Este documento describe el diseño de prácticas de laboratorio para las disciplinas de instrumentación y control en la carrera de ingeniería automática. Se utilizó una maqueta de simulación industrial donada por Miesa para soportar las prácticas técnicamente. Las prácticas se desarrollaron usando instrumentos inteligentes, el protocolo PROFIBUS, la programación de un PLC WinAC Slot 416 e implementación de una aplicación SCADA con el paquete SIMATIC PCS 7. El diseño aplicó conocimientos de didáctica universitaria

1. 1
Trabajo de Diploma
Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría
ISPJAE
Facultad de ingeniería Eléctrica. Departamento de
Automática y Computación
Autores
Mauricio Villaescusa Cantillo
Andreis Alfonso Cordoví
Tutores
Dra. Ing. Gilda M. Vega Cruz
Msc. Ing. Eugenio César S.
Título: Diseño de prácticas
de laboratorio en la maqueta
de simulación industrial
Ciudad de La Habana, junio 2009

2. Declaración de autoridad
Por este medio damos a conocer que somos los únicos autores de este trabajo y
autorizamos al Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría a que hagan
del mismo el uso que estimen pertinente.
Autores:
_______________________ ____________________
Mauricio Villaescusa Cantillo Andreis Alfonso Cordoví
Tutores:
___________________________ ______________________________
Tutor Dr. Gilda María Vega Cruz Tutor Msc. Eugenio César Sánchez

3. Agradecimientos
A todas aquellas personas que han contribuido de una manera
u otra a la realización de este trabajo, especialmente:
A nuestros tutores por su especial atención.
A los profesores del departamento por su ayuda incondicional.
Mauricio Villaescusa Cantillo
A mi hermana, por inspirarme a seguir.
A mi novia, por sus cariños tan necesarios.
A mis compañeros, por su valiosa colaboración.
A mis padres, por brindarme su apoyo en todo momento.
Andreis Alfonso Cordoví
A mi esposa, por su amor y dedicación.
A mis padres, por estar siempre presentes.
A mi hermano, que me alegró en todo momento.
A mis suegros, por apoyarme como si fuera un hijo.
A Emilio, por dedicarnos su valioso tiempo.
A todos mis compañeros, que siempre me animaron.

4. "Aquella teoría que no encuentre
aplicación práctica en la vida es
una acrobacia del pensamiento"
Leonardo da Vinci

5. Resumen
En este trabajo se realiza el diseño de Prácticas de Laboratorio correspondientes
a las disciplinas de Instrumentación y Control de la carrera de Ingeniería
Automática; potenciando el favorecimiento de un aprendizaje mucho más activo y
abriendo nuevas expectativas a la formación del profesional.
Para el soporte técnico de las mismas, se ha utilizado una maqueta de simulación
industrial donada al ISPJAE por Miesa. La plataforma de los laboratorios está
sustentada por el trabajo con instrumentos inteligentes, protocolo PROFIBUS,
programación de un WinAC Slot PLC 416 e implementación de una aplicación
SCADA; elementos que se desarrollaron empleando el paquete SIMATIC PCS 7.
En el diseño de las prácticas también se han aplicado los conocimientos y
habilidades de la Didáctica Universitaria adquiridos en la carrera.

6. Abstract
This work is about design of laboratory practice for the disciplines of
Instrumentation and Control in Automation Engineering, looking for an active
learning and open new expectations for professional training.
To support them, were used an industrial simulation equipment donated to ISPJAE
by Miesa. The laboratories platform is supported by work with intelligent sensors,
PROFIBUS protocol, programming a WinAC Slot PLC 416 and implementation of a
SCADA application, these were developed using the package SIMATIC PCS 7. In
the design also has been applied the knowing and skills of University Didactic
acquired in the career.

7. Índice
Introducción..................................................................... ¡Error! Marcador no definido.1
Capítulo I. Los laboratorios de Automática en el Proceso de Enseñanza-Aprendizaje.
…………………………………………………………………………………………..…..1
1.1. Introducción ................................................................................................................ 2
1.2.Prácticas Docentes...................................................................................................... 3
1.2.1. Proceso Enseñanza-Aprendizaje ......................................................................... 3
1.2.2. Práctica y Teoría.................................................................................................. 3
1.2.3. Práctica educativa, concepto................................................................................ 4
1.2.4. Necesidad de la práctica docente......................................................................... 4
1.2.5. Metodología ......................................................................................................... 5
1.2.5.1. Aspectos para el diseño de las prácticas de laboratorio ................................ 5
1.2.5.2. Organización de las prácticas........................................................................ 6
1.3. Estado del Arte ........................................................................................................... 7
1.3.1. Los Equipos Didácticos para la enseñanza y entrenamiento técnico en
Automatización: Una visión mundial............................................................................... 7
1.3.1.1. Montajes industriales para capacitación ........................................................ 7
1.3.1.2. Equipos didácticos industriales para capacitación ......................................... 8
1.3.2. Los laboratorios técnicos de Automática y control en el mundo ........................... 9
1.3.2.1. Laboratorio de Automática de la Universidad de León en España.............. 10
1.3.2.2. Laboratorio de Automática de AIP-PRIMECA RAO .................................... 12
1.3.2.3. Laboratorio de Automática en Telemark University College, Noruega ......... 14
1.3.3. Análisis del estado del Arte ................................................................................ 16
Capítulo II. Descripción de la maqueta y definición de los laboratorios.................... 17
2.1. Introducción .............................................................................................................. 18
2.2. Módulo de equipos e instrumentos............................................................................ 19
2.2.1. Elementos físicos............................................................................................... 19
2.2.2. Conexión de los elementos ............................................................................... 21
2.3. Módulo de Procesamiento........................................................................................ 23
2.3.1. Elementos físicos............................................................................................... 23
2.3.1.1. Cámara Superior......................................................................................... 23
2.4. Software de aplicación.............................................................................................. 24
2.4.1. SIMATIC PCS 7 ................................................................................................. 24
2.4.1.1. Administrador SIMATIC............................................................................... 25
2.4.1.2. Ventajas ...................................................................................................... 25
...........................................................

8. 2.5. Arquitectura de la red Industrial ................................................................................ 25
2.5.1. Buses de campo ................................................................................................ 25
2.5.1.1. Concepto de BUS........................................................................................ 26
2.5.1.2. Ventajas de un bus de campo ..................................................................... 26
2.5.1.3. Desventajas de un bus de campo................................................................ 27
2.5.2. PROFIBUS......................................................................................................... 27
2.5.2.1. Generalidades del PROFIBUS .................................................................... 27
2.5.2.2. Familia PROFIBUS...................................................................................... 28
2.5.2.3. Datos técnicos del PROFIBUS .................................................................... 28
2.5.2.4. Algunas ventajas de PROFIBUS ................................................................. 28
2.5.3. Topologías de red .............................................................................................. 29
2.5.4. Detalles de la red implementada en la maqueta................................................. 30
2.5.4.1. Distribuidor activo de campo (AFD)............................................................. 30
2.5.4.2. Topología física en anillo............................................................................. 31
2.5.4.3. Ventajas especiales de la arquitectura en anillo .......................................... 31
2.5.4.4. Cableado PROFIBUS utilizado................................................................... 32
2.5.4.5. Conector PROFIBUS utilizado................................................................... 32
2.5.4.6. Elementos físicos conectados a PROFIBUS DP ......................................... 32
2.5.4.7. Elementos físicos conectados a PROFIBUS PA.......................................... 32
2.5.4.8. Elementos físicos conectados a la ET200M ................................................ 33
2.6. Definición de los Laboratorios................................................................................... 33
Capítulo III. Parametrización de la red y programación de los laboratorios.............. 35
3.1. Introducción .............................................................................................................. 36
3.1.1. Direccionamiento de las ET 200M...................................................................... 37
3.1.2. Generalidades de STEP 7.................................................................................. 37
3.2. Parametrización de la red ......................................................................................... 39
3.2.1. Identificación de los dispositivos......................................................................... 39
3.2.2. Configuración por programa de la red ................................................................ 39
3.2.2.1. Creación del proyecto.................................................................................. 39
3.2.2.2. Conexión de los dispositivos al bus DP ....................................................... 41
3.2.2.3. Conexión de los dispositivos al bus PA ....................................................... 43
3.2.2.4. Comunicación de la PC con el PLC............................................................. 45
3.2.3. Direccionamiento físico de los dispositivos......................................................... 46
3.2.3.1. Configuración del DP/PA Link con acopladores DP/PA ............................... 46
3.2.3.2. Configuración de la ET 200M con módulos de entrada/salida ..................... 47
3.3. Programación de los laboratorios.............................................................................. 47

9. 3.3.1. Laboratorios a programar................................................................................... 47
3.3.2. Estructura de programación ............................................................................... 48
3.3.2.1. Programación del laboratorio para trabajo con la válvula de control ............ 48
3.3.2.2. Programación del laboratorio para trabajo con lenguaje de contactos......... 48
3.3.2.3. Programación del laboratorio de control ON-OFF de nivel........................... 49
3.3.2.4. Programación del laboratorio de montaje de un canal de medición de
temperatura.............................................................................................................. 49
3.3.2.5. Programación del laboratorio de control PID con proceso simulado ............ 49
3.3.2.6. Programación del laboratorio de control PID de nivel .................................. 50
3.3.3. Gestión de laboratorios ...................................................................................... 50
3.3.4. Tratamiento de condiciones anormales.............................................................. 51
3.3.5. Estructura general del programa ........................................................................ 51
Capítulo IV. Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC ......................... 53
4.1. Introducción .............................................................................................................. 54
4.1.1. Generalidades de WinCC................................................................................... 54
4.1.2. Generalidades de OPC ...................................................................................... 55
4.2. Aplicación SCADA .................................................................................................... 56
4.2.1. Navegación en la aplicación SCADA para laboratorios de Automática............... 57
4.2.2. Botones de control ............................................................................................. 58
4.2.3. Contador del tiempo de laboratorio .................................................................... 59
4.2.4. Descripción de la pantalla principal (“inicio.Pdl”) ................................................ 59
4.2.5. Descripción de la pantalla general (“General.Pdl”) ............................................. 60
4.2.6. Descripción de las pantallas de históricos generales.......................................... 60
4.2.7. Funcionamiento de la pantalla de descripción (“Descripción.Pdl”)...................... 61
4.2.8. Tratamiento de las alarmas y descripción de la pantalla dedicada a las mismas
(“Alarmas.Pdl”)............................................................................................................. 62
4.2.9. Páginas asociadas a las prácticas de laboratorio ............................................... 63
4.2.9.1. Descripción de la pantalla de control de nivel (“CtrolNivel.Pdl”)................... 64
4.2.9.2. Descripción de la pantalla de la válvula de control (“MTA_valvula.Pdl”) ...... 65
4.2.9.3. Descripción de la pantalla de control de flujo (“ControlP_flujo.Pdl”)
(Propuesto) .............................................................................................................. 66
4.2.9.4. Descripción de la pantalla de control ON-OFF de nivel(“on-off.Pdl”)............ 68
4.2.9.5. Descripción de la pantalla del laboratorio de control PID simulado
(“Pid_Simu.pdl‟‟)....................................................................................................... 69
4.2.9.6. Descripción de la pantalla del laboratorio de Canal de medición
(“Canal_Med.pdl‟‟).................................................................................................... 70
4.2.9.7. Descripción de la pantalla del laboratorio de lenguaje de contactos
(“MTA_KOP.pdl‟‟) ..................................................................................................... 71

10. 4.2.9.8. Descripción de la pantalla del laboratorio de aplicación SCADA
(“Lab_SCADA.pdl‟‟).................................................................................................. 72
4.3. Propuesta de comunicación OPC ............................................................................. 73
4.3.1. Conceptos fundamentales para la realización de un proyecto............................ 73
4.3.2. Servidor y clientes OPC ..................................................................................... 74
4.3.3. Configuración del servidor y el cliente OPC de WinCC ...................................... 75
Capítulo V. Análisis económico.................................................................................... 76
5.1. Introducción .............................................................................................................. 77
5.1.1. Conceptos generales ......................................................................................... 77
5.2. Cálculo del costo del proyecto .................................................................................. 78
5.2.1. Beneficios .......................................................................................................... 80
Conclusiones ................................................................................................................. 82
Recomendaciones ......................................................................................................... 83
Bibliografía..................................................................................................................... 84
Anexos............................................................................................................................ 89

11. I
Introducción
En los últimos años ha existido una evolución constante en el uso y manejo de las
herramientas docentes, siendo esto consecuencia directa de los cambios y
transformaciones que sufren las tecnologías utilizadas en la educación. Por lo
tanto, se ha recurrido al desarrollo y aplicación de métodos docentes
implementados sobre recursos tecnológicos.
En especialidades de carácter técnico, como la Ingeniería Automática, aparecen
situaciones en las que los contenidos que deben ser asimilados por los alumnos
exigen un mayor grado de laboriosidad, y a su vez presentan una tendencia cada
vez más creciente a la complejidad (esquemas, circuitos, sistemas, etc.), por lo
que se hace necesaria la utilización de métodos prácticos más eficientes en el
proceso enseñanza aprendizaje.
Hasta hace poco tiempo se realizaban los planteamientos docentes empleando
solo métodos tradicionales como la pizarra, actualmente se ha pasado a la
exposición mediante transparencias proyectadas, caracterizadas en sí por poca
calidad y falta de dinamismo e interrelación. Con la evolución de la informática, el
software y los sistemas de multimedia, se ha podido dotar a las clases de mayor
nivel y un mayor alcance en los contenidos, introduciendo imágenes, gráficos,
colores, animaciones, etc. Por otra parte, la multimedia ha favorecido la
integración de textos y gráficos con audio y video, que fomentan la participación
activa y el aprendizaje por parte del estudiante en disciplinas con cierta
complejidad, con resultados visuales mucho más atractivos para él.
Como etapa superior se encuentran los equipos didácticos a escala reducida que
dan una aproximación de la realidad; o bien se desarrollan maquetas específicas
con equipamientos y características industriales idénticas a los que se encontrarán
los estudiantes en el mundo laboral; esto se debe a que en la mayoría de las
ocasiones no se dispone de los espacios adecuados o en algunos casos
simplemente no se dispone de los equipos.

12. Introducción
II
Sin duda, la utilización de equipos didácticos en el proceso de enseñanza
aprendizaje, es una alternativa prometedora en relación con las herramientas
antes mencionadas, basadas en paquetes comerciales de software que no
facilitan al estudiante una visión directa, dinámica, e interrelacionada con los
conceptos de la automática, y mucho menos de las tecnologías asociadas al
control, y de estas con los conceptos teóricos.
Este proyecto presenta el estudio y diseño de las prácticas de laboratorio para las
asignaturas relacionadas con el control y la instrumentación de la especialidad de
Automática. Su implementación representa una necesidad, ya que actualmente las
instalaciones de la disciplina están desprovistas de maquetas industriales
tecnológicamente actualizadas y pedagógicamente fundamentadas, que sirvan de
complemento a los conocimientos adquiridos por los alumnos. El desarrollo de
estas aplicaciones se realizará sobre la maqueta industrial donada al Instituto por
Miesa1
en el año 2007, conformada por:
Equipos electromecánicos.
Instrumentos de medición y elementos de acción final.
PC industrial con módulo de PLC incorporado.
Situación Problémica
Como parte de este trabajo se realizó una encuesta a una muestra al azar de 51
estudiantes de la especialidad de Automática que cursan los años cuarto y quinto.
Preguntas para los estudiantes de cuarto año:
1. ¿Has interactuado con un instrumento inteligente?
2. ¿Has trabajado con un PLC real?
Resultados de la encuesta:
No. Encuestados
Pregunta 1 Pregunta 2
Sí No Sí No
30 4 26 1 29
Tabla No. 1. Resultados de la encuesta aplicada a estudiantes de cuarto año.
1
El GRUPO MIESA es una empresa compuesta por MIESA INGENIERIA, S.L., MIESA MONTAJE, S.L. y MIESA
MANTENIMIENTO, S.L., dedicada a la Ingeniería, Montaje, Puesta en Marcha y Mantenimiento en los campos de la
Instrumentación y Electricidad. La creación de “MIESA” se realizó en el año 1983 en España, desarrollando los servicios de
puesta en marcha, averías y mantenimiento en las áreas de instrumentación y electricidad.

13. Introducción
III
La pregunta No 1 arrojó que solo el 13.33% de los estudiantes ha
interactuado con un instrumento inteligente.
De la pregunta No 2 se encontró que solo el 3.33% de los estudiantes ha
trabajado con un PLC real.
Preguntas para los estudiantes de quinto año:
1. ¿Has interactuado con un instrumento inteligente?
2. ¿Has trabajado con un PLC real?
3. ¿Has comunicado una aplicación SCADA con variables de un proceso real?
4. ¿Has configurado elementos en una red industrial real, empleando
cualquier tipo de protocolo de comunicación?
Resultados de la encuesta:
No. Encuestados
Pregunta 1 Pregunta 2 Pregunta 3 Pregunta 4
Sí No Sí No Sí No Sí No
21 3 18 7 14 6 15 3 18
Tabla No. 2. Resultados de la encuesta aplicada a estudiantes de quinto año.
La pregunta No 1 arrojó que solo el 14.28% de los estudiantes ha
interactuado con un instrumento inteligente.
De la pregunta No 2 se observa que solo el 33.33% de los estudiantes ha
trabajado con un PLC real.
Según la pregunta No 3 solo el 28.6% de los estudiantes ha comunicado
una aplicación SCADA con variables de proceso.
A la pregunta No 4 solo respondieron afirmativamente el 14.28% de los
estudiantes.
Como resultado del análisis anterior se infiere la siguiente situación problémica.
Los estudiantes de ingeniería en Automática no interactúan activamente con
procesos y dispositivos reales, influyendo esto negativamente en el desarrollo de
las habilidades prácticas necesarias en su desempeño como futuro profesional.

14. Introducción
IV
De esta situación se deriva el problema de la investigación.
¿Qué elementos y métodos deben considerarse en el diseño de las prácticas de
laboratorio para lograr una interacción activa con procesos y dispositivos reales?
¿Qué aplicaciones desarrollar con este fin?
Objetivos Generales del proyecto
Con este trabajo se pretende sentar las bases para introducir la maqueta de
simulación industrial como una herramienta en el desarrollo del proceso docente
educativo y de investigación, en las prácticas de laboratorios de las Disciplinas de
Instrumentación y Control. Para ello se definen las siguientes tareas:
La configuración de la red industrial utilizando todos los elementos que se
encuentran disponibles en la misma.
Realizar la programación de sus protecciones, las aplicaciones de las
prácticas de Instrumentación y Control, así como la gestión de las mismas.
Realización de una aplicación SCADA que sirva de plataforma para el
desarrollo de las prácticas de laboratorio.
Objetivos específicos
Andreis Alfonso Cordoví. Diseñar las siguientes prácticas de laboratorio:
Control On-Off de nivel (MTA).
Control PID con proceso simulado (MTA).
Control de nivel en un tanque (Control de Procesos l).
Identificación no paramétrica de un proceso de nivel (Modelado y Simul.).
Canal de medición de temperatura (Sistemas de Medición).
Mauricio Villaescusa Cantillo. Diseñar las siguientes prácticas de laboratorio:
Configuración de una red PROFIBUS (Sistemas Automatizados).
Trabajo con SCADA (Sistemas Automatizados).
Parametrización de sensores (Mediciones).
Característica efectiva de las válvulas de control (MTA).
Trabajo con lenguaje de contactos (MTA).

15. Introducción
V
Hipótesis
Si se diseñan y elaboran prácticas de laboratorio en una maqueta de simulación
industrial, los estudiantes de la especialidad de Automática podrán desarrollar
habilidades de trabajo de carácter experimental con la misma y consolidar los
conocimientos adquiridos en el aula.
Tareas
Teniendo en cuenta los objetivos planteados se definen las siguientes tareas.
Relacionadas con la Maqueta de Simulación Industrial
Estudio general de:
1. Instrumentos de medición.
2. Elementos de acción final.
3. Equipos electromecánicos.
4. PC industrial y PLC con módulos asociados.
5. Conexionado de la red hidráulica.
6. Conexionado de los elementos (red industrial).
7. Estudio del trabajo con WinCC, OPC, Step7 y PCS7.
Desarrollo de aplicaciones de laboratorio.
Relacionadas con las Prácticas de Laboratorio
Definición del basamento teórico.
Definición de las tareas a desarrollar por los estudiantes.
Realización de la documentación correspondiente (incluye guía para el
estudiante y documentación para el profesor).
Resultados esperados
Con este proyecto se pretende preparar la maqueta de simulación industrial, así
como prácticas de laboratorio para el desarrollo satisfactorio de las actividades
docentes de las disciplinas de Instrumentación y Control del Departamento de
Automática y Computación.
El trabajo de diploma está dividido en cinco capítulos:
Capítulo 1: Se analiza la importancia de los laboratorios reales en el proceso se
enseñanza aprendizaje de las carreras de ingeniería. Se expone además el estado
actual de los laboratorios de Automática en otras universidades del mundo.

16. Introducción
VI
Capítulo 2: Se realiza una descripción de la maqueta de simulación industrial, del
conexionado y los elementos de red.
Capítulo 3: Se presentan los elementos para la configuración de la red
implementada, la programación del PLC con las aplicaciones de los laboratorios, y
las protecciones de la maqueta industrial.
Capítulo 4: Se presentan elementos de la aplicación SCADA desarrolla y la
propuesta de comunicación OPC.
Capítulo 5: Se realiza el análisis de costo-beneficio del proyecto.
Finalmente se presentan las Conclusiones, Recomendaciones y Anexos del
trabajo.
Glosario
Maqueta
Es la reproducción, a tamaño reducido, de un monumento, edificio, complejo
industrial, parque, objeto y, en general, de cualquier cosa física. Normalmente se
utiliza la madera y el plástico, aunque también pueden utilizarse metales
moldeables, barro, arcilla o plastilina.
CPU
Unidad Central de Procesamiento de un controlador programable S7, con
memoria, sistema operativo, e interface para la programación de dispositivos.
PLC (Programmable Logic Controller)
Son controladores electrónicos cuya función se almacena como un programa en la
unidad de control. Tiene la estructura de una PC, que consiste en una CPU con
memoria, módulos de entrada/salida y un bus interno del sistema. El lenguaje de
programación está orientado a necesidades de control.
Programador de dispositivos (PGs)
Son en esencia PCs compactas, portables y diseñadas para aplicación industrial.
Estas se encuentran equipadas con un hardware y software para controladores
programables SIMATIC.

17. Introducción
VII
Bus de campo o Fieldbus
Es un protocolo de comunicaciones digital de alta velocidad que está creado para
remplazar la clásica señal de 4-20 mA que aún se utiliza en muchos de los
sistemas DCS (Sistema de Control Distribuido) y PLC (Controladores Lógicos
Programables), instrumentos de medida y transmisión y válvulas de control.
PROFIBUS
PROcess FIeld BUS, es una norma alemana para buses de campo definida en el
estándar (EN 50170), Define las propiedades funcionales, eléctricas y mecánicas
de un bus serie. Está disponible con los protocolos DP (Distributed Periphery),
FMS (field bus message specification) o TF (technology functions).
PROFIBUS-DP
Este es el sistema de bus PROFIBUS con el protocolo DPv0-v2. Las ET 200 para
salidas y entradas distribuidas se basan en la norma EN50 170, Volumen 2,
estándar PROFIBUS.
PROFIBUS-PA
Este es el sistema de bus PROFIBUS con el protocolo DPv1, basado en la norma
EN50 170. Fabricado especialmente para brindar alimentación a los dispositivos a
través del bus, y para aplicaciones que requieran seguridad intrínseca. PA
(Process Automation) - Automatización de Procesos.
DP/PA Link
Dispositivo que sirve para enlazar elementos de una red PA a DP. Posibilita que
los dispositivos de campo sean direccionados directamente por la CPU como
esclavos del bus PA; los DP/PA Link son transparentes y no necesitan
configuración alguna.
Dirección PROFIBUS
Cada nodo del bus debe recibir una dirección PROFIBUS única que lo identifica en
el bus. Las direcciones de los maestros y esclavos DP están entre 1 y 125.
Máster (Maestro)
Cuando están en posesión del token (testigo), los másteres pueden enviar y pedir
datos de otros nodos activos. La CPU 416-2 DP PCI es un ejemplo de máster DP.

18. Introducción
VIII
Slave (Esclavo)
Un esclavo puede intercambiar datos con el maestro cuando este se los solicita.
Las ET 200M son un ejemplo de esclavo DP.
Dispositivos de E/S distribuida
Son unidades de entrada/salida distribuidas a cierta distancia de la CPU y que no
se encuentra localizada en la unidad base, ejemplo:
ET 200M, ET 200B, ET 200C, ET 200U
Otros esclavos DP de Siemens u otros proveedores.
Los dispositivos de E/S distribuidas se conectan a un maestro DP vía PROFIBUS-
DP.
Adquisición de datos
Consiste en la recogida, tratamiento y almacenamiento de los datos.
Supervisión
En esta función el computador no efectúa directamente el control de proceso. Se
comunica directamente con los controladores del proceso (autómatas,
reguladores…) y este con los instrumentos de campo por medio de un sistema de
comunicación (comunicación analógica, digital o por una red industrial). La
principal función es la ayuda al operador. El computador suministra algunas
informaciones elaboradas como pueden ser alarmas, tratamiento de fallos y
procedimientos de rearme.
SCD
Sistemas de control distribuido. Consisten en un conjunto de unidades de control
que pueden tomar decisiones autónomas, intercomunicándose por medio de una
red.
Sistemas redundantes
Los sistemas redundantes están caracterizados por el hecho de duplicar los
componentes de automatización más importantes. Si un componente con
configuración redundante falla, no ocurre una interrupción en el procesamiento del
programa.
STEP 7
Herramienta de programación para el desarrollo de programas de usuario para
PLCs SIMATIC S7.

