Cuerpo definitivo

INTRODUCCIÓN

La Compañía Anónima Hidrológica del Centro, tiene como propósito
principal suministrar el agua que se consume en el Centro del país: Aragua, Carabobo
y Cojedes. En ella se destacan los procesos básicos para cumplir con dicha misión:
captación, tratamiento, conducción, distribución y recolección del preciado líquido.

Para el proceso de conducción se impulsa el agua desde las Estaciones de
Bombeo (E/B) hasta las Plantas de Potabilización; dicho proceso involucra el manejo,
control y monitoreo de los equipos básicos, tales como: motores – bombas, válvulas:
de succión, de descarga, de trabajo, sistema de lubricación y enfriamiento, a través de
redes industriales, mediante el uso de los autómatas programables (PLC).

Estos equipos, para cumplir con su función, utilizan energía eléctrica
suministrada por CADAFE (Compañía Anónima de Administración y Fomento
Eléctrico) y cuyo consumo es promediado para todas las E/B. De acuerdo a dicho
promedio se aplica una penalización sobre la facturación que representa en cuanto a
consumo de energía y demanda eléctrica, una de las de mayor peso dentro de la
estructura de costos en el presupuesto anual de Hidrocentro por este concepto.

Actualmente la empresa Hidrocentro instalará medidores digitales en cada
punto de entrada de energía eléctrica, para lograr obtener mediciones exactas de los
niveles de entrega y consumo por parte, tanto de la empresa proveedora como
Hidrocentro.

Una alternativa viable que evite las instalaciones convencionales de los
medidores directamente a los PLC, donde se dá lugar frecuentemente a un cableado
muy extenso y cuyo impacto se reflejaría en la reducción de costos y mayor
flexibilidad ante modificaciones y ampliaciones, es la conexión de dichos medidores

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mediante un bus de campo normalizado y abierto: red de campo PROFIBUS donde la
información viajaría vía un solo cable bus y es una solución descentralizada con la
disposición local de los módulos de entrada/salida.

En el presente informe se plantean a través de IV Capítulos desde el contexto
completo del problema planteado hasta el desarrollo de la propuesta de solución. En
el Capítulo I se describe la situación, se justifica el informe, se formulan los
objetivos, el alcance y las limitaciones enfrentadas durante el desarrollo del problema.
El Capítulo II contiene los siguientes aspectos: la reseña histórica de la empresa y las
bases teóricas que sustentan la investigación. En el Capítulo III, se plantea el
basamento metodológico y el Capítulo IV contiene la propuesta, conclusiones y
recomendaciones.

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CAPÍTULO I

DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN

Los procesos industriales involucrados para la impulsión del agua hasta la
Planta de Potabilización Baldó Soulés son monitoreados actualmente por un (07)
autómatas programables del tipo S5 – 115U (gama media de PLC), específicamente
un (01) servidor o principal con la unidad central de procesamiento (UCP) y seis (06)
esclavos del mismo tipo sin UCP conectados a una red local SINEC L1 (Siemens
Network Communication Low Range).

El PLC principal o servidor se encuentra en un bastidor o rack donde se
ubican las tarjetas en los slot continuos, quedando el sexto libre. El tipo de tarjetas se
describe a continuación:
TARJETAS TIPO
Con fuente de alimentación (PS) 7 A / 15 A – 24 Vcc
Con Procesador Central de Procesos (CPU) CPU 943 – 115U
Con procesador de Comunicación (CP) CP 530
2 Tarjetas Interfaz (IM) (slot 4, 5) IM 308, IM 306
2 Tarjetas de Entrada Digital (slot 7, 8) 16 x 115 Vac
De Salida Digital 16 x 230 UC Relay
Tarjeta Interfaz (IM) IM 306

La tarjeta con la fuente PS es la fuente de alimentación del autómata, el CPU
es la unidad de procesamiento central y contiene la memoria central, la tarjeta CP
permite el intercambio de datos con los otros autómatas(esclavos) y con los
periféricos, la IM permite la conexión descentralizada de aparatos de ampliación que
son los autómatas esclavos y finalmente, la E/S digital convierte las señales binarias
externas del proceso al nivel interno del autómata.

La red SINEC L1 está formada por el autómata central (ZG) y los autómatas
esclavos (EG), los que se intercomunican a través de seis (06) Bornes de bus 777, que

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permiten la comunicación de los EG entre sí y con el ZG, todo esto con la finalidad
de controlar las funciones principales que se ejecutan en la estación de bombeo,
como: nivel de caudal, estado de los motores y bombas y valvulería
(abiertos/cerrados), entre otros de igual importancia para los procesos.

La energía eléctrica consumida por los equipos básicos, en los procesos de
conducción, es promediada como ya se explicó en la introducción, por CADAFE, ya
que el factor de consuno eléctrico con el que trabajan los equipos en cada E/B difiere
de unas estaciones a otras. De acuerdo a este promedio la empresa proveedora aplica
una penalización sobre la facturación de Hidrocentro por este concepto.

Los medidores digitales estarán ubicados en las entradas eléctricas de cada
estación, Pao I y II, e interconectados a la red principal SINEC L1 a través de una red
de medidores eléctricos tipo PROFIBUS.

JUSTIFICACIÓN DEL INFORME

De acuerdo a la estructura de costos en el presupuesto anual de Hidrocento, la
facturación por consumo eléctrico representa una de las de mayor peso. Es por ello,
que determinar los valores precisos de medición, demanda diaria, consumo diario,
utilizados por los equipos involucrados, se hacen necesarios para lograr sincerar los

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costos y así reducir gastos que representarían la adquisición de tecnología para
mejorar los procesos que se generan al conducir el agua. Además el uso de una red de
medidores PROFIBUS se reflejaría para la empresa en la reducción de costos al evitar
el uso de un cableado muy extenso y adicionalmente, mayor flexibilidad ante
modificaciones y ampliaciones.

Ingeniería en Informática es una especialidad donde se conjugan diversos
aspectos ingenieriles, entre los que se destaca la electricidad y electrónica, además de
los propios de la carrera.

El diseño de una red de PLC es una forma de implementación de redes de
comunicación de datos para monitorear procesos a través de autómatas programables
y, específicamente para el control del consumo eléctrico, se traduciría en una forma
adicional de enfocar las redes de comunicación de datos.

En cuanto al estudiante, la incursión y estudio en estos ambientes industriales,
además de la puesta en práctica de los conocimientos adquiridos en el campo de redes
corporativas, llevan a fortalecer y enrriquecer la preparación para enfrentar proyectos
semejantes, actuales y futuros.

OBJETIVO GENERAL

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“Diseñar una RED LOCAL DE MEDIDORES DE ENERGÍA ELÉCTRICA
compatible con la red industrial instalada en la C. A. Hidrológica del Centro, ubicada
en la E/B Pao, Municipio Pao del Estado Cojedes”.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Diagnosticar la situación actual de la red local instalada.
 Caracterizar la red local de medidores de energía eléctrica propuesta.
 Diseñar la red local PROFIBUS de medidores de energía eléctrica.

ALCANCE

El diseño se hará en la E/B Pao I y favorecerá también a la E/B Pao II,
ubicadas en el Municipio Pao del Estado Cojedes a finales del mes de noviembre del
año 2002.

LIMITACIONES

Las limitaciones presentadas en la ejecución del proyecto son de factor
tiempo, debido al corto período de horas hombre dedicadas día a día al desarrollo del
tema, ya que el pasante está en su horario de trabajo o del medio de sustento.

CAPÍTULO II

RESEÑA HISTÓRICA DE LA EMPRESA

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El Instituto Nacional de Obras Sanitarias (INOS), fue un organismo autónomo
adscrito al antiguo Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales (MARN),
que desarrolló un proceso de descentralización administrativa a mediados de la
década de los años 80’, cuyo propósito principal fue: establecer una progresiva
delegación y transferencia de funciones a los niveles regional estatal, municipal y
local.

Una vez desaparecido el INOS, surgen las empresas hidrológicas regionales
en toda Venezuela. Para la Región Central se creó el 2 de septiembre de 1987 la
Empresa de Aguas Regional del Centro (EMPRESARSA), que tendría a su cargo la
administración, operación, ampliación y reconstrucción de los sistemas de
recolección, tratamiento y disposición de aguas residuales en las poblaciones
abastecidas por el Sistema Regional del Centro.

La nueva empresa recibió del INOS, como aporte de capital, los activos fijos
necesarios para prestar el servicio de agua potable y alcantarillado. Este nuevo
concepto administrativo respondió a la de decisión del Gobierno Nacional de
descentralizar las actividades del INOS, mediante la creación de unidades empresas
(hidrológicas regionales) manejadas con criterio empresarial. El proceso
descentralizador iniciado por el INOS, llevó al BID a exigir como requisito
indispensable para el otorgamiento del préstamo, la creación de una empresa a la cual
se le entregaría, una vez terminados los trabajos correspondientes a la I y II Etapa del
Sistema Regional del Centro. Existiendo adicionalmente una Unidad Ejecutora de
Proyectos (UEP) responsable exclusiva de la administración del dinero y las obras
correspondientes a dicho sistema, que se extinguiría una vez terminado su objetivo
inicial (en la actualidad en proceso de cierre).
Las funciones de EMPREDARSA, al momento de su creación fueron las
siguientes:

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 Manejar, mantener y proteger las fuentes de aguas superficiales y subterráneas
disponibles para fines de abastecimiento.
 Producir el agua potable requerida para atender la demanda de servicios para
los estados Aragua, Carabobo y Cojedes (solamente aquellas poblaciones
abastecidas por el Sistema Regional del Centro).
 Suministrar agua potable para uso doméstico, industrial, comercial y público
de conformidad con las normas sanitarias vigentes.
 Manejar todo el sistema comercial e implantar políticas de comercialización
que se dicten a tal afecto.
 Recolectar, tratar y disponer las aguas residuales de origen doméstico.
 Realizar negocios de operación y mantenimiento relacionados con el objeto de
la compañía, especialmente los destinados a cumplir con su gestión.
 Obtener financiamiento de las autoridades y entes gubernamentales
requeridos.

