Control de bombeo mediante PLC y SCADA

CONTROL DE DOS ESTACIONES DE BOMBEO
MEDIANTE PLC Y SCADA
Proyecto Final de Carrera
AUTOR: Ivan Marcos Ruiz
DIRECTOR: Pedro Íñiguez
FECHA: septiembre / 2001

CONTROL DE DOS ESTACIONES DE
BOMBEO MEDIANTE PLC Y SCADA
Volumen 1

CONTROL DE DOS ESTACIONES DE
BOMBEO MEDIANTE PLC Y SCADA
Volumen 2

CONTROL DE DOS ESTACIONES DE BOMBEO MEDIANTE PLC Y SCADA
VOLUMEN 1
MEMORIA DESCRIPTIVA
1.- OBJETO DEL PROYECTO ........................................................................................1
2.- DESTINATARIO.........................................................................................................1
3.- SITUACIÓN Y EMPLAZAMIENTO.........................................................................1
4.- ANTECEDENTES.......................................................................................................1
5.- DESCRIPCIÓN FÍSICA DEL ÁRES DE RIEGO.......................................................2
6.- SITUACIÓN EXISTENTE..........................................................................................3
6.1.- RED DE RIEGO A PRESIÓN..........................................................................5
6.2.- ESTACIÓN DE BOMBEO...............................................................................6
6.3.- CONDUCCIÓN DE IMPULSIÓN ...................................................................8
6.4.- BALSA DE REGULACIÓN DE LA ZONA ALTA........................................9
7.- DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO DE AUTOMATIZACIÓN...............................12
8.- ELEMENTOS INSTALADOS..................................................................................14
8.1.- BOMBAS........................................................................................................14
8.2.- VÁLVULAS....................................................................................................15
9.- ELEMENTOS A INSTALAR....................................................................................16
9.1.- ARRANCADORES ........................................................................................16
9.2.- ELECTROVÁLVULAS..................................................................................16
9.3.- MEDIDOR DE NIVEL...................................................................................17
9.4.- CAUDALÍMETRO.........................................................................................19
9.5.- MEDIDOR DE TEMPERATURA..................................................................20
9.6.- DETECTOR DE NIVEL ABSOLUTO...........................................................22
9.7.- DETECTOR DE VIBRACIÓN.......................................................................23
10.- SELECCIÓN DEL AUTÓMATA PROGRAMABLE............................................24
11.- COMFIGURACIÓN DEL PLC NECESARIO........................................................25
12.- ESCRITURA DE UN PROGRAMA.......................................................................26
13.- FORMAS DE REPRESENTACIÓN.......................................................................26
13.1.- LISTA DE INSTRUCCIONES (AWL) .......................................................26
13.2.- ESQUEMA DE FUNCIONES (FUP) ..........................................................26
13.3.- ESQUEMA DE CONTACTOS (KOP) ........................................................26
14.- ESTRUCTURA DE UN PROGRAMA...................................................................27
14.1.- PROGRAMACIÓN LINEAL.......................................................................27
14.2.- PROGRAMACIÓN ESTRUCTURADA......................................................27
14.3.- MÓDULOS DE ORGANIZACIÓN (OB) ...................................................27
14.4.- MÓDULOS DE PROGRAMA (PB) ............................................................28
14.5.- MÓDULOS DE PASO (SB) ........................................................................28
14.6.- MÓDULOS FUNCIONALES (FB) .............................................................28
14.7.- MÓDULOS DE DATOS (DB) ....................................................................28
15.- DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA.............................................................................29
15.1.- ENTRADAS/SALIDAS DIGITALES..........................................................29
15.2.- ENTRADAS/SALIDAS ANALÓGICAS.....................................................29
15.3.- ENTRADAS DE ALARMA.........................................................................29
15.4.- ENTRADAS DE CONTADOR....................................................................30
15.5.- MEMORIA DE USUARIO...........................................................................30
15.6.- TIEMPO DE EJECUCIÓN...........................................................................30
15.7.- MARCAS/TEMPORIZADORES.................................................................30

15.8.- PROCESAMIENTO DE ALARMAS DEL PROCESO...............................31
15.9.- PROGRAMACIÓN CONTROLADA POR TIEMPO (OB 13) ..................31
15.10.- REGULADOR PID (FB 250 FB 251) .......................................................31
16.- EL GRAFCET..........................................................................................................32
16.1.- INTRODUCCIÓN.........................................................................................32
16.2.- QUE ES EL GRAFCET................................................................................32
16.3.- SISTEMA COMBINACIONAL...................................................................32
16.4.- SISTEMA SECUENCIA...............................................................................33
16.5.- ESTADO .......................................................................................................33
16.6.- ETAPAS........................................................................................................33
16.7.- ANTECEDENTES........................................................................................34
16.8.- TIPOS DE GRAFCET ..................................................................................34
16.9.- ELEMENTOS DEL GRAFCET ...................................................................34
16.9.1.- ETAPAS INICIALES ................................................................................35
16.9.2.- ETAPAS NORMALES..............................................................................35
16.9.3.- ACCIONES ASOCIADAS........................................................................35
16.9.4.- ACCIONES ASOCIADAS CONDICIONADAS......................................36
16.9.5.- TRANSICIONES.......................................................................................37
16.9.6.- RECEPTIVIDADES ASOCIADAS A LAS TRANSICIONES................37
16.9.7.- LÍNEAS DE ENLACE...............................................................................38
16.9.8.- DISEÑO Y ESTRUCTURAS....................................................................38
16.9.9.- EVOLUCIÓN DEL SISTEMA..................................................................39
16.10.- IMPLEMENTACIÓN TECNOLÓGICA....................................................44
16.10.1.- NORMAS DE LA EVOLUCIÓN DEL GRAFCET................................44
16.10.2.- IMPLEMENTACIÓN..............................................................................44
16.11.- ACTIVACIÓN DE LAS ETAPAS INICIALES.........................................46
16.12.- CONCLUSIONES.......................................................................................46
17.- VENTAJAS DE LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES ...................................48
17.1.- PARTES DE UN AUTÓMATA PROGRAMABLE....................................48
17.1.1.- FUENTE DE ALIMENTACIÓN...............................................................48
17.1.2.- CPU............................................................................................................48
17.1.3.- MÓDULO DE ENTRADAS......................................................................49
17.1.4.- MÓDULO DE SALIDAS ..........................................................................49
17.1.5.- MÓDULOS DE SALIDAS A RELÉS.......................................................50
17.1.6.- MÓDULOS DE SALIDAS A TRIACS.....................................................50
17.1.7.- MÓDULOS DE SALIDAS A TRT'S A COLECTOR ABIERTO ............50
17.1.8.- PERIFÉRICOS...........................................................................................50
18.- COMUNICACIÓN PC-PLC....................................................................................51
19.- EL SCADA...............................................................................................................52
PRESUPUESTO
MATERIALES, MAQUINARIA Y MANO DE OBRA
CUADRO DE PRECIOS Nº 1
CUADRO DE PRECIOS Nº2
JUSTIFICACIÓN DE PRECIOS

MEDICIONES
PRESUPUESTO
RESUMEN DEL PRESUPUESTO
PLANOS
1.- PLANO DE CONJUNTO RED DE RIEGO
2.- PLANTA GENERAL BALSA ZONA ALTA
3.- ESTACIÓN DE BOMBEO. PLANTA DE REPLANTEO
4.- ESTACIÓN DE BOMBEO. PLANTA Y SECCIONES
5.- ESTACIÓN DE BOMBEO. SECCIÓN Y FACHADAS
6.- ESQUEMA ELÉCTRICO
PLIEGO DE CONDICIONES
ANEXO

VOLUMEN 2
MEMORIA DE CÁLCULO
1.- ENTRADAS DEL AUTÓMATA................................................................................1
2.- SALIDAS EL AUTÓMATA.......................................................................................2
3.- COMO QUEDA ESTRUCTURADO EL MAPA DE
MARCAS DEL AUTÓMATA.....................................................................................3
4.- MARCAS MÁS SIGNIFICATIVAS...........................................................................9
5.-GRAFCETS DEL PROYECTO..................................................................................10
6.- LISTADO DEL PROGRAMA DEL AUTÓMATA..................................................92

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1.- Objeto del proyecto.
Este proyecto tiene como objeto realizar el control automático de un sistema de
bombeo de agua para riego. Mediante la programación de dos autómatas programables
controlaremos en todo momento los niveles de las balsas, así como todas las variables de
las bombas que puedan ser objeto de anomalía.
Otro aspecto importante que se ha contemplado ha sido realizar el bombeo no sólo
acorde con las necesidades de agua, sino también acorde al periodo horario en el que nos
encontremos, consiguiendo un ahorro energético importante.
2.- Destinatario.
El presente proyecto se realiza por encargo de "la comunitat de regants 'El Progrés'
de Vinebre", con domicilio social en el término municipal de Vinebre.
3.- Situación y emplazamiento.
Las estaciones de bombeo a controlar, así como la zona a regar, se encuentran
situadas casi en su totalidad en el termino de Vinebre. Una pequeña zona a regar
corresponde al término de Ascó en la cuenca superior de la comarca de la Ribera d'Ebre y
margen izquierdo del Ebro.
4.- Antecedentes.
El actual sistema de regadío de la zona ocupada por la Comunitat de Regants "El
Progrés" de Vinebre (Ribera d'Ebre), fue construido durante la década de los años
cincuenta. Su configuración la componen un conjunto de acequias dispuestas de forma
ramificada, las cuales se encuentran muy deterioradas, ocasionando pérdidas de agua que
pueden llegar hasta el 30% ó 40% del total que entra en la red, además de requerir
elevados costes de mantenimiento por parte de la comunidad de regantes.

Pág.2
Durante la última parte de la década de los años ochenta se redactaron unos
estudios de alternativas y anteproyectos comprendidos en el "Pla de mejora dels regadius
de la Ribera d'Ebre" sobre la base de fuentes del Canon energético.
No es hasta los años noventa que se redactan unos proyectos que definen
actuaciones concretas en esta zona. Inicialmente se redactó el "Projecte de mejora del
regadiu de la Comunitat de Regants 'El Progrés' de Vinebre", que se considera la primera
fase del proyecto global, donde se contempla hacer una actuación sobre el sistema de
captación y impulsión del agua de riego desde el río Ebro y su almacenaje en una balsa
situada en un monte próximo, al otro lado de la carretera de Vinebre a Garcia. Con fecha
de febrero de 1995 se redactó el "Modificat 0 del projecte de mejora del regadiu de la
comunitat de regants 'El Progrés' de Vinebre" donde se introdujeron pequeñas
modificaciones sobre el proyecto original de esta primera fase, formuladas por la
comunidad de regantes. Las obras contenidas en el proyecto y correspondiente modificado,
fueron realizadas el verano de 1995, siendo su funcionamiento correcto.
También al principio de 1995 (enero), la diputación de Tarragona redactó la
segunda fase del "Projecte de mejora dels regadius de la comunitat de regants 'El Progrés'
de Vinebre", que contempla la realización de la red de riego a presión de las parcelas
incluidas dentro de la comunidad 'El Progrés', incluyendo la realización de una impulsión
intermedia para alimentar una segunda balsa que abastece las parcelas del sector de la zona
alta de riego que no se pueden atender por gravedad desde la balsa existente.
Este proyecto de la segunda fase fue presentado a Regs de Catalunya por parte de
la "Direcció General d'Agricultura, Ramaderia y Pesca", con la finalidad de realización de
las obras en él incluidas.
5.- Descripción física del área de riego.
Se trata de una zona con clima mediterráneo templado, donde el agua es un recurso
fundamental para el desarrollo de la mayoría de los cultivos.