19. Introducción
IX
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)
Se trata de una aplicación especialmente diseñada para controlar, desde
computadoras, el proceso productivo. Permite comunicación con los dispositivos
de campo y controla el proceso de forma automática desde la pantalla de la
computadora.
WinCC (Windows Control Center)
Sistema SCADA desarrollado por SIEMENS (empresa multinacional de origen
alemán dedicada a las telecomunicaciones, el transporte, la iluminación, a través
de Osram, a la medicina, al financiamiento y a la energía, entre otras áreas de la
ingeniería)
PCS7
SIMATIC PCS 7 está integrado en Totally Integrated Automation (TIA) de
Siemens, una gama completa de productos, sistemas y soluciones coordinados
entre sí para la automatización personalizada en todos los sectores de las
industrias manufactureras, de procesos e híbridas.
WinAC (Windows Automation Center)
Es la solución para el control basado en PC sobre Windows®.
OPC (OLE for Process Control)
Corresponde a un conjunto de especificaciones basadas en los estándares de
Microsoft que cubren los requerimientos de comunicación industrial entre
aplicaciones y dispositivos. Permite a las aplicaciones leer y escribir valores de
proceso y que los datos sean compartidos fácilmente en una red de
computadoras.
PWM (Pulse Wide Modulation)
Modulación por Ancho de Pulso. Es la conversión a señales de frecuencia de
amplitud constante, de valores continuos.
LABVIEW
Software desarrollado por National Instruments orientado a programación visual.

20. 1
Capítulo I. Los laboratorios de Automática en el
proceso docente.
CAPÍTULO
I
LOS LABORATORIOS DE AUTOMÁTICA
EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA-
APRENDIZAJE

21. 2
Los laboratorios de Automática en el proceso Enseñanza-Aprendizaje . Capítulo I
1.1 Introducción
En este capítulo se exponen los elementos fundamentales que producen la
relación entre equipos didácticos (como las maquetas industriales) y el proceso de
enseñanza aprendizaje; se muestra la forma en que la introducción de las
tecnologías en la educación ayudan al estudiante a conducir y formar su propio
aprendizaje, siendo a su vez una herramienta que facilita el trabajo del profesor.
Existe además un análisis de cómo el avance tecnológico y científico en el mundo,
y su relación con los equipos del sector industrial, influyen indiscutiblemente en las
instalaciones y equipamiento de las Instituciones Docentes.
Otro de los puntos que se aborda es el estado actual del uso de este tipo de
herramientas para el desarrollo de laboratorios en carreras de ingeniería; así como
las características, elementos y utilidad de las mismas.

22. 3
Los laboratorios de Automática en el proceso Enseñanza-Aprendizaje . Capítulo I
1.2 Prácticas Docentes
1.2.1 Proceso Enseñanza-Aprendizaje
En la realización de las prácticas docentes no se puede pasar por alto el proceso
enseñanza-aprendizaje en el que se encuentran involucrados alumnos y
profesores; proceso de gran importancia, donde los individuos presentes se
interrelacionan en un ambiente de conocimientos impartidos y adquiridos, en él se
persigue el desarrollo e integración de lo cognitivo, lo afectivo, lo procedimental y
lo conductual. No es suficiente con entrenar alumnos sólo en estrategias
cognitivas y en la adquisición de destrezas procedimentales. Se debe trascender
del usual desarrollo de habilidades, a una concepción que integre la motivación, la
sensibilidad, los valores, las conductas y los modos de ser y hacer.
Dirigiendo los esfuerzos en estas direcciones se puede lograr en los alumnos la
disposición de continuar con su superación en su posterior vida profesional.
“Propiciará también la capacidad de plantear y resolver problemas, predecir
resultados y desarrollar el pensamiento crítico, la imaginación especial y el
pensamiento deductivo; introducirá al mundo social y al mundo natural
entendiendo éstos como procesos dinámicos y en evolución, y formará buenos
ciudadanos que vivan en la democracia y la cultura de la legalidad”. [1]
Resumiendo, se pueden utilizar las palabras de Fernando Cerón Olvera en
relación a la calidad del proceso de enseñanza-aprendizaje en su artículo: “La
práctica docente... Algo importante de abordar”:
“…digamos que habrá calidad en la educación cuando se logre formar algunas
capacidades generales de la inteligencia para pensar por cuenta propia, de modo
lógico, crítico e imaginativo; y se formen además los valores necesarios para la
vida democrática y ciudadana”. [2]
1.2.2 Práctica y Teoría
En las palabras de González Eduardo, M., en su artículo, ¿QUÉ HAY QUE
RENOVAR EN LOS TRABAJOS PRÁCTICOS?, se expone la estrecha relación
que se evidencia entre la teoría y la práctica en la resolución de prácticas de
laboratorio.

23. 4
Los laboratorios de Automática en el proceso Enseñanza-Aprendizaje . Capítulo I
“No se trata solo de un aprendizaje de métodos o de una ilustración de la teoría, ni
se trata exclusivamente de aplicar esa teoría a la resolución de problemas. Se
trata de dar un significado en el aprendizaje al hecho de que la ciencia es una
actividad teórico-experimental”. [3]
1.2.3 Práctica educativa, concepto
El concepto de práctica educativa se considera de forma abierta, involucrando
desde simples lecciones de corta duración, cursos completos de un año, hasta los
tradicionales cursos a distancia basados en la entrega de contenidos, y la
realización de cuestionarios con aproximaciones centradas en la resolución de
problemas, o el desarrollo de proyectos. [4]
1.2.4 Necesidad de la práctica docente
En el desarrollo de la actividad docente diaria debe tenerse en cuenta, que con el
conocimiento teórico y simulaciones realizadas no se completa la formación de un
profesional en el campo de la ingeniería, pues es necesario que los estudiantes
manipulen componentes y equipos reales, dígase: sensores, transmisores y
autómatas, entre otros.
Desde el punto de vista de la pedagogía, la utilización de tecnologías industriales
en carreras técnicas supone una gran cantidad de posibilidades. Por esto, los
distintos aspectos del proceso enseñanza-aprendizaje de las ciencias (teniendo en
cuenta desde el manejo de conceptos hasta la evaluación, pasando por prácticas
de laboratorio y resolución de problemas) han ido en evolución constante según
las nuevas tecnologías. Prueba de ello es que durante los últimos años se ha
fomentado el desarrollo de numerosos prototipos con fines docentes, tales como:
simuladores, laboratorios virtuales y maquetas industriales.
La utilización de un equipo didáctico permite al estudiante, mediante las prácticas
de laboratorio, una consolidación de los contenidos recibidos en el aula. Con esto,
los alumnos adquieren un primer contacto con los sistemas industriales, pilar
básico en el desempeño satisfactorio de las demás asignaturas y como futuro
ingeniero en Automática.
Por otro lado, la integración teórico-práctica que se logra con el desarrollo de una
práctica de laboratorio, permite a los estudiantes constatar con resultados

24. 5
Los laboratorios de Automática en el proceso Enseñanza-Aprendizaje . Capítulo I
prácticos, los conceptos teóricos adquiridos y el desarrollo de habilidades de
carácter experimental logrando la conformación como un todo necesario de la
enseñanza universitaria con la realidad del mundo profesional e industrial. Así se
fomenta el desarrollo de habilidades a través de valoraciones e informes de los
resultados obtenidos en relación con la teoría.
A modo de resumen se emplean las palabras de González Eduardo, M. en su
artículo ¿QUÉ HAY QUE RENOVAR EN LOS TRABAJOS PRÁCTICOS? respecto
a las prácticas docentes:
“Se trata, sin duda, de la orientación más ardua y compleja, pero también de la
más prometedora. Es también una posibilidad para que los esfuerzos innovadores
de los docentes y las expectativas de los estudiantes no terminen en nuevas
frustraciones”. [3]
1.2.5 Metodología
Es de marcada importancia, que la metodología que se utilice en el diseño de las
prácticas de laboratorio, aseguren en el alumno la asimilación de los conceptos
aprendidos por medio de la experimentación con equipos reales, de modo que se
exija el estudio y la aplicación de los conocimientos, asegurando el desarrollo de
habilidades.
En general, la investigación desarrollada a favor de mejorar el rendimiento o la
eficacia de la docencia, suele basarse en estos aspectos:
1.2.5.1 Aspectos para el diseño de las prácticas de laboratorio
Organización y planificación: Preparar el trabajo docente y presentarlo a los
alumnos del modo más conveniente para su asimilación.
Medios de expresión y comunicación: Dotar a la materia de un medio
atractivo de presentación.
Fomento de la interacción profesor-alumno: Fomentar la comunicación
bidireccional entre el profesor y el alumno, de forma que el primero obtenga
datos importantes para el seguimiento de la docencia, y el segundo una
atención más personalizada a sus necesidades.
Enfoques dirigidos a algún contenido de la materia: Enfocar contenidos
adaptados concretos a una situación determinada.

25. 6
Los laboratorios de Automática en el proceso Enseñanza-Aprendizaje . Capítulo I
Motivación al alumno: Conseguir un mayor esfuerzo por parte del alumno
basado en la idea de sustituir obligación por afición.
Limitación de tiempo: Asegurar que el tiempo destinado a las prácticas sea
suficiente para la culminación exitosa de las mismas.
Coordinación: Asegurar la coordinación que requiere la parte teórica con la
práctica. No se deben exigir en el laboratorio conceptos no explicados en
teoría, ni se debe dejar pasar mucho tiempo entre lo enseñado en teoría y
su puesta en práctica.
Evolución de la complejidad: Las prácticas deben ir aumentando
gradualmente, evitando grandes saltos teóricos entre una práctica y la
siguiente. [5]
1.2.5.2 Organización de las prácticas
Los estudiantes deben acudir a la práctica de laboratorio debidamente preparados.
Esto significa haber estudiado la teoría correspondiente en el texto de la
asignatura, y las indicaciones particulares para la práctica que corresponda. La
práctica será realizada en grupos cuyo tamaño se indicará para cada una según
las diferentes tareas necesarias para su ejecución.
Al comienzo de la práctica se darán las orientaciones pertinentes, se debatirán las
hipótesis y los experimentos que realizará cada subgrupo, se distribuirán las
tareas a desarrollar entre los estudiantes y se demostrará, si fuese necesario, el
uso de los equipos e instrumentos que serán utilizados, aunque esto último deberá
verse antes de la práctica. Si el docente lo considera necesario se realizarán por
escrito preguntas iniciales, o mediante el debate de las propuestas de los
experimentos que realizará cada colectivo, se podrá evaluar su preparación y
estudio independiente.
Durante la realización de la práctica por los estudiantes, el docente controla que
las orientaciones se cumplan adecuadamente y los estudiantes deben atender sus
indicaciones, así como mantener una estricta disciplina, con el mayor cuidado en
el uso de la base material.
El docente estará presente durante la realización de las mismas para aclarar
cualquier duda que se presente, y orientar de forma correcta el desarrollo de la

26. 7
Los laboratorios de Automática en el proceso Enseñanza-Aprendizaje . Capítulo I
misma. Es bueno aclarar que la máxima responsabilidad de la realización de la
práctica corresponde al grupo de estudiantes.
Al final de la práctica los estudiantes intercambiarán la información recopilada por
cada uno de ellos, con lo cual confeccionarán de forma individual o colectiva,
según sea el caso, el informe que se solicita, que se deberá entregar en el propio
laboratorio o en la fecha que establezca el docente.
En la evaluación de la práctica de laboratorio se tendrá en cuenta la preparación
previa del estudiante, la calidad en la realización de los experimentos y la del
informe final. (Anexo 1)
1.3 Estado del Arte
1.3.1 Los Equipos Didácticos para la enseñanza y
entrenamiento técnico en Automatización: Una visión mundial
En el mundo existen dos variantes bien definidas para el entrenamiento de
estudiantes de carreras de ingeniería, son ellas:
Montajes industriales para capacitación.
Equipos didácticos industriales para capacitación.
A continuación se exponen las características fundamentales de cada uno de
estos elementos.
1.3.1.1 Montajes industriales para capacitación
En la actualidad los montajes industriales son un medio físico, mediante el cual se
entrena a los alumnos para el desarrollo de habilidades. Pero son muchas las
ocasiones en que este entrenamiento se realiza con estos equipos montados
temporalmente, de forma insegura y de difícil operación.
Los montajes industriales para capacitación, una vez instalados, presentan
diversas desventajas, entre ellas: [6]
Pueden presentarse riesgos para el equipo y/o el alumno al no contar con
las medidas mínimas de seguridad.
Pérdida de tiempo en la realización de prácticas en la instalación provisional
de los equipos y su acondicionamiento, por ejemplo: cableado, sujeción de
elementos, etc.

27. 8
Los laboratorios de Automática en el proceso Enseñanza-Aprendizaje . Capítulo I
Nulas o pocas posibilidades de simulación de eventos industriales reales.
Genera poco interés en los alumnos para la realización de prácticas.
Los montajes industriales para capacitación poseen una vida útil corta
debido a que no son diseñados para la enseñanza.
1.3.1.2 Equipos didácticos industriales para capacitación
Hoy pueden encontrarse empresas dedicadas al diseño y fabricación de equipos
didácticos industriales para el entrenamiento y la capacitación de estudiantes o
personal técnico. Es tal el alcance y la versatilidad de estos equipos diseñados
con fines docentes, que son capaces de simular procesos industriales y sus fallas
más comunes, cuentan con un diseño atractivo, una programación de prácticas ya
establecidas y con objetivos claros ya predefinidos. Todo esto permite una mayor
productividad en el proceso de enseñanza y enriquece la formación de los
estudiantes.
Entre los principales fabricantes están:
Energy Conceps INC.
Edutelsa.
LaVolt.
Todos estos ofrecen equipamiento para talleres y laboratorios de organismos que
desempeñan actividades docentes de niveles medio y superior, aportando
diferentes tipos de innovaciones y con servicios debidamente actualizados; se
dedican a la fabricación, comercialización, instalación y servicio de equipos y
programas didácticos para la capacitación del trabajo industrial. [6]
Las ventajas que pueden ofrecer son:
Capacitación amena y rápida.
Mayor seguridad.
Practicas Planeadas.
Soporte técnico definido.
Entre sus desventajas pueden mencionarse las siguientes:
Costo inicial muy alto.
Necesidad de un instructor capacitado.
Dependencia de una empresa.

28. 9
Los laboratorios de Automática en el proceso Enseñanza-Aprendizaje . Capítulo I
1.3.2 Los laboratorios técnicos de Automática y Control en
el mundo
Durante los últimos años en instituciones docentes de nivel superior se ha venido
trabajando e investigando la posibilidad de desarrollar nuevas estrategias
docentes en el ámbito de la Automática, ya que, en general, los estudiantes se
decepcionan al no poder aplicar sus conocimientos teóricos en la práctica. Esta
situación viene dada por el abuso en el marco teórico de la simplificación de los
problemas, haciéndose imperante la necesidad de proporcionar una visión
tecnológica de los mismos al estudiante.
Los resultados han aparecido, pues hoy son muchas las universidades del mundo
que cuentan con laboratorios de Automática debidamente diseñados y equipados,
siguiendo los últimos adelantos tecnológicos que se han sucedido en la
automatización de procesos. Esto permite elevar significativamente el nivel de
preparación de sus estudiantes, pues pueden enfrentarse a situaciones prácticas
con más frecuencia; incluso ya es una realidad objetiva la posibilidad de tener
acceso remoto desde Internet a estas instalaciones, gracias al desarrollo de las
redes de computadoras.
Son diversas las aplicaciones que pueden encontrarse, así como el grado de
complejidad de las mismas, todo depende del objetivo para el cual ha sido
preparado el laboratorio y del nivel de actualización o disponibilidad que exista en
los equipos didácticos de la institución. Entre ellas pueden mencionarse
aplicaciones para control de nivel, velocidad de motores, presión, etc., y existen
integrados elementos como:
Buses de campo.
Aplicaciones SCADA para la supervisión y monitorización.
Instrumentos de medición y otros dispositivos inteligentes.
Modernos Protocolos de Comunicación para la industria como PROFIBUS,
Modbus, etc.
Acceso remoto a estos laboratorios desde Internet.

29. 10
Los laboratorios de Automática en el proceso Enseñanza-Aprendizaje . Capítulo I
1.3.2.1 Laboratorio de Automática de la Universidad de León en España
Este laboratorio está compuesto por diferentes módulos; en ellos se encuentran
representados de forma didáctica, distintos procesos o situaciones que pueden
ser encontrados por los estudiantes en la industria. Cada práctica se encuentra
implementada sobre maquetas didácticas, integradas por instrumentos y
dispositivos industriales. Se dispone además de la posibilidad de tener acceso
remoto al laboratorio desde locales debidamente habilitados con este propósito;
así los estudiantes tienen la posibilidad de acceder a la instalación en cualquier
momento. [7]
A continuación se ofrecen algunos detalles.
a-) Accionamientos de frecuencia variable
Este laboratorio pone a disposición del estudiante una aplicación que permite
trabajar directamente con accionamientos basados en convertidores de PWM.
Estos equipos didácticos están constituidos por un variador de frecuencia
MICROMASTER, un motor de baja potencia con sistema de frenado mecánico y
un encoder incremental de 1024 pulsos en el eje que permite cerrar lazos de
control. [7]
Figura No. 1.1. Maqueta para accionamientos de frecuencia variable.
b-) Maquetas industriales para control de procesos
Esta aplicación está diseñada con equipos específicos que dan una visión más
real de los procesos industriales, ya que a través de la instrumentación que
incorpora pueden manejarse señales eléctricas, dando lugar a lo que se denomina
Maqueta Industrial.

30. 11
Los laboratorios de Automática en el proceso Enseñanza-Aprendizaje . Capítulo I
El laboratorio consta de dos alternativas:
Variante que permite implementar procesos industriales manejando cuatro
variables, son ellas: temperatura, nivel, presión y flujo.
Variante que permite desarrollar estrategias de control avanzado sobre la
variable nivel.
Todos los instrumentos y accionamientos de esta maqueta son industriales, y
configurables a través del protocolo de comunicación industrial HART; es posible,
además, controlar las señales eléctricas mediante SCD, PLCs o una tarjeta de
adquisición de datos con una PC.
Figura No. 1.2. Maqueta industrial para control de procesos.
c-) Planta piloto Industrial
Esta maqueta permite realizar prácticas sobre un reactor de 50 litros. En ella se
pueden desarrollar estrategias de control avanzado, supervisión de procesos y
diagnóstico de fallos, trabajando sobre variables como: presión, nivel, PH,
temperatura y conductividad. La maqueta cuenta con un circuito de proceso que
tiene recirculación mediante una bomba con accionamiento de frecuencia variable.
Figura No. 1.3. Planta piloto industrial.

31. 12
Los laboratorios de Automática en el proceso Enseñanza-Aprendizaje . Capítulo I
d-) Características estructurales del laboratorio en general
El nivel de control del laboratorio está conformado por una red Ethernet industrial y
PLCs; el enlace a nivel de campo con los variadores de velocidad se realiza
mediante PROFIBUS DP, estos variadores se encuentran como esclavos de la red
PROFIBUS. El nivel de planta lo componen PCs conectadas a una red Ethernet
que supervisan y monitorizan el proceso gestionando su evolución.
Figura No.1.4. Estructura general del laboratorio.
1.3.2.2 Laboratorio de Automática de AIP-PRIMECA RAO
Este laboratorio se encuentra conformado por diferentes módulos, todos
accesibles desde aplicaciones Web; en cada uno se puede realizar el control
automático de motores, así como la manipulación de variadores de velocidad y
actuadores electroneumáticos utilizando PLCs a través de buses de campo. [8]
Características generales de los módulos
Cada módulo ilustra la instalación de un PLC, un manipulador de movimiento
(Variador de velocidad) y un conjunto de entradas y salidas sobre distintos buses
de campo.
Los elementos principales que componen los módulos son:
Área de alimentación. (Circuitos de protección y accionamientos, Fuente
de AC/DC).
Área de control. Posee un PLC que por una rama está conectado a un
servidor Web mediante una red Ethernet. En la otra rama está conectado a
una red de campo en la que se encuentran conectados los sensores y
actuadores de la maqueta. Además en esta área se encuentra un panel
como interface HMI.

32. 13
Los laboratorios de Automática en el proceso Enseñanza-Aprendizaje . Capítulo I
Área de campo. Contiene las entradas y salidas distribuidas y los
elementos que se conectan a ella como: sensores, actuadores, encoders,
motores de arranque y variadores de frecuencia. (Pueden conectarse
además otros dispositivos).
Figura No. 1.5. Diseño estructural del laboratorio.
Algunos módulos del laboratorio (AIP-Primeca RAO)
Figura No. 1.6. Módulo con red PROFIBUS DP (Izquierda), con red Modbus TCP/RTU (Derecha).
Acceso remoto al laboratorio
Para acceder al laboratorio cada profesor o tutor debe registrarse con anterioridad
en una sección de administración de redes. Luego el profesor puede conectarse a
la intranet y ver cuáles son los dispositivos que tendrá disponibles por un tiempo
de 60 minutos máximo. El profesor en este momento tiene la facultad de cambiar
la contraseña de acceso de los estudiantes. [8]
Luego es posible que los estudiantes se conecten y comiencen a interactuar con
una aplicación Web que dispone de:
Visualización de la maqueta mediante Webcam.
Archivos de ayuda de toda la documentación correspondiente.
Interface grafica de la aplicación.

33. 14
Los laboratorios de Automática en el proceso Enseñanza-Aprendizaje . Capítulo I
Figura No. 1.7. Aplicación Web para acceso remoto al laboratorio.
Arquitectura de la red
Desde esta aplicación se puede programar el PLC del módulo, a través del
software correspondiente (Schneider Electric PL7-Pro), monitorizar el proceso
mediante la interface de video y desarrollar supervisión del proceso mediante los
softwares Vijeo Designer or Citect Scada. Toda la información fluye utilizando un
servidor con Windows® Server 2003 al que se conectan las distintas estaciones.
Figura No. 1.8. Arquitectura de la red de acceso remoto al laboratorio.
1.3.2.3 Laboratorio de Automática en Telemark University College,
Noruega
Este laboratorio cuenta con diferentes prácticas implementadas, estas recogen
diversos elementos relacionados con la automática y el control. Existe
comunicación del proceso con PCs a través del software LABVIEW con servidor
OPC, se cuenta también con simulaciones implementadas sobre este programa y
la posibilidad de interactuar con el proceso utilizándolas.[9]

34. 15
Los laboratorios de Automática en el proceso Enseñanza-Aprendizaje . Capítulo I
A continuación se muestran algunas de las prácticas que existen implementadas
en el laboratorio.
a-) Control de procesos de primer orden con retardo
Esta práctica ha sido implementada sobre la simulación en LABVIEW de un
proceso de primer orden con retardo, se utilizan controladores “Fuji PYX5 y PYX9
PID” en el lazo y además una interface de entrada/salida USB-6008 de National
Instruments para comunicar la simulación del proceso (LABVIEW + PC) con el
controlador (Fig. 1.9). [9]
Figura No. 1.9. Comunicación Labview/Controlador PYX9 empleando el dispositivo USB 6008 de
National Instruments.
b-) Control de taladro empleando un SIMATIC PLC
Esta práctica simula el control de un taladro utilizando un PLC de Siemens (S7-
300), el proceso es simulado en LABVIEW y se comunica con el PLC mediante un
servidor OPC del cual la PC que ejecuta el software (LABVIEW) es cliente. La
práctica posee una interface gráfica diseñada para monitorizar de cierta manera el
comportamiento del equipo según los parámetros de simulación. [9]
Figura No.1.10. Aplicación para el control de un taladro empleando servidor OPC.

35. 16
Los laboratorios de Automática en el proceso Enseñanza-Aprendizaje . Capítulo I
c-) Modelado matemático del comportamiento del nivel en un tanque
La presente práctica de laboratorio consta de dos partes; la primera es el
modelado de matemático del proceso de variación de nivel empleando ecuaciones
diferenciales, y la segunda es la identificación del proceso empleando datos
obtenidos de la variación de flujo, que es producida por una bomba de agua. De
aquí debe obtenerse un modelo discreto del comportamiento de nivel en el tanque
de la maqueta.
El proceso de identificación se desarrolla una vez obtenidos los datos de variación
de nivel a partir de la manipulación del accionamiento de la bomba, para obtener
el modelo correspondiente se utiliza un programa de LABVIEW que emplea los
datos almacenados y devuelve un modelo matemático discreto. Más tarde se
orienta a los estudiantes diseñar un sistema de control utilizando el modelo
obtenido. [9]
Figura No. 1.11. Maqueta para control de nivel en un tanque.
1.3.3 Análisis del estado del Arte
En las secciones anteriores se ha visto que existe un gran desarrollo en los
laboratorios de Automática para estudiantes de ingeniería. Este factor influye
directamente en la preparación del alumno y la superación del profesor, ya que se
tiene la posibilidad de formar al profesional integralmente en la práctica y la
teoría. Por tanto, la razón principal de este proyecto, es la necesidad de sentar las
bases para que el laboratorio de Automática logre reunir las características antes
mencionadas.

36. 17
Capítulo II. Descripción de la maqueta y definición de los laboratorios
CAPÍTULO
II
DESCRIPCIÓN DE LA MAQUETA Y
DEFINICIÓN DE LOS LABORATORIOS

37. Descripción de la Maqueta y definición de los laboratorios . Capítulo II
18
2.1 Introducción
La maqueta de simulación industrial del laboratorio de Automática e
instrumentación, tiene incorporados los elementos más novedosos que existen
hoy en el campo de la Automática. La misma cuenta con conexiones redundantes,
mediante bus de campo, y una gama de equipos e instrumentos de última
tecnología.
En este capítulo se realiza una breve caracterización de la maqueta desde los
puntos de vista siguientes:
Físico. Se describen los elementos atendiendo a su geometría.
Conexiones. Se explican las diferentes vías de circulación del fluido y la
red de tuberías.
Software. Se señala qué programas se utilizan y el propósito de los
mismos.
Arquitectura de la red industrial. Se expone el conexionado de red que
viene implementado en la maqueta.
De esta manera se pretende dar a conocer los elementos básicos que
caracterizan la maqueta y comprender cómo funcionan.

