactos (KOP), Lista de instrucciones (AWL) y Diagrama de

funciones (FUP). Con algunas restricciones, los programas creados con uno de estos

editores se pueden visualizar y editar con los demás.

Funciones del editor AWL

El editor AWL visualiza el programa textualmente. Permite crear programas de

control introduciendo la nemotécnica de las operaciones. El editor AWL sirve para crear

ciertos programas que, de otra forma, no se podrían programar con los editores KOP ni

FUP. Ello se debe a que AWL es el lenguaje nativo del S7-200, a diferencia de los

editores gráficos, sujetos a ciertas restricciones para poder dibujar los diagramas

101

correctamente. Como muestra la figura 31, esta forma textual es muy similar a la

programación en lenguaje ensamblador.

El S7-200 ejecuta cada operación en el orden determinado por el programa, de

arriba a abajo, reiniciando después arriba. AWL utiliza una pila lógica para resolver la

lógica de control. El usuario inserta las operaciones AWL para procesar las operaciones

de pila.

Gráfico 31: Programa de Ejemplo AWL.

Fuente: Manual del sistema de automatización S7-200, SIMATIC, edición 08/2005

Considere los siguientes aspectos importantes cuando desee utilizar el editor AWL:

El lenguaje AWL es más apropiado para los programadores expertos.

En algunos casos, AWL permite solucionar problemas que no se podrían resolver

fácilmente con los editores KOP o FUP.

El editor AWL soporta sólo el juego de operaciones SIMATIC.

En tanto que el editor AWL se puede utilizar siempre para ver o editar programas

creados con los editores KOP o FUP, lo contrario no es posible en todos los

casos. Los editores KOP o FUP no siempre se pueden utilizar para visualizar un

programa que se haya creado en AWL.

Funciones del editor KOP

El editor KOP visualiza el programa gráficamente, de forma similar a un

esquema de circuitos.

Los programas KOP hacen que el programa emule la circulación de corriente

eléctrica desde una fuente de alimentación, a través de una serie de condiciones lógicas

de entrada que, a su vez, habilitan condiciones lógicas de salida. Los programas KOP

incluyen una barra de alimentación izquierda que está energizada.

102

Los contactos cerrados permiten que la corriente circule por ellos hasta el

siguiente elemento, en tanto que los contactos abiertos bloquean el flujo de energía.

La lógica se divide en segmentos (”networks”). El programa se ejecuta un

segmento tras otro, de izquierda a derecha y luego de arriba a abajo. El gráfico 32

muestra un ejemplo de un programa KOP. Las operaciones se representan mediante

símbolos gráficos que incluyen tres formas básicas.

Gráfico 32: Programa de Ejemplo KOP.

Fuente: Manual del sistema de automatización S7-200, SIMATIC, edición 08/2005.

Los contactos representan condiciones lógicas de entrada, tales como

interruptores, botones o condiciones internas.

Las bobinas representan condiciones lógicas de salida, tales como lámparas,

arrancadores de motor, relés interpuestos o condiciones internas de salida.

Los cuadros representan operaciones adicionales, tales como temporizadores,

contadores u operaciones aritméticas.

103

Considere los siguientes aspectos importantes cuando desee utilizar el editor

KOP:

El lenguaje KOP les facilita el trabajo a los programadores principiantes.

La representación gráfica es fácil de comprender, siendo popular en el mundo

entero.

El editor KOP se puede utilizar con los juegos de operaciones SIMATIC e IEC

1131-3.

El editor AWL se puede utilizar siempre para visualizar un programa creado en

KOP SIMATIC.

Funciones del editor FUP

El editor FUP visualiza el programa gráficamente, de forma similar a los

circuitos de puertas lógicas. En FUP no existen contactos ni bobinas como en el editor

KOP, pero sí hay operaciones equivalentes que se representan en forma de cuadros.

El gráfico 33 muestra un ejemplo de un programa FUP. El lenguaje de

programación FUP no utiliza las barras de alimentación izquierda ni derecha. Sin

embargo, el término “circulación de corriente” se utiliza para expresar el concepto

análogo del flujo de señales por los bloques lógicos FUP.

Gráfico 33: Programa de Ejemplo FUP.

Fuente: Manual del sistema de automatización S7-200, SIMATIC, edición 08/2005.