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La zona de riego está conformada por laderas de pendientes suaves y terrazas
fluviales que drenan en numerosos barrancos, los cuales acaban finalmente en el río Ebro y
subdividen y limitan el área de riego.
La diferencia de cota se encuentra entre los 125 m s.n.m. en coronación de la balsa
(zona alta) y los 23 m.s.n. de las parcelas próximas al río.
Atraviesan la zona regable la ctra. denominada Eix de l'Ebre y la local de Vinebre
en la Torre de l'Espanyol. El paso de estas dos barreras es por zonas correspondientes al
paso de acequias, limitando en solo un punto el cruce para cada una de las dos carreteras.
El área de riego comprende una superficie de 380 Ha y está formada por un total de
725 parcelas, propiedad de 250 personas o entidades.
Las características parcelarias, topográficas y edafológicas de la zona recomiendan
la utilización de riego localizado, por lo que se da una presión mínima a la salida de
hidrante de 2,0 atm, siendo superior cuando alguna parcela servida, después, se encuentre
en cota inferior.
6.- Situación existente.
La Comunidad dispone, desde el verano de 1995, de una nueva estación de
bombeo al lado del río Ebro, una cañería de impulsión y una balsa reguladora que domina
suficientemente la zona baja de riego, juntamente con un corto tramo de cañería soterrada
desde la balsa hasta la acequia principal.
El sistema de riego existente consta de esta acequia y redes de conducciones a cielo
abierto. Se complementa con una estación de bombeo, dotada del equipo electro bomba
para regar la zona alta.
Debido al cambio de ubicación del punto de alimentación de la red de riego, se
hizo necesaria la construcción de una pequeña red de riego a presión para alimentar

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aquellas parcelas a las que era imposible servir con la nueva configuración de la red. Esta
actuación fue contemplada en la primera fase, concretamente, en el proyecto modificado.
En la actualidad se encuentra en correcto funcionamiento, habiéndose instalado, por parte
de la comunidad, la red terciaria que abastece a cada parcela de la comentada zona.
Esta nueva red discurre básicamente por el interior de la antigua acequia de riego,
que una vez instalada la cañería, se rellenó la acequia como medida de protección. El
material utilizado es PEAD de diámetro 110 mm, siendo dos las presiones de trabajo: 6 y
10 atm. A lo largo del trazado se encuentran un total de nueve tomas equipadas con una
"T" de derivación, instalándose en cada una de ellas una válvula de cierre. EL comentado
equipamiento se encuentra en el interior de una caseta realizada en la misma acequia que
recoge la cañería, siendo el conjunto de la derivación y la válvula de paso metálicas.
La cañería que alimenta la zona de riego de acequias desde la balsa de la zona baja,
tiene una longitud total de 376 m, realizada en PVC de diámetro 400 mm y presión
nominal 6 atm. La entrega a la red existente de acequias se realiza directamente desde esta
cañería, existiendo al final de ella una válvula de mariposa, de diámetro 400 mm, que
permite el cierre del sistema de la red de riego. Previa a esta válvula existe una derivación
de 100 mm de diámetro, que sirve al pequeño tramo de red a presión antes mencionado,
equipado con una válvula de mariposa del mismo diámetro, que permite aislarlo. Todo este
sistema de válvulas y derivaciones se encuentra instalado en el interior de una caseta de
hormigón armado 2,00 x 2,00 m2
de superficie en planta.
La red de riego está constituida por cañerías de fibrocemento de diámetros
comprendidos entre 400 mm y 500 mm y por cañerías de P.V.C. para los diámetros
inferiores a 400 mm, es decir, desde 315 mm hasta a 110 mm. Se eligieron estos materiales
por el ahorro económico que supone en toda la obra, teniendo en cuenta que son materiales
idóneos para este tipo de instalaciones.
Para las cañerías de la red terciaria, se escogió como material el P.E.A.D., con un
diámetro de 90 mm., por encima de posibles alternativas como PVC o fibrocemento, ya
que permite una puesta en obra muy cómoda para este diámetro, debido a que es una
cañería mas ligera que el fibrocemento; permite realizar radios de curvatura muy ajustados

Pág.5
(20 x Dn), sin necesidad de accesorios especiales y, cuando estos son necesarios, existe
una gran cantidad de accesorios que facilitan el trabajo de montaje; las juntas de las
cañerías de polietileno se pueden realizar en el exterior de la rasa, lo que mejora no tan
solo la rapidez del montaje sino la calidad del mismo, garantizándose una estanqueidad
absoluta en el proceso de electrosoldado de las juntas, ya sea de forma tradicional o
mediante accesorios especiales; precisamente debido a su flexibilidad, permite que el
terreno sobre el que se apoya tenga ligeros asentamientos, además de mejorar el
comportamiento de la red ante el golpe de ariete, ya que la celeridad de la onda de presión
es mucho mas baja que en las otras dos alternativas.
6.1.- Red de riego a presión
La red de riego a presión tiene su origen en la caseta, donde llega la cañería de φ
400 mm procedente de la balsa, desde donde se suministra a la red de acequias a cielo
abierto. En este punto de enlace fue necesaria la instalación de un cono de ampliación de
diámetro 400 mm a 500 mm, para enlazar con el diámetro proyectado por la red de riego.
La estructuración de la red de riego comentada, consta de dos zonas claramente
diferenciadas. La primera de ellas, que llamaremos zona baja, es la que se puede abastecer
directamente de la balsa de la cota 65. La segunda, que se identifica como zona alta, es la
que necesita de una elevación intermedia para conseguir regar las parcelas mas altas, y se
encuentra entre las cotas 65 y 100. La superficie total de riego es de 380,76 Ha, de las
cuales 267,73 Ha pertenecen a la zona baja, 102,28 Ha son de la zona alta y el resto 10,75
Ha pertenecen a una zona que tiene riego a presión.
La estructuración de la zona baja se realiza a través de un esqueleto de arterias y
ramales que acercan el agua a puntos singulares, desde donde, a través de la red terciaria se
distribuyen parcela a parcela.
El número total de puntos de abastecimiento (de hidrantes) es de 56.
La red es ramificada y se compone de un ramal principal, identificado como red
primaria, y unos ramales secundarios, identificados como red secundaria, que nacen del

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ramal principal. La red terciaria, las características de la cual son comunes a las dos zonas
baja y alta, la componen una serie de ramificaciones de cañerías de PEAD de 90 mm de
diámetro que sirven el agua a cada una de las parcelas a través de válvulas de mariposa,
también de 90 mm de diámetro, ubicadas en pequeñas casetas en el interior de las parcelas
a regar.
Al final en la zona baja de la red primaria, el agua que allí llega es elevada desde
este punto hasta la balsa de regulación de la zona alta.
Situándonos en la balsa, la red de distribución de la zona alta se articula según un
ramal de conducción primaria que distribuye el agua directamente a hidrantes o a ramales
secundarios, que a la vez la distribuyen al resto de hidrantes.
Es de señalar, que se instalaron ventosas en todos aquellos puntos altos intermedios
al trazado de cualquier ramal primario y secundario, además de disponer otras intermedias
cuando, a pesar de que no queden justificados por los motivos anteriores, la distancia entre
las dos ventosas mas próximas supere una longitud de 600 m en zonas muy llanas.
Cabe mencionar también, que se instalaron válvulas de seccionamiento en todas las
derivaciones de los ramales secundarios, no tan solo en las propias conducciones
secundarias sino también en la conducción primaria.
6.2.- Estación de bombeo
La 1ª estación de bombeo se sitúa en el PQ 1+750,58 de la conducción principal de
la zona baja, al lado del camino de Torre de l'Espanyol, en las parcelas 12 y 14 del
polígono 17, ocupando una extensión total en planta de 10,70 x 21,00 m. La 2ª estación de
bombeo es idéntica y está situada en la cota 100.
El edificio de bombeo tiene unas dimensiones en planta de 8,00 x 4,70 m que se
estructura en dos niveles: el primero de ellos permite la entrada a nivel desde el terreno y
se sitúa en la cota 69,55 para la estación de bombeo nº1, mientras que el segundo nivel está
destinado a la ubicación de las bombas, sus órganos de control y los equipos antiariete,

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todo esto situado en la cota 67,98. Estos dos niveles se comunican a través de una escalera
de hormigón adosada a uno de los muros laterales y protegida con una barandilla metálica.
Los cimientos del edificio están formados por una solera de hormigón armado de
0,40 m de grosor de la cual arrancan unos muros de 0,30 m de grosor y una altura de 1,70
m, quedando la coronación de esta enrasada al nivel del terreno. Sobre las esquinas de
estos muros se apoyan cuatro pilares de hormigón armado de dimensiones 0,30 x 0,30 m, y
una altura de 3,00 m. En la parte superior se construyó un círculo perimetral formado por
vigas de hormigón armado de dimensiones 0,40 x 0,30 sobre el cual se levantó un tejado a
cuatro aguas de teja árabe. El cierre del edificio se realizó con obra vista de color
amarillento. En las paredes sur y este se construyó una ventana situada en la parte superior
de las paredes de obra.
La llegada de la conducción a la estación de bombeo tiene lugar con una cañería de
P.E.A.D.(polietileno alta densidad) de diámetro nominal 280 mm, el eje de la cual se sitúa
en la cota 68,35, y se une a un colector de chapa de acero galvanizado de diámetro 250 mm
que alimenta a las bombas. Las bombas aspiran de este colector a través de derivaciones a
45º de acero galvanizado de diámetro 150 mm y, una vez impulsada el agua, la bomba la
envía por un colector de las mismas características que el de aspiración, el eje del cual se
situa en la cota 68,85. La unión entre la salida de las bombas y este colector se hace a
través de una cañería de diámetro 150 mm que conecta formando un ángulo de 45º. Por
otra parte las cañerías de entrada y salida de las bombas estan unidas a éstas a través de los
conos de reducción necesarios.
Dado que la estación de bombeo se sitúa en un punto bajo tanto del recorrido de la
cañería de aspiración como de la de impulsión, los colectores antes mencionados están
dotados de unas derivaciones que permitirán la salida de los mismos. Este agua se recogerá
en un pozuelo de dimensiones 0,40 x 0,40 x 0,15 m y, mediante una cañería de PVC de
diámetro 125 mm, se conduce al exterior de la Estación.
Las bombas de impulsión —dos unidades activas más una de reserva— van
montadas sobre unas bancadas de hormigón de dimensiones 0,70 x 1,30 x 0,10 m. Estas
bombas son centrífugas, de eje horizontal, con un motor eléctrico de 30 CV que se encarga

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de impulsar el agua hasta una altura de 45 m un caudal de 35 l/s. Una descripción mas
detallada de estos equipos se encuentra en el apartado de "elementos a instalar" del
presente proyecto.
Sobre la solera del edificio, al lado de las bombas, están los dos calderines
antiariete: uno conectado a la cañería de aspiración y el otro a la de impulsión. De esta
manera se pretende proteger las dos conducciones de las sobrepresiones que se podrían
producir en el caso de una maniobra brusca de las bombas como podría ser un eventual
corte eléctrico. La conexión de los calderines con los colectores se hará con una cañería de
chapa de acero galvanizado.
En sentido longitudinal al edificio se colocó una viga metálica IPN que sirve de
soporte a un polispasto eléctrico de 1.000 Kp de carga máxima, que se utiliza en los
trabajos de mantenimiento y reparación de los equipos de la estación, los cuales pueden ser
sacados fuera del edificio por la misma puerta de entrada.
Los cuadros eléctricos, los mecanismos de control de las bombas y los contadores
están ubicados sobre la plataforma de entrada, siendo estos últimos registrables desde el
exterior del edificio, instalándose a la llegada de la estación de bombeo un transformador
de 100 KVA.
La acometida eléctrica se realiza desde una línea de media tensión de la compañía
FECSA, que alimenta a la cooperativa FARE y un centro receptor-emisor de televisión y
radio. La llegada a la estación de bombeo se hace mediante una línea aérea, paralela al
camino de la Torre de l'Espanyol de unos 250 m de largo.
6.3.- Conducción de impulsión
La conducción de impulsión está formada por una conducción de PEAD de 280
mm de diámetro, que saliendo desde la estación de bombeo, conduce el agua hasta la balsa
de regulación de la zona alta. La longitud de impulsión es de unos 850 m. En los 730
primeros metros la cañería tiene una pendiente continuada que la hace subir desde la cota
68 hasta la 90 paralela a un camino. En este punto la cañería tiene un giro de