38. Descripción de la Maqueta y definición de los laboratorios . Capítulo II
19
2.2 Módulo de equipos e
instrumentos
El módulo de equipos e instrumentos está formado por un conjunto de vigas de
acero inoxidable unidas en forma de ortoedro apoyado sobre cuatro ruedas (Fig.
2.1). Dentro de esta estructura encuentran soporte todos los elementos que
componen este módulo, dígase: transmisores, válvulas, tanques, tuberías,
cableado, etc. El volumen que ocupa esta sección es de 1.62m3
.
Figura No. 2.1. Módulo de equipos e instrumentos.
2.2.1 Elementos físicos
Físicamente la maqueta está compuesta por:
Dos tanques cilíndricos de acrílico de 0.172 m3
, instalados verticalmente y
conectados a una red de tuberías de 0.003175 m (1/8”) de diámetro interior, que
proporciona, a través de válvulas manuales (tipo bola) instaladas, diferentes
interconexiones y vías de recorrido del fluido en función del estado de apertura de
las mismas. Cada tanque posee dos tomas de entrada y una de salida; esta última
puede comunicarse con la del tanque adyacente, manipulando una válvula que las
une o las aísla.
Dos bombas centrífugas verticales que ocupan un volumen de 0.017 m3
,
estas se encargan de impulsar el líquido depositado en los tanques a través de la
red de tuberías. Cada bomba puede alimentar un solo tanque o a ambos al mismo
tiempo, todo depende del estado de las válvulas manuales que determinan el
sentido de circulación del fluido. (Anexo 2.1)

39. Descripción de la Maqueta y definición de los laboratorios . Capítulo II
20
Un compresor de aire de instrumentos con tanque cilíndrico para
almacenamiento, instalado horizontalmente alimenta el actuador de la válvula de
control, el mismo ocupa en volumen de 0.035m3
. Este compresor se conecta a un
reductor de presión que alimenta al posicionador de la válvula de control a través
de una tubería plástica. En la tubería se encuentra un presostato pequeño para
proteger el actuador de anomalías en la presión de alimentación. (Anexo 2.2)
Un transmisor de presión diferencial que ocupa un volumen de 0.0045 m3
,
el mismo se encuentra ubicado en la parte inferior de uno de los tanques. Este
instrumento tiene conectada una de sus tomas a la salida del tanque y la otra está
abierta al ambiente (atmósfera). (Anexo 2.3)
Un transmisor electromagnético de flujo que está dividido en dos secciones:
1. Elemento primario de medición: Está instalado en la línea entrada de
uno de los tanques y tiene un volumen de 0.0046 m3
. (Anexo 2.4)
2. Elemento indicador transmisor: Se encuentra conectado al elemento
primario de medición mediante cables y está situado en la periferia del área
industrial de la maqueta, así es posible facilitar la visibilidad y el acceso de
los usuarios. El volumen que ocupa es de 0.0051 m3
. (Anexo 2.5)
Un transmisor de flujo tipo Coriolis que se encuentra instalado
verticalmente, tiene forma cilíndrica y su volumen es de 0.0024 m3
. Este elemento
se encuentra en la línea de alimentación de uno de los tanques en la cual realiza
la medición de caudal. (Anexo 2.6)
Dos presostatos pequeños que se encuentran instalados en las líneas de
alimentación de cada uno de los tanques, estos consumen un espacio muy
reducido. (Anexo 2.7)
Una válvula de control con posicionador inteligente que está ubicada en la
entrada de uno de los tanques para regular el flujo. La válvula tiene un volumen de
0.012 m3 y la circulación del fluido por el cuerpo de la válvula es en dirección
horizontal. (Anexos 2.8 y 2.9)
Dos válvulas de seguridad que se encuentran en la entrada de cada tanque.
(Anexo 2.10)

40. Descripción de la Maqueta y definición de los laboratorios . Capítulo II
21
Un distribuidor de campo donde se concentra el cableado PA para llevarlo
al Módulo de Procesamiento. (Sección 2.4.4.1)
Una caja de conexiones donde se realiza la concentración del cableado
para establecer la comunicación con el Módulo de Procesamiento, esta ocupa un
volumen de 0.028 m3
.
2.2.2 Conexión de los elementos
La conexión entre los elementos del Módulo de Equipos e Instrumentos se
explicará empleando la figura 2.2, y es la siguiente:
Tomando como punto de partida la salida del tanque 1, se encuentra, como
primer elemento, el divisor 1, dispositivo que conecta en su salida A un sensor de
presión diferencial que toma la presión atmosférica como señal de referencia y
que se encarga de medir el nivel en el tanque 1. En la salida B de este elemento
se encuentra el divisor 2 que conecta en sus salidas A y B las válvulas de bola
manuales 1 y 2 respectivamente; siguiendo de la válvula 2 se encuentra el divisor
3, dispositivo que conecta en su salida A, la válvula manual 3, que brinda la
posibilidad de la salida del fluido al exterior; por otro lado, en la salida B de este
último elemento divisor y siguiendo por la tubería, se encuentra un elemento de
drenaje en forma de Y, que tiene conectada su salida A en la entrada de la bomba
1.
Siguiendo de la salida de la bomba 1, se encuentra el divisor 4, que conecta su
salida A a un divisor (5), que tiene como función, habilitar una toma en la tubería
para un sensor-transmisor (presostato) de presión en línea (1); en la otra salida de
este divisor, se encuentra una válvula de seguridad que por último se conecta a la
entrada B del tanque 1. Retornando al dispositivo divisor 4, pero en este caso por
la salida B, se encuentra la válvula manual 4 que se conecta con el divisor 6; en la
salida A de dicho elemento (divisor 4), se encuentra la válvula manual 5,
brindando la posibilidad de la salida del fluido al exterior; continuando con la salida
B de este último divisor, se encuentra un conjunto sensor-transmisor de Coriolis
que conecta su salida a la entrada B del tanque 2. Partiendo de la salida del
tanque 2, se encuentra el divisor 7, cuya salida A se conecta directamente con la
válvula manual 1; en la salida B de este último divisor se tiene la válvula manual 6
y seguidamente se tiene el divisor 8, dispositivo que conecta en su salida A la

41. Descripción de la Maqueta y definición de los laboratorios . Capítulo II
22
válvula manual 7, brindando la posibilidad de salida del fluido al exterior;
continuando con la salida B del elemento divisor 8, se dispone de un elemento de
drenaje en forma de Y que conecta su salida A en la entrada de la bomba 2.
Siguiendo con la salida de la bomba 2, se encuentra el divisor 9, cuya salida A se
conecta a un sensor-transmisor electromagnético de flujo, que sigue en su salida
con la conexión de una válvula de control con posicionador electroneumático y
actuador de diafragma, que desemboca finalmente, en la entrada A del tanque 1.
Retornando al elemento divisor 9, en la salida B, se tiene el elemento divisor 10,
que tiene como objetivo brindar una toma en la tubería para un sensor-transmisor
de presión en línea (presostato 2); en la otra salida de este divisor se encuentra
una válvula de seguridad que por último se conecta a la entrada A del tanque 2.
Leyenda:
Figura No. 2.2. Conexionado de los elementos.
Elementos 1
Elementos 2
Elementos 5
Elementos 6
Elementos 9
Elementos 10
Elementos 3
Elementos 4
Elementos 7
Elementos 8

42. Descripción de la Maqueta y definición de los laboratorios . Capítulo II
23
2.3 Módulo de Procesamiento
Este módulo es un armario que contiene todos los dispositivos de adquisición,
procesamiento de datos, comunicaciones y visualización del estado del proceso
(Fig. 2.3). Tiene forma de ortoedro con un volumen de 0.512 m3
y se enlaza con
el Módulo de Equipos e Instrumentos mediante cableado.
Figura No. 2.3. Módulo de procesamiento Superior (izquierda) e Inferior (derecha).
El armario está dividido en dos secciones:
Una cámara superior donde se encuentran instalados los dispositivos que
se encargan del control, monitorización y supervisión del estado de la
maqueta.
Una cámara inferior donde están instalados los dispositivos y módulos de
E/S, comunicaciones, variadores de velocidad, fuentes de alimentación, etc.
2.3.1 Elementos físicos
2.3.1.1 Cámara Superior
Una PC Industrial que tiene la posibilidad de supervisar el proceso y comunicarse
con los elementos del módulo industrial, para ello emplea una CPU S7 416 2DP
PCI para WinAC con procesador de comunicación CP 5611 conectada PROFIBUS
DP. Esta CPU se conecta en el slot PCI de dicha PC industrial. (Anexos 2.11 y
2.12)
2.3.1.2 Cámara Inferior
Dispositivos de accionamiento (Relés, Breakers, Fan. etc.).
Dos variadores de velocidad para manipular las bombas. (Anexo 2.13)

43. Descripción de la Maqueta y definición de los laboratorios . Capítulo II
24
Una regleta inteligente (ET 200M con fuente de alimentación) instalada para
descentralizar los módulos de E/S digitales y analógicos. Estos se encargan de
recoger las señales del Módulo de Equipos e Instrumentos. (Anexo 2.14)
Módulos de conversión DP/PA para comunicar los dispositivos de campo con
la CPU. (Anexo 2.15)
2.4 Software de aplicación
La PC industrial tiene como sistema operativo Microsoft® Windows XP® SP2.
Para desarrollar tareas de ingeniería se encuentra equipada con la aplicación
SIMATIC PCS7 v7.0; este paquete constituye el entorno de desarrollo de
“SIEMENS” que integra las soluciones software (WinCC, STEP 7, ROUTE
CONTROL, SIMATIC Logon, SIMATIC NET, SIMATIC PDM, PC Based Control)
brindadas por dicho fabricante para la automatización y el control.
2.4.1 SIMATIC PCS 7
El SIMATIC PCS 7 es un sistema de control de procesos avanzado, que ofrece
una arquitectura modular y abierta, potentes tecnologías básicas, componentes de
hardware y software estándares tomados de la última gama SIMATIC de Siemens
y sofisticadas funciones de control e instrumentación. Sus principales
características son: [10]
Grandes prestaciones, flexibilidad y escalabilidad.
Gestión homogénea de datos, comunicación y configuración.
Sistema abierto sobre la base de tecnologías básicas y estándares
industriales internacionalmente establecidos.
Potente ingeniería a escala de sistema, conducción fácil y segura del
proceso.
Manejo y visualización confortables, redundancia a todos los niveles y
conexión directa a tecnologías de la información.
Soluciones de automatización de seguridad positiva.
Amplia integración de buses de campo.
Soluciones flexibles para procesos por lotes e integración de transportes de
material (Route Control).

44. Descripción de la Maqueta y definición de los laboratorios . Capítulo II
25
Gestión de activos (diagnóstico, reparación y mantenimiento preventivos).
Todas las labores de ingeniería para el control y la automatización se llevan a
cabo en el Administrador SIMATIC.
2.4.1.1 Administrador SIMATIC
El Administrador SIMATIC es la plataforma de integración para el “Engineering
Toolset” y la base de configuración para toda la ingeniería del sistema de control
de procesos SIMATIC PCS 7. En él se administra, archiva y documenta el
proyecto SIMATIC PCS 7. Usando el “Engineering Toolset”, ajustado a las
necesidades tecnológicas, bloques y esquemas preconfigurados, los tecnólogos y
técnicos de procesos y de fabricación pueden realizar la ingeniería trabajando con
los elementos que les son habituales. El hardware necesario para un proyecto
SIMATIC, como son controladores, componentes de comunicación y periferia del
proceso, está guardado en un catálogo electrónico y se configura y parametriza
con la herramienta “HW Configuration”. [10]
2.4.1.2 Ventajas
Asimismo, cada usuario disfruta de las ventajas que resultan del uso de
componentes SIMATIC estándares como: [10]
Reducidos costos en hardware e ingeniería, y ahorro de logística,
mantenimiento y formación.
Calidad y estabilidad acreditadas.
Definición y selección fácil y rápida de los componentes del sistema.
Disponibilidad global.
El proyecto se desarrolló utilizando el paquete PCS 7 instalado en la PC. A través
del SIMATIC Manager se programaron las aplicaciones (configuración de la red, y
programación del PLC) en STEP 7 v5.4; y para la aplicación SCADA se utilizó el
WinCC v6.2 incluido en dicho paquete.
2.5 Arquitectura de la red Industrial
2.5.1 Buses de campo
La génesis de los buses de campo está sustentada por la necesidad de
implementar tecnologías modernas que permitan eliminar cableado, acceder a la

45. Descripción de la Maqueta y definición de los laboratorios . Capítulo II
26
mayor cantidad de información posible de manera segura y confiable ejecutando
comandos de control y descarga de configuraciones, todo en forma rápida y por un
mismo medio.
El eliminar cableado implicó en forma inmediata eliminar considerablemente
puntos de falla con un beneficio adicional referido al aspecto impecable que toman
los gabinetes de control, al mismo tiempo el acceder a mayor cantidad de
información de equipos instalados en la periferia permite optimizar el desempeño
del proceso, por otro lado al ser la comunicación bidireccional entre maestros y
periferias además es posible implementar medidas de mantenimiento efectivas.
Al desaparecer el riesgo del punto de falla por el excesivo cableado, las plantas se
ven enfrentadas a un nuevo desafío: implementar una red de control de calidad,
donde ya no solo el maestro y el esclavo son los responsables de un buen
funcionamiento, sino también una buena instalación, que va desde cómo se corta
y aterriza un cable de comunicación, como se segmenta una red, como se
optimiza la señal por efecto de las distancias, como se arma un conector hasta el
cierre adecuado del bus. [11]
2.5.1.1 Concepto de BUS
Se puede considerar a un “bus” como un conjunto de conductores conectando
conjuntamente uno o más circuitos para permitir el intercambio de datos. Contrario
a una conexión punto a punto donde solo dos dispositivos intercambian
información, un “bus” consta normalmente de un número de usuarios superior,
además generalmente un “bus” transmite datos en modo serie. Para una
transmisión serie es suficiente un número de cables muy limitado, generalmente
con dos o tres conductores y, la debida protección contra las perturbaciones
externas para permitir su tendido en ambientes de ruido industrial. [12]
2.5.1.2 Ventajas de un bus de campo
El intercambio se lleva a cabo por medio de un mecanismo estándar.
Flexibilidad de extensión.
Conexión de módulos diferentes en una misma línea.
Posibilidad de conexión de dispositivos de diferentes procedencias.
Distancias operativas superiores al cableado tradicional.

46. Descripción de la Maqueta y definición de los laboratorios . Capítulo II
27
Reducción masiva de cables y costo asociado.
Simplificación de la puesta en servicio.
2.5.1.3 Desventajas de un bus de campo
Necesidad de conocimientos superiores.
Inversión de instrumentación y accesorios de diagnóstico.
Costos globales inicialmente superiores.
2.5.2 PROFIBUS
2.5.2.1 Generalidades del PROFIBUS
Principales elementos [10]
Transmite pequeñas cantidades de datos.
Cubre necesidades de tiempo real.
Número de estaciones bajo (32 sin repetidores, 127 con repetidores máx.).
Fácil configuración: Plug & Play.
Permite integrar dispositivos inteligentes y otros “menos inteligentes”.
Protocolos simples.
Propone dos tipos de estaciones:
1. Maestras (activas): pueden controlar el bus e iniciar transferencias
2. Esclavas (pasivas): sólo pueden reconocer mensajes o responder a
peticiones remotas.
Configuración mínima:
1. Dos maestros.
2. Una estación maestra y una esclava.
Topología de la red en bus lineal o árbol con terminadores
Transmisión serie sobre distintos medios, generalmente RS-485.
Ofrece redundancia opcional mediante un segundo medio de transmisión.
Servicios de transferencia:
1. Acíclicos:
Envío de datos con acuse de recibo o sin él.
Petición de datos con respuesta.
2. Cíclicos:
Polling (Sondeo).

47. Descripción de la Maqueta y definición de los laboratorios . Capítulo II
28
2.5.2.2 Familia PROFIBUS
La familia PROFIBUS está compuesta por FMS, DP y PA (Tabla 2.1). [13]
PROFIBUS – FMS (1) PROFIBUS – DP (2) PROFIBUS – PA (3)
Automatización de Propósito
General
Automatización de Planta Automatización de Proceso
Amplio rango de aplicaciones
Nivel de célula
Flexibilidad
Tareas de comunicación
complejas
Comunicación Multi-Maestro
Alta velocidad
Plug & Play
Eficiente y barato
Comunicación de sistemas de
control y E/S distribuidas a
nivel de dispositivo
Orientado a la aplicación
Alimentación de los
dispositivos a través del bus
Seguridad intrínseca
Tabla No. 2.1. Familia del PROFIBUS.
1- PROFIBUS- Fieldbus Messaging Specification (FMS).
2- PROFIBUS-Distributed Periphery (DP).
3- PROFIBUS-Process Automation (PA).
2.5.2.3 Datos técnicos del PROFIBUS
PROFIBUS DP PROFIBUS PA
Transmisión de datos RS-485 RS-485 IS Fibra óptica MBP
Velocidad de transmisión 9.6 kbits/s...12 Mbits/s 9.6 kbits/s...12 Mbits/s 9.6 kbits/s...12 Mbits/s 31.25 kbits/s
Cable Bifilar blindado Bifilar blindado Plástico y multimodo
sencillo con fibra de
vidrio
Bifilar blindado
Modo de operación EEx(ib) EEx(ia/ib)
Topología Lineal, árbol línea Anillo, estrella, línea Anillo, estrella,
línea
Estaciones por segmento 32 32 - 32
Estaciones por red
( repetidor)
126 126 126 -
Longitud del cable por
segmento en función de la
velocidad de transmisión
1200m (93.75 kbits/s)
1000m (187.5 kbits/s)
400m (500 kbits/s)
200m (1.5 Mbits/s)
100m (12 Mbits/s)
1000m (187.5 kbits/s)
400m (500 kbits/s)
200m (1.5 Mbits/s)
Máx. 80m (plástico)
2-3 Km (multimodo
con fibra de vidrio)
≥ 15 Km con 12
Mbits/s (modo sencillo
con fibra de vidrio)
1900 m:
estándar
1900 m:
EEx(ib)
1000 m:
EEx(ia)
Repetidor para refrescar
señales en redes RS-485
Máx. 9 Máx. 9 No relevante No relevante
Tabla No. 2.2. Datos técnicos del PROFIBUS (Familias disponibles en la maqueta).
2.5.2.4 Algunas ventajas de PROFIBUS
Interoperabilidad
Es la posibilidad de instalar dispositivos de distintos fabricantes en una misma red
sin que se produzcan problemas de compatibilidad. La aprobación según el
Standard PROFIBUS asegura que cualquier dispositivo PROFIBUS puede ser
integrado independientemente del fabricante, de este modo se elimina la lista de
“proveedores favoritos” con las consiguientes ventajas en cuanto a disponibilidad
de dispositivos. [11]

48. Descripción de la Maqueta y definición de los laboratorios . Capítulo II
29
Redundancia
En aquellas plantas en las que una parada en el sistema de control del proceso
suponga pérdidas importantes o incluso circunstancias peligrosas, se hace
necesaria una elevada disponibilidad del sistema de control, la cual se consigue
por medio de arquitecturas redundantes y tolerantes a fallas. En estas situaciones
también la red de control debe proporcionar una máxima disponibilidad, por medio,
entre otras medidas, de configuraciones redundantes en el bus de campo.
PROFIBUS ofrece una elevada disponibilidad desde la red de alta velocidad y
llegando incluso hasta el nivel de instrumentación de campo en PROFIBUS PA,
gracias a la redundancia y a la configuración tolerante a fallas en PA por medio de
la arquitectura en anillo. [11]
2.5.3 Topologías de red
Se le llaman topologías de red a las diferentes estructuras de interconexión en que
se pueden organizar las redes de transmisión de datos entre dispositivos. Cuando
componentes de automatización autónomos tales como sensores, actuadores,
autómatas programables, robots, etc., intercambian información, estos deben
interconectarse físicamente con una estructura determinada. Cada topología de
red lleva asociada una topología física y una topología lógica. La primera
(topología física), es la que define la estructura física de la red, es decir, la manera
en la que debe ser dispuesto el cable de interconexión entre los elementos de la
red (Fig. 2.4). La topología lógica es un conjunto de reglas normalmente asociada
a una topología física, que define el modo en que se gestiona la transmisión de los
datos en la red. La utilización de una topología influye en el flujo de información
(velocidad de transmisión, tiempos de llegada, etc.), en el control de la red, y en la
forma en la que esta se puede expandir y actualizar.
Figura No. 2.4. De izquierda a derecha: Topologías de anillo, árbol, estrella y bus.

49. Descripción de la Maqueta y definición de los laboratorios . Capítulo II
30
2.5.4 Detalles de la red implementada en la maqueta
La red industrial que se encuentra implementada se basa en el estándar
PROFIBUS; DP para un nivel superior y PA para los dispositivos del campo.
En la maqueta de simulación se cuenta con una topología del tipo, anillo
PROFIBUS PA (Fig. 2.6). El anillo PROFIBUS PA se conecta a dos acopladores
DP/PA FDC 157-0 de una transmisión entre redes DP/PA, que se utiliza en un
PROFIBUS DP simple. La comunicación redundante PROFIBUS PA de bus de
campo que ha desarrollado “Siemens Automation and Drives (A&D)” permite
incrementar la disponibilidad de la planta y evitar paros no programados por
roturas o errores. En el diseño se ha incluido un acoplador DP/PA redundante y un
distribuidor activo de campo AFD (Active Field Distributor), aptos para configurar
topologías en anillo de alta disponibilidad.
2.5.4.1 Distribuidor activo de campo (AFD)
El distribuidor AFD (Fig. 2.5) cuenta con conexiones bus integradas automáticas.
Estas aíslan subsegmentos defectuosos de forma automática y sin transitorios al
producirse un cortocircuito o romperse un hilo conductor. Permiten, por otro lado,
modificar la instrumentación o añadir y quitar segmentos en anillo con el sistema
en marcha. La instalación también se simplifica y es más segura gracias a la
exclusión general de las terminaciones erróneas. Hay además disponible toda una
serie de funciones de diagnóstico que permiten localizar y subsanar fallos sin
pérdida de tiempo.
Los distribuidores de campo activo AFD (Active Field Distributors) integran
dispositivos de campo PROFIBUS PA a través de sus 4 conexiones de cables
derivados en un anillo PROFIBUS PA. Por cada anillo se pueden configurar hasta
8 AFDs y hasta 31 dispositivos PROFIBUS PA. [14]
Figura No. 2.5. Distribuidor Activo de Campo (AFD).

50. Descripción de la Maqueta y definición de los laboratorios . Capítulo II
31
Figura No. 2.6. Conexionado de la red implementada en la maqueta de simulación industrial.
2.5.4.2 Topología física en anillo
Los nodos se conectan en serie alrededor del anillo. Sería equivalente a unir los
extremos de una red en bus. Los mensajes se transmiten en una dirección
(actualmente existen topologías en red con envíos en ambos sentidos, siendo este
el caso implementado en la maqueta), pasando por todos los nodos necesarios
hasta llegar a su destino. No existe un nodo principal y el control de la red queda
distribuido entre todos los nodos. Cuando la red es ampliada o reducida, el
funcionamiento queda interrumpido y un fallo en la línea provoca la caída de la red
(problemas que son solucionados con el empleo del AFD). [15]
2.5.4.3 Ventajas especiales de la arquitectura en anillo
Disponibilidad máxima.
Gestión de redundancia transparente para el sistema superpuesto de los
acopladores DP/PA inteligentes.
Los terminadores de bus para la resistencia de cierre de bus automática en
los acopladores DP/PA y los AFDs ofrecen aislamiento automático sin
choques de segmentos parciales en caso de cortocircuito o rotura de cable
y modificación de la configuración en anillo y de los instrumentos durante el
funcionamiento; añadir o retirar segmentos del anillo.

51. Descripción de la Maqueta y definición de los laboratorios . Capítulo II
32
Aplicaciones de seguridad y tolerantes a fallos con gastos reducidos de
dispositivos y en cableado. [15]
2.5.4.4 Cableado PROFIBUS utilizado
El tipo de cable utilizado es “cable bus con tecnología FastConnect”,
denominado “PROFIBUS FC Standard Cable GP” (Fig. 2.7); este presenta
características de montaje rápido y sencillo de conectores, mediante la
herramienta peladora. Los conductores presentan una estructura bifilar trenzada,
apantallada, con simetría radial. [14]
Figura No. 2.7. Cable PROFIBUS FC Standard Cable GP (izquierda) y Conector 830-2 (derecha).
2.5.4.5 Conector PROFIBUS utilizado
El tipo de conector es denominado “PROFIBUS cable enchufable 830-2” (Fig. 2.7);
este se encuentra pre confeccionado con dos conectores macho de 9 polos. Uno
de los conectores incorpora una interfaz PG. El conector 830-2 sirve para
comunicar estaciones PROFIBUS a equipos de automatización con velocidades
de transferencia de hasta 12Mbits/s. [16]
2.5.4.6 Elementos físicos conectados a PROFIBUS DP
CPU 416 2DP PCI.
ET200M.
DP/PA Link con acopladores DP/PA redundantes IM157-0.
2.5.4.7 Elementos físicos conectados a PROFIBUS PA
DP/PA Link con acopladores DP/PA redundantes IM157-0.
Transmisor Electromagnético de flujo MAG 6000I.
Transmisor de Coriolis MASS 6000.
Transmisor de presión diferencial SITRANS P.
Posicionador inteligente SIPART PS2.

52. Descripción de la Maqueta y definición de los laboratorios . Capítulo II
33
2.5.4.8 Elementos físicos conectados a la ET200M
Tres presostatos (Dos de presión en las líneas de alimentación de agua y
uno en línea de alimentación de aire).
Dos variadores de velocidad (Setpoint, acuse y fallo).
Interruptor de paro de emergencia.
Indicador de tres lámparas.
2.6 Definición de los
Laboratorios
Después de concluir el estudio de los elementos que componen la maqueta se
definieron 10 prácticas de laboratorio asociadas a las disciplinas de
Instrumentación y Control. Estas son:
1. Laboratorio de parametrización de sensores inteligentes (Anexo Adjunto 1)
En este laboratorio se persigue que el estudiante interactúe con un instrumento
inteligente a través de la configuración de sus principales funciones (Anexo 3).
2. Laboratorio de parametrización de red industrial (Anexo Adjunto 2)
Con este laboratorio se busca que el estudiante se familiarice con el bus de campo
PROFIBUS, dispositivos asociados, y que realice la parametrización de una red
industrial real.
3. Laboratorio para trabajo con la válvula de control (Anexo Adjunto 3)
En este laboratorio se persigue que el estudiante pueda identificar la variación que
sufre la característica inherente de la válvula de control al ser instalada en un
proceso real.
4. Laboratorio para trabajo con lenguaje de contactos (Anexo Adjunto 4)
En este laboratorio se pretende entrenar al estudiante en el empleo del lenguaje
de contactos, para ello se le pide la resolución de un problema práctico, que luego
verá implementado en un PLC real.