Adicionalmente, el BID propuso el establecimiento de una nueva estructura
organizativa con sus propios procedimientos comerciales, contables y de control
interno (que no existían con el INOS). En este sentido se incluyó dentro del
proyecto de préstamo la cooperación técnica de una empresa cuyos objetivos básicos
fueran los siguientes:

 Establecer la estructura organizativa de EMPREDARSA, formulando los
manuales que definan las funciones y responsabilidades de las distintas áreas
que integran la empresa.
 Establecer el sistema contable patrimonial y presupuestario de la empresa con
sus respectivos sistemas de control interno.
 Reestructurar todo el sistema comercial de la región, estableciendo nuevos
procedimientos de facturación y cobranza.
 Establecer un sistema de información gerencial que permita conocer en forma
continua y oportuna el movimiento de los principales indicadores de las

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actividades de la empresa.
 Definir sobre la base del diseño de sistemas contables y del sistema comercial,
los requerimientos respectivos para el procesamiento de datos.

CREACIÓN DE HIDROCENTRO

En agosto de 1990, la Asamblea de Accionistas resuelve cambiar el nombre
de la empresa por C.A. HIDROLÓGICA DEL CENTRO (HIDROCENTRO), pero es
el 28 de diciembre de ese mismo año cuando cambia formalmente de nombre. La
nueva finalidad de la empresa es: Operar los sistemas de abastecimiento de agua
potable y recolección de aguas servidas en las poblaciones de los estados Aragua,
Carabobo y Cojedes. La diferencia con respecto a EMPREDARSA son las siguientes:

1. Se cambió la razón social de la empresa y por ende se modificó lo relativo al
objeto de la compañía, en lo referente al ámbito de operaciones, el cual se
amplió a toda la jurisdicción de los estados Aragua, Carabobo y Cojedes (no
solamente a las poblaciones que abastece exclusivamente el Sistema Regional
del Centro).
2. Se incluyó a la C.A. Hidrológica Venezolana (HIDROVEN), como accionista
de la compañía, como consecuencia de la venta de las acciones por parte del
INOS.

MISIÓN DE HIDROCENTRO

HIDROCENTRO a lo largo de sus once (11) años ha redefinido su misión en tres
oportunidades:

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 Misión inicial 1990.
Extraer el agua de sus fuentes, conducirla, tratarla, almacenarla y distribuirla
entre los usuarios de las entidades federales de los estados: Aragua, Carabobo
y Cojedes, y luego recolectar, tratar y disponer de las aguas servidas mediante
la planificación, construcción, rehabilitación, administración y mantenimiento,
conformando un sistema de suministro, comercialización y recolección para
prestar un servicio continuo de calidad a un precio justo que garantice su
autofinanciamiento.
 Redefinición 1998.
Prestar el servicio de agua potable, disponer de las aguas servidas y garantizar
su autofinanciamiento mediante la administración eficiente de los recursos,
para los clientes de los estados Aragua, Carabobo y Cojedes.

 Segunda redefinición 2000.

Somos la empresa responsable de la prestación integral del servicio de agua
potable y saneamiento en armonía con el ambiente y en procura de la calidad
de vida en los estados Aragua, Carabobo y Cojedes, comprometidos con la
excelencia, la administración eficiente de los recursos y una alta vocación del
servicio en el desarrollo de la gestión.
1. Operación y Mantenimiento

2. Expansión de los Sistemas
• Servicio de agua potable con
cantidad y calidad.

• Uso eficiente del recurso agua.
VISIÓN DE HIDROCENTRO
• Eficiencia operativa y técnica.
3. Autofinanciamiento

• Servicio de agua potable y
4. Atención al Cliente
saneamiento descentralizado.

• Autofinanciamiento de los entes
descentralizados que presten
5. Institucional
el servicio de APS.

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Objetivos de la Empresa.
 General.
Prestar la administración del servicio de agua potable y saneamiento en el
ámbito de influencia de acuerdo con las políticas nacionales y de
administración relacionadas con el sector.

 Específicos.
 Garantizar la administración del servicio de AP en cantidad y calidad.
 Realizar la administración eficiente de los servicios de APS.
 Contribuir con el logro de la justicia social.
 Promover el uso eficiente del recurso agua.

Estructura actual de HIDROCENTRO

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JU N TA
D IR E C T IV A

C O N T R A L O R ÍA
IN T E R N A
(1 )

P R E S ID E N C IA
(1 )

G E R E N C IA D E C O N S U L T O R ÍA
P L A N IF IC A C IÓ N J U R Í D IC A
(1 ) (1 )

G E R E N C IA D E
R E L A C IO N E S
IN S T IT U C IO N A L E S
(1 )

V IC E P R E S ID E N C IA V IC E - P R E S ID E N C IA D E
D E N E G O C IO S S E R V IC IO S
(1 ) (V A C A N T E )

U N ID A D D E R E D U C C IÓ N
D E AG U A N O
C O N T A B IL IZ A D A
(1 )

G E R E N C IA D E G E R E N C IA G E R E N C IA D E G E R E N C IA D E G E R E N C IA G E R E N C IA D E G E R E N C IA G E R E N C IA D E G E R E N C IA D E
C A P T A C IÓ N , T R A T A M IE N T O D E L S IS T E M A D IS T R IB U C IÓ N Y PROYECTOS E D E A T E N C IÓ N A D M IN IS T R A C IÓ N DE RECURSOS L IC IT A C IO N E S , C O S T O S
Y M A N T E N IM IE N T O R E G IO N A L D E L C E N T R O I Y II R E C O L E C C IÓ N IN S P E C C IÓ N A L C L IE N T E Y F IN A N Z A S IN F O R M Á T IC A HUM ANOS Y CO NT RAT O S
(1 ) (1 ) (1 ) (1 ) (1 ) (1 ) (1 ) (1 ) (1 )

La empresa cuenta con una presidencia, dos (2) vicepresidencias: de negocios
y de servicios, y doce (12) gerencias, de las cuales existen tres gerencias que
dependen directamente de la Presidencia de la empresa (staff), cuatro (4), son staff
de vicepresidencia de negocios y cinco (5) dependen de la vicepresidencia de
servicios.

La Gerencia del Sistema Regional del Centro (SRC)

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Este departamento es el encargado de la operación y administración de la
Aducción del Sistema Regional del Centro y de toda las instalaciones que bombean el
agua hacia las plantas de potabilización, en ámbito de los estados Aragua y Carabobo.

Formada por una Gerencia, dos (02) unidades de staff, una secretaria y cinco
(05) jefaturas de departamento.

El proyecto está siendo desarrollado en el departamento del Sistema Regional
del Centro II, encargado de la administración, operación y mantenimiento de las
instalaciones que conducen el agua desde el municipio San Diego en el estado
Carabobo hasta el estado Aragua, excluyendo la región del Sur de Aragua.

El presupuesto de HIDROCENTRO se planifica, anualmente, en base a

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programas preestablecidos por cada unidad para cumplir con sus objetivos; a dichos
programas se le asignan determinados presupuestos, mensualmente, y estimados por
los costos y gastos en años anteriores. El presupuesto asignado para el programa de
Conducción, de la gerencia del SRC, donde está ubicada la actividad que involucra la
instalación y puesta en marcha de la red de medidores digitales es: 226.000.000,00
Bs., por lo tanto se confirma la factibilidad de costos y del recurso humano.

BASES TEÓRICAS

Todo proceso de investigación debe fundamentarse en bases teóricas y científicas
que respalden el carácter veraz y objetivo de los planteamientos y las etapas
contempladas en el mismo. Con base a ello, a continuación se expone las respectivas
bases teóricas y científicas asociadas a cada una las fases que contempló el presente
estudio:
Las bases que determinan los conceptos claves, utilizados en el texto de este
trabajo de grado se definen a continuación:

Primero se debe establecer que uno de los propósitos de este proyecto es conseguir
un sistema de control de variables que conlleve a tener resultados más precisos y
veraces:

¿QUÉ ES CONTROL Y SISTEMA DE CONTROL?. De acuerdo al Instituto
Americano Standard (ISA) (1999) define el control a “la manipulación indirecta de
las magnitudes de un sistema llamado planta a través de otro sistema llamado sistema
de control”

A su vez el autor anterior establece que el sistema de control es el encargado de
gobernar la respuesta de una planta sin que el operador intervenga directamente sobre
sus elementos de salida. El operador manipula únicamente las magnitudes de
consigna y el sistema de control se encarga de gobernar dicha salida a través de los
accionamientos.