El recorrido “1” lógico por los elementos FUP se denomina circulación de

corriente. El origen de una entrada de circulación de corriente y el destino de una salida

de circulación de corriente se pueden asignar directamente a un operando.

La lógica del programa se deriva de las conexiones entre las operaciones de

cuadro. Ello significa que la salida de una operación (por ejemplo, un cuadro AND) se

104

puede utilizar para habilitar otra operación (por ejemplo, un temporizador), con objeto

de crear la lógica de control necesaria. Estas conexiones permiten solucionar numerosos

problemas lógicos.

Considere los siguientes aspectos importantes cuando desee utilizar el editor

FUP:

El estilo de representación en forma de puertas gráficas se adecúa especialmente

para observar el flujo del programa.

El editor FUP soporta los juegos de operaciones SIMATIC e IEC 1131-3.

El editor AWL se puede utilizar siempre para visualizar un programa creado en

SIMATIC FUP.

105

4.3.1. Programación (COMPUERTAS RADIALES) - DIAGRAMA

ESQUEMÁTICO

En el anexo 13 se presenta:

La tabla de símbolos usada para la programación de las compuertas radiales.

La programación en esquema de contactos (KOP).

La programación en lista de instrucciones (AWL).

La programación en diagrama de funciones (FUP).

106

OPERACIÓN COMPUERTAS RADIALES

43/P-XA

CCG-UTR PRESA

43/L-R

LOCAL REMOTO

PBF SUBI

R

PBR BAJA

PBS PARA

RELÉ 3E

TERM CALENT

A

LS1

TOT

ABIE

R

LS3

ABIERT

EMERGE

R

LS2

TOT

CERR

R

PA

RA

R E

N

CU

AL

QU

IE L

UG

AR

SO

BR

EC

AR

GA

CO

MP

UE

D

ET

IEN

E

DE

SC

ON

EC

T

CO

NT

AC

TO

R

CA

LE

NT

AM

IEN

TO

SSW

EN

CE

ND

ER

RE

SIS

T

AN

TIC

IND

EN

SA

DO

SE REPITE LA MISMA

SECUENCIA QUE EN

PRESA, OMITIENDO LA

LLAVE 43/L-R

107

4.3.2. Programación DESAGUE DE FONDO (COMPUERTAS RING

FOLLOWER, COMPUERTAS DE BY PASS Y COMPUERTAS DE

LIMPIEZA) – DIAGRAMA ESQUEMÁTICO


La tabla de símbolos usada para la programación del desagüe de fondo.