53. Descripción de la Maqueta y definición de los laboratorios . Capítulo II
34
5. Laboratorio de montaje de un canal de medición de temperatura
(Anexo Adjunto 5)
Con este laboratorio se persigue que el estudiante utilice comunicación 4-20 mA
como parte de un proyecto que consiste en el diseño e implementación de un
canal de medición.
6. Laboratorio de control PID con proceso simulado (Anexo Adjunto 6)
Con este laboratorio se pretende que el estudiante adquiera habilidades en el
trabajo con bloques PID de un PLC, y que actúe sobre un proceso simulado con
controlador real.
7. Laboratorio de control ON-OFF de nivel (Anexo Adjunto 7)
Con el desarrollo de este laboratorio se persigue que el estudiante aprenda a
trabajar con controladores ON-OFF, y a identificar los efectos que producen en un
proceso real la variación de sus parámetros característicos.
8. Laboratorio de Control PID de nivel (Anexo Adjunto 8)
En este laboratorio se pretende que el estudiante controle un proceso real a través
de un controlador PID, trabajando con los parámetros característicos de dichos
controladores.
9. Laboratorio de identificación de un proceso de nivel mediante la respuesta
a un paso (Anexo Adjunto 9)
En este laboratorio se busca que el estudiante interactúe con un proceso real de
nivel, estimulando con un paso escalón, luego recopilando datos y realizando la
identificación no paramétrica del mismo.
10. Laboratorio de aplicación SCADA (Anexo Adjunto 10)
En este laboratorio se persigue que el estudiante utilice el WinCC como SCADA
para crear variables y vincularlas con un proceso real.

54. Descripción de la Maqueta y definición de los laboratorios . Capítulo II
35
Capítulo III. Parametrización de la red y programación de los
laboratorios
CAPÍTULO
III
PARAMETRIZACIÓN DE LA RED Y
PROGRAMACIÓN DE LOS
LABORATORIOS.

55. Parametrización de la red y programación de los laboratorios .Capítulo III
36
3.1 Introducción
En este capítulo se configurará por software y físicamente (en el caso de la
ET200M y el DP/PA Link) la red implementada teniendo en cuenta el estándar de
comunicación industrial PROFIBUS y los dispositivos que se encuentran presentes
en la maqueta de simulación. Al concluir con el direccionamiento de los elementos
se expondrá la programación de los laboratorios y de las condiciones de
operación.
Para dar solución a los planteamientos de este capítulo se realizará un estudio de
los siguientes elementos:
3.1.2 Simatic WinAC
Simatic WinAC está disponible en dos versiones:
Software PLC
Slot PLC
La versión con la que se trabaja en este proyecto es la Slot PLC, debido a que el
PLC disponible cumple con WinAC Slot PLC 416 (sección 2.2.1.1). Esta solución
se basa en el uso de una PC y en aplicaciones donde se requiere un alto grado de
disponibilidad y confiabilidad operacional. El WinAC Slot PLCs está basado en la
familia de CPU S7-400. En combinación con una fuente externa de 24V, los
programas de usuario son procesados independientemente de la PC. Una batería
de respaldo (3.6V) asegura que todos los datos en área de memoria permanezcan
intactos. Cada tarjeta incorpora una interface MPI/DP y una DP, para
comunicaciones con otras CPUs y para la periferia distribuida de E/S. [17]
Figura No. 3.1. Aplicación “PC-Based Control”.
La CPU es controlada desde el entorno de Windows®
empleando la aplicación PC-Based Control (Fig. 3.1)
incluida en el paquete PCS 7.
Esta aplicación permite:
Puesta en marcha.
Parada.
Borrado de la memoria.
Funciones de diagnóstico.

56. 37
Parametrización de la red y programación de los laboratorios .Capítulo III
3.1.1 Direccionamiento de las ET 200M
Figura No. 3.2. Direccionamiento de las ET 200M.
3.1.2 Generalidades de STEP 7
Los lenguajes de programación disponibles para STEP 7 son, KOP, AWL y FUP.
La programación en los distintos lenguajes se puede realizar de dos formas:
Trabajo con direcciones absolutas
Todas las entradas y salidas tienen asignada de forma estándar una dirección
absoluta. Esta dirección se utiliza directamente en el software. La programación
utilizando las direcciones absolutas no está recomendada a no ser que el
programa S7 contenga pocas entradas y salidas.
Trabajo con direcciones simbólicas
A cada entrada y salida se le asigna un nombre simbólico y un tipo de datos. Estos
nombres, denominados variables globales, son válidos para todos los
componentes del programa. La programación simbólica le permite al programador
mejor legibilidad del programa y rapidez a la hora de realizar un código de
programación. (Anexo 6)
El software de programación STEP 7 permite estructurar el programa de usuario,
es decir, subdividirlo en distintas partes. Esto se logra empleando la programación
orientada a bloques que se interrelacionan entre sí.
3.1.3.1 Bloque de organización para la ejecución cíclica del programa
En STEP 7 el OB1 es procesado cíclicamente por la CPU. Esta lee el programa
contenido en el bloque línea por línea y ejecuta los comandos. Cuando la CPU
La dirección PROFIBUS es la adición de los
interruptores que se encuentran en “ON” (Fig. 3.2).
La dirección puede ser cambiada en cualquier
momento. La IM 153-x aceptará el cambio una vez que
la fuente DC 24V haya sido apagada y encendida
nuevamente. [17]

57. 38
Parametrización de la red y programación de los laboratorios .Capítulo III
vuelve a encontrarse en la primera línea del programa, significa que ha finalizado
un ciclo. El tiempo transcurrido hasta entonces se denomina “tiempo de ciclo”. La
ejecución cíclica de programas se le llama ejecución "normal" en los sistemas de
automatización. Las operaciones que se programen en el OB1, no deben exceder
los 150ms, si esto ocurre provoca un error de programación haciendo que el PLC
pase a estado de STOP. Por dicha razón se recomienda que la programación se
lleve a cabo en funciones o bloques de funciones (FC o FB) y en el OB1
simplemente se realice la llamada a dichas funciones. [18]
3.1.3.2 Bloques de organización de alarma cíclica
Las CPUs S7 ofrecen OBs de alarmas cíclicas que interrumpen la ejecución del
programa en intervalos determinados. El tiempo de arranque del período
corresponde al cambio de estado operativo de STOP a RUN. Entre los bloques de
alarma cíclica se encuentra el OB35, que presenta un período de ejecución de
100ms (este puede ser reconfigurado).
3.1.3.3 Programación en funciones
Las funciones y los bloques de función, están subordinados al bloque de
organización. Para que puedan ser procesados por la CPU, estos tienen que ser
llamados también desde el bloque de orden superior. En el caso de las funciones,
a diferencia de los bloques funcionales, no se requiere ningún bloque de datos. En
las funciones, los parámetros también se listan en la tabla de declaración de
variables, pero no se admiten datos locales estáticos.
3.1.3.4 Bloque PID FB41 "CONT_C”
Los “bloques de regulación” suponen una regulación meramente de “software”, es
decir, un bloque contiene todas las funciones del regulador. Los datos necesarios
para el cálculo cíclico están almacenados en los bloques de datos asociados. De
esta forma es posible llamar varias veces los FB. Los FB incluyen funciones de
acondicionamiento del valor de consigna, del valor real y de la magnitud
manipulada calculada. El FB "CONT_C” (FB41) es el bloque de un regulador PID
completo, con salida continua de magnitud manipulada y posibilidad de influenciar
manualmente su valor. [19]

58. 39
Parametrización de la red y programación de los laboratorios .Capítulo III
3.2 Parametrización de la red
3.2.1 Identificación de los dispositivos
Antes de comenzar el procedimiento de parametrización se realizó la identificación
de los dispositivos que se encuentran instalados. Para ello se necesita en detalle;
la numeración inherente de cada elemento, la cual especifica el modelo y orden de
pedido del mismo.
Tabla de especificaciones correspondiente al módulo de procesamiento (algunos
elementos traen la numeración impresa en la carcasa):
Dispositivo Numeración
CPU CPU 416-2 PCI V4.0 No.6ES7650-2MA07-0YX0
ET200M 6ES7 153-2BA01-0XB0 (IM 153-2)
SM321(Entradas Digitales) 6ES7 321-1BL00-0AA0 (DI32xDC24V)
SM322(Salidas Digitales) 6ES7 322-1BL00-0AA0 (D032xDC24V/0.5A)
SM331(Entradas Analógicas) 6ES7 331-1KF010AB (AI8x13Bit)
SM332(Salidas Analógicas) 6ES7 332-5HD01-0AB0 (A04x12Bit)
DP/PA Link 6ES7 153-2BA81-0XB0 (IM 153-2 OD)
Tabla No. 3.1. Numeraciones necesarias para configuración del Hardware.
Tabla de especificaciones correspondiente al módulo de equipos e instrumentos:
Dispositivo Numeración
Posicionador SIPART PS2PA (6DR55xx) 4.00.00
Transmisor Electromagnético SITRANS F M MAG6000 (Profile 3.00)
Transmisor Presión Dif. SITRANS P DSIII PROFIsafe
Transmisor Coriolis SITRANS F C MASS6000 (Profile 3.00)
Tabla No. 3.2. Numeraciones necesarias para configuración del Hardware.
Una vez que fue definida la numeración necesaria se procedió a realizar la
configuración del hardware de la red PROFIBUS.
3.2.2 Configuración por programa de la red
3.2.2.1 Creación del proyecto
Para comenzar se ejecutó la aplicación Administrador Simatic („‟Simatic
Manager‟‟) donde se creó un nuevo proyecto, empleando el asistente de creación
de proyectos „‟New Proyect Wizard…‟‟ que se encuentra en el menú de archivo
(„‟File‟‟).

59. 40
Parametrización de la red y programación de los laboratorios .Capítulo III
A continuación se confirmó el cuadro de diálogo del asistente seleccionando
„‟Next‟‟. En la ventana que aparece se seleccionó la CPU PCS7 BOX de la lista
desplegable; una vez seleccionada esta opción en la parte inferior de la ventana
se escogió el paquete que se corresponde con la CPU que se encuentra en la
tabla 3.1 (Fig. 3.3).
Figura No. 3.3. Selección de la CPU.
A continuación se confirmó la selección presionando „‟Next‟‟. Luego se
seleccionaron tres niveles en la jerarquía de la planta, y se marcó la casilla „‟PCS7
OS‟‟. Seguidamente se definió el nombre de la carpeta y el destino donde se salvó
el proyecto; aceptando al presionar „‟Finish‟‟.
A continuación apareció una ventana donde se confirmó la opción, “Assign CPU-
oriented unique message numbers” en la parte superior de la misma, y
“Always prompt for settings” en la parte inferior. Al aceptar en este cuadro de
diálogo se creó el proyecto apareciendo en la ventana de exploración del
Administrador Simatic (Fig. 3.4).
Figura No. 3.4. Administrador Simatic con el proyecto creado.

60. 41
Parametrización de la red y programación de los laboratorios .Capítulo III
Para comenzar con la configuración de la red, se ejecutó el configurador de
hardware (“Configuration”) que aparece en la sección derecha de la ventana de
exploración. Inmediatamente se mostró el mismo con la PC que incluye la CPU
previamente seleccionada, y un primer bus PROFIBUS DP como medio de
comunicación (Fig. 3.5).
Figura No. 3.5. Administrador Simatic con el proyecto creado.
A través de las propiedades del objeto PROFIBUS se le asignó al bus DP, la
dirección 1 (Anexo 7.1). Posteriormente se definió la velocidad de comunicación
del bus que por defecto se configuró en 1.5Mb/s.
3.2.2.2 Conexión de los dispositivos al bus DP
Los dispositivos a conectar en la red se encontraron en el catálogo de hardware,
que aparece en la ventana derecha del configurador de hardware. Para
introducirlos se arrastraron y se soltaron sobre el bus DP. Antes de insertar
cualquier elemento en el bus, se verificó que su numeración coincidiera con la
brindada en la tabla 3.1. Al seleccionar un dispositivo del catálogo, se muestra una
pequeña descripción (parte inferior del catalogo de hardware) del mismo y se
incluye la numeración necesaria para identificarlo.
Figura No. 3.6. Catálogo de hardware.
Como primer dispositivo se introdujo la ET 200M
(Fig. 3.6), que se encuentra disponible en:
“PROFIBUS DP”“ET 200M”“IM 153-2”
Una vez que el dispositivo fue insertado, se le asignó
la dirección 2, a través de las propiedades del objeto
IM 153-2. De esta forma fue conectado como esclavo
DP.
Identificador

61. 42
Parametrización de la red y programación de los laboratorios .Capítulo III
El siguiente paso fue la conexión de los módulos de E/S a la ET 200M. Para
localizarlos se siguió el procedimiento anterior, con la diferencia de que su
incorporación se realizó directamente en la ventana que se muestra en la parte
inferior del configurador de hardware, después de haber seleccionado el
dispositivo IM 153-2 (Fig. 3.7).
Partiendo de “PROFIBUS DP”“ET 200M”“IM 153-2” (dispositivo incluido
anteriormente) se seleccionaron:
1. “DI-300”“SM 321 DI32XDC24V”.
2. “DO-300”“SM 322 DO32XDC24V/0.5A”.
3. “AI-300”“SM 331 AI8X13Bit”.
4. “AO-300”“SM 332 AO4X12Bit”.
Los módulos fueron insertados en el orden que aparecen. (Anexo 7.2)
Figura No. 3.7. Catálogo de hardware.
El segundo elemento que se conectó fue el DP/PA Link. Antes de realizar la
configuración de este elemento se debe aclarar que la redundancia física con la
que se cuenta, no influye en dicha configuración, por lo que se siguió con los
pasos antes mencionados.
Para ello se localizó en: “PROFIBUS DP”“DP/PA Link”“IM 153-2 OD”.
(Anexo 7.3)
Inmediatamente después, emergió un cuadro de diálogo donde fue asignada la
dirección del dispositivo (3) y la velocidad por defecto del bus PA (31.25Kb/s); al
confirmar este cuadro se mostró una ventana donde fue seleccionada la opción
Seleccionar Primero

62. 43
Parametrización de la red y programación de los laboratorios .Capítulo III
“Interface module for PROFIBUS-PA”. De esta forma quedó configurado el
DP/PA Link como maestro PA y esclavo DP (Fig. 3.8).
Figura No. 3.8 Conexión del DP/PA Link.
3.2.2.3 Conexión de los dispositivos al bus PA
Antes de realizar la configuración de los elementos de campo se debe aclarar que
la topología física de anillo implementada no implicó un tratamiento diferenciado,
pues el cableado es transparente para el software. Por tanto, simplemente se
insertaron los elementos en el bus.
El procedimiento para la conexión de los elementos PA continuó siendo el mismo
que se utilizó para el bus DP. Localizando en el catálogo de hardware los
dispositivos que se encuentran en la tabla 3.2 fueron insertados:
1. “PROFIBUSPA”“Actuators”“Electropneumatic”“SIEMENS”
“SIPART PS2PA (6DR55xx) 4.00.00”.
2. “PROFIBUSPA”“Sensors”“Flow”“Electromagnetic”“SIEMENS”
“SITRANS F M MAG6000 (Profile 3.00)”.
3. “PROFIBUSPA”“Sensors”“Pressure‟‟“SIEMENS”
“Electromagnetic”“SITRANS P DSIII PROFIsafe”.
4. “PROFIBUS PA”“Sensors”“Flow” “Coriolis” “SIEMENS”
“SITRANS F C MASS6000 (Profile 3.00)”.
Los elementos se conectaron al bus en el orden mostrado y les fueron asignadas
las direcciones 4, 5, 6 y 7 respectivamente (Anexo 7.4), quedando así configurada
la red PA (Fig. 3.9).

63. 44
Parametrización de la red y programación de los laboratorios .Capítulo III
Figura No. 3.9. Elementos conectados a los buses PROFIBUS DP y PA.
Al realizar estas conexiones el programa asigna direcciones a cada elemento de la
red, estas son únicas, y pueden ser cambiadas a través de las propiedades de
cada dispositivo. En este proyecto se mantuvieron las direcciones que fueron
asignadas por defecto. (Anexo 7.5). Para simplificar el trabajo se empleó la
programación simbólica, por lo tanto se comenzó desde el configurador de
hardware la edición de la tabla de símbolos. Para ello se utilizó la opción editar
símbolos (“Edit Symbols…”), que emerge al dar clic derecho sobre cada
dispositivo en la ventana inferior del configurador de hardware.
3.2.2.3 Inclusión de la aplicación de WinCC en el proyecto
En el entorno de trabajo de PCS7 fue necesario incluir directamente la aplicación
de WinCC en la Estación PC, de esta forma se garantiza la comunicación del PLC
con la aplicación SCADA. Para incluir este elemento se siguieron los pasos
descritos anteriormente, con la diferencia que se arrastra hacia el slot 1 de la PC
(Fig. 3.10). Este se encuentra en:
“SIMATIC PC Station”“HMI”“WinCC Application”
Figura No. 3.10. Inclusión de la aplicación WinCC en el proyecto.

64. 45
Parametrización de la red y programación de los laboratorios .Capítulo III
3.2.2.4 Comunicación de la PC con el PLC
Para lograr la comunicación de la PC con el PLC se realizaron dos acciones:
La primera consistió en asignarle el nombre real de la PC industrial a la estación
creada en el proyecto. Para ello se accedió a las propiedades del objeto a través
del menú que aparece al dar un clic derecho sobre el elemento PC. En la pestaña
“General” se escribió SIEMENS-CF 175C0 (Fig. 3.11), nombre correspondiente a
la PC industrial. Seguidamente se aceptaron los cambios presionando el botón
“OK”, dejando configurada esta acción.
Figura No. 3.11. Asignación del nombre de la PC.
El segundo paso fue el establecimiento de la interface PG/PC. Para ello se ejecutó
la aplicación que se encuentra en: “Inicio”“SIMATIC”“SIMATIC NET”
“Set PG-PC Interface”. Se seleccionó “PC internal (local)” (Fig. 3.12), opción
que define el slot PCI de la PC como vía de comunicación. Seguidamente se
aceptaron los cambios presionando el botón “OK”, quedando configurada esta
acción.
Figura No. 3.12. Asignación del modo de comunicación para WinAC Slot PLC.
Después de que se realizaron estos pasos se corrió el proyecto haciendo clic en el
botón salvar y compilar (“Save and Compile”) en la barra de herramientas.
PC Internal

65. 46
Parametrización de la red y programación de los laboratorios .Capítulo III
Seguidamente, se abrió el configurador de red (“Configure Network”) dispuesto
también en la barra de herramientas (Fig. 3.13).
Figura No. 3.13. Salvar y compilar (izquierda) y, configurador de red (derecha).
Figura No. 3.14. Configuración general de la red.
Como elemento distintivo se muestra la flecha amarilla que aparece en la pantalla
de la PC, esto significa que la comunicación entre la PC y el PLC ha sido
correctamente configurada.
3.2.3 Direccionamiento físico de los dispositivos
3.2.3.1 Configuración del DP/PA Link con acopladores DP/PA
Para lograr la comunicación del DP/PA Link con el PLC se le asignó la dirección
PROFIBUS DP configurada anteriormente por programa (dirección 3) (Fig. 3.15).
Figura No. 3.15. Establecimiento de la dirección de bus al DP/PA Link.
Dirección
Conectar alimentación

66. 47
Parametrización de la red y programación de los laboratorios .Capítulo III
3.2.3.2 Configuración de la ET 200M con módulos de entrada/salida
Para lograr la comunicación de la ET 200M con el PLC se le asignó la dirección
PROFIBUS DP configurada anteriormente por programa (dirección 2) (Fig. 3.16).
Figura No. 3.16. Establecimiento de la dirección de bus a la ET 200M.
Con los interruptores se seleccionó la dirección correspondiente, para establecerla
se inicializó el dispositivo apagando y encendiendo la fuente de alimentación.
Para asignar la dirección PROFIBUS DP de este elemento se realizaron los pasos
descritos anteriormente. De esta forma se concluyó con toda la parametrización de
la red.
3.3 Programación de los
laboratorios
3.3.1 Laboratorios a programar
De las diez prácticas de laboratorio definidas en el capítulo 2 solo requirieron
programación en el PLC las siguientes:
Laboratorio para trabajo con la válvula de control.
Laboratorio para trabajo con lenguaje de contactos.
Laboratorio de control ON-OFF de nivel.
Laboratorio de montaje de un canal de medición de temperatura.
Laboratorio de control PID con proceso simulado.
Laboratorio de Control PID de nivel.

67. 48
Parametrización de la red y programación de los laboratorios .Capítulo III
Laboratorio de identificación de un proceso de nivel mediante la respuesta a
un paso.
3.3.2 Estructura de programación
La programación de cada laboratorio se realizó empleando el lenguaje de
contactos (KOP), utilizando bloques de función (FB) instanciados mediante
bloques de datos (DB). Cada FB del laboratorio fue recogida en una función (FC)
de control encargada de encapsular todas las llamadas.
El tratamiento de condiciones anormales en la maqueta fue programado en una
función (FC), los controladores PID fueron llamados en el OB 35; este último fue
configurado para interrumpir cíclicamente cada 100ms. De esta forma se respetó
el tiempo de ejecución del OB1 ya que solo se llamaron en él, las dos funciones de
control definidas para la gestión de laboratorios y tratamiento de condiciones
anormales.
3.3.2.1 Programación del laboratorio para trabajo con la válvula de
control
Este laboratorio se encuentra programado en el bloque de función FB1, y tiene
asociado el boque de datos DB1. Esta aplicación en esencia es un generador de
rampa con pendiente creciente y decreciente como señal de estímulo a la válvula;
además existe la posibilidad de entrar valores manuales. El generador de rampa
tiene un contador que se incrementa con cada ciclo de ejecución de la función. En
caso de que la salida de la válvula esté al 100% y esté seleccionada la opción de
rampa, un temporizador congela la salida durante 10 segundos antes de empezar
a decrecer, lo mismo ocurre cuando desciende al 0%. (Anexo 8.1)
3.3.2.2 Programación del laboratorio para trabajo con lenguaje de
contactos
Este laboratorio se encuentra programado en el bloque de función FB2, y tiene
asociado el bloque de datos DB2. La función controla el llenado de un tanque
encendiendo la bomba cuando se detecta nivel bajo y apagándola cuando se
detecta nivel alto. En la programación se utilizaron dos comparadores para
verificar los niveles alto y bajo, si se activa la salida del comparador de nivel bajo
se señaliza la alarma (lámpara roja) y enciende la bomba dos, elemento que
comparte activación con la lámpara amarilla de la maqueta. Si el nivel es alto se

68. 49
Parametrización de la red y programación de los laboratorios .Capítulo III
apaga la bomba eliminando la indicación de la lámpara roja. Con un propósito
didáctico la activación de la aplicación se comparte con el botón que se encuentra
en el módulo de equipos e instrumentos. (Anexo 8.2)
3.3.2.3 Programación del laboratorio de control ON-OFF de nivel
Este laboratorio se encuentra programado en el bloque de función FB3, y tiene
asociado el boque de datos DB3. La función realiza el control on-off de nivel en el
tanque dos. Para esto recibe los valores correspondientes a, variable de proceso
nivel, valor consigna de nivel, histéresis y porciento de apertura de la válvula. Con
los valores de histéresis y consigna, se hallan los valores superior e inferior de
comparación. En el caso de encontrarse el nivel por encima del límite superior, se
cierra la válvula; en caso contrario se abre al por ciento indicado. El valor de nivel
medido es convertido a centímetros (barcm), y ajustado al cero del instrumento,
de esta forma se garantiza que la referencia y la variable de proceso estén en el
mismo rango. (Anexo 8.3)
3.3.2.4 Programación del laboratorio de montaje de un canal de
medición de temperatura
Este laboratorio se encuentra programado en el bloque de función FB4, y tiene
asociado el boque de datos DB4. La función trabaja con valores continuos de
corriente 4-20 mA para convertirlos a valores de temperatura, a través de la
función FC105 (función para escalar valores) que toma como límites para la
conversión, valores que se entran manualmente. (Anexo 8.4)
3.3.2.5 Programación del laboratorio de control PID con proceso
simulado
Este laboratorio se encuentra programado en el bloque de interrupción cíclica
OB35. Este utiliza la función FB50 asociada el bloque de datos DB50, y el PID del
bloque de datos FB41 instanciado con el DB44. El FB50 se encarga de simular un
proceso promediando los últimos treinta valores que recibe en su entrada, y
colocando el resultado en su salida. La salida de este último bloque es pasada al
PID, por la entrada de la variable de proceso y el valor manipulado del controlador
se conecta a la entrada del simulador, formándose así un lazo cerrado entre el
regulador y el proceso. El tiempo de muestreo del regulador se ajustó a 100 ms
buscando una sincronización con el tiempo de interrupción del OB35. (Anexo 8.7)

69. 50
Parametrización de la red y programación de los laboratorios .Capítulo III
3.3.2.6 Programación del laboratorio de control PID de nivel
Este laboratorio se encuentra programado en el bloque de interrupción cíclica
OB35. La aplicación está compuesta por un bloque PID del tipo FB41 instanciado
con el bloque de datos DB41. La señal de proceso proviene del transmisor de
nivel y el valor manipulado es enviado a la válvula de control, cerrándose así el
lazo de control de nivel. La consigna y los parámetros de ajuste del controlador
son entrados por el usuario y el tiempo de muestreo del regulador ha sido
establecido en 100ms. Cada vez que se ejecuta el OB35 y esta activo el
laboratorio de control de nivel el valor medido es convertido a centímetros
(barcm), y ajustado al cero del instrumento, de esta forma se garantiza que la
referencia y la variable de proceso estén en el mismo rango. El lazo puede operar
en modo automático y manual según una entrada externa. (Anexo 8.7). En el
laboratorio de identificación de procesos (Anexo 4 y 5), el lazo de control de nivel
trabaja en modo manual y se estimula la válvula con una señal paso escalón de
amplitud seleccionable.
3.3.3 Gestión de laboratorios
La función encapsuladora que se encarga de la gestión de los laboratorios de
válvula, control on-off, canal de medición y de lenguaje de contactos es la FC1
(„‟Función de control‟‟). En ella se arrancan o no dichos laboratorios; en donde
solo puede estar activo uno a la vez. Al recibir la señal de parada de un laboratorio
activo se realiza la puesta a cero de todas las señales que manipula el mismo
(reset). El laboratorio correspondiente al canal de medición no necesitó “reset”, ya
que el funcionamiento del mismo no implica la modificación de variables asociadas
al módulo de equipos e instrumentos. (Anexo 8.5)
Figura No. 3.17. Ciclo de ejecución de un laboratorio X dentro de la FC1.
A modo de presentar la lógica de funcionamiento
seguida en la FC1 se expone un ejemplo (Fig. 3.17).