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El sistema de control opera, en general, con magnitudes de baja potencia, llamadas
genéricamente señales, y gobierna unos accionamientos que son los que realmente
modulan la potencia entregada a la planta.
Tipos de topologías :
- Lazo Abierto
- Lazo Cerrado
Lazo Abierto: Este Sistema de control no recibe información del
comportamiento de la Planta

Lazo Cerrado: Existe una realimentación a través de los sensores desde la
planta hacia el sistema de control.

Tipos de sistemas de control

- Clasificación, según el tipo de señales que intervienen en la planta a controlar:

 Sist. Control Analógicos: señales de tipo continuo (0 a 10 V, 4 a 20mA, etc.)
proporcionales a unas determinadas magnitudes físicas (presión, temperatura,
velocidad, etc.)
 Sist. Control Digitales: señales binarias (todo o nada) sólo pueden representar
dos estados o niveles.
 Sist. Control híbridos analógicos digitales: Autómatas programables
- Unidad de control esta formada por un microprocesador :
 señales digitales de entrada y salida
 señales analógicas de entrada previamente convertidas (A/D)
 señales analógicas de salida previamente convertidas (D/A)

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Estos sistemas basados en unidades de memoria cableada y una unidad central
constituida por circuitos integrados denominados Autómatas Programable (APIs o
PLCs)

Porras y Montenegro, en 1990, definen a un controlador lógico programable o
autómata programable como “Una máquina electrónica, diseñada para controlar en
tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales. Realiza funciones lógicas:
series, paralelos, temporizaciones, contajes y otras más potentes como cálculos,
regulaciones, etc.” (p. 10).

Por otra parte, Nó y Angulo, en 1992, definen un PLC como “Una máquina
electrónica, programable por personal no informático, destinada a cumplir funciones
de automatismos lógicos, en ambiente industrial y tiempo real, tanto sean de tipo
combinacional como secuencial.” (p. 141).

El PLC es una máquina electrónica, que en combinación con un sistema
informático, puede manejar procesos de maniobra, control y señalización en tiempo
real y medio industrial.

Según Porras y Montenegro, en 1990, la estructura de los PLC se pueden dividir
en: Estructura externa y estructura interna.

Estructura externa: en el mercado son dos las estructuras más significativas que
existen, a saber:

1. Estructura compacta: se caracteriza por presentar en un solo bloque todos los
elementos (fuente de alimentación, CPU, memorias, entradas/salidas (E/S), etc.).

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Existen tres versiones con respecto a su unidad de programación: Unidad Fija o
enchufable directamente en el PLC; enchufable mediante cable y conector o la
posibilidad de ambas conexiones. Si la unidad de programación es sustituida por
un PC, la posibilidad de conexión del mismo será mediante cable y conector.

2. Estructura modular: su estructura se divide en módulos que realizan funciones
específicas, Existen dos tipos de estructuras: la estructura americana, que se
caracteriza pro separar la E/S del resto del autómata, de manera que en un bloque
compacto están reunidas las memorias, CPU y fuente de alimentación, y
separadamente las unidades de E/S en los bloques o tarjetas necesarias. La otra
estructura es la europea, donde existe un módulo para cada función: fuente de
alimentación, CPU, E/S, etc. La unidad de programación se une mediante cable y
conector.

Estructura interna: estos equipos están formados por tres bloques:

1. Sección de entradas: mediante la interfaz, adapta y codifica de forma
comprensible por la CPU las señales procedentes de los dispositivos de entrada o
captadores (pulsadores, finales de carrera, sensores, etc.). Además tiene una
misión de protección de los circuitos electrónicos internos del PLC, realizando
una separación eléctrica entre éstos y los captadores.

2. Unidad Central de Proceso (CPU): es la parte inteligente del sistema, ya que es
allí donde se realiza la interpretación de las instrucciones del programa de usuario
y en función de los valores de las entradas se activan las salidas deseadas.
3. Sección de salidas: decodifica las señales procedentes del CPU, las amplifica y
manda con ellas los dispositivos de salida o actuadores, como relés, contactores,
arrancadores, etc.

Es necesario definir otros elementos básicos del autómata, como son: la unidad de
alimentación, que adapta la tensión de red de 220V y 50 Hz a la de funcionamiento de

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los circuitos internos del PLC. La unidad de programación, es un teclado con un
display parecido al de una calculadora, que cuando se quiere cargar un programa en el
CPU se adapta a ésta mediante un cable y un conector, o se enchufa directamente en
el CPU. Equipos periféricos, son todos los elementos auxiliares, físicamente
independientes del autómata, que se unen al mismo para realizar una función
específica y que amplían su campo de aplicación; no intervienen directamente ni en la
elaboración ni en la ejecución del programa. Interfaces, se definen como aquellos
dispositivos electrónicos que permiten la conexión al CPU de los elementos
periféricos descritos.

Sanders en 1985, define memoria a cualquier dispositivo que pueda recibir,
aceptar, detener y entregar datos.

De acuerdo a Porras y Montenegro en 1990, los tipos de memoria que existen son:

1. Memoria RAM (Random Accesee Memory), memoria de acceso aleatorio o
memoria de lectura – escritura. Y la definen como, aquella donde se pueden
realizar los procesos de lectura y escritura por procedimiento eléctrico, pero su
información desaparece ante el corte de tensión.

2. Memoria ROM (Read Only memory), memoria de solo lectura. En esta solo se
puede leer su contenido, pero no se puede escribir en ellas; los datos e
instrucciones los graba el fabricante y el usuario no pueden alterar su contenido.
Aquí la información se mantiene ante el corte de tensión.

Según los autores anteriores, existen otros tipos de memorias que se utilizan en los
PLC de acuerdo a su función y difieren en los sistemas usados para programarlas, su
borrado y la volatilidad de la información.

TIPO DE MEMORIA SISTEMA DE SISTEMA DE ANTE EL CORTE
PROGRAMACIÓN BORRADO DE TENSIÓN DE
LA MEMORIA
RAM (memoria de lectura – Eléctrica Eléctrica Se pierde, es volátil.

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escritura)
ROM (memoria de solo lectura) Durante su proceso de Es imposible su Se mantiene
fabricación borrado
PROM (memoria programable) Eléctrica Es imposible su Se mantiene
borrado
EPROM (memoria modificable) Eléctrica Por rayos UV Se mantiene
EEPROM (memoria modificable) Eléctrica Eléctrica Se mantiene

Porras y Montenegro, en 1990, afirman que la memoria de usuario, se graba
normalmente en memoria RAM, ya que puede ser leído por el microprocesador, y
puede ser variado cuando el usuario lo desee, utilizando la unidad de programación.
En algunos autómatas, la memoria RAM se auxilia de una memoria sombra del tipo
EEPROM. Los autómatas que utilizan este tipo de memorias llevan incorporada una
batería tampón que impide su borrado, debido a que la memoria RAM es volátil. La
memoria de la tabla de datos, también es de tipo RAM en ella se encuentra por un
lado, la imagen de los estados de las entradas y salidas y, por otro, los datos
numéricos y variables internas, como contadores, temporizadores, etc. Memoria y
programa del sistema, junto con el procesador compone el CPU, y se divide en dos
áreas: la primera es la memoria del sistema que utiliza memoria RAM, y la segunda
que corresponde al programa del sistema, un programa fijo grabado por el fabricante,
y consecuentemente el tipo de memoria usado es ROM. Las memorias EPROM y
EEPROM, son memorias copia para grabación y archivo de programas de usuario.

La Unidad Central de Proceso, CPU, según Porras y Montenegro, 1990, está
constituida por el procesador que está formado por el microprocesador, el generador
de impulsos de onda cuadrada o reloj y algún chip auxiliar. El microprocesador es un
circuito integrado (chip) a gran escala de integración que realiza operaciones lógicas,
aritméticas y operaciones de control de la transferencia de la información dentro del
autómata.

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El microprocesador tiene que acceder a los datos o software del sistema que el
fabricante ha grabado en la memoria ROM, y de esta forma realizar las funciones
ejecutivas.

Igualmente, Porras y Montenegro, en 1990, afirman que las unidades de entrada
del PLC realizan dos tareas diferentes. Toman entradas del mundo real y protege al
PLC del mundo real. Las entradas pueden ser cualquier dispositivo como sensores,
interruptores, robots pequeños y otros autómatas. Las entradas se suministran a través
de los módulos de entrada. Los módulos de entrada aceptan señales de la máquina o
dispositivos del proceso (120 Vac) y los convierte en las señales (5 Vdc) que pueden
ser usadas por el controlador. Estos módulos se instalan en el rack del PLC:

Las unidades de salida del PLC unen al CPU con los dispositivos de salida del
mundo real. Los dispositivos de salida pueden ser motores, luces, válvulas, sirenas,
etc. Los módulos de salida pueden usarse para señales de salidas digitales o
analógicas así como con voltajes de corriente alterna como directa.

Los anteriores autores, también definen que las entradas se caracterizan por sus
bornes para acoplar los dispositivos de entrada o captadores por su numeración, y por
su identificación Input o entrada; además llevan una indicación luminosa por medio
de un diodo LED que se enciende cuando son activadas.

En cuanto a su tensión, las entradas pueden ser de tres tipos: libres de tensión, a
corriente continua y a corriente alterna. Y en cuanto al tipo de señal que reciben, éstas
pueden ser: analógicas, que se basan en la conversión de la señal analógica a código
binario mediante un convertidor analógico – digital (A/D); digitales: basadas en una
señal de entrada todo o nada, esto es, a un nivel de tensión o a la ausencia de la
misma.