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aproximadamente 90° en planta y 45° en alzado, por acomodarse al terreno y acceder a la
balsa.
Justamente en este lugar de quiebro de la cañería es muy conveniente instalar una
ventosa ya que combina su condición de punto alto con un golpe de ariete negativo muy
cercano a la trazada de este punto.
Por otra parte, por seguridad de cara al llenado de la conducción se instaló una
ventosa bifuncional en el PQ 2+100,00. De esta manera garantizamos que el aire no ha de
recorrer grandes distancias por dentro de la conducción antes de encontrar una salida.
En los últimos 70 m la cañería circula paralela al camino de acceso a la balsa.
6.4.- Balsa de regulación de la zona alta
La balsa de regulación de la zona alta, está situada en un lugar desde donde se
domina perfectamente la zona regable alta. Al encontrarse en la parte alta de un eje que
divide esta zona en dos partes sensiblemente iguales en cuanto a extensión, se optimiza el
tamaño de los diámetros de la red de riego, con el consiguiente ahorro económico.
La ubicación física de la balsa se encuentra en la parcela 41 del polígono 4, justo
por encima del camino que limita inferiormente la mencionada parcela y ocupando los tres
primeros bancales de la finca. El acceso a la balsa se realiza desde un camino hecho con
tierras, de unos 70 m de largo que enlaza con la red de caminos rurales existentes en la
zona. Este tiene una pequeña pendiente desde el punto de enlace hasta la balsa, habiéndose
optimizado el trazado al discurrir éste ligeramente paralelo a las curvas de nivel con la
finalidad de disminuir al máximo los cambios bruscos de cota. Se dejó previsto un tubo de
φ 600 mm de hormigón que servirá por alojar en su interior la cañería de impulsión hacia a
la balsa. Se puso una escollera para proteger la obra de posibles erosiones.
La balsa está constituida por una presa de tierras de tipo homogéneo con pantalla
impermeable en el talud del lado de las aguas, formado por una lámina de geotéxtil sobre
la que se extiende una lámina de caucho EPDM (Etileno Propileno Dien Monómero).

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La capacidad de la balsa es de 4.500 m3
, con unas dimensiones medias de 45 x 25
metros y una profundidad de 4 metros con un resguardo de 0,5 metros. Los taludes de la
balsa tienen una inclinación tanto en el exterior como en el interior de 2H:1V y la
coronación estará situada en la cota 125,50 y el fondo de la balsa está en la 121,00. Así las
medidas de la balsa son: planta inferior 16 x 36 metros; planta superior 34 x 54 metros.
A lo largo de la coronación de la balsa, se construyó un camino perimetral de tierra
de 3 metros de ancho, al cual se accede mediante el camino antes mencionado. En la parte
exterior de este camino, se instaló una valla metálica para impedir el acceso de personas
ajenas a las instalaciones.
Los taludes situados en la parte superior de la balsa serán del 1H:1V y a pie de
desmonte, en el límite del camino de coronación de la balsa, se construyó una cuneta
revestida de hormigón en masa de recogida de aguas fluviales, que serán conducidas por
un lado hacia el torrente, a la altura de la obra especial de cruce, y por el otro hacia el pie
de talud del terraplenado de la balsa, que se protegerá con escollera para evitar su
degradación.
El sobrepasante de seguridad de la balsa se ubica al lado de la entrada a la balsa y
consiste en un dado de hormigón que permite que sobrepase el agua 50 cm antes que su
cota llegue a coronación de balsa. El agua que sobrepase se conduce mediante la cuneta de
hormigón, antes mencionada, hacia el torrente. Por no interrumpir el paso en el camino
perimetral a la balsa, se cubre lo sobresaliente con placas de hormigón prefabricado que
soportan cargas puntuales de pequeños vehículos que harán trabajos de mantenimiento.
La salida de la balsa se realiza desde la propia cañería de abastecimiento a la red de
riego, aprovechando cualquiera de las salidas existentes y hasta de algún hidrante.
En esta cañería de salida de la balsa, se instaló un tubo de PVC de φ 315 mm a la
altura del camino perimetral, donde van instaladas las sondas de nivel máximo y mínimo,
125 m y 122 m respectivamente, para el comando de la estación de bombeo.

Pág.11
El sistema de bombeo está controlado por estas sondas. De esta forma, cada
individuo riega su parcela cuando cree conveniente y sin tener en cuenta la franja horaria
en la que se encuentra, lo que provoca que posiblemente estemos bombeando en "horas
caras" (el kW/h tiene un incremento de precio sobre el establecido), cuando podremos
realizar esta tarea en horas valle, donde el kW/h presenta una rebaja de precio respecto al
estipulado.

7.- Descripción del Proyecto de Automatización
Ambas estaciones de bombeo son idénticas.
La primera estación se nutre del Rio Ebro y la segunda de la balsa Nº1.
Ambas estaciones de bombeo tienen su propio autómata, de igual modelo
y con el mismo programa a ejecutar.
Medidor de nivel proporcional
Caudalímetro
Válvula manuales para aislar las bombas
Electroválvula
Válvulas de retención para evitar que el
agua pueda circular en los dos sentidos
Bombas
PULSADOR
LED
Figura1. Esquema General.
Figura2. Panel de Control.
MARCHA/PARO RESET ALARMS
AEVM11 ALLT1
AA1 AA2 AA3
ALA1 ALA2 ALA3
ALSV1 ALSV2
ALST1 ALST2 ALST3
FUNCIONANDO
LSHD1
LSLD1
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Disponemos de dos estaciones de bombeo idénticas, controladas cada una por su
propio autómata. Los dos autómatas son idénticos y están programados de igual forma.
Cada estación está compuesta por:
• Una zona de aporte de agua al sistema, siendo el río Ebro para la estación de
bombeo nº1 y la balsa número nº1 para la estación de bombeo nº2.
• Tres bombas, de las cuales sólo dos estarán funcionando cuando el sistema lo
requiera, quedando siempre una de reserva por si alguna bomba presentase en un
momento dado alguna anomalía. Al producirse una demanda de agua, arrancarán
aquellas dos bombas que menos horas de funcionamiento tengan acumuladas, y
lo harán con un espacio de tiempo entre ellas de dos minutos para evitar "picos"
de tensión elevados y hacerlo de una manera más progresiva. A la hora de parar,
una vez alcanzados los niveles deseados, se ejecutará de la misma forma, es
decir, primero parará una y dos minutos después la otra.
Mientras una bomba esté funcionando, en todo momento se controla las posibles
averías que se puedan producir así como las horas de funcionamiento. Si se detectara
algún error, automáticamente paramos la bomba, dando la alarma correspondiente, y
pasando a actuar la bomba de reserva. Evidentemente seguimos controlando las bombas
y parándolas en caso de anomalía.
Una bomba a la que se le ha detectado un defecto no volverá a arrancar hasta ser
reparada y su alarma correspondiente reseteada.
• Seis válvulas con la función de aislar las bombas para poder sustituirlas en
caso de avería.
• Una electroválvula para estabilizar el nivel de agua.
• Un caudalímetro para indicarnos principalmente si hay o no circulación de
fluido. Si las bombas arrancan por necesidad del sistema y no se detecta
circulación de agua, implicará anomalía en el sistema.
• Un medidor de nivel proporcional, sito en la balsa, que nos indicará el nivel
que hay en todo momento y que, según su lectura, arrancará o no el bombeo.
• Dos detectores de nivel por si el medidor proporcional fallara, y así poder
continuar la gestión del bombeo con ellos, ahora ya sin tener en cuenta la hora
del día en la que nos encontramos, como hacemos con el medidor de nivel
proporcional.
Cuando el proporcional funciona, según la hora del día y la época del año en la
que nos encontremos (en definitiva, según el precio del kilovatio/hora en ese instante),
le daremos un valor diferente a las cotas de máximo y de mínimo del proporcional,
evitando así arranques innecesarios en una franja horaria cara y aprovechando las horas
más económicas para bombear. Ésta es la idea principal del proyecto, el abaratar costes
en relación a la solución existentes, así como mejorar la calidad del sistema.

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8.- Elementos Instalados.
8.1- Bombas
Cada estación de bombeo consta de tres bombas.
El modelo es el 10x40 de la casa Bombas Guinard S.A. y fue elegido por ser
una de sus aplicaciones principales los bombeos de agua para riego, cumpliendo
perfectamente con las exigencias del proyecto que son principalmente el levantar el
agua hasta una altura de 45 metros con un caudal de 35 l/s. Esta necesidad es la que hizo
optar por el tipo 10x40, que, como se puede ver en las especificaciones de la bomba
incluidas en el anexo del presente proyecto, cubre por completo las exigencias del
bombeo.
Sus principales ventajas son:
• Estanqueidad adaptable según el producto bombeado, siendo la forma elegida
la de cierres mecánicos dobles.
• Impulsor equilibrado hidráulicamente, los rodamientos exentos de todo empuje
axial, no se fatigan, por lo que trabajan en condiciones óptimas.
• Rodamientos sobredimensionados. El rodamiento del lado impulsor está
reforzado, soportando las más fuertes cargas, correspondientes a dimensiones y
capacidades superiores.
• Bastidor lubricado por grasas.
• Eje de máxima sección, eliminando así las vibraciones.
• Posibilidad de refrigeración exterior de la caja de cierre.
• Medidas normalizadas DIN 24.255
• Estandarización de sus componentes, con un número limitado de piezas en la
gama.
•Variantes de construcción adaptadas según el tipo de agua. En este caso es agua
dulce, por lo que el cuerpo de la bomba es de fundición e interiores de bronce.

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8.2- Válvulas
Son del tipo Válvulas Proceso Gama KE (ver anexo).
Estas válvulas son de dimensiones y peso reducido, con ausencia de soportes. El
montaje y desmontaje es rápido y las pérdidas de carga mínimas.
Sus diámetros van desde los 40 a los 600mm por lo que son aptas para este
proyecto.
Sus principales caracteristicas son:
• estanqueidad total, permanente y contínua obtenida por el contacto esférico
entre la mariposa y el anillo.
• estanqueidad interna fiable y duradera, asegurada por el empleo de juntas en
los pasos de eje.
• seguridad de utilización, sólo el anillo y la mariposa están en contacto con el
fluído vehiculado.
• diseño, formulacion y fabricación integrada de elastómeros y plastómeros
•ausencia de mantenimiento.

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9.- Elementos a Instalar.
9.1- Arrancadores
Los arrancadores son de tipo Arrancadores-ralentizadores progresivos
Alistart 3 para aplicación en bombas (ver especificaciones en el anexo).
En el caso particular de control de bombas del tipo que tenemos, la supresión del
eventual “golpe de ariete” al solicitar una parada requiere un control preciso de la
deceleracion del motor, aunque el programa haya tenido en cuenta este “golpe de ariete”
y nunca pare dos bombas a la vez, lo que duplicaria su efecto.
En el Alistart 3 para aplicación en bombas, este control se garantiza regulando
en bucle cerrado la tensión del motor en la deceleración. El aparato está equipado con
un transformador que garantiza el aislamiento y permite adaptar la tensión de control al
circuito de medida.
Sus características principales son:
• en el arranque: supresión del impulso de despegue (“booster”), innecesario
para controlar bombas centrífugas, y limitacion de la corriente a 4 Ir (en lugar de
5 Ir).
• en el ralentizamiento: supresion de la posibilidad de frenado por inyeccion de
corriente continua, y control preciso de la deceleración.
• deteccion de sobrecarga o subcarga del motor.
9.2- Electroválvulas
Las electroválvulas son las MFH - Línea Clásica, siendo unas electroválvulas
versátiles y sólidas, de diseño compacto, sumamente resistentes al desgaste. Son
electroválvulas de gran duración y fiabilidad.