108

OPERACIÓN DESAGUE DE FONDO

S1

AUTOMATICO

S2

MANUAL

ACCIONANDO LOS

DISTRIBUIDORES

COLOCADOS A LA

PROXIMIDAD DE LAS

MISMAS VÁLVULAS

COMANDO CON

PULSANTES O

CERRANDO LOS

CONTACTOS DEL UTR

PRESA CCG-UTR

MANUAL AUTOMA MANUAL AUTOMA

AC

CIO

NA

ND

O

CA

DA

CO

MA

ND

O

SE

CU

EN

CIA

AC

CIO

NA

ND

O

CA

DA

CO

MA

ND

O

SE

CU

EN

CIA

109

OPERACIÓN CENTRAL OLEODINÁMICA

BY-PASS / LIMPIEZA COMPUER RING FOLLOWER

SELECCIÓN

DE BOMBAS

RECARGAR

ACUMULADOR

PLB1/B1 PLB2/B2 63 QI 63 QE

SE

LE

CC

IÓN

B1

SE

LE

CC

IÓN

B2

60

Kg

/cm

^2

AC

TIV

A A

CU

MU

11

5 K

g/c

m^

2

DE

SA

CT

AC

UM

U

13

8 K

g/c

m^

2

DE

SA

CT

AC

UM

U

SOBREPRESIÓN PB1/B1 PB2/B1 PB12

SE

LE

CC

IÓN

B1

SE

LE

CC

IÓN

B2

SE

LE

CC

IÓN

B1

+B

2

SELECCIÓN

DE BOMBAS

110

APERTURA DESAGUE DE FONDO

MANUAL AUTOMÁTICO

SELECCIÓN GRUPO ELECTROBOMBA SELECCIÓN GRUPO ELECTROBOMBA

BY-PASS/LIMPIEZA/RING FOLLOWER

BP1O

APER BY-PASS1

20QAB1

ABRI BY-PASS1

FCABP1

BY-PASS1 ABIERTO

SELECCIÓN GRUPO ELECTROBOMBA / PB1/PB2/PB12,

PARA LAS COMPUERTAS RING FOLLOWER

PA1 / APER RF1

20QA1

APER RF1

BP2O

APER BY-PASS2

20QAB2

ABRI BY-PASS2

FCABP2

BY-PASS2 ABIERTO

PA2/ APER RF2

20QA2

APER RF2

APER BY-PASS1 APER BY-PASS2

111

CIERRE DESAGUE DE FONDO

MANUAL AUTOMÁTICO

SELECCIÓN GRUPO ELECTROBOMBA SELECCIÓN GRUPO ELECTROBOMBA

BY-PASS/LIMPIEZA/RING FOLLOWER

SL1O

APER LIMPIEZA

20QAL1

ABRI LIMPIEZA1

FCAL1

LIMPIEZA1 ABIERT

SELECCIÓN GRUPO ELECTROBOMBA COMPUERT RF

PC1 / CIERR RF1

20QC1 CIERR RF1

SL2O

APER LIMPIEZA

20QAL2

ABRI LIMPIEZA2

FCAL2

LIMPIEZA2 ABIERT

PC2/ CIERR RF2

20QC2 CIERR RF2

APER BY-PASS1 APER BY-PASS2

BP1C CIERR BP1

SL1C CIER LIMP1

BP2C CIERR BP2

SL2C CIER LIMP2

112

4.3.2.1 Programación DESAGUE DE FONDO

(COMPUERTAS

CONO HUECO) – DIAGRAMA ESQUEMÁTICO.


La tabla de símbolos usada para la programación de las compuertas Cono Hueco.




113

S4

PRESA CCG-UTR

S2

ABRIR CH

OPERACIÓN CONO HUECO

S3

CERR CH

SI SE DESEA ABRIR O CERRAR

PARCIALMENTE, CON EL

PULSANTE S1 SE PARA CUANDO

ESTE PORCENTAJE HAYA SIDO

ALCANZADO

TR1 / TR3

ABRIR CH

CL1 / CL3

CERRAR CH

TR2 / CL2

PARAR

114

4.3.3. Programación (BOMBAS DE DRENAJE) – DIAGRAMA

ESQUEMÁTICO


La tabla de símbolos usada para la programación de las bombas de drenaje.




115

EN CASO DE SEGUIR SUBIENDO

OPERACIÓN BOMBAS SUMERGIBLES

B

PRESA CCG-UTR

BMA

AUTOMATICO MANUAL

ARRANQUE BOMBA

PRESELECCIONADA POR

CIRCUITO DE

ALTERNAbilidad

ARRANQUE 1834 / S1

PARADA 1830,5 / S0

ARRANQUE 2° BOMBA 1834,5 / S2

ARRANQUE

B1

PARADA

B1

ARRANQUE

B2

PARADA

B2

SO: SI EL

NIVEL LLEGA

AL NIVEL DE

PARADA. SE

DETIENEN

LAS BOMBAS

116

BC

PRESA CCG-UTR

BMA

AUTOMATICO MANUAL

SH1 / FLOTADOR

1834,60: ARRANQUE

1832: PARADA

OPERACIÓN BOMBA CENTRÍFUGA

ARR

ARRANQUE

PAR

PARADA

117

4.4. Comunicación con el Sistema SCADA (XA - 21)

Con la finalidad de usar al PLC netamente como esclavo del UTR que se

encuentra instalado en este momento en la presa, se ha establecido usar los relés de

interface que son los óptimos para este tipo de aplicación; a continuación se explicará el

funcionamiento de los relés de interface y la forma de conexión de cada uno de los PLCs

usados para desarrollar las funciones programadas se los puede encontrar en el anexo 17.

Interfaces relé y módulos optoacoplador

Aplicaciones y características técnicas:

Todas las señales eléctricas desde sensores / actuadores se deben de adaptar al

nivel eléctrico de los PLC´S. Esta es la principal función de los interface

optoacoplador o relé.