70. 51
Parametrización de la red y programación de los laboratorios .Capítulo III
3.3.4 Tratamiento de condiciones anormales
La vigilancia de las condiciones anormales de funcionamiento se programó en la
función FC2. En ella se chequean constantemente los dispositivos activos en la
maqueta, y a través de comparaciones y funciones lógicas se activa una marca
(“cond_anormal”) encargada de detener el funcionamiento de cualquier
aplicación que haya estado en marcha. Al sucederse cualquier acción de este tipo
se enciende la lámpara correspondiente a alarma (lámpara roja).
En la FC2 se chequea:
Nivel mayor o igual que 97cm.
Si sucede esta situación se detiene el funcionamiento de las bombas y se
cierra la válvula de control.
Encendido y apagado del variador No. 1.
Encendido y apagado del variador No. 2.
En caso de que el acuse de algún variador se demore más de 5 segundos
se da alarma y se activa una marca tratada en el SCADA.
Problemas por la ausencia de flujo si se está bombeando y la válvula de
control está abierta.
En este caso se da alarma y se envía una señal al SCADA a través de una
marca.
Baja presión de alimentación de la válvula.
En este caso se da alarma.
Sin duda el proceso con que se trabaja en el módulo de equipos e instrumentos
posee poca complejidad ya que son pocas las variables que determinan su mal
funcionamiento. (Anexo 8.6)
3.3.5 Estructura general del programa
En las secciones 3.3.3 y 3.3.4 se explicaron las funciones FC1 y FC2 estas
funciones son llamadas en cada ciclo de ejecución del OB1. Seguidamente se
expone la estructura general que se concibió para la ejecución del programa (Fig.
3.18 y 3.19).

71. 52
Parametrización de la red y programación de los laboratorios .Capítulo III
Figura No. 3.18. Jerarquía del programa.
Figura No. 3.19. Llamadas del OB35.
De esta forma a sido programado el PLC para cumplir con los objetivos y
requerimientos de cada aplicación propuesta. Así se ha creado una estructura que
es capaz de asimilar nuevas funciones y aplicaciones, utilizables en el
mejoramiento de los laboratorios de automática. En el capítulo 4 se diseñará una
aplicación SCADA para interactuar con las prácticas programadas.

72. Capitulo vAnálisis de económico .
53
Capítulo IV. Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC
CAPÍTULO
IV
APLICACIÓN SCADA Y PROPUESTA DE
COMUNICACIÓN OPC

73. 54
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
4.1 Introducción
En este capítulo se expone el diseño de una aplicación SCADA desarrollada sobre
WinCC 6.2, y la configuración de un servidor OPC, que servirán como plataforma
de desarrollo de las prácticas de laboratorio que se realizaron en la maqueta
industrial como parte de este proyecto.
4.1.1 Generalidades de WinCC
El equipamiento básico de WinCC incluye funciones de mando y supervisión
diseñada a la medida de las necesidades industriales. Es decir, comprende una
completa visualización gráfica de los estados del proceso, la señalización y
confirmación de alarmas, los archivos de valores de medida, mensajes y datos del
proceso, así como la gestión de usuarios y sus autorizaciones de acceso. [20]
El sistema presenta la información al personal operativo de manera gráfica, en
forma de un diagrama de representación. Este consiste en gráficos de símbolos
esquemáticos para representar los elementos del proceso. Significando esto que
el operador puede ver un esquema que representa la planta que está siendo
controlada. “WinCC” unifica la automatización de la producción y de los procesos e
integra un archivo histórico escalable sobre la base de “Microsoft SQL Server” en
el sistema básico. [21]
Programa de ejecución
Con el programa de ejecución, el usuario puede visualizar y manejar el proceso.
Este se encarga de leer los datos memorizados en la base de datos CS, visualizar
las imágenes, realizar la comunicación con los autómatas programables, archivar
datos de la planta y eventos de avisos. Además permite manejar el proceso, por
ejemplo predeterminando valores de consigna o activando/desactivando
componentes.
Tareas asociadas al Runtime:
El sistema de gráficos muestra las imágenes en la pantalla y recibe
entradas del operador, por ejemplo cuando este pulsa un botón o introduce un
valor.

74. 55
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
El intercambio de datos entre “WinCC” y otras aplicaciones se puede
efectuar vía “OPC”, “OLE” y “ODBC”.
El sistema de ficheros memoriza los valores del proceso en el fichero de
valores de proceso. Estos son necesarios para poder representar su evolución
cronológicamente en el “Online Trend Control” (función que representa a las
variables del proceso en una gráfica) o en el “Online Table Control” (función que
representa a las variables del proceso en una tabla).
El sistema de avisos vigila determinados valores individuales del proceso.
En caso de sobrepasar un valor límite, el sistema de avisos se emite en el “Alarm
Control” (donde se muestran las alarmas del sistema).También acepta los acuses
del operador, gestiona los estados de los avisos y deposita todos los avisos en el
fichero de avisos.
La comunicación entre “WinCC” y los “PLC” se gestiona a través de
controladores de comunicación, a los que se les denomina canales.
Los canales tienen la misión de reunir las demandas de valores de proceso
de todos los componentes “Runtime”, leer en los autómatas programables los
valores de las variables de proceso y, en su caso, volver a escribir nuevos valores
en los “PLC”. [22]
4.1.2 Generalidades de OPC
OPC es la abreviatura para designar OLE para Control de Proceso.
OLE se entiende por Incrustación Dinámica de Objetos, una tecnología estándar
que aparece siempre que se desarrolla y editada un documento, al que se desee
incrustar gráficos, hojas de cálculo, etc. OLE está presente en la mayoría del
intercambio cotidiano de información digital a través de informes, presentaciones,
etc.
OPC está basado en la tecnología OLE/COM de Microsoft. Es una Fundación,
como la Fundación Fieldbus, su objetivo, es proteger y suministrar al usuario de
los mecanismos y las ventajas de hacer uso del sistema operativo (OS) para la
gestión sobre sus datos, estructuras y acciones, estabilizar un número de
estándares para interfaz OLE/COM diseñados para garantizar una fuerte
interoperabilidad entre las aplicaciones de automatización y control, instrumentos

75. 56
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
de campo, aplicaciones para la gerencia, dirección y otros objetivos en los
procesos de control en la industria.
La tecnología define "objetos" y "métodos" para diseñar servidores OPC en tiempo
real, como son los sistemas de control distribuido, controladores lógicos,
dispositivos de campo inteligente y analizadores; con el objetivo de "hacer"
comunicar esta información a través de toda la secuencia OLE/COM, (servidores y
clientes).
Un mecanismo estándar para establecer la comunicación entre distintas fuentes
de información, sea dispositivo de campo o base de datos en el cuarto de control,
es el principal motivo de OPC.
A pesar de que OPC está diseñado principalmente para acceder a datos de un
servidor en red, las interfaces OPC se pueden usar para distintas aplicaciones. En
el nivel más bajo puede coger datos de aparatos físicos y llevarlo a SCADA o
DCS, o de un servidor SCADA o DCS a una aplicación. La arquitectura y el diseño
permiten que se pueda configurar un Servidor OPC que permita a una aplicación
cliente acceder a datos de distintos Servidores OPC. [23]
4.2 Aplicación SCADA
Antes de comenzar a desarrollar la aplicación se eligió el driver de comunicación
Slot PLC (para WinAC Slot PLC) que se encuentra en “SIMATIC S7 PROTOCOL
SUITE”.
La visualización de todas las pantallas se realiza a través de un monitor de 19
pulgadas adquirido con la maqueta, y con el uso del SCADA creado como parte de
este trabajo. Las especificaciones de dicho SCADA son descritas a continuación.
La aplicación SCADA la integran doce pantallas correspondientes a: históricos de
las variables, alarmas, y laboratorios desarrollados. Con el fin de brindar un mayor
nivel de detalle cada práctica se identifica con una pantalla.
En las páginas se muestran los equipos e instrumentos que intervienen en las
aplicaciones de laboratorios diseñadas (válvulas, sensores, y accionamientos),

76. 57
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
dichos elementos pueden ser manipulados cambiando, el estado (encendido,
apagado), valores consigna, y modos de funcionamiento (manual, automático).
4.2.1 Navegación en la aplicación SCADA para laboratorios
de Automática
Barra superior
En la parte superior de la pantalla se dispone de una barra con numerosos
botones (Fig. 4.2), ellos son:
. Permite abrir la página anterior (Al inicio se enlaza con la página de
descripción-“Descripción.Pdl”).
. Permite abrir la página inicial (“inicio.Pdl”).
. Permite abrir la página siguiente (Al inicio se enlaza con la página de
descripción-“Descripción.Pdl”).
. Permite abrir los históricos generales del sistema (“Históricos_general
1.Pdl”).
. Permite abrir la página general (“general.Pdl”).
. Permite abrir la página de alarmas del sistema (“Alarmas.Pdl”).
. Permite abrir la página de descripción (“Descripción.Pdl”).
. La función de dicho botón es la de brindar una interfaz que permita
seleccionar las variables de interés, y el tiempo de muestreo (Fig. 4.1); luego al
presionar el botón de comenzar, se realiza la exportación de los valores de las
mismas hacia el Microsoft® Excel. (Anexo 9.1)
Figura No. 4.1. Interfaz para la exportación a Excel.
. Permite la entrada del usuario al sistema (obtener permisos) por medio de un
nombre de usuario y una contraseña.
Los ficheros Excel con los datos se almacena en “D:Maqueta”

77. 58
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
. Permite la salida del usuario del sistema (pérdida de permisos) de manera
más fácil y visible.
. Permite salir de la ejecución del sistema, desactivando el “Runtime”.
. Permite la salida definitiva del sistema, desactivando el “Runtime” y el
Explorador de WinCC.
Figura No. 4.2. Barra superior.
Selección de laboratorio
Figura No. 4.3. Menú de asignaturas.
4.2.2 Botones de control
La puesta en marcha de cualquier aplicación de laboratorio es posible mediante un
botón ubicado en la parte superior-central de la pantalla, indicando, cuando se
encuentra en rojo (“Stop”- ) la parada del sistema, y en verde (“On”- ), el modo
funcionamiento. Al activarse un laboratorio, inmediatamente se detiene el
funcionamiento de cualquier aplicación que haya estado funcionando, antes de
ejecutarla.
La puesta en marcha y parada de las bombas es posible, mediante un botón de
desplazamiento ( ), ubicado al lado de cada una; indicando, cuando se encuentra
en verde el modo funcionamiento, y, en rojo ( ) la parada. El estado de cada
bomba se muestra en la parte superior de las mismas; en el caso de estar
encendida se muestra un letrero en “On” ( ), de otro modo se muestra en
“Off” ( ). Cada bomba se maneja de forma separada e independiente una de
otra.
Se dispone de un menú (parte derecha de la pantalla) que
permite la selección por asignatura, y más en detalle
desplegando un submenú que posibilita acceder mediante
un clic a la aplicación asociada a la práctica de laboratorio
(Fig. 4.3)

78. 59
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
4.2.3 Contador del tiempo de laboratorio
Al dar clic en “Abrir” ( ), se despliega un menú horizontal que brinda la
posibilidad, mediante dos opciones, de escoger el tiempo de duración del
laboratorio (medio turno-45min y turno completo-90min); al seleccionar la opción
deseada se da clic, en la pestaña “Comenzar” ( ), y acto seguido empieza el
conteo. Al concluir el tiempo se muestra un letrero de aviso parpadeando en rojo
(Fig. 4.4). (Anexo 9.2)
Figura No. 4.4. Contador del tiempo de laboratorio.
Para quitar el letrero bastará con dar clic sobre él, o si se desea comenzar un
nuevo temporizador, se da clic en la pestaña “Comenzar”, y el letrero se eliminará
automáticamente. Si se desea parar el conteo una vez comenzado, se puede dar
clic en la pestaña “Terminar”, llevando a cero su valor. El menú se puede cerrar en
cualquier momento dando un clic en la pestaña “Cerrar”.
4.2.4 Descripción de la pantalla principal (“inicio.Pdl”)
La página principal del SCADA (inicio.Pdl) está compuesta por una foto de la
instalación existente, tal como se muestra en la figura 4.4. Esta página reúne los
elementos de navegación y de acceso a laboratorios ya mencionados. Por temas
de seguridad, todos los botones y accesos a las demás páginas se encuentran
protegidos por contraseña.
Con el fin de aumentar la seguridad informática del sistema, se crearon dos
usuarios con privilegios de administrador (todos los privilegios), y, tantas cuentas
de invitado (privilegios limitados) como asignaturas, persiguiendo con esto que
cada profesor de laboratorio cuente con la suya propia.

79. 60
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
Figura No. 4.4. Pantalla de inicio.
4.2.5 Descripción de la pantalla general (“General.Pdl”)
La página general pretende visualizar el estado de la maqueta, en ella solo se
pueden encender y apagar las bombas. En dicha pantalla se muestran los valores
correspondientes a las mediciones, a través de indicadores numéricos y gráficos
(Fig. 4.5).
Figura No. 4.5. Pantalla general.
4.2.6 Descripción de las pantallas de históricos generales
“Históricos 1” (“Históricos_general 1.Pdl”) e “Históricos 2” (“Históricos_general
2.Pdl”) comprenden los históricos generales del sistema; cuya función es, brindar
de manera más amplia la tendencia de los valores de las variables, Nivel en el
tanque, flujo en el medidor magnético, flujo en el medidor de Coriolis, posición del
vástago de la válvula, y, la frecuencia de salida de los variadores (Fig. 4.6). En
cada una de estas páginas se incluyó la visualización en la parte inferior de la
Nivel
RPM de la bomba
Iniciar aplicación
Indicación

80. 61
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
pantalla, de una tabla de alarmas del sistema, brindándole mayor potencialidad a
las páginas de históricos.
Figura No. 4.6. Pantalla de históricos generales 1.
4.2.7 Funcionamiento de la pantalla de descripción
(“Descripción.Pdl”)
La página de “Descripción” (Fig. 4.7) persigue visualizar e identificar de forma
escueta, algunas de las características de los elementos que se encuentran en la
maqueta. Para ello cuenta con una lista de los dispositivos y al hacer clic en el
nombre del equipo este comienza a parpadear (para lograr la identificación, solo
parpadea un elemento a la vez). Para detener cualquier intermitencia será
suficiente dar clic en el nombre nuevamente, o, en el dispositivo como tal. Para
visualizar las características de un dispositivo en particular, se debe dar clic en él,
y si no se encuentra parpadeando se mostrará un cartel con sus características.
Figura No. 4.7. Pantalla de descripción
Información
Tendencias
Alarmas
Lista de elementos

81. 62
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
Al visualizarse esta pantalla, se mantiene el funcionamiento de cualquiera de las
aplicaciones que se haya estado ejecutando antes de abrirla. Los elementos de
navegación siguen siendo operativos por lo que desde ella es posible acceder a
cualquier otra o retronar a la anterior empleando los botones históricos de
navegación.
4.2.8 Tratamiento de las alarmas y descripción de la
pantalla dedicada a las mismas (“Alarmas.Pdl”)
Las alarmas se disparan en función de los valores alcanzados por cada variable y
los límites establecidos para las mismas. Se comparan los resultados y se
muestran en la tabla de alarmas (Fig. 4.9), donde se cuenta con la posibilidad de
luego acusarlas.
En la tabla 4.1 se muestran los niveles de alarma definidos para cada una de las
variables.
Variables Alarma H Aviso H Aviso L Alarma L
Nivel x x x x
Flujo Coriolis x x
Flujo Magnético x x
Presostato 1 x
Presostato 2 x
Nautilus (Presostato) x
Variables (Fallos) Error
Fallo Variador 1 x
Fallo Variador 2 x
Fallo Bomba 1(PLC) x
Fallo Bomba 2(PLC) x
Fallo arranque Bomba 1(PLC) x
Fallo parada Bomba 1(PLC) x
Fallo arranque Bomba 2(PLC) x
Fallo parada Bomba 2(PLC) x
Tabla No. 4.1. Niveles de alarma definidos.
“Alarma H”: indica alarma por valor encima del límite superior permisible.
“Aviso H”: indica aviso por valor encima del límite definido.
“Aviso L”: indica aviso por valor debajo del límite definido.
“Alarma L”: indica alarma por valor debajo del límite inferior permisible.
“Error”: indica fallo en algún dispositivo.
Nota: Las variables que vienen acompañadas de “(PLC)”, son provenientes de la rutina de
tratamiento de condiciones anormales programadas en el PLC (sección 3.3.4).

82. 63
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
Figura No. 4.8. Colores para los mensajes de alarma.
Figura No. 4.9. Pantalla de alarmas.
4.2.9 Páginas asociadas a las prácticas de laboratorio
Las páginas asociadas a los laboratorios cuentan con el diagrama de la sección
que se va a utilizar. Los equipos y elementos que no se utilizan, no se muestran.
Con esto se logra obtener una mayor área en pantalla, una mejor visualización de
los elementos realmente necesarios, y una mayor claridad del sistema a estudiar
por parte de los alumnos.
Cercano a cada elemento, se encuentra un cuadro que identifica dicho dispositivo;
en este se muestra: el estado (en el caso del actuador y el controlador) y el valor
correspondiente a, la medición, la referencia “SP” y variable de proceso “PV”.
En todas las aplicaciones se puede identificar fácilmente el recorrido del líquido, el
cual se muestra a través de un cambio de coloración por parte de las tuberías de
paso del fluido (verde, para el líquido impulsado por la bomba 1, y morado, para el
líquido impulsado por la bomba 2). Con el fin de esclarecer más este proceso, se
detalla también el sentido del recorrido del fluido haciendo uso de flechas
parpadeantes.
Los colores para todas las clases de mensajes se
definieron como se muestra en la figura 4.8:
“Rojo”: Disparo de Alarma, Aviso o Error.
“Amarillo”: La causa entra a la normalidad.
“Negro”: Reconocida.
Alarmas

83. 64
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
4.2.9.1 Descripción de la pantalla de control de nivel (“CtrolNivel.Pdl”)
A ella se puede acceder desde:
“Modelado y Simulación”“Nivel”
“Control de Procesos I”“Control de Nivel”
Con esta aplicación se pretende realizar un laboratorio de identificación de un
proceso de nivel tomando como señal de estímulo un paso escalón, en Modelado
y Simulación; y, el laboratorio de control de nivel de la asignatura de Control de
Procesos I.
Esta pantalla (Fig. 4.10) propone un sistema de control de nivel en un tanque con
vasos comunicantes, para ello se muestra el sistema en el cual toman parte, dos
tanques, la válvula de control, la bomba 2 y el transmisor de presión diferencial.
Con estos elementos se realiza el control del nivel en el tanque 1. A pesar de no
intervenir en el control se muestran las mediciones de flujo correspondientes
(medidor magnético, medidor de Coriolis).
Los parámetros del controlador, el estado y el valor de referencia se pueden
cambiar haciendo clic en el botón ubicado en el cuadro de estado del
controlador, de donde aparece una ventana emergente con los elementos de
control, estos son:
“Automático”, “Manual”. Se puede cambiar el modo en el que se realiza el
control (cuando trabaja en “Automático” se muestra en verde el cuadro de
estado de la válvula, y el controlador; cuando lo hace en “Manual” se muestra
en rojo).
“SP”. Permite cambiar la referencia de nivel.
“K”. Permite cambiar el valor de ganancia del controlador PID implementado.
“Ti”. Permite cambiar el valor de la constante de tiempo integral del
controlador PID implementado.
“Td”. Permite cambiar el valor de la constante de tiempo derivativa del
controlador PID implementado.
“R”. Mediante este botón se cargan los parámetros de ajuste por defecto del
controlador.
Gráfica de los valores de referencia, variable de proceso, y salida del
controlador con respecto al tiempo.

84. 65
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
Figura No. 4.10. Pantalla del laboratorio de control de nivel.
En la página se incluye un histórico del nivel en el tanque y una tabla con los
valores de las mediciones de nivel y la señal de control.
4.2.9.2 Descripción de la pantalla de la válvula de control
(“MTA_valvula.Pdl”)
A ella se puede acceder desde:
“MTA”“Válvula de Control”
Con esta aplicación se pretende realizar el laboratorio de válvula correspondiente
a la asignatura de Medios Técnicos de Automatización. Esta pantalla (Fig. 4.11)
propone un sistema donde se estimula la válvula con una señal rampa, o,
manualmente, con el fin de obtener datos relacionados con la característica
efectiva de la misma. Los elementos que toman parte en esta práctica son; el
tanque 1, el medidor magnético de flujo y la bomba 2. En la página se cuenta con
dos gráficas de históricos y una tabla con los valores de apertura de la válvula y el
flujo. En el gráfico de la parte izquierda inferior de la pantalla, se visualiza la
relación por ciento de apertura-flujo.
El estado del dispositivo se puede cambiar en el cuadro “Señal de Estímulo”, los
elementos de estímulo, son:
“Señal Rampa”, “Manual”. Se puede cambiar el modo en el que se actúa
sobre la válvula (cuando trabaja en “S. Rampa” se muestra en verde el cuadro
de estado de la válvula; cuando lo hace en “Manual” se muestra en rojo).
“SP”. Permite cambiar la posición del vástago cuando se encuentra en manual.
Ventana emergente
Ajustes del controlador

85. 66
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
Figura No. 4.11. Pantalla del laboratorio de válvula.
4.2.9.3 Descripción de la pantalla de control de flujo
(“ControlP_flujo.Pdl”) (Propuesto)
A ella se puede acceder desde:
“Control de Procesos I”“Control de Flujo”
Con esta aplicación se persigue realizar el laboratorio de control de flujo de la
asignatura de Control de Procesos I. La pantalla propone dos sistemas de control
de flujo; una variante utilizando como elemento regulador la válvula de control
(variante 1), y otra, utilizando el variador de velocidad (variante 2)
correspondiente a la bomba 1. Para mostrar las variantes, la pantalla se encuentra
dividida en dos, mostrando la variante 1 en la parte superior, y, la variante 2 en la
parte inferior de la página.
Variante 1
En esta variante (Fig. 4.12) toman parte: el tanque1, la válvula de control, el
medidor magnético de flujo y la bomba 2. Con estos elementos se realiza el
control del flujo circulante por la tubería que descarga en el tanque 1. Los
parámetros del controlador, el estado y el valor de referencia se puede cambiar
haciendo clic en el botón ubicado en el cuadro de estado del controlador, de
donde aparece una ventana con los elementos de control, estos son:
“Automático”, “Manual”. Cambia el modo en el que se realiza el control
(cuando trabaja en “Automático” se muestra en verde el cuadro de estado de
la válvula, y el controlador; cuando lo hace en “Manual” se muestra en rojo).
Ajuste del estímulo

86. 67
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
SP”. Permite cambiar la referencia de flujo.
“K”. Permite cambiar el valor de ganancia del controlador PID implementado.
“Ti”. Permite cambiar el valor de la constante de tiempo integral del
controlador PID implementado.
“Td”. Permite cambiar el valor de la constante de tiempo derivativa del
controlador PID implementado.
“R”. Mediante este botón se cargan los parámetros de ajuste por defecto del
controlador.
Gráfica de los valores de referencia, variable de proceso, y salida del
controlador con respecto al tiempo.
Figura No. 4.12. Pantalla del laboratorio de control de flujo (variante 1).
Variante 2
En esta variante (Fig. 4.13) toman parte: el tanque 2, el medidor de Coriolis, la
bomba 1 y el variador correspondiente. Con estos elementos se realiza el control
del flujo circulante por la tubería que descarga en el tanque 2. El estado y el valor
de referencia se puede cambiar haciendo clic en el botón ubicado en el cuadro
de estado del controlador, de donde aparece una ventana con los mismos
elementos de control que la variante anterior.
Figura No. 4.13. Pantalla del laboratorio de control de flujo (variante 2).
Ventana emergente
Ajustes del controlador

87. 68
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
4.2.9.4 Descripción de la pantalla de control ON-OFF de nivel
(“on-off.Pdl”)
A ella se puede acceder desde:
“MTA2”“Control On-Off”
Con esta aplicación se persigue realizar un laboratorio de control on-off de nivel de
la asignatura de Medios Técnicos de Automatización. Esta pantalla (Fig. 4.14)
propone un sistema donde se utiliza un controlador on-off para regular el nivel.
Los elementos que toman parte en esta práctica son; el tanque 1, el medidor de
presión diferencial, la válvula de control y la bomba 2. Los parámetros del
controlador, el estado y el valor de referencia se puede cambiar haciendo clic en el
botón ubicado en el cuadro de estado del controlador, de donde aparece una
ventana emergente con los elementos de control, estos son:
“Automático”, “Manual”. Se puede cambiar el modo en el que se realiza el
control.
“SP”. Permite cambiar la referencia de nivel.
“His.”. Permite cambiar el valor de histéresis del controlador (entre 2 y 5 cm).
“%A”. Permite cambiar el valor apertura de la válvula cuando en controlador
está en “on”.
Gráfica de los valores de referencia, variable de proceso, y salida del
controlador con respecto al tiempo.
Figura No. 4.14. Pantalla del laboratorio de control On-Off.
Ajuste de parámetros

88. 69
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
En la pantalla se incluye un histórico del nivel en el tanque, la consigna, la salida
del controlador y una tabla con los valores de las mediciones de nivel y la señal
de control.
4.2.9.5 Descripción de la pantalla del laboratorio de control PID
simulado (“Pid_Simu.pdl‟‟)
A ella se puede acceder desde:
“MTA2”“PID Simulado”
Con esta aplicación se persigue realizar el laboratorio de controlador PID de la
asignatura de Medios Técnicos de Automatización. Esta pantalla (Fig. 4.15)
propone un sistema donde se utiliza un controlador PID real para regular un
proceso simulado dentro del PLC.
Figura No. 4.15. Pantalla del laboratorio de control PID simulado.
Los parámetros del controlador, el estado y el valor de referencia se pueden
cambiar a través de ventana del regulador, dichos parámetros son:
“Automático”, “Manual”. Cambiar el modo en el que se realiza el control.
“SP”. Permite cambiar la referencia del proceso.
“K”. Permite cambiar el valor de ganancia del controlador PID implementado.
“Ti”. Permite cambiar el valor de la constante de tiempo integral del
controlador PID implementado.
Ajustes de la periferia
Ajustes del controlador

89. 70
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
“Td”. Permite cambiar el valor de la constante de tiempo derivativa del
controlador PID implementado.
“Limitar salida”. Permite establecer los límites de saturación del controlador.
“Escalar salida”. Permite escalar la salida de periferia de controlador.
Gráfica de los valores de referencia, variable de proceso, y salida del
controlador con respecto al tiempo.
En la pantalla se incluye un histórico de la variable de proceso simulada, el error
de regulación, la salida del controlador y la consigna.
4.2.9.6 Descripción de la pantalla del laboratorio de Canal de medición
(“Canal_Med.pdl‟‟)
A ella se puede acceder desde:
“Sistemas de Medición”“Canal de Medición”
Con este laboratorio se pretende que el estudiante utilice comunicación 4-20 mA
como parte de un proyecto que consiste en el diseño e implementación de un
canal de medición de temperatura correspondiente a la asignatura de sistemas de
medición. La pantalla (Fig. 4.16) propone un sistema donde se lee la variable
antes mencionada escalando su valor a nivel de PLC. Los parámetros de escalado
se entran a la misma, a través de dos campos de entrada dispuestos en dicha
pantalla; el valor de la medición se visualiza por medio de un campo de salida.
Figura No. 4.16. Pantalla del laboratorio del canal de medición.
Rango de temperatura

90. 71
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
En la pantalla se incluye un histórico de la temperatura y un esquema general del
montaje del canal de medición.
4.2.9.7 Descripción de la pantalla del laboratorio de lenguaje de
contactos (“MTA_KOP.pdl‟‟)
A ella se puede acceder desde:
“MTA2”“Lenguaje de Contactos”
Con esta aplicación se persigue realizar un laboratorio de lenguaje de contactos
correspondiente a la asignatura de Medios Técnicos de Automatización.
En esta pantalla (Fig. 4.17) se pretende trabajar con el empleo del lenguaje de
contactos, para ello existe una aplicación que regula el llenado y vaciado de un
tanque. Los elementos que toman parte en esta práctica son; el tanque 1, el
medidor de presión diferencial, la bomba 2 y el botón del módulo de equipos e
instrumentos.
Los valores de comparación para nivel alto y bajo se pueden entrar a través de los
cuadros de texto. Con el fin de demostrar el trabajo del PLC real en función de la
programación, se muestra el código KOP en la parte inferior de la página; donde
se indica el estado de los contactos.
Figura No. 4.17. Pantalla del laboratorio de lenguaje de contactos.
Estado de los contactos

91. 72
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
4.2.9.8 Descripción de la pantalla del laboratorio de aplicación SCADA
(“Lab_SCADA.pdl‟‟)
A ella se puede acceder desde:
“Sistemas Automatizados”“Laboratorio de SCADA”
Con esta aplicación se persigue realizar un laboratorio de SCADA
correspondiente a la asignatura de Sistemas Automatizados. En la práctica se
propone la realización de una secuencia de pasos entre los que se encuentran:
establecer comunicación con variables de proceso, graficar valores, mostrar
alarmas, realizar animaciones y modificar salidas del PLC.
Los números que se muestran en la pantalla (Fig. 4.18) indican los pasos a
desarrollar por el alumno en la resolución del laboratorio. (Adjunto)
Figura No. 4.18. Pantalla del laboratorio de SCADA.