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9.3- Medidor de nivel
Cada sistema de detección del nivel de las balsas (identico para ambas, como
pasa con el resto de los elementos descritos en este apartado) está compuesto por:
1 Transmisor de nivel Ultrasónicos PROSONIC FMU 860, de características
siguientes (ver anexo):
• Electrónica: microprocesador.
• Montaje: sobre pared.
• Protección: IP 65.
• Temperatura: -20...+60ºC.
• Alimentación: 230 VAC + 15%/-20% 50/60 Hz.
• Entradas: para 2 sensores, galvanicamente aisladas.
• Contactos de alarma: 3
• Programación: vía bus RS-485, incorporado a través del PC.
• Señales de salida: 2 galvánicamente aisladas, de 4....20mA
1 Sensor Ultrasónico tipo PROSONIC FDU80-RG1A, de caracteristicas
siguientes:
(ver anexo)
• Material de la caja: PPS.
• Protección: IP 68.
• Material membrana: Aluminio recubierto de PE.

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• Conexión a proceso: Rosca 1” G en Acero Inox 304.
• Temperatura máxima: -20...+80ºC.
1 Programa de configuración COMMUWIN, que funciona en un ordenador
personal tipo AT o XT, con sistema operativo Windows 95/98.
-Medición por ultrasonidos.
El eco se usa como medida del contenido de un depósito por determinación del
nivel hasta el cual se ha llenado. Un sistema de eco emite pulsos de vibraciones
ultrasónicas desde un punto situado sobre el producto, y recibe el eco reflejado sobre su
superficie. La distancia de la superficie reflejante se determina midiendo el tiempo que
ha durado la propagación.
El tiempo de propagación es una medida directa de la distancia entre el sensor de
eco y la superfície relajante. La distancia viajada por el sonido es el producto del tiempo
de propagación por la velocidad del sonido. Si la posición de sensor de eco es conocida,
el nivel, y en consecuencia el contenido del depósito, podrá ser deducido. La velocidad
del sonido en el aire es cercana a los trescientos treinta y un metros por segundo a cero
grados centígrados y cambia un 0,17% cada ºC.
Es por este hecho que los sensores de eco deben estar compensados por
temperatura. Si la vibración ultrasonora ha de propagarse a través de otros gases
distintos del aire, deberá ser calibrado consecuentemente.
Un sistema de medición consiste en un sensor y un procesador/amplificador de
señal que puede instalarse distancia. La unidad procesadora suministra una señal de
salida ajustable a dos rangos distintos, 0-20mA o 4-20mA. Esta señal es proporcional al
nivel medido. La célula de medición es una unidad sensora y transmisora a la vez.

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Consiste de una membrana a la que están acoplados unos cristales piezoeléctricos.
Como transmisor, estos cristales están excitados por una señal eléctrica que hacen vibrar
la membrana a una frecuencia ultrasónica. Funcionando como detector o sensor, los
cristales generan una pequeña señal de tensión cuando las vibración ultrasónica hace
vibrar la membrana. Esto ocurre cuando la señal reflejada por la superficie retorna otra
vez a la membrana. La diferencia de tiempo entre la señal transmitida y su eco, la
llamamos tiempo de propagación. La función analógica de tales sistemas de eco se ve
potenciada por la tecnología digital. La razón es la gran variedad de información que
puede ser transferida digitalmente y la posibilidad de establecer un diálogo con el
sensor. En efecto, con un sistema digital no sólo es posible transmitir el tiempo de
propagación, sino que el sensor puede ser debidamente identificado y la señal enviada
sincrónicamente con la temperatura.La información de nivel puede evaluarse mediante
una técnica basada en un perfil corrector, que permite no tener en consideración ecos
ocasionales o perturbaciones producidas por material en movimiento o producto mal
mezclado.
Otros objetos, tales como las aberturas de alimentación, los anillos internos de
refuerzo del contenedor o los cordones de soldadura, también pueden reflejar la señal
tan pronto quedan descubiertos. Estos falsos ecos permanentes pueden suprimirse
elevando el umbral de detección de tales puntos en el microprocesador de evaluación,
de forma que no sean registrados.
9.4- Caudalímetro
El modelo utilizado es el ProBarTM
Volumetric Flowmeter de la casa
Rosemount® (ver anexo).
Sus características principales son:
• es muy facil de instalar.
• costes de operación bajos debido a la bajada de presión.
• se ofrece como caudalímetro calibrado para alta precisión.
• salida de 4-20mA.

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9.5- Medidor de temperatura
Los elementos que forman parte de la lectura de la temperatura de cada
una de las bombas son:
1 Termistor con coeficiente de temperatura positivo (PTC) que forma
parte de una gama de termistores con coeficiente de temperatura positivo, ideal para uso
en circuitos de aviso y de disparo que detecten temperaturas excesivas en equipos
industriales. Entre sus ventajas destaca el poder conectar los termistores en serie (el
circuito abierto es a prueba de fallos) de manera que se pueden controlar diversos
puntos de temperatura en un equipo mediante un único circuito de detección, ahorrando
costes.
Cada dispositivo funciona básicamente como una resistencia de valor
bajo, (normalmente 100 ohmnios) a bajas temperaturas, y dicho valor de resistencia
aumentará rápidamente, en un factor 100 aproximadamente, al superarse la temperatura
de referencia T, previamente especificada. Se ofrece en dos versiones. La primera está
formada por un pequeño disco PTC recubierto de resina y protegido por un manguito
aislante de poliolefina irradiada. Su pequeño tamaño es muy útil cuando el espacio de
detección es muy reducido, como por ejemplo en encapsulados, bobinados de motores,
etc.. Evidentemente éste el el modelo que utilizaremos.
La segunda versión consta de un disco PTC embutido en un tornillo de montaje
de aluminio ionizado, que puede roscarse fácilmente a disipadores de calor o a chasis de
instrumentos ofreciendo una alta conductividad térmica.
Todas las versiones se suministran con cables de hilo de cobre bañado en plata
con aislamiento de PTFE codificados por colores, y de 200mm de longitud nominal.

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1 Convertidor de temperatura programable MCR
Los módulos programables MCR-T convierten señales de temperatura de
termistores, termoresistencias y termopares, así como de sensores con curvas
características mV lineales en señales analógicas normalizadas.
Opcionalmente se pueden conectar 2 termopares para medición de temperatura
diferencial.
La evaluación de las señales medidas y la linealización de las curvas
características de los sensores se efectúa con un microprocesador. Un nivel analógico
postconectado convierte la señal, opcionalmente, separada galvánicamente en 0(4)-
20mA, o en las señales inversas.
Adicionalmente, el módulo MCR-T está equipado con una salida de conexión
electrónica (salida por transistor PNP 100 mA/24V).

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9.6- Detector de nivel absoluto
El modelo elegido es el FLT 260 de la marca Endress+Hauser, presentando las
siguientes características:
• Cuerpo de dimensiones reducidas. Ocupa poco espacio, se monta con facilidad
incluso en lugares de difícil acceso.
• Cuerpo robusto en acero inoxidable.
• Indicación del estado de conmutación y pruebas exteriores para facilitar el
control.
• Bajo coste de conexión gracias al conector.
Este detector ha sido especialmente diseñado para la detección de nivel en
tanques, balsas y depósitos.

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9.7- Detector de vibración.
El modelo elegido es el VS-5101. Este sensor está diseñado para capturar, procesar e
imprimir datos de vibración para cualquier superficie. El software de análisis procesa
numéricamente los datos para generar impresiones del desplazamiento, velocidad,
aceleración, espectro de potencia y respuesta de choque. El sistema es capaz de detectar
vibraciones en un rango de frecuencias de 0 a 400 KHz, com frecuencias de muestreo en
el rango de 6.25K a 800K muestras por segundo, y puede almacenar hasta 64K de datos
de muestras (2 bytes por muestra). El procesador del sistema, adquiere los datos, realiza
una conversión a digital, y transmite los datos a un PC para almacenarlos y procesarlos
posteriormente. El sensor laser tiene un rango de desplazamiento máximo de 5 m, una
velocidad máxima de 3.6 m/s y una resolución de 0.00254 micras. El sensor puede
recibir una señal reflejada útil procedente de gran variedad de superficies especulares y /
o reflectantes, permitiendo la medición de la vibración sin contacto. Para superficies no
reflectantes, puede usarse una lente para aumentar el retorno de la señal. Este modelo
viene con una salida analógica.

10.- Selección del Autómata Programable
FUNCIONES SENSORES
PASO MODO
MARCHA/PARO
LLENADO
INICIAL DE LAS
TUBERÍAS
COMPROBAR
EL CORRECTO
CONSUMO
DE LA BOMBA1
COMPROBAR
EL CORRECTO
CONSUMO
DE LA BOMBA2
COMPROBAR
EL CORRECTO
CONSUMO
DE LA BOMBA3
COMPROBAR
LA CORRECTA
VIBRACIÓN
DE LA BOMBA1
COMPROBAR
LA CORRECTA
VIBRACIÓN
DE LA BOMBA2
COMPROBAR
LA CORRECTA
VIBRACIÓN
DE LA BOMBA3
COMPROBAR
LA CORRECTA
TEMPERATURA
DE LA BOMBA1
COMPROBAR
LA CORRECTA
TEMPERATURA
DE LA BOMBA2
COMPROBAR
LA CORRECTA
TEMPERATURA
DE LA BOMBA3
COMPROBAR
EL CORRECTO
CAUDAL EN
LA TUBERÍA
MEDIDOR
PROPORCIONAL
ACTUACIÓN
SOBRE LAS
BOMBAS
DE ALARMA
1 CONTACTOR PARA
LA BOMBA 3 AA3
1 PILOTO2 SENSOR DE NIVEL
CAPACITIVO
1 CONTACTOR PARA
LA BOMBA 2 AA2
ALLT1
1 CONTACTOR PARA
LA BOMBA 1 AA1
3 SALIDAS 24Vcc 0.5 A
LSHD1 Y LSLD1
ANALÓGICO CAUDAL1 ALFT1 1 SALIDA 24Vcc 0.5 A
1 SALIDA 24Vcc 0.5 A
1 MEDIDOR DE CAUDAL 1 PILOTO DE ALARMA
ANALÓGICO TB3 ALST3 1 SALIDA 24Vcc 0.5 A
1 SENSOR DE TEMPERATURA 1 PILOTO DE ALARMA
ANALÓGICO VB3 ALSV3 1 SALIDA 24Vcc 0.5 A
1 SENSOR DE VIBRACIÓN 1 PILOTO DE ALARMA
ANALÓGICO CB3 ALA3 1 SALIDA 24Vcc 0.5 A
1 SENSOR DE CONSUMO 1 PILOTO DE ALARMA
ANALÓGICO CB2 ALA2 1 SALIDA 24Vcc 0.5 A
1 SENSOR DE CONSUMO 1 PILOTO DE ALARMA
1 PILOTO DE ALARMA
ALA1
1 SENSOR DE CONSUMO
ANALÓGICO CB1
PREACCIONADORES PLC INTERFACES
FUNCIONANDO
1 PILOTO DE BOMBEO
RESET DE
ALARMAS
1 PULSADOR MARCHA/PARO
1 ENTRADA DE 24Vcc
1 ELECTROVÁLVULA
MONOESTABLE
AEVM11
1 PULSADOR RESET ALARMAS 1 ENTRADA DE 24Vcc
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11.- Configuración del PLC necesario
Del apartado anterior (Selección del autómata programable), resulta la
configuración del PLC siguiente:
• 2 entradas digitales de 24 Vcc.
• 11 entradas analógicas.
• 16 salidas digitales de 24 Vcc, 0,5 A.
• un puerto de comunicaciones serie asíncrono.
Si tomamos como referencia los autómatas programables de la serie SIMATIC
S5 de SIEMENS, y en concreto el S5-95U que dispone al menos de la siguiente
periferia integrada:
• 16 entradas digitales de 24 Vcc.
• 8 entradas analógicas.
• 16 salidas digitales de 24 Vcc, 0,5 A.
• un puerto de comunicaciones serie asíncrono para programación y
entrada/salida de datos.
Podemos comprobar que este equipo cumple perfectamente las especificaciones
impuestas por el sistema de control a implementar, con el único detalle de añadir un
módulo más de 8 entradas analógicas.