La segunda función de los interface relés y optoacopladores es la de aislar

eléctricamente entre los sensores / actuadores y el PLC.

118

Gráfico 34: Interfaces Relé y Módulos Optoacoplador.

Fuente: Relés – optoacopladores, catálogo técnico ABB.

Un optoacoplador se utiliza como interface de entrada. Es una función de

aislamiento y adaptación.

Gráfico 35: Módulo Optoacoplador.


Un relé se utiliza como interface de salida. Adapta la tensión y permite más

potencia. El optoacoplador de potencia se utiliza cuando es importante el número de

maniobras.

Gráfico 36: Módulo Optoacoplador o Relé.


119

55.. FFaaccttiibbiilliiddaadd ddee

IInnssttaallaacciióónn ddeell NNuueevvoo

PPrrooyyeeccttoo

5. Factibilidad de Instalación del Nuevo Proyecto……………………119

5.1. Estudio de Factibilidad…………………………………………120

120

El estudio de factibilidad es el análisis de una empresa para determinar:

Si el proyecto que se propone es bueno o malo, y en cuales condiciones se debe

desarrollar para que sea exitoso.

Si el proyecto propuesto contribuye con la conservación, protección o

restauración de los recursos naturales y el ambiente.

Factibilidad es el grado en que lograr algo es posible o las posibilidades que tiene

de lograrse.

Iniciar un proyecto o fortalecerlo significa invertir recursos como tiempo,

dinero, materia prima y equipos.

Como los recursos siempre son limitados, es necesario tomar una decisión; las

buenas decisiones sólo pueden ser tomadas sobre la base de evidencias y cálculos

correctos, de manera que se tenga mucha seguridad de que el proyecto se desempeñará

correctamente.

5.1. Estudio de Factibilidad

El proyecto “Diseño del control de las compuertas radiales, Compuertas de

desagüe de fondo y Compuertas de drenaje de la Presa Daniel Palacios, del Proyecto

Hidroeléctrico Paute Molino, asegurando la comunicación del comportamiento de las

compuertas con el sistema SCADA” ha sido elaborado en base a los requerimientos del

sistema al cual está destinado su aplicación, por lo que se puede establecer que su diseño

está muy bien encaminado y por lo tanto su factibilidad es aceptable.

La evaluación de proyectos se fundamenta, no sólo en la factibilidad financiera,

sino en el aporte tecnológico e impacto social y en la contribución que este proyecto

hace a la condición ambiental del área de influencia.

Claramente se puede notar que el proyecto no busca netamente una remuneración

económica, sino dar un paso al frente con respecto a la tecnología y de esta manera

121

aportar al correcto desempeño de las funciones a las que se dedica esta empresa, como

es de generación de energía eléctrica aprovechando la bondad hídrica del Río Paute.

Para enfatizar la factibilidad del proyecto, es válido aclarar el compromiso que la

empresa tiene con la sociedad no solo de generar energía sino de generarla limpiamente

y procurando hacer el menor daño posible al medio ambiente, es por esto que

observando el proyecto desde este aspecto, se puede dar cuenta que con la

modernización del control de las compuertas se logra reducir las posibilidades de avería

de las compuertas y por lo tanto anular el riesgo de verter el agua en ocasiones en las

que no sea necesario, y de esta manera no desperdiciar el agua, para dar paso a la

generación hidráulica, mas no a la térmica de ningún tipo, en el caso de derramar

innecesariamente el agua, minimizando directamente la contaminación ambiental.

A continuación se desarrollará un análisis económico que servirá únicamente

para demostrar que el proyecto no es un proyecto de inversión que espera remuneración

alguna, sino un proyecto de modernización y con un objetivo claro de alcance

netamente tecnológico.

5.1.1. Cálculo del TIR y VAN

Los métodos para evaluar proyectos se basan en los flujos de caja en el tiempo,

empleando la actualización o descuento con el objeto de homogenizar y hacer

comparables cantidades de dinero percibidas en diferentes momentos del tiempo.

Los criterios empleados en la presente tesis son:

VALOR ACTUAL NETO

TASA INTERNA DE RETORNO

INDICE DE RENTABILIDAD

122

VALOR ACTUAL NETO (VAN)

Esta técnica es ampliamente empleada para tomar decisiones en activos fijos, el

VALOR ACTUAL NETO (en delante VAN) se define como “la diferencia entre el valor

actual de los flujos netos de efectivo de un proyecto y la inversión neta requerida”, su

formulación corresponde a:

Donde:

FNC: Flujo neto de caja.