92. 73
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
4.3 Propuesta de comunicación
OPC
4.3.1 Conceptos fundamentales para la realización de un
proyecto
La creación de un servidor OPC requiere conocer algunos conceptos
imprescindibles para su configuración como son:
Channels: representa el Canal de Comunicación, en el cual se escogerá el
driver de comunicación que se necesite.
Devices: utilizado para proporcionar las características de los Dispositivos
en el Canal de Comunicación.
Tags Groups (opcional): grupos de variables utilizados para separar unas
variables de otras dentro del Dispositivo.
Tags: variable que contienen la dirección y el tipo de variable a la que
accederá el servidor dentro del Dispositivo.
Bases y Principios (COM):
COM es una Plataforma utilizada por Microsoft que permite la interacción
entre componentes dentro de un ambiente Windows.
COM permitía a Objetos cruzar los límites de Procesos y Lenguajes, mas
no era capaz de ir más allá de Objetos Locales.
Figura No. 4.19. Funcionamiento de COM.
DCOM:
DCOM surge como una extensión para redes de Component Objetc Model
(COM) de Microsoft.

93. 74
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
Engloba un conjunto de conceptos e interfaces de programas de Microsoft,
en el cual Objetos de un Cliente pueden solicitar servicios a un objeto
remoto en un Servidor de forma transparente al Programador.
Microsoft suele referirse a DCOM como: “COM con un gran cable”
Funcionamiento:
DCOM construye una capa que permite hacer llamadas de procedimientos a
Objetos remotos (ORPC) basado en la arquitectura de un RPC normal.
Figura No. 4.20. Funcionamiento de DCOM.
Características:
El modelo COM permite gran flexibilidad binaria y adaptabilidad entre
distintas configuraciones y máquinas.
Seguridad basada en certificados de Internet.
Funciona en LAN, WAN e Internet.
DCOM soporta múltiples protocolos de comunicación, TCP/IP, UDP/IP,
IPX/SPX, entre otros.
Debido a que las especificaciones de los métodos están en binario, permite
la integración de diversos lenguajes como C++, Java, Visual Basic.
Tolerancia a Fallas: Es soportada por medio de Transacciones automáticas.
4.3.2 Servidor y clientes OPC
En la PC industrial se propone crear un servidor OPC de Kepware, siendo clientes
del mismo las PCs que se encuentran en el laboratorio de instrumentación (Fig.
4.21). Para la comunicación de éstas con el servidor, se propone realizarla sobre
el cableado de red Ethernet existente en el laboratorio. Con el fin de lograr la

94. 75
Aplicación SCADA y propuesta de comunicación OPC .Capítulo IV
comunicación de la PC industrial con el PLC se utiliza la conexión MPI presente
(entre PC y PLC).
Para hacer accesible el servidor OPC de KepWare, después de la instalación, es
necesaria la configuración de los elementos DCOM de Windows® brindada en la
ayuda de dicho programa (Anexo 10.1). En las PCs cliente debe realizarse la
misma configuración del DCOM explicada en el anexo 10.1.
4.3.3 Configuración del servidor y el cliente OPC de WinCC
En el servidor OPC se deberán hacer visibles todas las variables externas que se
emplearon en la aplicación SCADA desarrollada anteriormente. (Anexo 10.2) y en
el cliente OPC de WinCC se deberán agregar todas las variables todas visibles del
servidor. (Anexo 10.3).
Las estaciones cliente deberán tener instalado el paquete SIMATIC PCS7 v7.0
para poder emplear la aplicación SCADA desarrollada. En cada estación será
necesario vincular nuevamente todas las variables externas a sus homólogas del
servidor. En principio se prevé que todas las variables de las estaciones cliente
sean solo de lectura aunque se puede establecer una estructura de privilegios en
dependencia del laboratorio y/o la consideración del profesor.
Figura No. 4.21. Estructura propuesta de comunicación OPC.

95. Capitulo vAnálisis de económico .
76
Capítulo V. Análisis económico
CAPÍTULO
V
ANÁLISIS ECONÓMICO

96. 77
Análisis económico .Capítulo V
5.1 Introducción
En este capítulo se realiza el análisis económico del desarrollo de las prácticas de
laboratorio, como objetivo principal de este trabajo.
Para un mejor entendimiento es necesario hacer referencias a normas propias de
este tipo de cálculo en el proceso de planificación y ejecución de las
investigaciones. Se presenta además un análisis del impacto que produjo la
ejecución del proyecto.
5.1.1 Conceptos generales
El significado de cada una de las abreviaturas utilizadas en este capítulo se
explica a continuación:
• CT (Costo Total): costo que resulta de la realización del proyecto.
• CD (Costo Directo): costo que resulta de la suma del Salario Básico (SB), el
Salario Complementario (SC), el Seguro Social (SS), los Medios Materiales
Directos (MD), las Dietas y Pasajes (DP) y Otros Gastos (OG).
• SB (Salario Básico): consiste en el salario que se paga por el tiempo
exclusivamente trabajado, es decir, no se incluye seguridad social ni
vacaciones. Incluye los salarios básicos de todos los participantes en el
desarrollo de este trabajo.
• SC (Salario Complementario): consiste en el 0.091% del salario básico, que
se destina para el pago de las vacaciones. Este por ciento está respaldado
por normativas y regulaciones nacionales.
• SS (Seguridad Social): equivale al 10% de Salario Básico más el Salario
Complementario.
• DP (Dietas y Pasajes): representa los gastos por Dietas y Pasajes.
• MD (Medios Directos): se refiere a los materiales utilizados directamente en
la investigación, comprende todos los gastos en la adquisición de los
componentes, materiales y equipos que se incorporan definitivamente al
resultado de la investigación.

97. 78
Análisis económico .Capítulo V
• OG (Otros Gastos): se incluye el precio de utilización de equipamiento. Se
considera el gasto por concepto de tiempo de máquina, el cual tiene un valor
de $ 10.00 cada hora.
• GE (Gastos Energéticos): representa los gastos por concepto de consumo
de energía, en este proyecto solo energía eléctrica.
• CI (Costo Indirecto): se refiere a los gastos de electricidad consumida,
gastos de administración, instalaciones etc. Este valor se estima
multiplicando un coeficiente de costo por el salario básico de la investigación
más los Gastos Energéticos.
5.2 Cálculo del costo del proyecto
El Costo Total del proyecto se calcula según la ecuación 5.1:
CT = CD + CI (5.1)
Los indicadores CD y CI se expresan en la ecuación 5.2 y 5.3 respectivamente.
CD = SB + SC + SS + MD + DP + OG (5.2)
CI = 0.84*SB + GE (5.3)
El grupo de trabajo que implementó este proyecto, estuvo integrado de manera
permanente desde el 15 de marzo hasta el 5 de junio del 2008 (82 días) por dos
adiestrados cuyo salario básico mensual asciende a $310 ($155 cada uno). Como
tutores participaron: un Máster en Ciencias Técnicas y una Doctora en Ciencias
Pedagógicas, los cuales trabajaron en este proyecto a razón de 1 día a la semana
(11 días), que devengan un salario mensual de $625 y $924 respectivamente.
Para el cálculo del Salario Básico (SB) se utilizó la ecuación 5.4, para el Salario
Complementario (SC) la 5.5 y para la Seguridad Social (SS) la 5.6.
n
SB = ∑ (Aj x Bi) (5.4)
i =1
Donde:
Bi: Salario diario del participante i = Salario mensual / 24.
A
j
: Días dedicados a la investigación.
n: número total de participantes.

98. 79
Análisis económico .Capítulo V
SB = (82 x 6.45 + 82 x 6.45 + 11 x 38.5 + 11x 26.042)
SB = $1767.76
Salario Complementario (SC):
SC = 0.0909 x SB = 0.0909 x 1767.76 = $160.69 (5.5)
Seguridad social (SS):
SS = 0.1 x (SB + SC) = 0.1 x (1767.76 + 160.69) (5.6)
SS = $192.845
No se reportaron gastos por concepto de Medios Directos (MD), por tanto:
MD = $0.0000
No se reportaron gastos por concepto de Dietas y Pasajes (DP), por tanto:
DP = $0.0000
Como Otros Gastos (OG) se consideraron las horas de uso de las PC.
Estimándose este tiempo en, siete horas diarias en dos PC (9:00AM hasta
5:00PM) por 45 días (desde 15-03-2009 hasta 29-04-2009); y, los 37 días
restantes (desde 29-03-2009 hasta 5-06-2009) se utilizó solo una PC por un
promedio de seis horas al día El cálculo se especifica en a continuación.
OG1 = No. Horas PC x No. Días x $10 = 14 x 45 x 10 = $6300
OG2 = No. Horas PC x No. Días x $10 = 6 x 37 x 10 = $2220
OG = OG1 + OG2
OG = $8520
Si se sustituyen los valores de SB, SC, SS, DP y OG en 5.2 se obtiene el valor de
CD:
CD = $1767.76 + $160.69 + $192.845 + $0 + $0 + $8520
CD = $10641.295
Para calcular los gastos por concepto de energía eléctrica (GE) se tuvo en
cuenta el uso de la maqueta de simulación, que representa un gasto de
aproximadamente 2 Kw/h (según el fabricante). Estimándose el tiempo de uso

99. 80
Análisis económico .Capítulo V
de la misma en seis horas diarias (10AM-12PM, 1PM-5PM) por 37 días, y
tomando el costo del Kw/h como $0.042 según “Procedimiento de aplicación de
las tarifas eléctricas por Resolución No. 311 del 2001 del Ministerio de
Finanzas y Precios”, se calcula:
GE = No. Horas x No. Días x $0.042 = 6 x 37 x 0.042 = $9.324
Sustituyendo el valor de SB y GE en 5.3 se obtiene el valor de CI:
CI = 0.84 x $1767.76 + $9.324
CI = $1494.2424
Una vez calculados los valores de CI y CD se puede determinar el Costo Total
(CT) sustituyendo dichos valores en 5.1.
CT = $10641.295 + $1494.2424
CT = $12135.5374 = 505.65 CUC = 421.375 €
5.2.1 Beneficios
Desde el punto de vista económico, se debe tener en cuenta que la maqueta de
simulación pertenece a la CUJAE, por lo que su misión es meramente docente.
Como parte de la investigación efectuada, se comprobó que existen
equipamientos de características similares que son utilizados para brindar
servicios de adiestramiento a diferentes entidades, función por la que reciben un
importe monetario. En este caso se encuentran los laboratorios especializados de
la industria básica que brindan cursos de 6 semanas con costos que ascienden a
los 1000 CUC.
La posibilidad de brindar adiestramientos y cobrar determinado importe económico
podría ser una variante posible de aplicar en el laboratorio de instrumentación,
labor que contribuiría con la paulatina modernización del mismo, reportando la
adquisición de dispositivos con otros fines y características, elemento que influiría
de manera determinante en la preparación de los estudiantes (objetivo principal de
la universidad).
Como dato se puede decir que montar un laboratorio con las características de la
maqueta de simulación puede llegar a costar aproximadamente 120 000 euros.
Teniendo en cuenta esto, como parte del proyecto y elemento determinante en el

100. 81
Análisis económico .Capítulo V
cuidado y preservación en óptimas condiciones de la instalación, se tuvieron en
cuenta las posibles situaciones de fallas de la misma, factor que podría
desembocar en una inversión por concepto de reparación, que en la mayoría de
las ocasiones en este tipo de equipamiento reporta gastos muy elevados, y en
peores casos la pérdida permanente de dispositivos.
Como repercusión social existen diversas formas en la que este proyecto influyó
de forma positiva, como son su contribución a la realización de prácticas de
laboratorio, y la creación de un andamiaje de soporte que se encuentra abierto a
futuras mejoras y expansiones que podrían dar como resultado una herramienta
para los distintos niveles de preparación que brinda la universidad: postgrados,
maestrías y doctorados. Estas y otras investigaciones pudieran devenir de manera
indirecta en resultados económicamente palpables no solo para la CUJAE, sino
también para el país.

101. 82
Conclusiones
En el desarrollo de este trabajo de diploma se ejecutaron todas las tareas
concebidas para el cumplimiento de sus objetivos, para ello se realizó un estudio
general integral de la maqueta de simulación donada al Instituto. En dicho estudio
se profundizó en temas de instrumentación inteligente, redes industriales
PROFIBUS, características y especificaciones del WinAC, desarrollo de
soluciones de automatización empleando SIMATIC PCS 7, y el análisis de
componentes docentes requeridas para el diseño de prácticas de laboratorio como
objetivo esencial del proyecto.
Como resultado del estudio, se realizó la parametrización de los instrumentos de
medición y la red industrial; se programó el PLC con funciones que responden a la
gestión y desarrollo de las prácticas, y como elemento integrador se diseñó e
implementó una aplicación SCADA. La unión de estos componentes junto con la
comunicación OPC, conformó una plataforma que sirve de soporte al desarrollo de
prácticas de laboratorio vinculadas a las disciplinas de Control e Instrumentación.
En total se generaron 10 prácticas, las mismas fueron concebidas en sentido
doble: fusión de los contenidos teóricos y prácticos e integración del ámbito
académico con el mundo profesional.
De esta forma, se dieron los primeros pasos para hacer del laboratorio de
instrumentación una instalación totalmente renovada y tecnológicamente
actualizada, en la que el estudiante podrá completar su formación y ver la
aplicación de la teoría en la práctica.

102. 83
Recomendaciones
El desarrollo de esta primera plataforma abre un amplio abanico de posibles
mejoras. Desde el punto de vista funcional, se debe considerar la instalación de la
aplicación SIMATIC PCS 7 en las PC del laboratorio de Instrumentación, así como
modernizarlas para que soporten con la debida calidad, este software. Además se
recomienda el diseño de una aplicación Web que permita el acceso remoto desde
cualquier laboratorio de la facultad de Ingeniería Eléctrica. Debe considerarse la
incorporación de equipamiento adicional que pueda mejorar sustancialmente la
disponibilidad del laboratorio así como la explotación del mismo.
Se recomienda que las disciplinas de Instrumentación y Control realicen el
planeamiento de sus actividades de laboratorio tomando en cuenta la existencia
de esta instalación como herramienta docente.

103. 84
Bibliografía
Referencias bibliográficas
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teórica para la práctica docente
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9. Siemens AG. Resumen técnico “SIMATIC PCS 7”. Septiembre 2005. Disponible
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10. Siemens AG. “La importancia en la selección de los buses de campo y su correcta
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16. Siemens AG. Manual “ET 200M Distributed I/O Device”. Julio 2000. Disponible en:
www.siemens.dk/ccmi/bu/ad/download/pdf/service_support/information/brochure/E
E200/et200m_e.pdf
17. Siemens AG. “Pcs7 Getting starter”. 2004. Disponible en:
www.pacontrol.com/siemens-manuals/Simatic-Getting-Started-PCS7.pdf
18. Siemens AG. Manual “Software estándar para S7-300/400 PID Control
(Regulación PID)”. 1996. Disponible en:
www.infoplc.net/Descargas/Descargas_Siemens/Des_SiemensFiles/infoPLC_net_
Funcionament_FB41.pdf
19. http://www.infoplc.net/Descargas/Descargas_Siemens/Des_SiemensFiles/infoPLC
_net_GettingStartedWinCC.html
20. http://es.wikipedia.org/wiki/Seguridad_inform%C3%A1tica
21. http://es.wikipedia.org/wiki/Especial:WhatLinksHere/SCADA
22. http://www.fondonredes.com/Por%20qué%20%20Fieldbus.htm
23. Grundfos. “CR1s Parts List & Kits”. Mayo 2007. Disponible en:
http://www.grundfos.com/web/homees.nsf/Webopslag/C57D83579423D531C1257
01500254C76
24. Fini. “Compresores”. 2000. Disponible en:
http://typo3.finicompressors.it/index.php?id=52&L=1
25. Colectivo de autores. ”Measurement Instrumentation, and Sensors
Handbook”.1999 CRCnetBase.
26. Creus Solé, Antonio “Instrumentación Industrial” 6ta edición.1998 ALFAOMEGA.
27. SMC. “High-Precision Digital Pressure Switch”. Disponible en:
www.smc.eu/portal/WebContent/resources/docs/Advanced_sensor/ZSE-
ISE30_Leaf(ES).pdf
28. Samson. “Valve Series V2001”. Octubre 2007. Disponible en:
www.samson.de/pdf_en/t81120en.pdf
29. Tosaca. “Válvulas de seguridad: Catálogo 2007”. 2007. Disponible en:
www.lat-am.com.ar/Catalogo2007.pdf
30. Siemens AG. Folleto “SIMATIC PC”. Abril 2008. Disponible en:
www.automation.siemens.com/salesmaterial-
as/brochure/es/brochure_simatic_industrial_pc_es.pdf

105. 86
Bibliografía
31. Siemens AG. “MICROMASTER 440”. Edición 10/06. Disponible en CD de
documentación.
32. Trejo, Víctor “Identificación experimental de sistemas”.1986. ISPJAE.
Libros y artículos consultados
33.Aguado Behar, Alberto. “Temas de identificación y control adaptable”. Ciudad de
La Habana. Cuba. Año 2000. Impreso en los talleres de la Empresa de
Comunicación, de Ciencia y la Tecnología.
34.Alan S, Morris. ”Measurement & Instrumentation Principles” 3rd
Edition. 2001
Butterworth-Heinemann.
35.Álvarez Bestard, Guillermo “Notas de clases de Medios Técnicos de
Automatización”. ISPJAE, Ciudad de La Habana. 2007.
36.César S. Eugenio. “Conferencias de Sistemas de Automatización”. ISPJAE,
Ciudad de La Habana. 2008.
37.Colectivo de autores. “Aprendizaje Lúdico en Laboratorio de Programación”.
Universidad de Málaga. 2007.
38.Colectivo de autores. “Tema 2. Redes de comunicación: Topología y enlaces”.
Universidad de Valencia. 2003.
39.Colectivo de autores. “MAQUETA INDUSTRIAL PARA DOCENCIA E
INVESTIGACIÓN”. Universidad de León. Julio 2004. Disponible en:
Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial:
http://riai.isa.upv.es
40.Colectivo de autores. “¿TIENE SENTIDO SEGUIR DISTINGUIENDO ENTRE
APRENDIZAJE DE CONCEPTOS, RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE LÁPIZ Y
PAPEL Y REALIZACIÓN DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO?”. 1999.
41.www.i-joe.org/ojs/include/getdoc.php?id=579&article=206&mode=pdf
42.“Configuración de hardware con STEP7, Documentación STEP 7”, Edición
03/2006 Disponible en: CD Instalación STEP 7.
43.Douglas M, Considine.”Process/Industrial Instruments & Controls Handbook” 4th
Edition. 1993 McGRAW-HILL, INC.
44.Forcade Gómez, Natasha. Torres Lorenzo, William. “Guías de estudio de WinCC”.
ISPJAE, Ciudad de La Habana. 2007.
45.Ljung, L. “System Identification: Theory for the user”. Prentice Hall, 2da
edición,
Upper Saddle River, N.J., 1999.

106. 87
Bibliografía
46.Ljung, L. “System Identification Toolbox for use with MATLAB”. User’s Guide. 4ta
Impresión. The Mathworks. Inc., Natick, 2000.
47.MathWork, Inc. MatLab “User‟s Guide, MathWork” Inc. 2002
48.Ogata, Katsuhiko. “Ingeniería de Control Moderna” 3ra
Edición.1998 PRENTICE-
HALL HISPANOAMERICANA, S.A.
49.“Programar con STEP 7, Documentación STEP7”, Edición 03/2006. Disponible en:
CD Instalación STEP 7.
50.Reyes Bacardí, Arístides. “Identificación de Sistemas”. ISPJAE, Ciudad de La
Habana. 2006.
51.Rivas Pérez R. “Notas de Clases, Control de Procesos I”. ISPJAE, Ciudad de La
Habana. 2009.
52.Rivas Pérez R. “Notas de Clases, Control de Procesos II”. ISPJAE, Ciudad de La
Habana. 2009.
53.Siemens AG. “PCS 7 PoT V6.1” Edición V1.0. Marzo 2006.
54.Siemens AG. “SIMATIC PCS 7 Process Control System”. Enero 2004.
55.Siemens AG. “SITRANS P serie DS III PA”. Edición 03/2004. Disponible en CD de
documentación.
56.Siemens AG. “Introducción a STEP 7, Documentación STEP7”, Edición 03/2006.
Disponible en: CD Instalación STEP 7.
57.Siemens AG. “Quick Start Sitrans F M Mag 6000I”. Edición 12/2007. Disponible
en:
https://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll?func=ll&objaction=csopen&
objid=16879741&nodeid0=16879741&nav0=index&idx0=M&lang=es&siteid=cseus
&aktprim=0&extranet=standard&viewreg=WW
58.Siemens AG. ”Quick Start Sitrans F C Mass 6000”. Edición 12/2007. Disponible
en:
https://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll?func=ll&objid=17320235&n
odeid0=17320235&subtype=130000&nav0=index&idx0=P&lang=es&siteid=cseus
&aktprim=0&objaction=csopen&extranet=standard&viewreg=WW&display=p
59.Siemens AG. “PC-based Control”. Julio 2003. Disponible en:
http://www.siemens.de/pcbasedautomation
60.Siemens AG. “Configurar HW con Step 7”. 2004. Disponible en:
www.depeca.uah.es/docencia/AUT-
CONTROL/ced/automatas/confi_hardware_con_STEP7.pdf

107. 88
Bibliografía
61.Siemens AG. Manual “WinAC Controlling con CPU 412-2 PCI/CPU 416-2 PCI
Configuración, instalación y datos de las CPUs, versión 3.2”. Edición 07/2002.
Disponible en:
http://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll?func=ll&objid=10805642&
start=21&csSort=DOCBETREFF&nodeid0=10805642&nav0=index&idx0=N&lang=
es&siteid=cseus&aktprim=0&objaction=csopen&extranet=standard&viewreg=WW
&display=p
62.Vega Cruz, Gilda M. “Notas de Clases, Didáctica de la Educación Superior”. 2008.
ISPJAE.
Web visitadas
63.http://www.automation.siemens.com/cd/process-
safety/html_76/ps_safety_field.htm
64.http://www.automation.siemens.com/cd/process-safety/html_76/ps_integrated.htm
65.http://www.automation.siemens.com/cd/process-safety/html_76/ps_sis.htm
66.http://educacion.idoneos.com/--practica y teoría
67.http://www.monografias.com/trabajos23/bombas-y-compresores/bombas-y-
compresores.shtml#intro
68.http://www.schneiderelectric.es/sites/spain/es/productos-servicios/automatizacion-
control/oferta-de-productos/presentacion-de-
rango.page?c_filepath=/templatedata/Offer_Presentation/3_Range_Datasheet/dat
a/es/local/automation_and_control/nautilus.xml#

108. 89
Anexos
Anexo 1
Presentación de los informes de las Prácticas de Laboratorio [5]
La confección del informe de la práctica puede tener carácter individual o
colectivo, lo cual será indicado por el docente.
Los informes se entregarán mecanografiados o escritos a mano dentro de una
carpeta o al menos con una carátula, donde se señale lo siguiente:
Título de la práctica.
Nombre del autor(s) del informe.
Grupo docente.
Fecha.
La estructura general del informe será la siguiente:
Carátula.
Índice.
Resumen.
Fundamentos teóricos.
Materiales y métodos.
Resultados.
Conclusiones y recomendaciones.
Bibliografía.
Anexos.
El contenido de las partes del informe que se señalan anteriormente se explica
resumidamente a continuación:
Índice
Se indicará la página donde comienza cada parte del informe.
Resumen
En una página, como máximo, se redactará un resumen de la práctica, que debe
reflejar todo su contenido en forma muy breve. No se incluirán en el resumen citas
bibliográficas, dibujos, ni expresiones matemáticas.