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12.- Escritura de un programa
En los autómatas programables PLC, las tareas se formulan en programas de
usuario. En ellos el usuario fija en una serie de instrucciones cómo el autómata debe
mandar o regular una instalación. Para que el autómata "AG" pueda entender el
programa, este debe estar escrito siguiendo reglas prefijadas y en un lenguaje
determinado de programación: Para ello existe el lenguaje STEP 5.
13.- Formas de representación
Existen las siguientes maneras:
13.1.- Lista de instrucciones (AWL)
Se representa el programa como una sucesión de abreviaturas de instrucciones.
Estas, tienen la siguiente estructura:
002: U E 32.0
002 ⇒⇒ es la Dirección relativa de la instrucción en el módulo respectivo.
U ⇒⇒ es la Operación.
E ⇒⇒ es el Operando.
32.0 ⇒⇒ es el Parámetro identificador del operando.
La operación indica al AG que es lo que debe hacer con el operando. El parámetro
indica la dirección del operando.
13.2.- Esquema de funciones (FUP)
En FUP se representan gráficamente con símbolos las combinaciones.
13.3.- Esquema de contactos (KOP)
En KOP se representan gráficamente con símbolos las funciones de control.
El lenguaje STEP 5 tiene las siguientes zonas de operandos:
• E (entradas) Interfases del proceso del autómata.
• A (salidas) Interfases del autómata de proceso.
• M (marcas) Memorias para resultados binarios intermedios
• D (datos) Memorias para resultados digitales intermedios.
• T (temporiz.) Memorias para la realización de temporizaciones.
• Z (contador) Memorias para la realización de contadores.
• P (periferia) Interfase del proceso al autómata.
• K (constantes) Valores numéricos fijos
• OB,PB, SB, FB,DB Auxiliares para estructurar el programa.

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14.- Estructura del programa
El programa puede ser lineal o estructurado:
14.1- Programación Lineal:
Para procesar tareas simples de automatización, basta con programar las
diferentes instrucciones en un módulo.
14.2.- Programación estructurada
Para mantener la claridad de los programas, una secuencia de instrucciones
dispuesta linealmente se estructura en diferentes secciones, con entidad propia, que se
programan en módulos software. En este caso es posible utilizar también módulos de
organización que permiten reaccionar puntualmente a interrupciones en la ejecución
cíclica del programa.
Para resolver tareas complejas es más conveniente dividir el programa global en
secciones (módulos) con entidad propia.
Este procedimiento tiene las siguientes ventajas:
• Programación más simple y clara, incluso en programas de gran tamaño.
• posibilidad de estandarizar partes del programa.
• facilidad para efectuar modificaciones.
• prueba más simple del programa.
• puesta en servicio más simple.
• utilización de subprogramas (un módulo se llama desde diferentes puntos).
• menor prolongación del tiempo de ciclo al usar la función PG "'STATUS".
En el lenguaje de programación STEP 5 existen cinco tipos de módulos:
14.3.- Módulos de organización (OB)
Los módulos de organización constituyen la interfase entre el sistema operativo
y el programa de usuario; se hacen cargo de la administración del programa de usuario.
Los OB pueden agruparse de acuerdo a las tareas siguientes y se llaman como se
indica entre paréntesis:
• OB para ejecución del programa ARRANQUE (llamada controlada por evento
por parte del sistema operativo).
• OB para ejecución cíclica del programa (llamada cíclica por el sistema
operativo).
• OB para ejecución del programa controlado por tiempo (llamada controlada
por tiempo por parte del sistema operativo).
• OB para ejecución del programa controlado por alarma (de proceso) (llamada
controlada por evento por parte del sistema operativo).

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•OB con funciones similares a los módulos funcionales integrados (llamada por
parte del programa de usuario).
14.4.- Módulos de programa (PB)
En este tipo de módulos se programan normalmente secciones cerradas de un
programa.
Particularidad:
En módulos de programa es posible representar gráficamente funciones de
control.
Llamada
Los módulos de programa se activan con as llamadas SPA o SPB. Estas
operaciones pueden programarse en todos los tipos de módulos, excepto en módulos de
datos. Las operaciones de llamada y fin de módulo inhiben el VKE. Sin embargo, el
VKE puede llevarse al "nuevo" módulo, y evaluarse allí.
14.5.- Módulos de paso (SB)
Este tipo especial de módulos de programa sirve para programar mandos
secuenciales. Se tratan como los módulos de programa (solo utilizable en el S5-95U).
14.6.- Módulos funcionales (FB)
Los módulos funcionales son módulos de programa especiales.
En ellos se programan partes de programas (p. ej. funciones de aviso y
aritméticas) que aparecen con frecuencia o que tienen una gran complejidad. Son
parametrizables (en el 55-95U) y disponen de un juego ampliado de operaciones (p. ej.
operaciones de salto dentro de un módulo).
14.7.- Módulos de datos (DB)
En ellos se almacenan datos necesarios para la ejecución del programa de
mando. Ejemplos de datos: valores reales, valores límite, textos.
Usando llamadas es posible abandonar un módulo y saltar a otros. Esto permite
anidar en hasta 16 niveles módulos de programa, funcionales y de paso.
Nota:
Al calcular la profundidad de anidado hay que tener en cuenta que el sistema
operativo puede llamar por sí mismo a un módulo de organización cuando se dan
determinadas circunstancias (p. ej. 0B3).

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La profundidad total de anidado resulta de la suma de las profundidades de
anidado de la ejecución del programa cíclica (OB1), controlada por alarmas (0B3) y
controlada por tiempo (0B13). Si el anidado supera 16 niveles, el autómata pasa a STOP
emitiendo el mensaje "Desbordamiento pila de módulos STUEB".
15.- Descripción del sistema
15.1-Entradas/Salidas digitales
La gran cantidad de aplicaciones de los autómatas, requiere una cantidad muy
diversa de entradas y salidas.
S5-95U
Entradas/Salidas Integradas máximas
Entradas/salidas digitales 32 480
Entradas/salidas analógicas 9 41
Entradas de contador 2 66
Entradas de alarma 4 4
Este autómata posee entradas y salidas digitales integradas, en el caso que fueran
necesario mas de las ofrecidas, se haría una ampliación, utilizando los módulos del S5-
100U.
15.2.- Entradas/salidas analógicas
Además de las entradas digitales, este autómata posee entradas/salidas
analógicas integradas. También se pueden ampliar estas con los módulos del 100U,
como es en nuestro caso.
15.3.- Entradas de alarma
Junto a las entradas y salidas antes mencionadas, existen alarmas integradas para
el procesamiento de alarmas por interrupción.

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15.4.- Entradas de contador
Hay muchas aplicaciones, que exigen el uso de contadores. Por este motivo el
95U ofrece entradas de contador integradas que cubren una amplia gama de
aplicaciones de contaje.
Posee las entradas de contadores siguientes:
• Un contador adelante (16 Bit), con una frecuencia de contaje de 2 KHZ.
• Un contador adelante (16 Bit), con una frecuencia de contaje de 5 KHZ.
Ambos contadores pueden configurarse en cascada para formar un contador adelante
de 32 bits.
Existen tres módulos adicionales, pertenecientes a la gama del 100U, con los que
podemos ampliar el autómata dependiendo de nuestras necesidades. Son los siguientes:
• Un módulo de contadores de dos canales, hasta 500 KHZ, decrementante.
• Un contador rápido monocanal hasta 500 KHZ, con dos valores de preselección,
para operaciones de contaje y posicionamiento controlado.
• Un módulo periférico inteligente con dos canales de contador hasta 58 KHZ,
contaje incrementante o decrementante.
15.5.- Memoria de usuario
Durante la puesta en marcha del autómata, el programa se carga en la memoria del
usuario. El tamaño de esta memoria limita la extensión del programa. Esto quiere decir
que determinados programas, que ocupen mucha memoria, no se pueden utilizar en
cualquier autómata.
Si durante la ejecución del programa se almacenan otros datos procedentes del
proceso, entonces se reduce la memoria disponible para el programa.
15.6- Tiempo de ejecución
Del tiempo de ejecución del programa depende la velocidad con que el autómata
pueda responder a señales procedentes del proceso.
15.7.- Marcas/temporizadores
Las marcas y temporizadores internos son elementos imprescindibles en tareas de
control. En la siguiente tabla informa de la cantidad de marcas, contadores y
temporizadores de que dispone el 95U.

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Remanente: Mantiene su contenido al desconectar la alimentación.
No remanente: No mantiene su contenido al desconectar la alimentación.
Operando S5-95U
Remanente No remanente
Marcas 0.0…63.7 64.0…255.7
Contadores 0…7 8…127
Temporizadores 0…127
15.8.- Procesamiento de alarmas del proceso
En algunas aplicaciones es necesario considerar inmediatamente señales
(alarmas) procedentes del proceso y activar en el autómata reacciones adecuadas. Para
ello es preciso interrumpir el ciclo normal a fin de procesar dichas alarmas del proceso.
Esto corre a cargo del sistema operativo que llama entonces al módulo de organización
programado correspondientemente.
15.9.- Programación controlada por tiempo (OB 13)
Si desea interrumpir a intervalos prefijados su programa cíclico, a fin de ejecutar
una rutina, entonces puede hacer uso de la programación controlada por tiempo. Para
ello se interrumpe el programa cíclico y se llama el módulo de organización que incluye
la rutina a ejecutar.
15.10.- Regulador PID (FB 250 FB 251)
Existen muchas aplicaciones que exigen realizar tareas de regulación. Para este
fin, el sistema operativo del 95U incorpora un regulador PID llamable desde el
programa.
Este regulador está integrado en el sistema operativo del autómata, con lo cual
no ocupa espacio adicional en la memoria del usuario.

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16.- El grafcet
16.1.- Introducción
En la actualidad, la constante revolución tecnológica ha obligado a adoptar
nuevas técnicas en la automatización de máquinas y procesos.
Las actividades realizables y los dispositivos utilizados pueden ser muy diversos,
entre otras, se puden utilizar señales analógicas, realizar cálculos y operaciones
complejas...
El especialista en automatismos, realiza un
análisis del problema y, mediante unos símbolos
gráficos propios de su trabajo y experiencia, hace los
esquemas correspondientes a la tecnología utilizada.
El Gafcet pretende ser una herramienta útil y
eficaz para facilitar la representación y dar solución al
automatismo.
16.2.- ¿Qué es el GRAFCET?
Gráfico Funcional de Control de Etapas y Transiciones
• Es un sistema gráfico de representación de control (secuencial) mediante la
sucesión
alternada de etapas y transiciones.
• Es una variante del Diagrama de Transiciones de Estados.
• Es una simplificación sistematizada de las Redes de Petri.
• Está normalizado a nivel europeo CEI 848.
16.3.- Sistema combinacional
Un sistema es combinacional, cuando para cada combinación de estados de los
elementos de entrada del sistema, hay una, i solo una, combinación de estados
de los elementos de salida.
Así, viendo la combinación de estados de las entradas podemos saber
directamente cual será la combinación de estados de los elementos de salida.