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Las salidas, se identifican por sus bornes para conectar o adaptar los dispositivos
de salida o actuadores, figurando en este caso la indicación de Output o salida, e
incluyen un indicador luminoso LED que se enciende cuando son activadas. Existen
tres tipos de salidas posibles: a relé, a triac, a transistor; cada uno de ellos con la
siguiente utilidad: los relé y triacs cuando los actuadores son a corriente alterna y la
salida a transistores cuando los actuadores son a corriente continua.

En la página web, Hardware de los autómatas (2002), se afirma que un Autómata
Programable (AP) se puede definir como un equipo electrónico el cual realiza la
ejecución de un programa de forma cíclica. La ejecución del programa puede ser
interrumpida momentáneamente para realizar otras tareas consideradas más
prioritarias, pero el aspecto más importante es la garantía de ejecución completa del
programa principal.

La potencia de un AP está directamente relacionada con la velocidad de ejecución
del programa y las variables tratadas. Un AP del mercado actual tarda unos 0,15 ms
por cada Kinstrucciones, o sea que el resultado es perfecto para el control de
cualquier automatismo. El fin de dicha ejecución es provocar el cambio de las
variables tratadas. Este cambio sobre las variables se realiza antes, durante y al final
del programa. Antes del programa se realiza la lectura de las Entradas (inicio de
ciclo), al final se realiza la escritura de las Salidas (fin de ciclo y enlace con el inicio).
Durante la ejecución del programa se realiza la lectura y/o escritura de las variables
internas según el contexto programado.

Otro punto importante es la programación del AP. Se tiende a pasos agigantados a
programar con software para PC actuales, se utilizan entornos gráficos intuitivos,
agradables, conocidos como (queramos o no) Windows. Esto implica un
conocimiento, en la mayoría de los casos, medio del entorno; amén de un ordenador,
casi siempre, portátil con el fin de depurar el programa desarrollado en la propia

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instalación. O sea que requiere un desembolso, en medios, aparentemente importante.
Otra forma de programar es una pequeña consola (llamada Pocket) la cual nos va a
permitir una mayor autonomía; el desembolso, en un principio es menos costoso que
un ordenador. El mayor problema estriba en que estas consolas, hoy día, están
pensadas para programar AP pequeños (de hasta 48 E/S). Es evidente que en AP
superiores una programación con estas consolas se convierte en un proceso tedioso ya
que se visualizan, normalmente, una o dos líneas del programa escrito. Estas consolas
sí tienen utilidad, para modificar datos, bien de autómatas pequeños como de un
calibre superior.

Una visión global de un automatismo nos define varios conceptos:
1. Una alimentación principal del sistema
2. Una adquisición de datos del estado de la instalación o del proceso (Entradas)
3. Un proceso (tratamiento) de esos datos (AP) (antes relés)
4. Un resultado plasmado sobre unos accionadores auxiliares (Salidas)
La variación real sobre la instalación o el proceso (movimientos,
5.
activaciones, cualquier cambio)
De forma paralela existe un diálogo llamado hombre-máquina el cual va a permitir
modificar a conveniencia el proceso. Este diálogo se realiza a través de simples
pulsadores, interruptores, pedales, etc; o bien a través de algún terminal (teclas) o/y
ordenador.

Lo que nunca va a ser sustituido por un AP son los puntos 1 y 5, es decir un AP es
un equipo de control, con unas salidas que soportan más o menos intensidad, es por
ésto que en casi todos los procesos, las salidas accionan auxiliares (principalmente
relés) y éstos a cargas (resistivas o inductivas) de una potencia mayor.

Existen AP compactos y modulares.

Compactos: Este tipo de autómatas, llamados en el mercado Nanoautómatas, nos
van a permitir programar hasta 48 E/S. Son autómatas potentes a nivel de
programación y comunicaciones con equipos externos, sobre todo terminales de
diálogo. Están pensados para aplicaciones pequeñas pero no olvidemos que disponen

30

desde cálculos matemáticos básicos, hasta calendario real con la posibilidad de
activar variables en función del tiempo, o sea durante un determinado espacio de
tiempo, desde segundos hasta años. Además de la memoria de trabajo, RAM ,
disponen de otra memoria EEPROM o FLASHRAM la cual permite asegurar la
salvaguarda del programa por tiempo ilimitado. Para la alimentación de sus entradas,
ofrecen una tensión de 24Vcc y unos 250mA, para mayores consumos (detectores y
fotocélulas principalmente) se implementa una fuente externa de mayor calibre. Casi
todos disponen de la posibilidad de utilizar algunas de sus entradas como entradas
rápidas y detectar impulsos desde 100us; o bien de utilizarlas como contadores
rápidos hasta 10 kHz., tienen también salidas especiales para generar impulsos para
control de motores paso a paso o equipos que requieran impulsos de una frecuencia
rápida, normalmente hasta 5 Hz. Existen en el mercado nanoautómatas que disponen
de un diálogo automático entre ellos; es digno de reseñar las características de esta
comunicación interautómatas integrada en el propio equipo; se conectan varios
equipos con sólo 2 hilos y hasta 200 metros, ideal para intercambio de información en
instalaciones o líneas más o menos lejanas entre ellas. La programación se realiza con
soft de programación o con terminales dedicados.
Características principales:
Memoria de 1K, unas 1000 instrucciones
Reloj calendario
32 Temporizadores, 16 Des/Contadores, registros LIFO/FIFO, programadores
cíclicos
Control analógico externo
Programación: Lista de instrucciones, Contactos, Grafcet
Protección del programa (Sin posibilidad de acceso)
Conversión BCD a Binario (reversible)
Saltos de programa condicionados
Además de operaciones matemáticas básicas, raiz cuadrada y exponenciación
Entrada RUN/STOP, Salida de seguridad o defecto
Posibilidad de Entrada o Salida analógica
Variables numéricas de 16 bits, constantes
Información de sistema (bits y palabras Sistema)
La principal característica es el precio, cada vez más bajo

31

Modulares: Los autómatas modulares son los que permiten una ampliación de sus
posibilidades, es decir; se amplían con los diferentes módulos que se necesiten.

Estos módulos pueden ser de:

ENTRADAS DIGITALES o ANALOGICAS
SALIDAS ídem
E/S COMBINADAS
COMUNICACIONES
CONTAJE RAPIDO
EJES
REGULACIÓN
PESAJE
FUNCIONES ESPECIALES
El autómata se compone de un chasis principal, en el cual están alojados los
diferentes módulos, éstos son limitados, principalmente en número, en función de las
características del AP o CPU (Unidad Central). Dentro de una gama de un mismo
autómata pueden existir varios tipos de (*)Chasis o Racks, (*)Unidades
centrales(CPU), (*)Fuentes de alimentación (FA), y (*)módulos (especiales o no), lo
que sí debe de existir siempre es lo marcado con (*); el orden que se utiliza
normalmente es FA-CPU-MODULOS, todos están sujetos físicamente al RACK y,
lógicamente al BUS de comunicación que se genera entre ellos. Hoy día
prácticamente todos los autómatas utilizan BUS Serie, el cual permite una distancia
mayor entre los Racks y, por supuesto, un soporte de diálogo entre ellos más simple
(2 ó 4 hilos trenzados y apantallados o cable coaxial). Los chasis son desde 2 hasta 10
emplazamientos, los hay que llevan integrada la FA y la CPU. Existen FA de varios
calibres eléctricos (en función de los consumos de los módulos), existen CPU más o
menos potentes, con más o menos memoria, esto permite disponer de autómatas
prácticamente a medida.

32

Es necesario comprender la función del autómata programable (AG): equipo
que va desde el minicompacto hasta el Controlador Lógico de Programas (PLC) de
altas prestaciones.

El tipo de autómata utilizado en este proyecto es el controlador SIMATIC que
posee alta potencia de procesamiento, robustez contra las solicitaciones climáticas y
mecánicas y capacidad de expansión, permitiendo además el mando de máquinas,
automatización de procesos y vigilancia de procesos.

Existe una gama de PLC de este tipo y que se utilizan de acuerdo a la necesidad
del usuario: SIMATIC 505, SIMATIC S5, SIMATIC S7, SIMATIC M7, SIMATIC
C7 y sus componentes suplementarios. A su vez, la serie SIMATIC S5 se subdivide
en: S5 – 90U, S5 – 95 U/F, S5 – 100U, S5 –115U/H/F, S5 – 135U, S5 –155U/H Y
TD 390 despliegue de texto.

La utilidad de cada uno de ellos se debe al volumen de control de los mismos,
cuando se habla de un pequeño volumen se tienen: los autómatas compactos S5 -
90U y S5 – 95U, el miniautómata de seguridad S5-95F y el autómata modular S5-
100U. El campo de aplicación de los miniautómatas S5 - 90U y S5 – 95U es cuando
se necesitan resolver económicamente tareas de automatización de pequeña
complejidad. Es posible usarlo para todos aquellos controles con estructuras sencillas
y cuyo montaje exige poco espacio. En cuanto al autómata modular S5-100U, éste es
adecuado para resolver tareas de automatización muy diversas, su estructura modular
configurable, le permite mediante elementos de bus adaptarse óptimamente a la tarea
recomendada; admite, como máximo 32 módulos periféricos repartidos en hasta
cuatro filas.