109. 90
Anexos
Fundamentos teóricos
Entre dos y cinco páginas se explicarán los antecedentes, objetivos y fundamentos
teóricos del experimento. Se citarán adecuadamente las referencias
bibliográficas. Al redactar esta parte del informe se debe tener presente que
servirá para comparar con los resultados que se obtengan, por lo que las hipótesis
u objetivos deben aparecer explícitamente.
Materiales y métodos
Se explicarán los métodos experimentales utilizados para la obtención de los
resultados, dando los nombres de los equipos e instrumentos (en el caso que se
utilicen), también se citarán las técnicas utilizadas para el procesamiento de la
información obtenida durante el experimento.
Resultados
Los resultados experimentales se resumirán en tablas y gráficos, y se analizarán
discutiéndose su coincidencia con los fundamentos teóricos. No se incluirán los
cálculos; éstos deben aparecer en anexos, conjuntamente con las hojas de
impresión de la computadora en caso de que se utilice la misma como una
herramienta para el procesamiento de la información.
Conclusiones y recomendaciones
Las conclusiones que se deriven de la discusión de los resultados experimentales
se redactarán en forma concisa, especialmente las relativas a las hipótesis u
objetivos enunciados en los fundamentos teóricos.
Las recomendaciones se deben referir a las posibles aplicaciones prácticas de los
resultados y conclusiones y a la posible eliminación futura de las deficiencias y
limitaciones encontradas durante la realización del experimento.
Bibliografía
Se presentarán los títulos de los libros consultados en orden alfabético por
autores. Cuando se tengan referencias bibliográficas se deben citar dentro del
texto.
En ambos casos (bibliografía o referencias bibliográficas) deben aparecer los
siguientes datos en esta secuencia: primer apellido; coma; iniciales del nombre; si
hay otros autores y siempre que no sean más de tres en total, en cuyo caso se
pone “y otros”, se coloca primero la inicial del nombre y después el primer apellido;

110. 91
Anexos
punto; título del libro; si es un artículo de revista entre comillas y el título de la
revista en que aparece, precedido de la palabra en; tomo (en el caso de los libros);
número; volumen y año en el caso de las revistas; casa editorial; país o ciudad en
que se edita el libro o revista; año y páginas consultadas. Cada dato se separará
por comas.
Anexos
En los anexos se incluirán los datos técnicos y especificaciones de los equipos e
instrumentos de laboratorio empleados en el experimento, los cálculos realizados
y las hojas de impresión de la computadora si se realiza el procesamiento
automático de la información recopilada en el experimento.

111. 92
Anexos
Anexo 2
Datos técnicos de los elementos de la Maqueta.
Anexo 2.1
Bomba Centrífuga
GRUNDFOS CR1S-12
Estas bombas centrífugas tienen un conjunto de paletas giratorias sumergidas en
el líquido, el cual entra en la bomba cerca del eje del motor, y las paletas lo
arrastran hacia sus extremos a alta presión proporcionándole una velocidad
relativamente alta. La velocidad puede convertirse en presión en el difusor de la
bomba. Las CR1S-12 resultan adecuadas para la manipulación de fluidos que
lleven en suspensión partículas sólidas, y además permiten el estrangulado o aun
el cierre temporal de la válvula de la tubería de descarga. Las ventajas
primordiales de estas bombas son la simplicidad, el bajo costo inicial, el flujo
uniforme (sin pulsaciones), el pequeño espacio necesario para su instalación, los
costos bajos de mantenimiento, el funcionamiento silencioso y su capacidad de
adaptación para su uso con impulsos por motor, su bajo consumo de energía y la
protección contra funcionamiento en seco, que reduce el 25% de posibilidad de
fallos. [24]
Se han diseñado para manipular:
Líquidos a altas temperaturas.
Líquidos viscosos como pinturas y barnices.
Líquidos volátiles y explosivos.
Líquidos corrosivos.
Principales Características
Fabricante Grundfos
Tipo Bomba centrífuga multicelular
Flujo Máx. 120 m3
/h
Presión Máx. 33 bar
HB Máx. 100m (Ver fig. X.X)
Potencia 0.56 KW
Temperatura (rango) -40 a 180ºC
Peso 65 lbs.
Alimentación 208-230 V (Trifásica)
Tabla No. 1.A. Características de la bomba centrifuga CR1S-12

112. 93
Anexos
Atura de impulsión del fluido.
Figura No. 2.A. HB de las bombas series CR.
Dimensiones.
Tabla No. 2.A. Dimensiones de la bomba CR1S-12

113. 94
Anexos
Anexo 2.2
Compresor de Aire
COMPRESOR FINI CIAO 6-1850.
La función del compresor en la maqueta es suministrar presión de alimentación
constante al posicionador electroneumático de la válvula de control durante todo el
tiempo de operación.
En estos compresores la corriente de aire fluye en dirección axial, a través de la
serie de paletas giratorias de un motor y de los fijos de un estator; estos últimos
están concéntricos respecto al eje de rotación. El área de circulación de aire va
disminuyendo transversalmente, lo que produce una disminución del volumen y
así la compresión del aire. Una vez suministrado el aire al compresor por el
conducto de admisión, pasa la corriente a través de un juego de paletas de
entrada, que preparan la corriente para el primer escalón de del compresor. Al
entrar en el grupo de paletas giratorios, la corriente de aire, que tiene una
dirección general axial se defecta en la dirección de la rotación; este cambio de
dirección de la corriente viene acompañado de una disminución de la velocidad,
con la consiguiente elevación de presión por efecto de difusión. [25]
Principales características
Fabricante Fini
Tipo Compresor Coaxial
Potencia 1.1 KW
Desplazamiento de aire 185 L-min
Presión 8 bar máx.
Velocidad del motor 2850 rpm
Cilindros 1
Etapas 1
Ruido 29 dB
Dimensiones 330 x 255 x 500 mm
Peso 65 lbs.
Alimentación 230 V, 60Hz
Tabla No.3.A. Características del Compresor Fini Ciao 6-1850

114. 95
Anexos
Anexo 2.3
Transmisor de Presión Diferencial
SITRANS P, serie DS III PA
SITRANS P DS III es un transmisor con el estándar de seguridad especial para
presión absoluta, relativa y diferencial, así como caudal y nivel. Este transmisor es
apto para instalación en circuitos de medición SIL 2 según IEC 61508/IEC 61511.
Las funciones de seguridad incluyen, entre otras, diagnóstico automático de fallos,
comportamiento definido en caso de fallo así como cálculo de tasas de fallo. [16]
Principales características
Fabricante Siemens
Señal de Salida • 4-20mA
Alimentación • Transmitida por el bus
Tensión de Bus • 9… 32V
• 9… 24V en modo con seguridad intrínseca
Consumo de Corriente • 12,5 mA
• 15,5 mA en caso de defecto
Magnitud de Medida • Presión relativa
Rango de Medida • 1 – 16 bar g
Factor de Potencia • ≥0.7
Temperatura del Fluido a Medir • -20…+100 o
C
Material de la Caja • Fundición de Aluminio Baja en cobre.
Material de las Partes en contacto con el
Fluido
• Acero inoxidable.
Comunicaciones • PROFIBUS PA
Protección Intrínseca • IP65
Otras Protecciones • Desconexión electrónica de defecto
Tabla No.4.A. Características del transmisor inteligente Sitrans P DS III PA.
El SITRANS P DSIII se encuentra instalado con valvulería adicional del tipo
Manifolds DN 5 que sirve para líquidos y vapores. Este elemento permite controlar
la estanqueidad de todas las conexiones y purgar o enjuagar las tuberías para
eliminar suciedad (restos de soldadura, virutas, etc.).

115. 96
Anexos
Anexo 2.4
Caudalímetro electromagnético
SITRANS F M MAGFLO MAG 1100.
Los caudalímetros electromagnéticos son idóneos para medir el caudal de
prácticamente cualquier líquido conductor de la electricidad, también lodos, pastas
y lechadas. La condición: una conductividad mínima en el fluido. Ni la
temperatura, ni la presión ni la viscosidad y ni la densidad tienen efecto sobre la
medida. [16]
Este insturmento realiza la medición electromagnética del caudal basándose en la
ley de inducción de Faraday2
. Aplicándola a la medición de caudal se tiene que el
elemento conductor es el líquido; y una señal generada que es captada por dos
electrodos instalados diametralmente opuestos de manera rasante con la
superficie interior del tubo. Estos electrodos se encuentran aislados de las paredes
de la tubería por juntas no conductivas con el fin de eliminar cortocircuitos de la
señal. [26] [27]
Principales características
Fabricante Siemens
Principio de Funcionamiento Electromagnético
Fluidos Líquidos conductores > 0.008 µs
Rango de Medición 0 – 113.000 m3
/h, 0 – 500.000 GPM
Precisión 0.25 % de la lectura
Presión nominal (máxima) PN 40 / 600 PSI
Temperatura (rango) -20 – 200 Cº
Material de revestimiento Cerámica / PFA
Material de los Electrodos Platino/ HASTELLOY C276
Protección intrínseca IP67/ NEMA 4X/6
Comunicaciones Transmisor incorporado Mag 6000 l
Alimentación 115 – 220 V (AC)
Tabla No.5.A. Características del medidor electromagnético Sitrans FM MAGFLO Mag 1100
2
Michael Faraday (22 Septiembre 1791 – 25 Agosto 1867) químico y físico inglés creador de la ley de Faraday.

116. 97
Anexos
Anexo 2.5
Transmisor de caudal volumétrico
SITRANS F M MAGFLO MAG 6000 I
Este transmisor está diseñado para los requisitos especiales de la industria de
procesos. La robusta carcasa totalmente metálica proporciona una protección
excelente, incluso en los entornos industriales más agresivos. Se proporciona
funcionalidad de entrada y salida. Su instalación puede ser remota o compacta,
cuenta con excelente resolución de señal que optimiza el ratio de medida y posee
además un menú de operación configurable por el usuario y protegido por
contraseña. [16]
Principales Características
Fabricante Siemens
Fluidos Líquidos
Medición de: Caudal volumétrico
Salida de corriente Intensidad: 0 -20 mA, 4 -20 mA
Carga: <560Ω
Constante de tiempo: 0-30s (Config.)
Salida digital Frecuencia: 0 ... 10 kHz, 50% del ciclo de trabajo
Constante de tiempo: 0.1 ... 30s (ajustable)
Pasiva: 3 - 30 V CC, máx. 110 mA, 200 k Ω ≤R i ≤ 10 kΩ
Relé Tipo: Relé de inversión
Carga: 42 V / 2 A, ó 24 V DC/1 A de pico
Funciones: Nivel de error, número de error, límite, sentido de flujo
Entrada digital 11- 30 V CC (R = 4.413,6 k Ω)
Corriente:IDC 11 V = 2.5 mA, IDC 30 V = 7 mA
Alimentación • 230 V AC: 21.5 VA
• 24 V DC: 12 W, IN = 380 mA, IST = 1 A (3 ms)
Comunicaciones HART, PROFIBUS PA, MODBUS RTU/ RS 485, DEVICENET,
FIELDBUS
Protección Intrínseca IP67/NEMA 4X to IEC 529 and DIN 4005
Tabla No.6.A. Características del transmisor inteligente Sitrans FM MAGFLO Mag 6000 I

117. 98
Anexos
Anexo 2.6
Caudalímetro Coriolis de Siemens
SITRANS F C MASS 2100 DI 3
Estos flujómetros Coriolis deben su nombre al físico e ingeniero civil francés
Gaspard G. Coriolis3
(1792–1843). Basan su funcionamiento en el principio
Coriolis y son adecuados en la medición de caudal de todo tipo de líquidos y
gases. Dicha medición es independiente de cambios en las condiciones y
parámetros del proceso tales como temperatura, densidad, presión, viscosidad,
conductividad y cambios en el tipo de flujo. [25][16]
Principales características
Fabricante Siemens
Principio de Funcionamiento Coriolis
Fluidos Líquidos y Gases
Rango de Medición 0 – 250.000 Kg. /h, 0 – 550.000 lb. /h
Precisión <0.15 % de la lectura
Presión nominal (máxima) 3336 psi
Temperatura (rango) -50 – 180 ºC
Material 1.4435 (AISI 316L) (Stainless steel)
2.4602 (Hastelloy C-22)
Protección intrínseca IP65/ NEMA 4
Tabla No.7.A. Características del transductor Coriolis Sitrans FC MASSFLO Mass 2100
3
Teorema de Coriolis: “Un objeto de masa m que se desplaza con una velocidad lineal V a través de una superficie giratoria
que gira con velocidad angular constante w, experimenta una velocidad tangencial (velocidad angular x radio de giro) tanto
mayor cuanto mayor es su alejamiento del centro. Si el móvil se desplaza del centro hacia la periferia experimentará un
aumento gradual de su velocidad tangencial, lo cual indica que se les está aplicando una aceleración y, por lo tanto, una
fuerza sobre la masa del objeto. Como el radio de giro va aumentando gradualmente, la velocidad tangencial también varía,
con lo que se concluye que una variación de velocidad provoca una aceleración, la que a su vez es debida a una fuerza
que actúa sobre la bola. Estas son respectivamente, la aceleración y la fuerza de Coriolis” [26].
Este fenómeno es el causante de que el remolino que se forma en el fondo de un depósito al vaciarlo, gira a la derecha en
el hemisferio Norte y a la izquierda en el Sur. Asimismo todos los vientos de la circulación general que soplan desde el
Norte al Sur en el hemisferio Norte son desviados, debido a la rotación de la tierra de Este a Oeste, gracias a la Fuerza de
Coriolis sobre las masas de aire de los cinturones de presión, constituyendo en el cinturón 30°N-60°N, los vientos
predominantes del Oeste y en el cinturón 0°N-30°N, los vientos alisios. Por otro lado, el célebre péndulo de Foucault
demuestra también el fenómeno”. [26]

118. 99
Anexos
Anexo 2.7
Transmisor de caudal másico
SITRANS F C MASSFLO MASS 6000
El MASS 6000 está diseñado según el estado actual de las tecnologías del
procesamiento de señales digitales y responde a los requisitos de alta potencia,
cortos tiempos de respuesta, rápido procesamiento de lotes, alta inmunidad a las
perturbaciones en forma de ruidos del proceso y se caracteriza por un gran
facilidad a la hora del montaje, de la puesta en servicio y del mantenimiento. Este
transmisor suministra verdaderas medidas multiparámetro de caudales másicos,
caudales volumétricos, densidad, temperatura y caudales de fracción. [16]
Principales características
Fabricante Siemens
Fluidos Líquidos y gases
Medición de: Caudal másico,Caudal volumétrico,Fracción [%],Densidad,
Temperatura
Salida de corriente Intensidad: 0 -20 mA, 4 -20 mA
Carga: <800 Ω, Constante de tiempo: 0-30s (Config.)
Salida digital Frecuencia: 0 ... 10 kHz, 50% del ciclo de trabajo
Constante de tiempo: 0 ... 30s (ajustable)
Activa: 24 V CC, 30 mA,1 k≤ R Carga ≤ 10 k Ω, resistente a
cortocircuitos.
Pasiva: 3 - 30 V CC, máx. 110 mA,
1 k Ω ≤R Carga ≤ 10 kΩ
Relé Tipo: Relé de inversión, Carga: 42 V / 2 A de pico
Funciones: Nivel de error, número de error, límite, sentido de flujo
Entrada digital 11- 30 V CC (R = 13,6 k Ω)
Alcance de las funciones: Arranque/Parada/ Continuación de lote,
ajuste del cero, reposición a cero de los contadores 1/2, control
forzado de salida, congelar salida
Alimentación Alimentación 115/230 V CA, 50 ... 60 Hz
Comunicaciones HART, PROFIBUS PA & DP, MODBUS RTU/ RS 485
Protección Intrínseca IP67/NEMA 4X según IEC 52 DIN 40050 (1 m C.A. durante 30min.)
Tabla No.8.A. Características del transmisor inteligente Sitrans FC MASSFLO Mass 1100.

119. 100
Anexos
Anexo 2.8
Presostato Digital
SENSOR EMC-L2 B –ES SERIE ISE30
Este instrumento está diseñado para brindar una gran visibilidad, pues posee una
pantalla grande de tres dígitos que puede tener dos colores (verde y rojo).
Presenta una precisión de alta y un tamaño pequeño, por lo que es muy fácil de
montar. El instrumento tiene incorporadas funciones diversas, como la auto-
calibración, bloqueado de teclas, autoajuste de cero y de almacenamiento del
máximo pico que se ha medido; estas ofrecen gran versatilidad al presostato.
El instrumento tiene incorporadas funciones de autocalibración del Display, ajuste
de ceros y bloqueado de teclas; todas accesibles desde el teclado frontal del
mismo. [27]
Principales características
Fabricante SMC
Rango de Disparo 0.1 – 1 MPa
Rango de Prueba 1.5MPa
Precisión 2 % de FS
Resolución del Display 0.001MPa
Histéresis Programable
Temperatura (rango) –10 a 60 C
Protección intrínseca IP40
Salidas analógicas 4-20 mA o 1-5 Vdc
Salidas digitales Colector abierto PNP o NPN
Alimentación 12-24 Vdc, 45 mA y 75 mA para salida de corriente.
Unidades de indicación MPa, Res. 0.001. bar, Res. 0.01 psi, Res. 0.2 Kg/cm2
, Res. 0.01
Tabla No.9.A. Características del presostato digital EMC-L2 B-ES.

120. 101
Anexos
Anexo 2.9
Válvula de globo con actuador neumático
SERIE: V2001 TIPO: 3321 PP SAMSON
Esta válvula de globo presenta una característica inherente de igual porcentaje y
un obturador de simple asiento como se muestra en la figura 2.A. Son empleadas
para trabajar a bajas presiones, siempre que se requiera que las fugas4
por el
cierre del obturador sean mínimas. [28]
Figura No 2.A. Cuerpo de la Válvula de control de globo y simple asiento.
El diseño para exige un ensamblaje modular, siendo posible combinarla con
actuadores neumáticos o eléctricos del propio fabricante; la válvula puede
montarse en cualquier poscicion. La circulacion del fluido depende de la posición
del vástago, elemento que regula el área de circulación de flujo. [32]
Principales características
Fabricante Samson
Cuerpo Globo, Simple Asiento
Fluidos Gases, Líquidos y Vapor
Actuador Neumático o eléctrico
Presión Nominal ANSI class 150
Recorrido de vástago 15mm
Temperatura (rango) –10 a 220 C
Rangeabilidad 50:1
Tabla No.10.A. Cuerpo de la válvula de globo Samson V2001 tipo 3321 pp.
4
La norma ANSI B 16.104-1976 impone como fugas admisibles para válvulas de globo de simple
asiento el 0.1% del caudal máximo.

121. 102
Anexos
Actuador neumático de diafragma tipo 3372 de Samson
Figura No. 3.A. Actuador neumático Samson tipo 3372.
Principales características
Fabricante Samson
Tipo Neumático
Estado de fallo Cerrado o abierto(Se selecciona)
Característica Lineal
Presión Nominal ANSI class 150
Recorrido de vástago 15mm
Temperatura (rango) –20 a 80 C
Rango Cerrada:30-48psi, Abierta: 6-20psi
Protección IP45
Tabla No.11.A. Características del actuador neumático Samson tipo 3372.
Dimensiones y peso
Figura No.4.A. Dimensiones de la válvula de control de Samson v2001 tipo 3321 pp con actuador
3372

122. 103
Anexos
Tabla No.12.A. Dimensiones de la válvula de control de Samson v2001 tipo 3321 pp con actuador
3372

123. 104
Anexos
Anexo 2.10
Posicionador electroneumático
SIPART PS2 PA
Los posicionadores electroneumáticos SIPART PS2 se utilizan para regular la
posición de las válvulas actuadas mediante actuador lineal o de giro. El
posicionador electroneumático provoca en el actuador forzadamente una posición
de válvula conforme al valor de consigna. Con entradas de función adicionales es
posible activar el bloqueo o una posición de seguridad de la válvula. El
equipamiento estándar del aparato base incluye una entrada binaria para esta
función. Este posicionador se conecta al bus PROFIBUS PA como esclavo, recibe
la señal de control correspondiente a la válvula y la traduce a una presión que
inyecta en el actuador, asegurando así el movimiento del vástago y, por tanto, el
por ciento de apertura de la válvula. Debe señalarse que este elemento es capaz
de medir la posición del vástago y tomar las acciones correspondientes para
asegurar que dicha posición sea la exigida. [16]
Principales características
Fabricante Siemens
Principio de Funcionamiento Electromagnético
Rango de carrera (lineal) 3 – 130 mm (0.12 – 5.12 pulgadas)
Tiempo de muestreo (A/D) 10 ms
Resolución (A/D) ≤0.05 %
Presión alimentación PN 40 / 600 PSI
Temperatura (rango) -30 – 80 Cº
Material de revestimiento Plástico
Presión de Alimentación 1,4 – 7 bar (20.3 – 101.5 psi):
Superior a la presión de actuación máx.(presión
de mando)
Protección intrínseca IP66 según EN 60 529/NEMA 4x
Comunicaciones HART, PROFIBUS PA o FOUNDATION
Fieldbus
Zona muerta - dEbA = Auto
- dEbA = 0,1 ... 10%
Alimentación 115 – 220 V (AC)
Tabla No.13.A. Características del posicionador electroneumático Sipart PS2 PA.

124. 105
Anexos
Anexo 2.11
Válvula de seguridad
Tosaca, serie 800 PN25.
Estas válvulas son diseñadas para dar protección por sobre presión en las líneas
de circulación de los fluidos. Si es superada la presión de diseño se dispara el
sello de seguridad y el muelle que existe en el interior desplaza el obturador de
forma tal que se impida la circulación del fluido en el sentido normal, de esta forma
el fluido escapa al ambiente y se elimina el exceso de presión. [29]
Principales características
Fabricante Tosaca
Angulo de circulación 90°
Conexiones Rosca Gas-NPT
Presión Nominal PN 25
Material Bronce
Temperatura -10 a +260°C
Aplicaciones Vapor, gases, líquidos
Tara mínima 0.2 bar
Sobre presión 10 %
Tolerancia Tara 3 %
Cierre Gases 10, Líquidos 20
Coeficiente de Descarga Gases 0.55, Líquidos 0.48
Tabla No.14.A. Características de las válvulas de seguridad Tosaca serie 800 PN25.
Figura No.5.A. Dimensiones y materiales de la serie 800 PN25.

125. 106
Anexos
Anexo 2.12
PC Industrial
SIMATIC BOX PC 627B
Las SIMATIC Box PC son PC industriales especialmente robustas y fiables.
Tienen un diseño compacto para el montaje universal en máquinas, envolventes
de control y armarios eléctricos. Se destacan por su alto rendimiento a la vez que
necesitan poco espacio; su diseño modular brinda gran facilidad al servicio
técnico.
Son muy útiles para realizar tareas de medición, control, regulación, verificación de
datos de proceso y de máquina, visión artificial industrial con adquisición y
tratamiento de datos, visualización descentralizada con SIMATIC Flat Panels. El
chipset y la memoria son de última tecnología, así como la familia de
procesadores que soporta; puede ser hasta Intel Core 2 Duo. [30]
Principales características
Fabricante Siemens
Sistemas Operativos Windows XP Professional
Almacenamiento Unidad de disco duro de 120 GB; RAID1
Conexión a red 2 Gigabit Ethernet, 1 MPI/PROFIBUS
Expansiones 1 x PCI (265 mm) y 1 x PCI (175 mm) o 1 x PCI (265
mm) y 1 x PCIe x4 (175 mm)
Controlador gráfico Controlador gráfico Intel GMA950. 128 MB
VGA: 1600 x 1200 /32 bits/85 Hz
Discos duplicados Raid1
Temperatura (rango) –5 a 55 C
Protección IP20
Alimentación 110-220 Vac
Tabla No.15.A. Características de la PC industrial Simatic BOX 267B

126. 107
Anexos
Anexo 2.13
CPU del PLC
CPU 416 2DP PCI
Estas CPUs son controladores diseñados para PC, se programan en los
softwares tradicionales de Siemens como Step 7. Tener desarrollado el control
sobre una PC trae las siguientes ventajas:
Control abierto desde PC sobre Windows y fácil comunicación con otras
aplicaciones de software como Office.
Un comportamiento excelente ya que se usan los recursos de la PC así como
comunicación y diagnóstico desde todos los niveles.
Los PLCs con CPUs WinAC están basados en la familia de CPU S7-400 y tienen
integradas una interface MPI-DP y otra DP. El software WinAC empleando su
herramienta ODK (Open Development Kit) permite al programador incorporar
funciones diseñadas sobre aplicaciones de Windows, por ejemplo programas de
C/C++; estos programas se ejecutan fuera del WinAC y son llamados por la CPU
como funciones, lo que da una gran flexibilidad a la programación. [16]
Principales características
Fabricante Siemens
Bus Máster o esclavo DP
Soporte 32 Esclavos DP, 124 Esclavos MPI
Memoria Principal 1.6MB de Datos, 1.6MB de Código
No. I-O 10KB-10KB
Contadores -Timers 512-512
Bloques de Función 2048 FBs
Software de Programación Step 7 ver. 5.2 o mayor
Operaciones Binarias 0.08 s
Operaciones con enteros 0.08 s
Operaciones con Flotantes 0.48 s
Interfaces con PC PCI
Tabla No.16.A. Características de la CPU 416 2DP PCI de Siemens

127. 108
Anexos
Anexo 2.14
Variador de Velocidad
MICROMASTER 440
Los convertidores de la serie MICROMASTER 440 son convertidores de
frecuencia para la regulación de par y velocidad en motores trifásicos. Los
diferentes modelos, que se suministran, cubren un margen de potencia desde 0,12
Kw hasta 200 Kw (con par constante (CT)) o hasta 250 Kw (con par variable (VT)).
Los convertidores están controlados por microprocesador y utilizan tecnología
IGBT (Insulated Gate BipoIar Transistor) de última generación. Esto los hace
fiables y versátiles. Un método especial de modulación por ancho de impulsos con
frecuencia de pulsación seleccionable permite un funcionamiento silencioso del
motor. Extensas funciones de protección ofrecen una protección excelente tanto
del convertidor como del motor. El MICROMASTER 440 puede utilizarse tanto en
aplicaciones donde se encuentre aislado como integrado en sistemas de
automatización. [31]
Tabla No.17.A. Dimensiones, flujo de aire y refrigerante necesario y pares de apriete para las
conexiones de potencia de la serie MICROMASTER 440.