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16.4.- Sistema secuencia
Un sistema es secuencial, cuando para alguna combinación de los elementos de
entrada podemos tener más de una combinación de estados en los elementos de
salida.
Cuando, además de como están ahora las entradas, hemos de considerar como
han estado y cual ha sido su evolución.
16.5.- Estado
Estado de un elemento: es una de les maneras o formas en que podemos encontrar a
ese elemento en un instante.
• Estado apagado de
una bombilla
• Estado encendido de una bombilla
• Interruptor abierto
• Interruptor cerrado
• Marcha a derechas de
un motor
• Marcha a izquierdas
• Motor parado
• Final de carrera accionado
• Final de carrera no accionado
16.6.- Etapas
En un grafcet todos los Estados estables del sistema tienen asociado un elemento de
memoria llamado etapa.
Las etapas se representan con un cuadrado, o bien con un doble cuadrado en el caso
de las etapas iniciales.

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Las etapas están numeradas de forma ordenada al desarrollo del automatismo.
La etapa 0 es una etapa inicial, i la 12 es una etapa normal con una acción asociada.
16.7.- Antecedentes
Graphe de Comande Etape-Transition
Se creó en Francia, en el año 1977, por AFCET (Association Française pour la
Cybernétique Economique et Technique) y ADEPA (Association pour le
Développement de Production Automatisée). Surgió ante la necesidad de disponer de un
método de descripción de procesos secuenciales que fuera eficaz, simple e interpretable
por técnicos de diferentes campos.
16.8.- Tipos de GRAFCET
• GRAFCET de Nivel 1 -descripción funcional-
Se trabaja con las especificaciones funcionales del automatismo, de forma
independiente a la tecnología que lo llevará a la práctica. Describe las
acciones que se deben efectuar y los elementos de control que intervendrán,
sin indicar los elementos concretos que serán utilizadas.
• GRAFCET de Nivel 2 -descripción tecnológica-
Deben indicarse todas las especificaciones de los órganos operativos.
Deben detallarse los elementos tecnológicos que intervendrán.
• GRAFCET de Nivel 3 -descripción operativa-
Deben especificarse todos los elementos, con los distintivos propios de las
entradas y salidas, así como las marcas o relés internos que serán utilizados.
16.9.- Elementos del Grafcet

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16.9.1.- Etapas iniciales
Etapa inicial sin retorno Etapa inicial con retorno Etapa inicial con retorno y
con activación forzada
• Una etapa inicial se representa con un doble cuadrado.
• Las etapas iniciales de un sistema se activan al iniciar el GRAFCET.
• Una vez se han iniciado, las etapas iniciales tienen el mismo tratamiento que las
otras etapas.
• Un sistema debe tener como a mínimo una etapa inicial.
16.9.2.- Etapas normales
Etapa normal Etapa normal activa
• Las etapas representan los estados estables del sistema.
• Las etapas del GRAFCET se representen mediante un cuadrado numerado.
• Las etapas deben estar numeradas; aún que no necesariamente de forma correlativa.
No puede haber dos etapas con el mismo número.
• Las etapas poden estar activas o inactivas. Al representar el estado del GRAFCET
en un momento dado, se puede indicar que una etapa está activa, con un punto de
color (etapa 4).
• En las etapas, puede o no haber acciones asociadas.
16.9.3.- Acciones asociadas
Etapa sin ninguna Etapa con una acción asociada Etapa con dos acciones asociadas
acción asociada Hacer girar el motor a la derecha Hacer girar el motor a la derecha y
hacer funcionar el ventilador
• Una etapa sin ninguna acción asociada (etapa 2) pude servir para hacer detener
una acción mono estable que se realizaba en la etapa anterior, o como etapa de
espera.
• Una acción asociada (etapa 3). Nos indica que al estar activa la etapa, el motor
girara a la derecha.

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• En una etapa puede haber múltiples acciones asociadas (etapa 4). Al estar la
etapa 4 activa, el motor girara a la derecha, y al mismo tiempo el ventilador
estará funcionando.
• Si en un sistema en un momento concreto solo hay una sola etapa activa,
entonces, solo estarán funcionando las elementos activados por las acciones
asociadas en esa etapa. (a no ser que en otra etapa se haya activado de forma bi
estable otra acción)
16.9.4.- Acciones asociadas condicionadas
La acción a realizar en una o más de les acciones asociadas a
una etapa, puede estar condicionada a una función booleana
adicional.
En esté caso el motor girara a la derecha mientras esté activa
la etapa 3 y además la puerta no haya llegado ya a la
derecha.
• En el rectángulo donde se representa la acción asociada, hay una entrada para las
condiciones.
• La norma IEC-848 propone las representaciones siguientes para las acciones
asociadas condicionadas.
Acción condicionada
Supongamos un sistema en que tenemos un cuadro electrónico,
para la regulación de unas maquinas.
Si estando activa la etapa de espera 2, y el termostato indica un
sobre calentamiento, el ventilador se pondrá en marcha.
Esta condición, la podemos representar dentro del recuadro
de la acción, o bien fuera.
Acción retardada
Delayed
El motor A es pondrá en marcha 5 segundos después de
activar se la etapa 10; si la transición r se activa antes de ese
tiempo el motor no llegara a ponerse en marcha.
Acción limitada
Limit
La bomba es pondré en funcionamiento durante 10''
después de haberse activado la etapa 11, pasado este tiempo
aún que no se active la transición s, la bomba dejará
de funcionar.

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Acción de impulso
Al activarse la etapa 12, se activará la electro válvula K con un
impulso de señal.
Acción memorizada
Cuando se active la etapa 13, el motor A se pondrá en
marcha de forma bi estable (set), y al salir de la etapa,
continuara funcionando hasta que se haga un reset a la
acción.
Al activarse la etapa 14, el motor A se detendrá, ya que en
esa etapa, la acción hace un reset al funcionamiento del
motor.
16.9.5.- Transiciones
Las transiciones representan las condiciones que el sistema debe superar para
poder pasar de una etapa a la siguiente. Al pasar una transición, el sistema deja de estar
en una etapa y inmediatamente va a la siguiente. Validar la transición implica un
cambio en las etapas activas del GRAFCET
• Las transiciones se representan con un pequeño
segmento horizontal que corta la línea de enlace
entre dos etapas.
• Son etapas de entrada a una transición, todas
las etapas que conducen a una transición.
• Son etapas de salida a una transición, las etapas
que salen de una transición.
16.9.6.- Receptividades asociadas a les transiciones
La condición o condiciones que se deben superar per poder pasar una transición, reciben
el nombre de receptividades.
En una transición podemos tener:
• Una condición simple [Pm]
• Una función booleana [(Pm+Pk]*Pp']
• El señal de un temporizador o contador [T03]
En este caso, es habitual que el temporizador se haya activado a contar en la
acción asociada de la etapa de entrada.

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• La activación de otra etapa del GRAFCET [ X12 ]
Donde X nos indica que la receptividad esta condicionada al hecho que la etapa
(en este caso la 12) esté activa.
16.9.7.- Líneas de enlace
Las líneas de enlace son
líneas verticales o
horizontales, que unen
con una dirección
significativa (a no ser
que se indique lo
contrario de arriba a
abajo), las distintas
etapas con las
transiciones, y las
transiciones con las
etapas.
16.9.8.- Diseño y estructuras
Desarrollo del sistema
• El diagrama se dibuja con una sucesión alternada de etapas y transiciones.
• No puede haber dos etapas seguidas, ni tampoco dos transiciones seguidas
Entre las etapas 200 y 201 o entre las etapas 200 y 202 hay dos
condiciones para la transición (000 y 001 o 000 y 002).
En este caso esto se puede resolver haciendo que la
receptividad de la transición se cumpla si es valida la función
And
(000 * 001) o la (000 * 002)

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Al superar la condición 003 de la transición, el motor
debe girar a la derecha y también se debe accionar el
ventilador.
Para realizar esto se han de poner todas les acciones
asociadas en la misma etapa.
No puede haber dos etapas seguidas, ni tampoco dos transiciones seguidas.
16.9.9.- Evolución del sistema
Para que el sistema pueda evolucionar es necesario:
• Validar la transición. Todas las etapas de entrada a la transición deben estar
activas.
• Que sea cierta la receptividad asociada. Deben ser ciertas las condiciones de la
transición.
La primera transición se podrá validar, si la etapa 123 esta activa, y
ademas se cumple la condición 000. En este momento deja de estar
activa la etapa 123, y le toma el relevo la 124.
El grafcet evolucionara a la etapa 125, si estando activa la etapa 124
se cumple la condición 002 y también la 005
Las etapas 200 y 210 son etapas de entrada a la transición.
Para validar la transición, deben estar activas las dos etapas.
Para poder entrar a la etapa 220, la transición tiene que estar
validada y se debe de cumplir la receptividad asociada (003) a la
transición.

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Secuencia única
Un GRAFCET será de secuencia única, cuando en el diagrama solo
hay una sola rama; el conjunto de etapas se irán activando una tras la
oltra, después de validarse las recepciones asociadas a las
transiciones.
Bifurcación en O. Selección de secuencia.
Habrá una selección de secuencias, cuando al llegar a un punto
encontremos una bifurcación en O, En el será necesario escoger
cual, de les distintas sucesiones de etapas y transiciones se debe
seguir.
No es necesario que los diferentes caminos tengan el mismo
número de etapas; pero sí conviene que las receptividades
asociadas a las transiciones, sean excluyen tes entre si.
Giro a derecha o a izquierda de un motor.
Para seleccionar el sentido de giro de un motor,
utilizaremos la bifurcación en O.
Un motor puede girar:
A la derecha O a la izquierda
Bifurcación en Y. Trabajos en paralelo
En automatismo, habrá una bifurcación en Y o "Trabajos
paralelos", cuando a partir de un punto, debe evolucionar de
forma simultánea por todas les ramas. Al final de estas,
encontraremos unas etapas de espera.
(108, 132, 155)
El sistema continuara su evolución, cuando cada una de les
ramas haya llegado a su etapa de espera.

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El nombre de etapas de las diferentes ramas puede ser distinto de una a la otra.
Motores con trabajos simultáneos
Dos motores MA i MB, desplazan
unas piezas.
Primero el motor MA va desde FcAe a
FcAd, entonces es el MB quien lo
hace desde FcBe hasta FcBd.
Después los dos vuelven a las
posiciones iniciales FcAe y FcBe.
El ciclo se re inicia cuando los dos
están de nuevo en las posiciones
iniciales.
Saltos de etapas
En un punto, puede haber una bifurcación que provoque un salto
sobre un conjunto de etapas. Que se siga o no la secuencia completa
o bien el salto, esta determinado por el estado de la condición a la
transición (H).
Hemos de tener presente que les condiciones de entrada o no, deben
ser excluyen tes. (H y H')
También puede realizarse el salto en sentido ascendente (en este caso
lo indicaremos en las líneas de enlace) como pasa en los "bucles"
En un tren de lavado de coches,
si no esta activa la selección
RBajos (Lavado a presión de los
bajos y las ruedas del coche), al
llegar a la etapa 5 el
automatismo debe hacer un salto
hasta la etapa 7. Por el contrario
si esta activa esta selección,
entrara a la etapa 6 y la Bomba

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de presión, y las pistolas dirigibles y el temporizador T04 actuaran.
Bucles.
Habrá un "bucle" o estructura repetitiva (mientras), cuando una, o un
conjunto de etapas se repitan, varias veces, (controladas por un
temporizador, un contador, o hasta que es cumpla una condición
determinada).
El ciclo de lavado de una lavadora repite varias veces esta estructura
(giro a la derecha, espera, giro a izquierda, espera)
Subrutinas
Una subrutina es una parte de un programa que realiza una tarea concreta, a la que se
puede invocar una o varias veces por parte del programa principal. Un vez realizadas las
acciones de la subrutina el programa continua en el punto donde estaba.
Los trabajos a
desarrollar en un
automatismo se
pueden dividir entre
diferentes diagramas.
Puede haber un
diagrama principal (0-
5) y otros de
secundarios (10-14)
que hacen
determinadasfunciones
que una vez realizadas
devuelven el control al
diagrama principal.