Siemens, en su libro de 1.997 “Simatic Sistemas de automatización SIMATIC
S5/PC/TI505”, define al autómata S5 – 115U/H/F como: “Una familia de
autómatas programables compuesta de gran cantidad de componentes perfectamente

33

sintonizados entre sí: autómatas programables, aparatos de programación,
módulos/tarjetas periféricas inteligentes; cada grupo comprende a su vez una
completa serie de componentes individuales”. (p. 1/3)

Mientras que Siemens, 1.997, en su manual “SIMATIC Autómatas Programables
S5 – 115U, S5 – 115H y S5 –115F”, conceptualiza el S5- 115U así: “El 115U se
utiliza para aplicaciones universales. Este equipo abarca desde los pequeños mandos
hasta complejos sistemas de control de procesos con pantallas de datos, acoplamiento
y funciones de regulación”.

Siemens, en 1997, también diferencia el uso de los PLC SIMATIC, S5 – 115U,
S5 – 115H y S5 –115F. El primero es adecuado para tareas de automatización en:
mando de máquinas, automatización de procesos y vigilancia de los mismos. El
segundo para las tareas de automatización que no pueden interrumpirse bajo ningún
concepto y el S5-115F, ofrece seguridad ante averías en las aplicaciones de
automatización. La potencia, el confort de manejo y otras características
corresponden básicamente a os del S5-115U.

A continuación se caracteriza al PLC S5-115U (AG), ya que es el implementado
en la red existente. Siemens, igualmente en su manual SIMATIC S5, en 1997,
determina que este autómata se compone además de las unidades de memoria
descritos en párrafos anteriores, de un aparato central (con bastidor CR 700) y, según
necesidad, aparatos de ampliación (con bastidor ER 701).

El aparato central incluye siempre una fuente de alimentación y una unidad
central (CPU: 941, 942, 943, 944 y 945).

Los aparatos de ampliación se conectan al aparato central mediante tarjetas
denominadas “interfaces”.

34

De acuerdo con la tarea de automatización, pueden enchufarse en el AG distintas
tarjetas periféricas:
1. Tarjetas de entradas y salidas digitales y analógicas: las digitales, para tareas de
control sencillas, en las que solo se presentan estados de señal 0 y 1. Si hay que
procesar, por el contrario, magnitudes que varíen continuamente como por
ejemplo, temperaturas o presiones, se utilizan las analógicas.
2. Procesadores de comunicaciones: para el desarrollo autónomo del intercambio de
datos entre el autómata y otros aparatos como, por ejemplo, impresoras, pantallas
de video, ordenadores, entre otos, que descargan al CPU de estas tareas. Se
dispone de ellos también, para la conexión de redes locales así como para manejo
y observación.
3. Tarjetas preprocesadoras de señal: trabajan casi independientemente del CPU,
para procesar rápida y frecuentemente señales o niveles de señales de un tipo
especial, por ejemplo, lectura de recorrido, regulación de temperatura o contaje
rápido.
4. Tarjetas para funciones especiales: se usan por ejemplo, para almacenamiento de
datos que no hacen falta de forma continua y para aplicaciones PC.

Según lo expuesto por Siemens (1.991), las redes industriales se generan por la
necesidad de lograr una flexibilidad lo más alta posible, dividir las tareas de mando
complejas y asignarlas a varios autómatas distribuidos, intercambio de datos entre los
diferentes autómatas, observar, operar y controlar centralizadamente las instalaciones
productivas, recolectar informaciones de apoyo a la gestión (p. Ej. Datos de
producción y de almacén).

De acuerdo a Siemens, 1.997 en su libro “Simatic Sistemas de automatización
SIMATIC S5/PC/TI505” define la red SINEC L1 (Siemens Network
Communication Low Range) como sigue: “Red que permite construir con medios

35

simples un pequeño sistema de automatización descentralizado en el nivel inferior de
comunicaciones. Pueden conectarse, varias clase de equipos S5, entre éstos: S5 –
115U/H/F, S5 – 135U y S5 – 90U, S5 – 95U/F, S5 – 100U, S5 – 155U/H”.(. p 3/6)

Estas redes poseen las siguientes características básicas:
1. 31 estaciones como máximo
2. Velocidad de transmisión 9,6 kilobits por segundo (kbit/s)
3. Extensión máxima 50 km
4. Medio de transmisión : cable de 2 hilos trenzado.

Según el manual “SIMATIC Autómatas Programables S5 – 115U”, de Simens,
1.997, la red SINEC L1 consiste en: “ Es un sistema de comunicación para
interconectar autómatas programables SIMATIC S5 de la serie U. Trabaja siguiendo
el principio del maestro – esclavo.
1. El maestro es único AG, que se encarga de toda la coordinación y vigilancia del
tráfico de datos por el bus de la red local.
2. El autómata maestro debe estar equipado con el procesador de comunicación
(CP) 530
3. El esclavo puede ser cualquier AG”. (. P 12-7)

Siemens, 1.997, en su manual “SIMATIC Autómatas Programables S5 – 115U,
S5 – 115H y S5 –115F” la RED LOCAL PROFIBUS (Process Field Bus) se
define como: “Red en bus para comunicaciones en pequeñas redes de célula y con
dispositivos de campo, basado en la norma europea EN 50 170. Está abierta para la
conexión de componentes conformes a la norma de otros fabricantes. Para las
diferentes necesidades y campos de aplicación en el nivel de campo y célula se ven
tres (03) perfiles: PROFIBUS – DP (Periferia Descentralizada): caracterizado por
una rápida y cíclica comunicación con pequeñas cantidades de datos. Admite
velocidad de transmisión de hasta 12 megabits por segundo (Mbits/s). Posibilita la
comunicación de unidades, equipos de manejo y visualización así como dispositivos

36

de campo con los autómatas, PROFIBUS – FMS (Fieldbus Message Specification),
PROFIBUS – PA (automatización de procesos)”. (p. 6/45-39).

PROFIBUS-FMS, está concebida para la comunicación con dispositivos de
campo complejos con la interfaz FMS así como pequeñas redes de célula (10...15
estaciones). El PROFIBUS-PA, usado para la automatización de procesos,
particularmente en zonas con protección por seguridad intrínseca.

Siemens, en 1997, igualmente, afirma que PROFIBUS se utiliza también, para
tecnologías de transmisión eléctrica y óptica. En las redes eléctricas, las estaciones se
conectan al bus a través de un terminal de bus o un conector de bus (máximo 32
estacionespor segmento). Los diferentes segmentos se interconectan mediante
repetidores. PROFIBUS trabaja con el método de acceso “Paso de testigo – Token
Passing – con maestro-esclavo subordinado.

37

Entre otros tipos de autómatas en la página web, Scadas.htm, en el 2002, definen
al SISTEMAS SCADA viene de las siglas de "Supervisory Control And Data
Adquisition", es decir: adquisición de datos y control de supervisión. Se trata de una
aplicación software especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores en el
control de producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo
(controladores autónomos, autómatas programables, etc.) y controlando el proceso de
forma automática desde la pantalla del ordenador. Además, provee de toda la
información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del
mismo nivel como de otros supervisores dentro de la empresa: control de calidad,
supervisión, mantenimiento, etc.

En este tipo de sistemas usualmente existe un ordenador, que efectúa tareas de
supervisión y gestión de alarmas, así como tratamiento de datos y control de
procesos. La comunicación se realiza mediante buses especiales o redes LAN. Todo
esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y están diseñados para dar al operador de
planta la posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos.

Los programas necesarios, y en su caso el hardware adicional que se necesite, se
denomina en general sistema SCADA

Prestaciones.
Un paquete SCADA debe estar en disposición de ofrecer las siguientes prestaciones:
1. Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del operador
para reconocer una parada o situación de alarma, con registro de incidencias.
2. Generación de históricos de señal de planta, que pueden ser volcados para
su proceso sobre una hoja de cálculo.
3. Posibilidad de programación numérica, que permite realizar cálculos
aritméticos de elevada resolución sobre la CPU del ordenador.

38

Con ellas, se pueden desarrollar aplicaciones para ordenadores (tipo PC, por
ejemplo), con captura de datos, análisis de señales, presentaciones en pantalla, envío
de resultados a disco e impresora, etc.

Además, todas estas acciones se llevan a cabo mediante un paquete de funciones
que incluye zonas de programación en un lenguaje de uso general (como C, Pascal, o
Basic), lo cual confiere una potencia muy elevada y una gran versatilidad. Algunos
SCADA ofrecen librerías de funciones para lenguajes de uso general que permiten
personalizar de manera muy amplia la aplicación que desee realizarse con dicho
SCADA.

Requisitos.
Un SCADA debe cumplir varios objetivos para que su instalación sea
perfectamente aprovechada:
1. Deben ser sistemas de arquitectura abierta, capaces de crecer o adaptarse según
las necesidades cambiantes de la empresa.

2. Deben comunicarse con total facilidad y de forma transparente al usuario con el
equipo de planta y con el resto de la empresa (redes locales y de gestión).

3. Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de hardware,
y fáciles de utilizar, con interfaces amigables con el usuario.

Módulos de un SCADA.
Los módulos o bloques software que permiten las actividades de adquisición,
supervisión y control son los siguientes:
1. Configuración: permite al usuario definir el entorno de trabajo de su SCADA,
adaptándolo a la aplicación particular que se desea desarrollar.