K: Tasa de descuento.

I: Periodo considerado.

Criterio de decisión:

Si el VAN es mayor que cero se aceptará el proyecto, caso contrario se lo

rechazará. Con un van positivo la empresa obtendrá un rendimiento mayor que el costo

de oportunidad del capital y por lo tanto es viable ejecutar el proyecto, si el VAN es

igual a cero, el inversionista será indiferente a realizar esa inversión o cualquier otra, con

un VAN negativo no se recuperará la inversión y no es una opción viable.

TASA INTERNA DE RETORNO (TIR)

Se define como “la tasa de descuento que hace que el valor presente neto sea

cero”, es decir es la tasa que hace que el valor presente de los flujos de caja que genere

el proyecto sean exactamente iguales a la inversión realizada. Su formulación es:

123


Si la TIR es mayor que la tasa de interés correspondiente, es decir que cuando el

uso del capital en inversiones rinda menos que el capital invertido en el proyecto se debe

acepar el proyecto.

Una TIR mayor que el costo de oportunidad garantiza que el proyecto rinda más

que la inversión alternativa

INDICE DE RENTABILIDAD.

Este método usa los mismos flujos descontados del VAN, pero difiere de este

método ya que el valor actualizado de los ingresos de caja se dividen para la inversión,

como se muestra en la ecuación:


Si la relación es mayor que 1 es aceptable y significa que el VAN es positivo,

caso contrario se debería rechazar el proyecto.

124

5.1.2. Compuertas Radiales (Cálculo del TIR y VAN)

Tasa media mercado 12%

Suma de valores acualizados caja 3.710,04-$

Inversion actualizado 8.004,21-$

Beneficio Costo B/C 0,46351

Valor Actual Neto VAN 3.284,66-$

Tasa interna de retorno TIR -







Indices Económicos

Indices Económicos

Tabla 21: Compuertas Radiales (Cálculo del TIR y VAN).

125

5.1.3. Desagüe de Fondo (Cálculo del TIR y VAN)













Indices Económicos

Indices Económicos

Tabla 22: Desagüe de Fondo (Cálculo del TIR y VAN).

126

5.1.4. Bombas de Drenaje (Cálculo del TIR y VAN)





Valor Actual Neto VAN 829,80-$








Indices Económicos

Indices Económicos

Tabla 23: Bombas de Drenaje (Cálculo del TIR y VAN).

127

66.. CCoonncclluussiioonneess yy

RReeccoommeennddaacciioonneess

6. Conclusiones y Recomendaciones………………………………….127

128

Al término de la presente tesis se puede concluir que los objetivos planteados al

inicio del mismo fueron satisfechos; se diseñó el control a base de PLCs para las

compuertas radiales, compuertas de desagüe de fondo y bombas de drenaje de la Presa

Daniel Palacios, asegurando la comunicación de su comportamiento con el sistema XA-

21.

El control y la comunicación de operación de las compuertas con el sistema XA-

21, se lo diseño luego de un estudio exhaustivo de los PLANOS DE CONTROL

ELECTROMECÁNICO y de los PLANOS DEL CABLEADO DE LA UTR “PRESA

AMALUSA”, por lo que al momento de montar el proyecto sería fácil determinar las

marquillas en los cables y bornes para las respectivas conexiones.

El diseño del proyecto está basado en la nomenclatura o marquillas que

Hidropaute presenta actualmente en los cables y bornes de los tableros de control, así

como también de las marquillas de los cables y bornes del UTR, por lo que la instalación

de los PLCs sería de fácil montaje.

Se determinó los PLCs que se ajusten a los requerimientos de funcionamiento

que se derivan del análisis de las distintas formas de operación.

La comunicación del comportamiento con el ESCADA XA-21 está garantizada,

ya que si no se le ha podido enviar señales directamente de los elementos de salida, se lo

ha realizado por medio de optoacopladores, que garantizan la comunicación y la

separación o aislamiento de estos dispositivos en caso de falla en el circuito de fuerza.