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Al llegar a la etapa 2 o 4 del primer diagrama se valida la transición X2+X4 y empieza
la subrutina. Al llegar a la etapa 14 se valida la transición X14 y continua la evolución
del diagrama principal a las etapas 3 o 5 respectivamente.
Macro-etapas
Al hacer la descripción del automatismo, el Grafcet permite empezar desde un punto de
vista muy general y a partir de él hacer descripciones cada vez más concretas del
proceso de control.
El diseño se realiza de forma descendente, en grandes bloques que es van resolviendo
de forma modular.
Una Macro-etapa es la representación mediante una única etapa, de un conjunto de
etapas, transiciones y acciones asociadas, a las que llamamos expansión de la macro-
etapa.
La expansión de la macro-etapa, es en realidad una parte del diagrama del Grafcet, con
sus etapas, transiciones y normas de evolución, pero que en un diseño descendiente
hemos englobado en una macro-etapa.
Podríamos decir que al hacer la expansión de la macro etapa, en realidad lo que
hacemos es una especie de zoom, que nos enseña en detalle, etapas, transiciones y
acciones concretas, a las que antes nos hemos referido de forma general.
El diagrama principal evoluciona a partir de la etapa
0 i la transición a, una vez esta activa la etapa 1, la
transición b estará receptiva, y al validarse,
entraremos a la macro etapa M2, la etapa E2 estará
activa, y según el estado de la transición d,
evolucionara hacia la etapa 10 o la 12, y al llegar a
la etapa S2 volverá al diagrama principal.
La etapa E2 es la etapa de entrada a la macro 2, la
etapa S2, es la etapa de salida de la macro 2.
Diagramas paralelos
Para resolver un automatismo, se pueden describir diferentes diagramas paralelos, que
evolucionaran cada uno de ellos por separado y al su ritmo. Estos, pueden en varios
puntos, tener o no relación entre sí.

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16.10.- Implementación tecnològica
16.10.1.- Normas de la evolución del Grafcet
Norma 1: Inicialización En la inicialitzación del sistema se deben activar las etapas
iniciales, las otras etapas deben estar inactivas
Norma 2: Evolución de las transiciones Para poder validar una transición, es necesario
que todas sus etapas de entrada estén activas. Para poder la superar hace falta que la
receptividad asociada a la transición sea cierta.
Norma 3: Evolución de les etapas activas. En el momento de superar una transición se
deben activar todas sus etapas de salida, i al mismo tiempo desactivar las etapas de
entrada a la transición.
Norma 4: Simultaniedad en la validación de las transiciones. Si dos transiciones son
simultaneamente franqueables deben poderse pasar de forma simultanea.
Norma 5: Prioridat de la activación Si una etapa del Grafcet se activa y se desactiva al
mismo tiempo, debe quedar activa.
16.10.2.- Implementación
Con elementos monoestables
Con puertas logicas

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Con esquemas de reles
Utilizando bascuals biestables
Con funciones biestables
Las funciones biestables son muy útiles para poder hacer más facil la implementación.
Si estando activa la etapa anterior se cumplen las condiciones de la transición, se debe
activar la etapa seguiente y desactivarse la (actual) anterior.

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16.11.- Activación de las etapas iniciales
Al poner en marcha o reinicialitzar el sistema se deben activar todas las etapas iniciales
y desactivar las otras etapas.
Algunos automatas incorporan funciones o marcas internas especiales que facilitan esta
función, com por ejemplo:
FI - Festo
777- Hitachi sèrie E
967- Hitachi sèrie 967
OB1- Siemens
Si no disponemos de estas funciones, podemos crear un impulso inicial PI con el
siguiente circuito.
Pi es el impulso que quermos usar para activar las etapas
iniciales, mm és un relé interno cualquiera.Inicialmente
mm esta desactivado y en el primer scan Pi estara activo.
En los següientes ciclos d'scan Pi estara desactivado.
16.12.- Conclusiones
El grafcet es un método para resolver problemas de automatización de forma
sistematizada.
Una vez planteado el problema y diseñado ya el Grafcet de nivel 1, la adaptación
a la solución tecnológica concreta deseada, se realiza mecánicamente. (hay programas
que lo hacen de forma directa)
Aún que podemos implementar el Grafcet sobre cualquier tecnología, es un
método muy indicado para circuitos integrados programables o en los autómatas
programables.
El Grafcet describe los procesos a automatizar, remarcando las acciones y los
eventos que las provocan.
Es una representación directamente relacionada a la evolución del proceso,
facilitando el dialogo entre personas de especialidades distintas y de diferentes niveles
de formación, a partir ya de el momento de la concepción del automatismo, y después
en las fases de mantenimiento.
En la reparación de averías, un vez ya está en funcionamiento los problemas
quedan delimitados sobre una etapa y entre unas transiciones.
El Grafcet ayuda en les diferentes fases de desarrollo del automatismo:

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• Planteamiento
El Grafcet es un metodo gráfico de representación. Es independiente de la
tecnología empleada en la resolución final.
Esto permite plantear el problema, discutirlo y resolverlo entre todos (en la pizarra),
por lo menos en su componente funcional
• Resolución tecnologica
En esta fase, la discusión sobre la tecnología a emplear, se hace valorando las
ventajas y los inconvenientes de cada tecnología o sistema.
Podemos también plantear el mismo problema sobre diferentes tecnologías y una
vez realizados los proyectos, discutir y valorar los costes y ventajas.
Realización del automatismo
La metodología del Grafcet ayuda a hacer la implementación de forma
mecánica.
Es importante documentar el proyecto de forma completa.
• Comprobación del funcionamiento
En esta fase, el Grafcet permite hacer el seguimiento, etapa a etapa del
automatismo.
Si aparece alguna difunción, estará localizada en una etapa o bien en una
transición concreta, facilitando así la solución.
Con el Grafcet la localización de averías se hace de forma sistematizada .
• Ampliación y mejora
Una vez el sistema se ha comprobado y esta en funcionamiento, una revisión en
grupo a partir del grafcet de nivel I, permitirá añadir especificaciones para la
mejora del sistema .
• Elementos de seguridad.
• Sistemas de detección de averías.
• Ampliación y mejora de los tipos de sistemas de marcha y de parada.
• Añadir programa de control o visualización (Scada).

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17.- Ventajas de los autómatas programables
Hasta no hace mucho tiempo el control de procesos industriales se venia
haciendo de forma cableada por medio de contactores y relés. Al operario que se
encontraba a cargo de este tipo de instalaciones, se le exigía tener altos
conocimientos técnicos para poder realizarlas y posteriormente mantenerlas.
Además cualquier variación en el proceso suponía modificar físicamente gran
parte de las conexiones de los montajes, siendo necesario para ello un gran esfuerzo
técnico y un mayor desembolso económico.
En la actualidad no se puede entender un proceso complejo de alto nivel
desarrollado por técnicas cableadas. El ordenador y los autómatas programables ha
intervenido de forma considerable para que este tipo de instalaciones se hayan visto
sustituidas por otras controladas de forma programada.
El Autómata Programable Industrial (API) nació como solución al control de
circuitos complejos de automatización. Por lo tanto se puede decir que un API no es
más que un aparato electrónico que sustituye los circuitos auxiliares o de mando de
los sistemas automáticos. A él se conectan los captadores (finales de carrera,
pulsadores,...) por una parte, y los actuadores (bobinas de contactores, lámparas,
peque os receptores,...) por otra.
17.1.- Partes de un Autómata Programable
La estructura básica de cualquier autómata es la siguiente:
• Fuente de alimentación
• CPU
• Módulo de entrada
• Módulo de salida
• Terminal de programación
• Periféricos.
•
Respecto a su disposición externa, los autómatas pueden contener varias de estas
secciones en un mismo módulo o cada una de ellas separadas por diferentes módulos.
Así se pueden distinguir autómatas Compactos y Modulares.
17.1.1.- Fuente de alimentación
Es la encargada de convertir la tensión de la red, 220v c.a., a baja tensión de c.c,
normalmente 24 v. Siendo esta la tensión de trabajo en los circuitos electrónicos que
forma el Autómata.
17.1.2.- CPU
La Unidad Central de Procesos es el auténtico cerebro del sistema. Se encarga de
recibir las ordenes, del operario por medio de la consola de programación y el modulo
de entradas. Posteriormente las procesa para enviar respuestas al módulo de salidas. En
su memoria se encuentra residente el programa destinado a controlar el proceso.

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17.1.3.- Modulo de entradas
A este módulo se unen eléctricamente los captadores (interruptores, finales de
carrera, pulsadores,...).
La información recibida en él, es enviada a la CPU para ser procesada de
acuerdo la programación residente.
Se pueden diferenciar dos tipos de captadores conectables al módulo de
entradas: los Pasivos y los Activos.
Los Captadores Pasivos son aquellos que cambian su estado lógico, activado -
no activado, por medio de una acción mecánica. Estos son los Interruptores, pulsadores,
finales de carrera, etc.
Los Captadores Activos son dispositivos electrónicos que necesitan ser
alimentados por una tensión para que varíen su estado lógico. Este es el caso de los
diferentes tipos de detectores (Inductivos, Capacitivos, Fotoeléctricos). Muchos de estos
aparatos pueden ser alimentados por la propia fuente de alimentación del autómata.
El que conoce circuitos de automatismos industriales realizados por contactores,
sabrá que puede utilizar, como captadores, contactos eléctricamente abiertos o
eléctricamente cerrados dependiendo de su función en el circuito.
Sin embargo en circuitos automatizados por autómatas, los captadores son
generalmente abiertos.
El mismo arrancador paro/marcha realizado con un autómata es el de la figura 6.
En él se ve que ambos pulsadores y el relé térmico auxiliar son abiertos.
17.1.4.- Modulo de salidas
El modulo de salidas del autómata es el encargado de activar y desactivar los
actuadores (bobinas de contactores, lámparas, motores peque os, etc).
La información enviada por las entradas a la CPU, una vez procesada, se envía
al módulo de salidas para que estas sean activadas y a la vez los actuadores que en ellas
están conectados.
Según el tipo de proceso a controlar por el autómata, podemos utilizar diferentes
módulos de salidas.
Existen tres tipo bien diferenciados:
- A relés.
- A triac.
- A transistores.