2. Interfaz gráfico del operador: proporciona al operador las funciones de control y
supervisión de la planta. El proceso se representa mediante sinópticos gráficos

39

almacenados en el ordenador de proceso y generados desde el editor incorporado
en el SCADA o importados desde otra aplicación durante la configuración del paquete.

3. Módulo de proceso: ejecuta las acciones de mando preprogramadas a partir de los va-
lores actuales de variables leídas.

4. Gestión y archivo de datos: se encarga del almacenamiento y procesado ordenado de
los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos.

5. Comunicaciones: se encarga de la transferencia de información entre la planta y la ar-
quitectura hardware que soporta el SCADA, y entre ésta y el resto de elementos infor-
máticos de gestión.

De acuerdo a la enciclopedia Encarta (2001) se definen los Medidores eléctricos
como, instrumentos que miden magnitudes eléctricas, como intensidad de corriente,
carga, potencial, energía, resistencia eléctrica, capacidad e inductancia. El resultado
de estas medidas se expresa normalmente en una unidad eléctrica estándar: amperios,
culombios, voltios, julios, ohmios, faradios o henrios. Dado que todas las formas de
la materia presentan una o más características eléctricas es posible tomar mediciones
eléctricas de un elevado número de fuentes.

Las magnitudes eléctricas no se pueden medir por observación directa y por ello se
utiliza alguna propiedad de la electricidad para producir una fuerza física susceptible
de ser detectada y medida. Por ejemplo, en el galvanómetro, uno de los primeros
instrumentos de medida que se inventó, la fuerza que se produce entre un campo
magnético y una bobina por la que circula una corriente eléctrica produce una
desviación de la bobina. Dado que la desviación es proporcional a la intensidad de la
corriente se utiliza una escala calibrada para medir la intensidad de la corriente
eléctrica. La acción electromagnética entre corrientes, la fuerza entre cargas eléctricas
y el calentamiento provocado por una resistencia conductora son algunas de las

40

propiedades de la electricidad utilizadas para obtener mediciones analógicas.

Para garantizar la uniformidad y la precisión de las medidas de los medidores
eléctricos se calibran de acuerdo con los patrones de medida aceptados para una
determinada unidad eléctrica, como el ohmio, el amperio, el voltio o el vatio.

Los patrones principales del ohmio y el amperio se basan en definiciones de estas
unidades aceptadas a nivel internacional y basadas en la masa, la longitud del
conductor y el tiempo. Las técnicas de medición que utilizan estas unidades básicas
son precisas y reproducibles. Por ejemplo, las medidas absolutas de amperios
implican la utilización de una especie de balanza que mide la fuerza que se produce
entre un conjunto de bobinas fijas y una bobina móvil. Estas mediciones absolutas de
intensidad de corriente y diferencia de potencial tienen su aplicación principal en el
laboratorio, mientras que en la mayoría de los casos se utilizan medidas relativas.
Todos los medidores que se describen en los párrafos siguientes permiten hacer
lecturas relativas.

Red de medidores, entonces, se define como: colección de medidores
interconectados con un servidor principal para proporcionar servicios de
comunicación de datos, a través de una línea de telecomunicación.

En el ámbito industrial, a nivel mundial, se ha incrementado el uso de este tipo de
redes en casi todos los sectores, y para las aplicaciones más diversas. Este tipo de red
se adopta óptimamente a las misiones más diversas, entre las que se tienen: Industria
automobilística, industria de plástico, química, industria pesada, alimenticia, energía,
gas, agua, aire, entre otro.

Según HIDROVEN (Hidrológica Venezolana) en su “Glosario de Términos del
Sector Agua Potable y Saneamiento”, 1.995 las Estación de Bombeo (E/B) son:

41

“ Instalación compuesta por equipos de bombeo con sus accesorios, protegidos del
medio exterior con una edificación adecuada. Su función es elevar agua y otros
fluidos cuando las condiciones lo requieren” ( p. 23)

Gustavo Rivas Mijares en su libro “Abastecimientos de Agua y Alcantarillados”
se define como: “ Con este nombre se designa el conjunto de motores, equipos
auxiliares, llaves de operación, etc., encerrados en un espacio limitado para facilitar
su operación y mantenimiento” (.p 280)
Otro concepto es el que emite Simón Arocha R., en su libro “ Abastecimientos de
Agua. Teoría & Diseño”, 1.999: “Son aquellos que toman el agua directa o
indirectamente de la fuente de abastecimiento y la levan al estanque de
almacenamiento, a una estación de rebombeo o a la red” (.p 251)

Al definir Estaciones de Bombeo se hace completamente necesario tener claro el
concepto de motores eléctricos y sus tipos, que según el mismos autor anterior
encontramos: “Estos motores utilizan la corriente eléctrica como fuente exterior de
energía. Son fáciles de utilizar para mover las bombas centrífugas, y su costo de
mantenimiento es prácticamente despreciable” (.p 279)

El mismo autor clasifica los motores eléctricos así:

1. Los motores al aire, instalados sobre la superficie y que transmiten la energía a la
bomba mediante un eje de transmisión generalmente largo y

2. Los motores sumergidos, de eje corto e instalado debajo de la bomba (tipo
sumergible). (p. 385)

BASES LEGALES

42

La instalación y puesta en marcha de los autómatas programables SIMATIC S5-
115U para la construcción de la red existente SINEC-L1, se basó en parámetros
establecidos por la empresa Siemens.

Por otro lado, el bus de campo PROFIBUS está normalizado conforme a la noma
EN 50 170, donde se estipula que la construcción de esta red debe estar abierta a
todos los fabricantes de dispositivos de campo. Existe un Centro de Interfaces (SSC),
en Estados Unidos y en Alemania, que apoya a los fabricantes a fin de integrar sus
productos en PROFIBUS. Para el desarrollo de las aplicaciones maestras en base al
ASIC ASP2 (Circuito Integrado de Aplicación Específica, para PROFIBUS DP y
FMS) se firma un contrato de licencia de software entre Siemens AG y el cliente.
Todos los productos con conexión PROFIBUS están relacionados en un catálogo
electrónico.

43

CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO

Modelo y tipo de investigación
La presente investigación responde a un modelo enmarcado dentro de las ciencias
fácticas, en un diseño de campo, el cual según Mirian Ballestrini Acuña (1.999), es
aquel que posee una relativa y circunscrita área de estudio, a través de la cual, los
datos se recogen de manera directa de la realidad en su ambiente natural, observando,
entrevistando o interrogando a las personas vinculadas con el problema investigado.

Así mismo se define como un Proyecto Factible el cual de acuerdo a la misma
autora, un proyecto es factible cuando el estudio está sustentado en un modelo
operativo, de una unidad de acción, están orientado a proporcionar respuestas o
soluciones a problemas planteados en una determinada realidad: organizacional,
social, económica, educativa.

Igualmente responde a un estudio descriptivo, el cual según la autora anterior, son
aquellos donde se infiere la descripción con mayor precisión, acerca de las
singularidades de una realidad estudiada, pudiendo estar referida a una comunidad,

44

una organización, un hecho delictivo, las características de un tipo de gestión,
conducta de un individuo o grupales, comunidad, de un grupo religioso, electoral, etc.

Población y muestra
Como la población está representada por 2 estaciones de bombeo, la muestra a
estudiarse estará conformada por el mismo número, a saber: Pao I y Pao II.
Roberto Hernández, Carlos Fernández y Pilar Baptista (1.998) definen a la
población a aquella sobre la cual se pretende generalizar los resultados. En este caso
concreto, la delimitación de las características de la población depende de los
objetivos del estudio y otras razones prácticas tales como: ubicación geográfica de las

45

estaciones, costos de los equipos a utilizar. A su vez , los mismos autores, afirman
que un estudio no será mejor por tener una población más grande; la calidad de un
trabajo estriba en delimitar claramente la población con base en los objetivos del
estudio. Las poblaciones deben situarse claramente en torno a sus características de
contenido, lugar y en el tiempo.

La muestra, se define de acuerdo a los mismos autores como, un subgrupo de la
población. Es un subconjunto de elementos que pertenecen a ese conjunto definido en
sus características al que se llama población. En realidad, pocas veces se puede medir
a toda la población, por lo que se obtiene o selecciona una muestra y desde luego se
pretende que este subconjunto sea un reflejo fiel del conjunto de la población.

En el presente estudio, la muestra es la misma población, debido a que las
unidades a analizar son dos (02) estaciones de bombeo y el subconjunto de esta estará
representado por el mismo número de unidades, ya que esta sería la única forma de
obtener un reflejo fiel de el reducido número de elementos de la población.

Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos
En cuanto a la técnica que se utilizará para la recolección de los datos, se
encuentran: la entrevista abierta y observación de los procesos, de la situación actual
y del sitio donde se instalará la red propuesta. El tipo de observación que se aplicará
es la directa participante (lista de chequeo, anexa), debido a que la recolección de la
información se realizará “in situ”, donde se constatará en forma clara y precisa, con la
explicación al momento del Ingeniero Jefe de las estaciones, el funcionamiento,
conectividad y diseño de la red Sinec L1 instalada. Junto a estos parámetros se
visualizarán las variables que se monitorean y controlan a través de los mecanismos
de display de los autómatas.

A su vez, se aplicará el mismo tipo de observación descrita anteriormente para
verificar detalladamente el problema a resolver, la necesidad de control de variables

46

en este caso específico variables de tipo eléctrico: factor de potencia eléctrica,
demanda instantánea, kilowatios consumidos, entre otros. Adicionalmente, se
realizará esta misma observación sobre el plano y el sitio a instalar la red diseñada.