Se cree que la eficiencia en la operación de la Presa mejorará con este avance

tecnológico; el PLC nos permite realizar cambios fáciles en la operación de las

compuertas, con el simple hecho de comprender la programación, se puede realizar

modificaciones que con el antiguo control electromecánico serían muy costosas e

implicaría mucho tiempo de paralización en la operación.

129

El proyecto está encaminado netamente a mejorar la tecnología de operación de

las compuertas, mas no ha esperar remuneración alguna por la inversión, lo que se

obtendría con este avance tecnológico sería reducción en costos de operación y

mantenimiento, reducción en costos de repuestos, pero el que se consideraría más

importante es, reducción de fallas de operación que provoquen consideraciones de fuera

de servicio o fuera de operación, ya sea esta por falla o también para realizar algún tipo

de cambio en el comportamiento de maniobra.

Se analizó la operación de las compuertas radiales y se determinó que las

compuertas 3 y 4, tenían una operación con una variante destinada a un manejo

automático basado en el nivel de agua del embalse, pero que desde su inicio no fue

utilizado por encontrar el método de maniobra convencional más eficaz y seguro.

En el diseño actual esa modificación que presentaban las compuertas 3 y 4 fue

anulada, quedando de esta manera un control similar para las seis compuertas radiales y

eliminando múltiples conflictos que esta variante podría provocar en la operación.

Luego de escuchar algunas anécdotas de los operarios de la presa, con respecto a las

fallas en la operación de las compuertas, desagüe de fondo y bombas de drenaje, se

considera que la tesis tiene un grado de importancia muy alto para garantizar un

excelente desempeño en la operación de la presa.