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17.1.5.- Módulos de salidas a relés.
Son usados en circuitos de corriente continua y alterna. Están basados en la
conmutación mecánica, por la bobina del relé, de un contacto eléctrico
normalmente abierto.
17.1.6.- Módulos de salidas a Triacs
Se utilizan en circuitos de corriente continua y corriente alterna que necesiten
maniobras de conmutación muy rápidas.
17.1.7.- Módulos de salidas a Transistores a colector abierto.
El uso del este tipo de módulos es exclusivo de los circuitos de c.c.
Igualmente que en los de Triacs, es utilizado en circuitos que necesiten
maniobras de conexión/desconexión muy rápidas.
La forma de conectar los actuadores a los módulos de salidas, dependerá del tipo
de módulo utilizado.
La forma de conectar los actuadores a los módulos de salidas, dependerá del tipo
de módulo utilizado.
17.1.8.- PERIFÉRICOS
Los periféricos no intervienen directamente en el funcionamiento del autómata,
pero sin embargo facilitan la labor del operario.
Los más utilizados son:
- Grabadoras a cassettes.
- Impresoras.
- Cartuchos de memoria EEPROM.
- Visualizadores y paneles de operación OP

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18.- Comunicación PC-PLC
La comunicación entre los autómatas y el PC es a través de antena. Existe una
antena para cada uno de los autómatas y una tercera para el PC.
La comunicación será por ETHERNET con protocolo TCP/IP. Aunque
autómatas y CPU tengan su dirección IP, las antenas se comportan de forma
"transparente", sin tener que preocuparnos de más una vez asignadas las direcciones.
Las antenas se ubicarán de forma que podamos asegurar que la comunicación
sea correcta en todo momento.
La conexión vía Ethernet permite integrar los sistemas de control (la capa de
control, destinada a la comunicación entre iguales, nivel superior de la jerarquía de
comunicaciones. Los dispositivos propios de esta capa son los autómatas y el PC), con
sistemas de administración y monitorización (capa de información, destinada a
monitorizar y supervisar el funcionamiento de todo el proceso desde una ubicación
centralizada).
Por otra parte, se ha optado por la implantación del protocolo TCP/IP
(Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo de Internet), por tratarse este de un
protocolo de información muy extendido y ampliamente utilizado en redes exteriores
(Internet).
El protocolo TCP/IP proporciona a las computadoras acceso a las bases de datos
abiertas que usan el lenguaje de consultas estructurado (SQL).
La red Ethernet es ideal para aplicaciones como la que nos concierne, tales como
monitorización y supervisión.

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19.- El SCADA
El objetivo principal de la automatización industrial consiste en gobernar la
actividad y la evolución de los procesos sin intervención continua del operador humano.
Los sistemas de interfaz entre usuario y planta basados en paneles de control
repletos de indicadores luminosos, instrumentos de medida y pulsadores e interruptores
cableados de forma rígida y con elevados costes de instalación y mantenimiento, que
cubrían tradicionalmente estas necesidades, están siendo sustituidos por sistemas
digitales que utilizan la informática industrial para implementar el panel sobre la
pantalla de un ordenador.
Con una supervisión inteligente, que permite al operario interactuar con el
proceso de forma dinámica, apoyándose en factores como la capacidad de
almacenamiento y proceso del ordenador y su facilidad de comunicación con los
controladores de planta, el operador conoce inmediatamente cualquier variación
significativa del proceso mientras observa su evolución a lo largo del tiempo y sus
probables tendencias.
En un sistema típico, el control directo de planta es realizado entonces por los
controladores autónomos digitales y/o autómatas programables, mientras que el
ordenador, conectado con ellos, realiza las funciones de diálogo con el operador,
tratamiento de la información del proceso y control de producción. En esta estructura, el
ordenador no actúa directamente sobre la planta, sino que se limita a la supervisión y
control de los elementos de regulación locales instalados en ella, además de procesar y
presentar la información. Eventualmente, podría también ejercer acciones directas de
control (lectura de sensores, activación/desactivación de actuadores) por medio de un
hardware adicional conectado a sus buses internos, aunque no es ésta la opción más
frecuente.
El ordenador se apoya en la estructura de dispositivos locales, uniéndose a ellos
mediante líneas de interconexión digital (buses de campo, redes locales), y envía las
órdenes o comandos para el gobierno del mismo: arranque, parada, cambios de
producción,...
Los programas necesarios y en su caso el hardware adicional que necesiten, se
denominan en general sistemas SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition).
Estos paquetes ofrecen las siguientes prestaciones:
• Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del operador
para reconocer una parada o situación de alarma, con registro de incidencias.
• Generación de históricos de señal de planta, que pueden ser volcados para su
proceso sobre una hoja de cálculo.
• Creación de informes, avisos y documentación en general.
• Ejecución de programas, que modifican la ley de control, o incluso el programa
total sobre el autómata, bajo ciertas condiciones.
• Posibilidad de programación numérica, que permite realizar cálculos aritméticos
de elevada resolución sobre la CPU del ordenador y no sobre la del autómata,
menos especializado,...

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Con ellas, se pueden desarrollar aplicaciones basadas en el PC, con captura de datos,
análisis de señales, presentaciones en pantalla, envío de resultados a disco o impresora,
control de actuadores,...
Los paquetes SCADA suelen estar formados por dos programas: Editor y Ejecutor.
Con el primero se generan las aplicaciones descritas, aprovechando los editores, macros,
lenguajes y ayudas disponibles y con el segundo se compilan para obtener el fichero
EXE de ejecución continua tras el arranque.
Con lo visto hasta ahora puede ya definirse un sistema SCADA como una aplicación
software especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores de control de
producción, con acceso a la planta mediante comunicación digital con los reguladores
locales básicos, e interfaz con usuario mediante interfaces gráficas de alto nivel:
pantallas táctiles, ratones o cursores,...
Un SCADA debe cumplir varios objetivos para que su instalación sea perfectamente
aprovechada:
• Deben ser sistemas de arquitecturas abiertas, capaces de crecer o adaptarse
según las necesidades cambiantes de la empresa.
• Deben comunicarse con total facilidad y de forma transparente para el usuario
con el equipo de planta y con el resto de la empresa (acceso a redes locales y de
gestión).
• Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias hardware y
fáciles de utilizar, con interfaces amables con el usuario.
Se utilizan normalmente ordenadores convencionales como soporte hardware de los
programas SCADA, desde miniordenadores PC hasta estaciones de trabajo, e incluso
ordenadores personales de sobremesa con alguna protección adicional para ambientes
industriales.
Aunque pueden emplearse arquitecturas basadas en ordenador PC con sistema
operativo DOS/Windows y paquetes de software que incluyen funcionalidades para
mejorar sus prestaciones, la disponibilidad de máquinas con sistemas operativos más
completos (VAX/VMS, Unix, Windows NT,...) y arquitecturas cliente-servidor que
comparten recursos informáticos, permite ofertar programas que atienden varios
servicios a la vez.
Para muy grandes aplicaciones se utilizan estas arquitecturas cliente-servidor para
distribuir los datos procesados entre diferentes ordenadores y así reducir la carga de
cada uno de ellos.
Finalmente, otros aspectos a tener en cuenta a la hora de diseñar un sistema de este
tipo son :
• la comunicación con los elementos de campo (normalmente efectuado mediante
puertos serie RS-232 ó RS-485)
• cantidad de sinópticos (pantallas gráficas de representación) que el sistema
puede soportar, así como el número máximo de variables que manipula.

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• capacidad de intercambio de datos con otros programas o entornos como bases
de datos,...
Para realizar la simulación del presente proyecto se ha recurrido al scada WINCC de
SIEMENS.
Simatic WinCC, el sistema de supervisión de procesos abierto de Siemens, es
fácil de manejar y configurar, y puede integrarse en cualquier sistema de automatización
existente, permitiendo reducir sus costes de configuración y software.
SIMATIC WinCC es un Sistema básico con módulos de función de altas
prestaciones:
Control Center
Para una rápida panorámica de todos los datos del proyecto y los
ajustes centrales
Graphics Designer
Para personalizar la visualización y manejo de sinópticos del
proceso
Alarm Logging
Para la adquisición y archivo de eventos, y el tratamiento de
recetas basado en DIN 19235
Tag Logging
Para el almacenamiento de valores medidos actuales o
comprimidos
Archiv
Para un sistema de almacenamiento orientado a registros de los
datos de usuario con estructura personalizable
Report Designer
Para documentación del proyecto activada por tiempo o evento
con maquetación definida por usuario
Global Scripts
Para abrir el sistema del usuario y para configurar acciones para
objetos
User Administration
Para una cómoda administración de los derechos de acceso de
usuarios
Tarragona, Septiembre de 2001
Ingeniero Técnico Industrial en Electrónica Industrial
Ivan Marcos Ruiz

1.- Entradas del autómata.
ENTRADA SÍMBOLO
E 0.0 PARO/MARCHA
E 0.1
E 0.2
E 0.3
E 0.4
E 0.5
E 0.6
E 0.7
E 1.0 RESET ALARMS
E 1.1
E 1.2
E 1.3
E 1.4
E 1.5
E 1.6
E 1.7
ENTRADA SÍMBOLO
EW40 NIVEL1
EW42 CAUDAL1
EW44 CB1
EW46 CB2
EW48 CB3
EW50 VB1
EW52 VB2
EW54 VB3
EW56 TB1
EW58 TB2
EW60 TB3
TEMPERATURA DE LA BOMBA1
CONSUMO DEL ARRANCADOR DE LA BOMBA3
VIBRACIÓN DE LA BOMBA1
NIVEL DEL DEPÓSITO
CAUDAL DE LAS TUBERÍAS
ENTRADAS ANALÓGICAS
DESCRIPCIÓN
RESETEAMOS LAS ALARMAS QUE SE HAYAN DADO
ENTRADAS DIGITALES
DESCRIPCIÓN
PARAMOS Y ARRANCAMOS EL PROCESO DE BOMBEO
Pág 1

2.- Salidas del autómata.
ENTRADA SÍMBOLO
A 32.0 AEVM11
A 32.1 AA1
A 32.2 AA2
A 32.3 AA3
A 32.4 ALA1
A 32.5 ALA2
A 32.6 ALA3
A 32.7 ALLT1
A33.0 ALFT1
A33.1 ALSV1
A33.2 ALSV2
A33.3 ALSV3
A33.4 ALST1
A33.5 ALST2
A33.6 ALST3
A33.7 LED MARCHA
SALIDAS DIGITALES
SÍMBOLO
ACTUAMOS SOBRE LA ELECTROVÁLVULA EVM11
ACTUAMOS SOBRE EL ARRANCADOR1
ALARMA DEL ARRANCADOR1 DEBIDO A UN CONSUMO IRREGULAR
ALARMA DE FALLO DEL MEDIDOR PROPORCIONAL
ALARMA DE FALLO DEL CAUDALÍMETRO
ALARMA DEL SENSOR DE VIBRACIÓN1
ALARMA DEL SENSOR DE TEMPREATURA3
LED DE MESA ACTIVADA
Pág 2

3.- Como Queda Estructurado el Mapa de Marcas del Autómata.
Nº BYTE .0 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7
0 FUNCIONA
1 COMP1 COMP2 COMP3
2 FBNIVEL BUNIVEL FBCB1 BUCB1 FBVB1 BUVB1 FBTB1 BUTB1
3 EJ PB1
4
5
6
7
8
9 PB20 PB22 PB30 PB58
10 RCCB1 RCVB1 RCTB1 RCCAUB1
13
14 X10 X11 X12
15 X13 X14 X15 X16 X17 X18 X19
16
17
18
19
20 X20 X21 X22 X23 X24
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30 X30 X31
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40 X40 X41 X42
41
42 PB63
TIEMPO1
TIEMPO2
TIEMPO3
HORACTUAL
MAXIMO TOTAL
MÍNIMO TOTAL
MARCAS PB60
MARCAS UTILIZADAS POR PB16 PARA LAS COMPARACIONES
MARCAS UTILIZADAS POR PB18 PARA LAS COMPARACIONES
MAXIMO LT1
MÍNIMOLT1
Nº BIT
MARCAS UTILIZADAS TEMPORALMENTE
POR PB12 PARA REALIZAR
LAS COMPARACIONES
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