Otra herramienta a utilizar para la recolección de la información será la entrevista
abierta (anexa), ya que se aplicará directamente al Ingeniero Tutor o Jefe del
Departamento, que es la persona que diseñó e implementó la automatización de los
procesos en las estaciones de bombeo, y quien verificará el correcto diseño de la red
propuesta para que se puedan cumplir los requisitos de medición que se traducen en
el control de variables, sincerando los gastos en consumo eléctrico en la empresa.

Validación de Instrumentos
Toda medición o instrumento de recolección de los datos debe reunir dos
requisitos esenciales: confiabilidad y validez, de acuerdo a Roberto Hernández,
Carlos Fernández y Pilar Baptista (1.998).

Igualmente, los mismos autores afirman que la confiabilidad de un instrumento de
medición se refiere al grado en que su aplicación repetida al mismo sujeto u objeto
produce iguales resultados. En cuanto a la validez, en términos generales, se refiere al
grado en que un instrumento realmente mide la variable que pretende medir. Por
ejemplo, un instrumento para medir el desempeño de la red Sinec L1 instalada, debe
medir el desempeño y no el tipo de variables controladas.

Lo autores mencionados, también consideran que la validez es un concepto del
cual pueden tenerse diferentes tipos de evidencia (Wiersma, 1.986; Gronlund, 1.985):
evidencia relacionada con el contenido: se refiere al grado en que un instrumento
refleja un dominio específico de contenido de lo que se mide, evidencia relacionada
con el criterio: establece la validez de un instrumento de medición comparándola con
algún criterio externo y evidencia relacionada con el constructo: según Carmines y
Séller (1.979) es probablemente la más importante sobre todo desde una perspectiva

47

científica y se refiere al grado en que una medición se relaciona consistentemente con
otras mediciones de acuerdo con hipótesis derivadas teóricamente y que conciernen a
los conceptos que están siendo medidos.

A su vez, estos mismos autores, determinan que los factores que pueden afectar la
confiabilidad y validez son: la improvisación, otro factor es que a veces se utilizan
instrumentos desarrollados en el extranjero que no han sido validados a nuestro
contexto, en ocasiones el instrumento resulta inadecuado para las personas a las que
se les aplica, el cuarto factor que puede influir está constituido por las condiciones en
las que se aplica el instrumento de medición: ruido, frío, aspectos mecánicos como,
falten páginas, no haya espacio adecuado para contestar, no se comprendan las
instrucciones, pueden influir de manera negativa.

En cuanto al tipo de instrumento de medición a utilizar, los autores mencionados,
aclaran que en una investigación hay dos opciones a seguir: elegir un instrumento ya
desarrollado y disponible, el cual se adapte a los requerimientos del estudio en
particular y construir un nuevo instrumento de medición de acuerdo con la técnica
apropiada para ello. En ambos casos es importante tener evidencia sobre la
confiabilidad y validez del instrumento de medición.
El procedimiento sugerido por los autores y seguido en este proyecto, es el
siguiente:
 Listar las variables
 Revisar su definición conceptual y comprender su significado
 Revisar como han sido definidas operacionalmente las variables
 Elegir el instrumento o los instrumentos (ya desarrollados) que hayan sido
favorecidos por la comparación y adaptarlos al contexto de la investigación
 Indicar el nivel de medición de cada ítem y, por ende, el de las variables
 Indicar cómo se habrán de codificar los datos, en cada ítem y variable

48

 Una vez que se indica el nivel de medición de cada variable y que se
determina su codificación, se procede a aplicar una “prueba piloto” del
instrumento de medición
 Sobre la base de la prueba piloto, el instrumento de medición preliminar se
modifica, ajusta y se mejora, los indicadores de confiabilidad y validez son
una buena ayuda, y finalmente se aplica.

Procedimiento a seguir en la Investigación
El método seguido para la formulación del diseño, fue utilizada la Metodología de
Desarrollo de Proyectos para la Implantación de Soluciones de Tecnologías de
Información, de Intranet Empresa, como guía para analizar el problema planteado
inicialmente y diseñar la solución más eficiente para minimizarlo. Esta metodología,
comienza con la etapa denominada Investigación Preliminar. En esta etapa se definen
y establecen los objetivos del proyecto, incluyendo el establecimiento de la solución
conceptual y los costos preliminares de éste. Se adquirió la información necesaria con
respecto al problema o situación, para examinar la factibilidad de que este trabajo sea
de utilidad para la empresa en estudio.

La segunda etapa es la Determinación de Requerimientos; ésta requiere de la
colaboración del usuario final, para perfeccionar la definición detallada de los
requerimientos para el desarrollo y evaluación de la solución conceptual propuesta.
Se evaluó la forma cómo operaba el sistema de medición actual y la red de PLC
actual en la empresa, para conocer dónde era necesario efectuar mejoras, así como las
diferentes estrategias para satisfacer los requerimientos esenciales, obtenidos en la
investigación preliminar. En esta etapa se investigaron las características necesarias
para proponer la nueva red, estudiando la situación actual con la ayuda de las
entrevistas y la observación directa, y se documentaron los hallazgos hechos para
emprender el análisis de los datos, lo que permitió examinar el grado de desempeño
de la red y su relación con las demandas de la organización.

49

Luego se seleccionaron las estrategias que serían utilizadas para alcanzar los
requerimientos establecidos, en la etapa denominada Diseño Detallado, lo cual
permitió planificar y complementar los métodos para evaluar el desempeño de la red
actual y los mecanismos de medición dentro de la organización, además de establecer
los procedimientos que deben realizarse al utilizar las redes de autómatas de la
empresa. En definitiva, convertir los requerimientos establecidos en la fase de análisis
en un diseño formal, para asegurar que serán cumplidos cuando el proyecto sea
implementado.

50

IV CAPÍTULO

LA PROPUESTA

El objetivo fundamental de esta etapa estuvo dirigido a proporcionar una estrategia o
plan general, que contrastara los hechos encontrados en el primer capítulo. Para este
fín se consideraron los requerimientos de información planteados en el problema y la
posible solución de acuerdo a la configuración del equipo existente y a los puntos de
comunicación necesarios.
En cuanto a la caracterización de la red existente, se consideró la configuración
descrita en el segundo capítulo de este proyecto y sirvió de base para el planteamiento
de la red propuesta.

La estrategia seguida para cumplir con lo expuesto fue la siguiente:
 Se estudiaron las características de la red SINEC L1 existente, sus puntos de
comunicación.
 Se determinaron los elementos fundamentales de la red PROFIBUS propuesta.
 Levantamiento y ubicación de los medidores en el plano.
 Selección del tipo de medidor a instalar, de acuerdo a los requerimientos y
compatibilidad con la red existente.

Se hace fundamental para iniciar el desarrollo de las etapas anteriores, determinar el
tipo de red PROFIBUS utilizada que de acuerdo a las bases teóricas expuestas en los
capítulos anteriores se seleccionó Profibus-DP ya que se adapta a conseguir
comunicaciones a muy alta velocidad (hasta 12 Mbits/s) con la periferia
descentralizada, una rápida y cíclica comunicación con pequeñas cantidades de datos,
con procedimiento de acceso maestro-escalvo entre estaciones activas y pasivas y 127
(32 por segmento) máximo de estaciones, todas estas características necesarias para el

51

entorno de comunicación buscado. También se hace necesario especificar que esta
red cumple los requisitos especificados en la norma EN 50 170, la cual establece que
toda red PROFIBUS debe ser un sistema abierto para la conexión de componentes
conformes a la norma de otros fabricantes.
A continuación se especifican el planteamiento de cada uno de los puntos
anteriormente mencionados:
 En este primer punto se seleccionó la tarjeta de comunicación PROFIBUS con la
SINEC L1 a saber: CP 5431 FMS/DP, la cual sirve para conectar el autómata S5-
115U/H a la red local Profibus. El autómata con esta tarjeta procesadora realiza la
función de maestro en la red local Profibus. Este procesador de comunicación
desarrolla el tráfico de datos por la red local Profibus con velocidades ajustables
por software, entre: 9,6; 19,2; 93,75; 187,5; 500 kbit/s y 1,5 Mbit/s; permite
además interfaz para programación remota y local a través de la red e interfaz DP,
es decir, transmisión automática de campos a esclavos Profibus-DP.
 Para la parametrización de la red Profibus-DP, se debe utilizar un COM 5431
FMS/DP. Software para CP-5431 en disquete 3 ½”, con su respectivo manual.
Adicionalmente se hacen necesarias una (1) cápsula de adaptación para el Simatic
S5-115U; un (1) cable 734-2 necesario para la conexión entre el equipo de
programación PG y el Simatic 115U; en cuanto a la memoria que tendrá esta red
local se seleccionó un (1) cartucho 376 CMOS-EPROM de 32 kbits, suficiente
para cubrir las necesidades de memoria en la red propuesta y es el tipo de
cartucho indicado para esta red Profibus; el tipo de cable Profibus para conectar
desde el Simatic S5 a los medidores a instalar, es del tipo 6XV1830-0EN50 que
de acuerdo a las mediciones en el plano del lugar, a continuación (actual y
propuesto) se necesitan 50 metros del mismo.