130

77.. AAnneexxooss

7. Anexos……………………………………………………………………130

7.1. DIAGRAMA TRIFILAR DEL CIRCUITO DE FUERZA DE LAS

COMPUERTAS RADIALES 1,2,3,4,5,6………………………………….131

7.2. DIAGRAMA DE CONTROL Y PROTECCION DE LAS

COMPUERTAS RADIALES 1,2,5,6………………………………………132

7.3. SENALES Y COMANDOS UTR-UC DE COMPUERTAS DE

VERTEDERO 1,2,5,6………………………………………………………133

7.4. DIAGRAMA ESQUEMATICO DE CONTROL Y PROTECCION DE

LAS COMPUERTAS DE VERTEDERO 3 Y 4…………………………...134

7.5. SEÑALES Y COMANDOS UTR-UC DE COMPUERTAS DE

VERTEDERO 3 Y 4………………………………………………………..135


DESAGUE DE FONDO……………………………………………………136

7.7. SELECCIÓN PREFERENCIA DE BOMBAS UTR-UC Y

DUPLICACIÓN DE ALARMAS DE DESAGUE DE FONDO…………..137

7.8. SEÑALES Y COMANDOS UTR-UC DE COMPUERTAS RING

FOLLOWER, BY-PASS Y LIMPIEZA DE DESAGUE DE FONDO…….138

7.9. SEÑALES Y COMANDOS UTR-UC DE VALVULA CONO HUECO

1 Y CONO HUECO 2………………………………………………………139


BOMBAS DE DRENAJE DE LA PRESA

AMALUZA……………..……1400

7.11. SEÑALES Y COMANDOS DE LAS BOMBAS SUMERGIBLES Y

CENTRÍFUGA DE DRENAJE DE LA PRESA AMALUZA……………..141

7.12. COMANDOS EN BOMBA CENTRÍFUGA………………………..142

7.13. PROGRAMACIÓN COMPUERTAS RADIALES…………………143

7.14. PROGRAMACIÓN DESAGUE DE FONDO: COMPUERTAS RING

FOLLOWER, BY-PASS Y LIMPIEZA………………………………...…155

7.15. PROGRAMACIÓN DESAGUE DE FONDO: COMPUERTAS CONO

HUECO……………………………………………………………………..191

7.16. PROGRAMACIÓN BOMBAS DE DRENAJE………………….…202

7.17. CONEXIÓN DEL PLC CON EL SISTEMA………………………215

131

7.1. DIAGRAMA TRIFILAR DEL CIRCUITO DE

FUERZA DE LAS COMPUERTAS RADIALES 1,2,3,4,5,6

132

7.2. DIAGRAMA DE CONTROL Y PROTECCION DE

LAS COMPUERTAS RADIALES 1,2,5,6

133

7.3. SENALES Y COMANDOS UTR-UC DE

COMPUERTAS DE VERTEDERO 1,2,5,6

134

7.4. DIAGRAMA ESQUEMATICO DE CONTROL Y

PROTECCION DE LAS COMPUERTAS DE VERTEDERO

3 Y 4

135

7.5. SEÑALES Y COMANDOS UTR-UC DE

COMPUERTAS DE VERTEDERO 3 Y 4

136

7.6. DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE CONTROL Y

PROTECCIÓN DE DESAGUE DE FONDO

137

7.7. SELECCIÓN PREFERENCIA DE BOMBAS UTR-UC

Y DUPLICACIÓN DE ALARMAS DE DESAGUE DE

FONDO.

138

7.8. SEÑALES Y COMANDOS UTR-UC DE

COMPUERTAS RING FOLLOWER, BY-PASS Y

LIMPIEZA DE DESAGUE DE FONDO.

139

7.9. SEÑALES Y COMANDOS UTR-UC DE VALVULA

CONO HUECO 1 Y CONO HUECO 2

140

7.10. DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE CONTROL Y

PROTECCIÓN DE BOMBAS DE DRENAJE DE LA PRESA

AMALUZA

141

7.11. SEÑALES Y COMANDOS DE LAS BOMBAS

SUMERGIBLES Y CENTRÍFUGA DE DRENAJE DE LA

PRESA AMALUZA

142

7.12. COMANDOS EN BOMBA CENTRÍFUGA

143

7.13. PROGRAMACIÓN COMPUERTAS RADIALES.

Programación (COMPUERTAS RADIALES) - TABLA DE

SIMBOLOS

145

Programación (COMPUERTAS RADIALES) – ESQUEMA DE

CONTACTOS (KOP)

149

Programación (COMPUERTAS RADIALES) – LISTA DE

INSTRUCCIONES (AWL)

152

Programación (COMPUERTAS RADIALES) – DIAGRAMA DE

FUNCIONES (FUP)

155

7.14. PROGRAMACIÓN DESAGUE DE FONDO:

COMPUERTAS RING FOLLOWER, BY-PASS Y

LIMPIEZA.

PROGRAMACIÓN - TABLA DE SIMBOLOS

158

Programación DESAGUE DE FONDO (COMPUERTAS RING


LIMPIEZA) – ESQUEMA DE CONTACTOS (KOP)

171



LIMPIEZA) – LISTA DE INSTRUCCIONES (AWL)

180



LIMPIEZA) – DIAGRAMA DE FUNCIONES (FUP)

191

7.15. PROGRAMACIÓN DESAGUE DE FONDO:

COMPUERTAS CONO HUECO.

PROGRAMACIÓN – TABLA DE SIMBOLOS

193

PROGRAMACIÓN DESAGUE DE FONDO (COMPUERTAS

CONO HUECO) – ESQUEMA DE CONTACTOS (KOP)

196


CONO HUECO) – LISTA DE INSTRUCCIONES (AWL)

199


CONO HUECO) – DIAGRAMA DE FUNCIONES (FUP)

202

7.16. PROGRAMACIÓN BOMBAS DE DRENAJE.

PROGRAMACIÓN – TABLA DE SIMBOLOS

204

PROGRAMACIÓN (BOMBAS DE DRENAJE) – ESQUEMA

DE CONTACTOS (KOP)

208

PROGRAMACIÓN (BOMBAS DE DRENAJE) – LISTA DE

INSTRUCCIONES (AWL)

211

PROGRAMACIÓN (BOMBAS DE DRENAJE) – DIAGRAMA

DE FUNCIONES (FUP)

215

7.17. CONEXIÓN DEL PLC CON EL SISTEMA.

7.17.1 CONEXIÓN PLC COMPUERTAS RADIALES.

216

7.17.2 CONEXIÓN PLC DESAGUE DE FONDO: RING FOLLOWER, BY-

PASS, LIMPIEZA.

217

7.17.3 CONEXIÓN PLC DESAGUE DE FONDO: COMPUERTAS CONO

HUECO.

218

7.17.4 CONEXIÓN PLC BOMBAS DE DRENAJE.

219

88 RReeffeerreenncciiaass

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