52

PLANO PLANTA E/ B PAO I - PROPUESTO

a b e

f

d
g

10m

15 m
c

25 m

LEYENDA.
A: Simatic Central (ZG) Tarjeta Profibus CP 5431
b: Simatic Booster, escalvos (EG) Tarjeta de Comunicación CP
c: Borne de bus Bt 777 530
d: Tablero de Mando, vista posterior Medidor Simeas
e: Editor de Texto Power Meter

Conector RS 485

Es de vital importancia destacar que este proyecto preveé la posibilidad de
ampliar las cantidades de estaciones–esclavas a utilizar para conseguir mayor
control y monitoreo de variables; para ello se utilizaron (dos) 2 tipos de
conectores: dos (02) conectores con salida de cable girable a 90 º , sin conector a
PG, tipo RS 485 para Profibus y, adicional a éstos un (01) conector del mismo
tipo anterior con conector a PG, con la finalidad de tener salida hacia el PG de
parametrización.
 Se seleccionaron los medidores Simeas P, Power Meter debido a que este tipo
de medidor permite la interfaz Profibus-DP normalizada para la transmisión
de datos medidos a sistemas de ordenadores centrales con velocidades de
transmisión de hasta 12 Mbits/s de potencia por fase y para todo el sistema. El
SIMEAS P es un aparato para montaje en cuadros/tableros de distribución que
sirve para la indicación directa de valores medidos en redes de suministro de
energía. Es aplicable en todas las áreas, desde la industria hasta el comercio.
Gracias a su sencillísima parametrización, todos los usuarios pueden adaptar
la representación de los valores medidos de manera individualizada según sus
deseos y requisitos. Una interface RS485 con el protocolo estándar

53

PROFIBUS DP permite su sencilla integración en redes, pudiendo, de este
modo, indicar, analizar o procesar adicionalmente valores medidos de varios
SIMEAS P en una estación maestra centralizada. En cuanto a las variables
medidas a través de éste, se tienen:
o Valores eficaces de las tensiones de fase
o Valores eficaces de las corrientes de fase
o Frecuencia de red
o Potencia activa, potencia reactiva, potencia aparente así como factor
de potencia por fase para todo el sistema
o Factor de simetría de as corrientes y tensiones
o Tensiones e corrientes armónicas hasta el armónico 21
o Distorsión por armónicos (THD)
o Energía activa, reactiva y aparente por fase así como para todo el
sistema
Los dos (02) medidores Simeas estarán ubicados en el Tablero de Mando,
según plano adjunto, donde se refleja que los factores que medirán y los que
utilizan para conseguir las variables ya mencionadas, son la tensión y la
corriente eléctrica que proviene de la Sub-estación Eléctrica Pao I y Pao II.

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TABLERO DE MANDO ( TM) - MEDI DORES SI MEAS

d e

1 a b 10 1 X Y x1 y1 40

TENSIÓN CORRIENTE

d. Medición eléctrica – línea La Arenosa
e. Medición eléctrica – línea enlace Pao I – Pao II

La tensión y la corriente mencionadas, se generan en la Subestación Eléctrica
PaoI y PaoII, a través de las dos líneas, a saber: La Arenosa y enlace Pao I –
Pao II. Estas dos líneas se encuentran interconectadas ya que, de la línea
central La Arenosa, de donde provienen los mayores niveles eléctricos 230 kv,
se puede compensar las líneas Pao I y Pao II. Basándose en todo el sistema
presentado en el plano eléctrico adjunto, se visualizan tanto la corriente que se
genera y se mide en el Tablero de mando (TM) como la tensión. Dichas
variables se llevan al tablero para lograr las mediciones de los factores que se
desean monitorear a través de los Simeas P.

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CENTRAL ELÉCTRICA LA ARENOSA Línea enlace PAO I-
PAOII
Seccionador Seccionadorr

Interruptor Interruptor

x x1
Tablero de Mando (TM)
Barra 1 Tablero de Mando
y
y1
Transformador de 230 KV
Corriente (CT) Barra I1

13.8 KV 13.8 KV

a

TM
1 PLANO ELÉCTRI CO DE LA
2 Tablero de Protección
SUBESTACI ÓN ELÉCTRI CA
b
Transformador de Protección falla a tierra con
núcleo de medición
PAO I

56

CONCLUSIONES

La revolución informática que vive el mundo hoy día obliga a las empresas al
emprendimiento de nuevas alternativas, que las encaminen al control y solución de
sus dificultades utilizando recursos que le permitan mejorar sus procesos, hacerse
más competitivos y mantenerse en el mercado.

El proyecto propuesto tenía como eje central el diseño de la red local de medidores
de energía eléctrica para monitorear y controlar el consumo eléctrico en la estación de
bombeo Pao I, componente básico del sistema de abastecimiento de la empresa
HIDROCENTRO.

El desarrollo de este tema permitió, además de proponer una red de medición
factible, poner en práctica técnicas eléctricas adquiridas durante la carrera de
ingeniería; adicional a ésto, conocer e implementar sistemas de control con autómatas
programables (PLC), de gran importancia para la actual industria informática.

57

RECOMENDACIONES

Como paso siguiente a la empresa, después de instalada la red de medición es su
implementación mediante un software de parametrización entre la red SINEC L1 y la
POFIBUS-DP propuesta y posterior programación de las variables controladas a
través de la red propuesta para ser monitoreadas por medio de una red de
computadores personales.

Una segunda propuesta es a través de la red local ya consolidada, enviar la
información, los parámetros monitoreados y medidos al Centro de Control de
Operaciones central en Valencia.

58

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

 Yen, P. (1984): Mercado de los Controladores Lógicos Programables.
Buenos Aires: Ediciones Mc Graw Hill.

 Instituto Americano Standard (ISA), (1999): Control y Sistema de Control.
San Francisco: Editorial ISA.

 Distefano, M. (2002): Comunicaciones en la industria. México: Editorial
PHH Prentice Hall.

 Enciclopedia Encarta (2001), Illinoins: Ediciones Microsoft.

 Gustavo, M. (1974): Abastecimientos de Agua y Alcantarillados. Caracas:
Ediciones Vega.

 Arocha, S. (1978): Abastecimientos de Agua. Teoría & Diseño. Caracas:
Ediciones Vega.

 Hidroven (Hidrológica Venezolana) (1995): Glosario de Términos del Sector
Agua Potable y Saneamiento. Caracas: Ediciones de Hidroven.

 Ballestrini, M. (1999): Como se elabora el proyecto de investigación.
Caracas: Servicio Editorial Consultores Asociados BL.

 Frost, B. Y M. Sullivan (1983): Controladores Lógicos Programables. San
Francisco: Ediciones Mac Graw Hill.

 Porras, F. Y M. Montenegro (1990): Autómatas Programables en la
industria. Caracas: Ediciones Planeta.

59

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Prentice Hall.

 Hernández, R. Y otros (1998): Metodología de la investigación. Segunda
Edición.México: Editorial Mac Graw Hill.

 Siemens, (1) (1997): Simatic Autómatas Programables S5 – 115U, S5 – 115H
y S5 –115F. Alemania: Editorial Siemens.

 Siemens, (2) (1997): Simatic Sistemas de automatización Simatic
S5/PC/TI505. Alemania: Editorial Siemens.

 Siemens, (3) (1997): Simatic Autómatas Programables S5 – 115U. 7.
Alemania: Editorial Siemens.

 Ruiz, L. (1998): Proyecto de implementación de controles lógicos
programables (PLC) en los sistemas automatizados. Trabajo de Grado.
Valencia: Politécnico Santiago Mariño.

 Arago, M. (2000): “Hardware de los autómatas”,
http://www.automatasprogramables.com/tutorialS5(I)/scada/tutorialS5(II).

 Siemens, (1999): “Productos eléctricos – Automatización”,
http://www.siemens.com/automatizacion/simaticS5.

 Hidrocentro, (2002): “Hidrocentro empresa de servicios”,
http://wwwgeocities.com/hidinf2002.

60

APÉNDICES

MODELO DE ENTREVISTA ABIERTA

1. Cuál es la ubicación exacta de la red actual?

2. Cómo funciona la red actual y como fluye la información?

3. Qué tipo de variables se controlan con la red actual?

4. Cuáles son las características o configuración de la red actual?

5. Dónde se ubicarían el PLC principal y los esclavos de la red propuesta?

6. Qué tipo de variables se controlan con la red propuesta y con qué frecuencia?

7. La salida de información dónde se monitoreará?

8. Dónde se ubicará exactamente la red propuesta?

GUÍA DE OBSERVACIÓN

1. Reconocimiento del sitio donde existe la red actual.

61

2. Reconocimiento del sitio donde se ubicará la red propuesta.

3. Detallar y caracterizar la red actual.

4. Verificación de las conexiones, medios de entrada y salida de la red actual
5. Estimaciones en sitio de la ubicación tanto de los PLC como de los
periféricos y medios para la conectividad de la red propuesta como la
actual.

62

ANEXOS

SIMATIC CENTRAL Y SIMATIC SERVIDOR

SIMATIC S5-CENTRAL

63

SIMATIC ESCLAVOS

TABLERO DE MANDO-VISTA POSTERIOR

64

BORNE DE BUS BT 777

BOMBAS Y MOTORES DE LA ESTACIÓN DE BOMBEO, CONTRLADOS A TRAVÉS DE LA

SINEC L1

Cuerpo definitivo

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