128. 109
Anexos
Principales características
Fabricante Siemens
Método de Control Control V/f lineal; Control V/f lineal con Flux Current Control (FCC);
U Control V/f cuadrático; Control V/f multipunto; Control V/f lineal
con modo ECO; Control V/f para aplicaciones textiles; Control V/f
con FCC para aplicaciones textiles; Control V/f con consigna de
tensión independiente; Sensor less Vector Control; Sensor less
Vector-Torque Control.
Salida de Relé 3, parametrizable 30 V DC / 5 A (carga resistiva), 250 V AC 2 A
(carga inductiva)
Salida Analógica 2, parametrizable (0 a 20 mA)
Entradas Digitales 6, parametrizable (libre de potencial), conmutables entre activa con
high / activa con low (PNP/NPN)
Entrada Analógica 2, parametrizables, 0 V a 10 V, 0 mA a 20 mA y –10 V a +10 V
(ADC1) 0 V a 10 V y 0 mA a 20 mA (ADC2)
Alimentación • Alimentación 1 AC 200 V a 240 V ± 10 %, 47 - 63 Hz
Potencia • 0,12 Kw – 3,0 Kw
Frecuencia de Salida • 0 Hz a 650 Hz
Factor de Potencia • ≥0.7
Rendimiento • Tamaños constructivos A hasta F 96 a 97 %
• Tamaños constructivos Fx y GX 97 a 98 %
Temperatura de Op. Tamaños constructivos A hasta F:
-10 °C â +50 °C (CT)
-10 °C a +40 °C (14 °F a 104 °F) (VT)
Tamaños constructivos FX y GX:
0 °C a +40 °C, a 55 °C con reducción de la potencia.
Humedad relativa < 95 % (sin condensación)
Comunicaciones Posee dos interfaces de comunicación en serie, que
pueden funcionar simultáneamente:
• Interface BOP
5
.
• Interface COM - RS-485, opcionales RS-232.
A esas interfaces se le pueden conectar diferentes unidades: p. ej.
Paneles de mando como el BOP y el AOP
6
, PCs con DriveMonitor
y STARTER, tarjetas de interface para PROFIBUS DP, DeviceNet
y CAN, controles programables con procesadores para
comunicación etc.
Protección Intrínseca IP20
Otras Protecciones Mínima tensión, sobretensión, sobrecarga, defecto a tierra,
cortocircuito, protección basculante, protección de bloqueo del
motor, sobretemperatura en motor, sobretemperatura en
convertidor, bloqueo de parámetros.
Tabla No.18.A. Características del variador de velocidad MICROMASTER 440.
5
BOP(Basic Operator Panel)
6
AOP(Advanced Operator Panel)

129. 110
Anexos
Figura No.7.A. Diagrama en bloques del MICROMASTER 440.

130. 111
Anexos
Anexo 2.15
Dispositivo de periferia descentralizada
ET 200M. IM 153-2
La ET 200M es una unidad periférica modular que puede ampliarse con los
módulos de señales de la familia SM de Siemens. Existe disponible una amplia
gama de módulos por lo que la ET 200M es muy útil para ejecutar tareas de
automatización, individuales y complejas. Tiene la posibilidad de utilizar módulos
de entrada y de salida analógica Ex con HART lo que optimiza la ET 200M para
control de procesos. También es apta para su uso en sistemas redundantes. [46]
Se caracteriza por ser una estación pasiva (esclavo) en el bus de campo
PROFIBUS DP y se puede utilizar también como esclavo DP V1; cuenta además
con velocidad máxima de transmisión de 12 Mbits/s. Puede configurarse con
elementos de bus activos, esto permite sustituir los módulos de E/S del PLC
durante el funcionamiento, es decir bajo tensión y los módulos restantes siguen
funcionando normalmente. [16]
Principales Características
Fabricante Siemens
Protocolo de transmisión PROFIBUS
Direccionamiento 128 entradas y 128 salidas
Numero de módulos 8 máx.
Intensidad de salida, máx. 90 mA sobre PROFIBUS.
Temperatura 0 a 60 °C
Dimensiones 40x125x120 mm
Protección IP 20
Aislamiento 500V máx.
Alimentación 24 Vdc, 625 mA
Tabla No.19.A. Características de la ET200M IM153-2.

131. 112
Anexos
Entradas y salidas digitales
MÓDULOS SM 321 y 322
La maqueta cuenta con una unidad o módulo SM 321 de entradas digitales
conectada a la ET200M; mediante este se recogen los valores de las variables
lógicas del equipo, que pueden indicar alarmas, encendido y apagado de algunos
elementos, estados de trabajo, etc. Existe además un módulo de salidas digitales
SM322 al cual se encuentran conectados los accionamientos de la maqueta y las
protecciones.
Estos módulos transmiten y reciben los datos a la CPU sobre él un Bus
PROFIBUS DP, usando como elemento de enlace la ET 200M/IM153-2 que
gestiona la comunicación de estos módulos por PROFIBUS DP. [16]
Principales características
Fabricante Siemens
Cantidad de entradas 32
Aislamiento Octoacoplador,1500Vdc
Longitud del cableado 1000m
Retardo de entrada Parametrizable, 25ms
Dimensiones AxAxP 40x125x120mm
Alimentación 24-48 Vdc
Tabla No.20.A. Características del módulo de entradas digitales SM321.
Principales características
Fabricante Siemens
Cantidad de entradas 32
Aislamiento Octoacoplador, 500Vdc
Longitud del cableado 1000m
Frecuencia de excitación Coh,100Hrz; Cind, 0.5Hrz
Protección de corto Electrónico
Dimensiones AxAxP 40x125x120mm
Salidas 24 Vdc, 0.5 A
Alimentación 24-48Vdc
Tabla No.21.A. Características del módulo de salidas digitales SM322.

132. 113
Anexos
Entradas y salidas analógicas
MÓDULOS SM 331 y 332
La maqueta cuenta con una unidad o módulo SM 331 de entradas analógicas
conectado a la ET200M; en él se recogen los valores de las variables del proceso,
que se indican, registran y procesan; las conexiones de 4-20mA de los
transmisores se conectan a estos módulos y luego son transmitidas a la CPU a
través de la ET200M empleando una red PROFIBUS DP. Existe además un
módulo de salidas digitales SM3R2 al cual se encuentran conectados los
variadores de velocidad MICROMASTER 440.
Principales características
Fabricante Siemens
Cantidad de entradas 8
Tensión de entrada 20V máx.
Corriente de entrada 40mA máx.
Resolución 13bits
Dimensiones AxAxP 40x125x120mm
Alimentación 24 Vdc
Tabla No. 22.A. Características del módulo de entradas analógicas SM331.
Principales características
Fabricante Siemens
Cantidad de salidas 8
Salidas de tensión 0-10V, mas menos 10V, 1-5V
Salidas de corriente 4-20mA, 0-20mA,
Resolución 11bits
Tiempo de conversión 0.8 ms
Dimensiones AxAxP 40x125x120mm
Corto circuito 25mA máx.
Alimentación 24-48Vdc
Tabla No.23.A. Características del módulo de salidas analógicas SM332.

133. 114
Anexos
Anexo 2.16
Acoplador DP/PA
MÓDULO DP PA Link IM 157
El DP/PA Link se forma con un módulo de interface IM 157 y uno o varios
acopladores DP/PA. Todos los componentes se interconectan a través de
conectores de bus posterior S7. En la maqueta el uso de los acopladores DP/PA,
posibilita que los dispositivos de campo sean direccionados directamente por la
CPU como esclavos del bus PA; los acopladores DP/PA son transparentes y no
necesitan configuración alguna.
Estos módulos se utilizan en caso de grandes capacidades funcionales y altos
requisitos de respuesta temporal; operan como esclavos en PROFIBUS DP y
como maestros en PROFIBUS PA. Sus funciones son: conversión del formato de
datos asíncrono (11 bits/carácter) a síncrono (8 bits/carácter), adaptación de la
velocidad de transmisión, alimentación de los dispositivos de campo y limitación,
mediante barreras, de la corriente alimentada. Los acopladores DP/PA deben
situarse siempre al final del cable PA. La resistencia terminadora integrada en la
caja está siempre activada. Cada acoplador DP/PA dispone de una resistencia
terminadora activable a voluntad lo que permite prolongar el cable PA. [16]
Principales características
Fabricante Siemens
Velocidad DP 9,6Kbs – 12Mbs máx.
Velocidad PA 45,45 Kb/s máx.
Conversión de Datos 11Bits asincronismos a 8 Bits sincrónicos
Temperatura -25...+60 °C
Protección IP 20
Dimensiones IM157- Acoplador 40 x 125 x 130 mm- 80 x 125 x 130
Alimentación IM157- Acoplador 24 Vdc, 100m, 400mA
Tabla No. 24.A. Características del módulo DP PA Link IM157.

134. 115
Anexos
Anexo 2.17
Fuente de alimentación
FUENTE PS 307
Las fuentes de alimentación PS 307-1E están diseñadas para alimentar las ET
200M en los sistemas que presentan periferia descentralizada y a los dispositivos
de enlace DP/PA. Se conectan en el rack de la gama de aparatos S7, siendo un
módulo más dentro del mismo. [16]
Principales características
Fabricante Siemens
Corriente 5A
Entrada Monofásica
Tensión de Salida 24 Vac.
Protección contra Corto.C. Desconexión electrónica y arranque aut.
Soporte en Corto.C. Hasta 9A rems.
Dimensiones 50 x 125 x 120 mm
Temperatura -40 – 85 °C
Grado de Protección IP 20
Fusible de entrada 4A/250 V
Frecuencia 47….50/60….63 Hz
Alimentación 85….120/230….265 Vac
Tabla No. 25.A. Características de la fuente de alimentación PS 307.

135. 116
Anexos
Anexo 3
Parametrización del Sitrans F M MAG 6000I

136. 117
Anexos
Parametrización del Sitrans F C MASS 6000

137. 118
Anexos
Anexo 4
Identificación del proceso de nivel y ajuste del controlador
Descripción de la instalación
La instalación cuenta con dos tanques comunicados por una válvula manual de
bola que se abre totalmente para desarrollar el experimento. Existe instalada una
bomba centrífuga que succiona el impulsa agua de ambos tanques a ellos
mismos; es decir, la recircula. En la entrada del tanque No.1, se encuentra una
válvula de control, y en su salida un transmisor de nivel (Fig. 8.A).
Figura No.8.A. Instalación para la identificación del proceso de nivel.
El proceso fue estimulado actuando directamente sobre la válvula (variando su
porciento de apertura) a través de una aplicación SCADA de la cual se extraerán
posteriormente los datos del experimento. El transmisor de nivel realiza la
medición en [bar] (presión diferencial respecto a la atmosférica que produce la
columna de líquido) y esta calibrado para medir además de la presión que ejerce
la columna del tanque la de la pequeña porción de tubería que conecta al
transmisor.
Los datos de nivel se tomaron incluyendo la altura de la tubería de conexión del
transmisor, ya que en las aplicaciones de visualización y procesamiento, que
pueden realizarse en PCs o PLCs, es posible escalar la medición para trabajar
solamente con el nivel del tanque. Para convertir la presión diferencial de la
columna de líquido basta con aplicar la siguiente ecuación: [27]

138. 119
Anexos
Puede decirse que la presión diferencial en el transmisor es:
PT = P1 – P2 Donde: P1 = PCL + PAtm. Y P2 = PAtm.
Luego:
PT = PCL = γghCL (1)
Donde:
γ: Densidad del agua [1gm/cm3
a 25 °C].
g: Constante gravitacional de la tierra [9.8 m/s2
].
hCL: Altura de la columna de líquido.
Tomando a PT en bar y despejando de (1) se obtiene que:
hCL = PT/0.098 [m].
De esta forma es posible tener el nivel de la columna de a partir de la señal del
transmisor.
Corrección de la medición.
Figura No. 9.A. Corrección de la medición de nivel.
En la figura No. 9.A se observa que el error es de 0.2m debido a la tubería de
conexión del transmisor, por lo tanto, a cada valor de nivel medido se le debe
restar 0.2m y así se tendrá la altura de la columna en el tanque.
Recopilación de los datos
Para obtener los datos característicos del comportamiento del nivel en el tanque
No.1 de la maqueta se desarrollaron tres experimentos.
LT
1 m
0.2 m

139. 120
Anexos
Experimento No.1 (Paso escalón)
En este experimento se posicionó la válvula de control a un 10% con la bomba
encendida con una alimentación de 220V/60Hz, de forma tal que el flujo fuera
constante (pueden existir fluctuaciones debido a la propia bomba; el valor del flujo
se verificó con el transmisor electromagnético que está instalado en la línea de
alimentación del tanque No.1, capítulo 2). Una vez ejecutadas las acciones
anteriores se esperó a que el sistema alcanzara el estado estacionario (alcanzado
con un valor de 0.7204m de nivel en el tanque No.1); en ese momento se abrió la
válvula de control al 85% constituyendo esto un paso de amplitud 75% de
apertura. El proceso de muestreo (Periodo de muestreo de 1 segundo) se
comenzó 16 segundos antes de dar el paso una vez que ya se había alcanzado el
estado estacionario, se tomaron muestras hasta que se alcanzó nuevamente el
estado estacionario.
Figura No.10.A. Resultados del experimento No.1. Izquierda (Estimulo), Derecha (Respuesta).
Tras haber analizado los resultados se puede afirmar que el tiempo de
establecimiento para el 5% es de 124 segundos, y que existe un retardo de
transporte de 2 segundos ya que el paso fue dado a los 16 segundos y se
comenzó a tener respuesta a los 18. Se puede observar además que existen
pequeñas fluctuaciones, estas no serán consideradas como ruido ya que no
sobrepasan el centímetro de amplitud y pueden haber sido provocadas por la
entrada caída del fluido en el tanque.
Estudio y acondicionamiento de los datos
Análisis de autocorrelación
Las gráficas que se muestran a continuación representan la autocorrelación de los
datos tomados del proceso. (Anexo 5)

140. 121
Anexos
Figura No. 11.A. Gráficas de autocorrelación. Izquierda (Salida), Derecha (Entrada).
Al observar las gráficas de autocorrelación anteriores puede verse que existen
varios coeficientes por encima de 0.8 por lo que la autocorrelación de los datos
obtenidos en el experimento es buena y el período de muestreo adecuado.
Figura No. 12.A. Gráfica de autocorrelación de entrada vs salida.
En la autocorrelación cruzada de la entrada y la salida se puede observar que
prácticamente no aparece el retardo de transporte (en la respuesta temporal
aparecen 2 segundos) ya que en cero existe una fuerte correlación que se
mantiene casi constante hasta el 10mo período de muestreo.
Análisis de ruidos
Cuando fueron observadas las gráficas correspondientes a los datos recopilados
del experimento se afirmó que las fluctuaciones que existen no se iban a tomar
como ruido ya que eran muy pequeñas. A continuación se realiza un análisis de
frecuencia de los datos empelando la “Transformada Rápida de Fourier” (TRF)
mediante el comando “fft” de “Matlab”. (Anexo 5)

141. 122
Anexos
Figura No. 13.A. Análisis frecuencial de los datos con TRF. Derecha (Salida), Izquierda (Entrada).
De las gráficas anteriores se puede decir que toda la energía se concentra en las
bajas frecuencias, por lo que la presencia de ruido es nula ya que el mismo es una
señal caótica que se manifiesta a altas frecuencias. Por tanto no será necesario el
uso de filtros para el acondicionamiento de los datos.
Experimento No.2 (Paso escalón)
En este experimento se repitieron los mismos pasos del Experimento No.1, con la
única diferencia de que en este caso la variación de la apertura de la válvula
estuvo entre el 20 y el 60%. El objetivo fundamental por el que se desarrolló este
experimento fue el simple hecho de validar el modelo que se obtendrá
posteriormente con los datos del experimento No.1. De esta forma se verá si el
modelo es capaz de responder igual que el proceso bajo un estímulo distinto.
Figura No. 14.A. Resultados del experimento No.2. Izquierda (Estímulo), Derecha (Respuesta).
Estudio y acondicionamiento de los datos
Análisis de autocorrelación
Las graficas que se muestran a continuación representan la autocorrelación de los
datos tomados del proceso. (Anexo 5)

142. 123
Anexos
Figura No. 15.A. Gráficas de autocorrelación. Izquierda (Salida), Derecha (Entrada).
Al observar las gráficas de autocorrelación anteriores, puede verse que existen
varios coeficientes por encima de 0.8 por lo que la autocorrelación de los datos
obtenidos en el experimento es buena y el período de muestreo adecuado.
Figura No. 16.A. Gráficas de autocorrelación cruzada entrada vs salida.
Nótese la similitud entre las gráficas de correlación de los experimentos 1 y 2 esto
se a la similitud de las condiciones y estímulos que se tomaron para ambos
experimentos.
Análisis de ruidos
Este análisis se realiza igual que el experimento No.1.
Figura No. 17.A Análisis frecuencial de los datos con TRF. Derecha (Salida), Izquierda (Entrada).

143. 124
Anexos
Al igual que en el experimento No.1 puede decirse que toda la energía se
concentra en las bajas frecuencias por lo que no hay presencia considerable de
ruidos.
Experimento No.3 (Secuencia pseudo-aleatoria)
Para realizar este experimento se realizaron las mismas modificaciones a la
instalación que en los experimentos anteriores. Esta fue la prueba más fuerte que
se aplicó al sistema; y así se pudo adquirir información de la dinámica del mismo.
Para generar la secuencia de pulsos se utilizó el comando de “Matlab idinput” que
genera secuencias de diferentes tipos incluyendo las “PRBS” que fueron utilizadas
en el experimento. (Anexo 5)
El período de muestreo se escogió teniendo en cuenta que el tiempo de
establecimiento para el experimento No.1 fue de 124 segundos; entonces
considerando escoger el tiempo de muestreo menor igual que el 10% del
establecimiento del proceso para un paso.
Figura No. 18.A. Datos del sistema estimulado con secuencia pseudo-aleatoria.
En total fueron recolectadas 1053 muestras y la variación de nivel estuvo entre
0.758 y 0.704 metros.
Estudio y acondicionamiento de los datos
Análisis de autocorrelación
Las gráficas que se muestran a continuación representan la autocorrelación de los
datos tomados del proceso. (Anexo 5)

144. 125
Anexos
Figura No. 19.A. Gráficas de autocorrelación. Izquierda (Salida), Derecha (Entrada).
En las grafica anteriores es apreciable que para la salida, la autocorrelación es
muy buena ya que existen cerca de 10 puntos por encima de 0.8. En el caso de la
salida hay dos puntos por encima de 0.8 y otro muy cercano, y por tanto se puede
considerar también la autocorrelación como buena. En este momento es posible
afirmar que el período de muestreo que se seleccionó es adecuado para realizar el
experimento.
Figura No. 20.A. Gráficas de autocorrelación cruzada entrada vs salida.
En este caso se encuentran los mayores valores de autocorrelación entre los
instantes de muestreo dos y tres, lo que implica la existencia de un retardo de
tiempo en el sistema. Como existen valores por encima de 0.8 la correlación es
buena y una vez más se afirma que el período de muestreo es adecuado.

145. 126
Anexos
Análisis de ruidos
Este análisis se realiza igual que el experimento No.1.
Figura No. 21.A. Análisis frecuencial de los datos con TRF. Derecha (Salida), Izquierda (Entrada).
En este caso la mayor fuerza de las señales se concentra en las bajas
frecuencias, por lo que no hay presencia de ruido.
Obtención del modelo no paramétrico
Emplear un paso escalón para identificar un proceso es una vía cómoda y sencilla
para obtener modelos no paramétricos, ya que generar el estímulo es my fácil y el
experimento tiene poco tiempo de duración. La forma de determinar los
parámetros del modelo estará en dependencia de la forma del mismo. [33]
Si se observa la figura 22.A se puede decir que es la respuesta típica de un
modelo de primer orden (característica de los proceso de nivel). Es posible dar
esta afirmación ya que no existe un punto de inflexión definido, en la etapa de
crecimiento del nivel después que fue estimulado el proceso con un paso escalón.
Ya fue vista la presencia de un retardo en la salida, por lo que el modelo a estimar
es de primer orden con retardo.
El método que se empleó fue el de primer orden con retardo, que plantea:
La ganancia del modelo es la variación de la salida sobre la variación del
estímulo.
La constante de tiempo es el instante en que se alcanza el 63.2 % de valor
de estado estacionario menos el instante to en que comenzó a responder
el proceso.
El retardo de transporte es igual t0 (tiempo en que comienza a responder
el proceso) menos el instante de tiempo en que se estimuló el sistema con
el paso escalón.

146. 127
Anexos
Figura No. 23.A. Análisis gráfico de la repuesta temporal para estimar el modelo.
Figura No. 24.A. Análisis gráfico del paso escalón para estimar el modelo.
Del análisis anterior se obtiene (Fig. 23.A):
Km = 0.0007467 [m/%A] = 0.07467 [cm/%A]
Tm = 32.88 [s]
ζm = 2 [s]
Luego:
16s

147. 128
Anexos
Validación del modelo no paramétrico
El primer paso para validar este modelo fue comparar la respuesta del mismo con
los datos recopilados en experimento No.1.
Para ello se empleó la función “compare” del software “Matlab”, a este comando
se le pasan como parámetros un objeto “iddata” donde están almacenados los
datos de estímulo y respuesta del experimento, y otro “idmodel” que representa
la estructura del modelo. (Anexo 5)
Un segundo paso fue desarrollar el procedimiento anterior para los datos del
experimento No.2.
Figura No. 25.A. Validación del modelo con datos de: experimento No.1 (Izquierda) y experimento
No.2 (Derecha).
Se realizó además un tercer paso que consistió en validar el modelo no
paramétrico con los datos del experimento No.3. Para ello se empleó en toolbox
“Ident”.
Figura No. X.Y. Presentación y validación del modelo no paramétrico en el “Ident”.
Figura No.26.A Presentación y validación del modelo no paramétrico en el “Ident”.

148. 129
Anexos
Figura No. 27.A. Autocorrelación y correlación cruzada de los residuos.
En la figura 27.A se observa que los gráficos de correlación no son buenos por lo
que este modelo no cumple con el intervalo de confianza exigido para los datos de
experimento No.3.
Experimento Coincidencia
Experimento No.1 95.31%
Experimento No.2 92.64%
Experimento No.3 83.54%
Tabla No. 26.A Resultados de la validación.
Obtención del modelo paramétrico
Debido a los problemas de autocorrelación del modelo no paramétrico estimado
en la sección anterior, se decidió obtener un modelo paramétrico empleando los
datos del experimento No.3 y el toolbox “Ident” de “Matlab”.
Primeramente se acondicionaron los datos empleando la función “QuickStart” del
“Ident”. Esta función elimina los valores medios de las muestras y divide los datos
del experimento en dos secciones: una para estimar y la otra para validar.
El modelo que mejores características presentó fue un arx112 (Fig. 28.A). Por lo
tanto se puede afirmar que el retardo es aproximadamente de dos segundos,
situación que se analizó en la gráfica de autocorrelación cruzada de
entrada/salida.
Figura No. 28.A. Presentación de los coeficientes y validación del modelo arx112.
89.4
9%
na = 1 nb = 1 nk = 2

149. 130
Anexos
Figura No. 29.A. Autocorrelación y correlación cruzada de los residuos (izquierda). Diagrama de
polos y ceros del modelo (Derecha).
En las figuras anteriores se observa que los residuos están dentro del intervalo de
confianza y que todos los polos del modelo se encuentran dentro del círculo
unitario; por lo tanto el modelo es adecuado y estable.
Figura No. 30.A. Respuesta a lazo abierto del modelo ante un paso unitario (Izquierda) y
validación empleando datos del experimento No.1 (Derecha).
Según los resultados obtenidos al estimar y validar los modelos anteriores se
decidió emplear para el ajuste del controlador el modelo arx112. Este presentó un
mejor porciento de coincidencia para los datos de todos los experimentos y la
autocorrelación de sus residuos quedó dentro del intervalo de confianza.
Convirtiendo el modelo discreto arx112 en continuo se obtuvo (Anexo 5):
89.59%

150. 131
Anexos
Ajuste del controlador
Para estimar los parámetros de ajuste del controlador a emplear en la práctica de
control de nivel, se utilizó la herramienta de “Matlab”, “Signal Constraint” que se
encuentra en “Simulink”. Mediante ella es posible calcular los parámetros
óptimos de un contralor para la respuesta deseada del sistema de control.
Figura No. 31.A. Diagrama del sistema para hallar los parámetros del controlador empleando
“Signal Constraint”.
Controlador K [%/cm] Ti [s] Td [s] Test. [s] %PM Eest. [cm]
P 114.3054 0 0 13.5 4.4 0.095
PI 95.9896 9.49 0 10.11 0.25 0
PID 149.7333 48.886 0.809 9.5 0.2 0
Tabla No. 27.A. Resultados del ajuste.
Resultados gráficos:
Figura No. 32.A. Respuesta temporal del sistema para controlador P (Izquierda) y PI (Derecha)
ante un paso unitario por la referencia.
Figura No. 33.A. Respuesta temporal del sistema para controlador PID ante un paso unitario.

151. 132
Anexos
En la tabla 27.A se observa que la mejor respuesta se obtuvo con el controlador
PID. Desde el punto de vista docente, este controlador es más rico ya que está
integrado por las acciones P, I y D. Por tanto se seleccionó el mismo para
desarrollar la aplicación del laboratorio.
Consideraciones para el sistema real
Para considerar los efectos del elemento saturador del bloque PID FB 41 (el rango
de entrada del posicionador es de 0-100%) se incluyó en el lazo, la saturación.
Figura No. 34.A. Diagrama de bloques del sistema para controlador PID con saturador.
Al no tomar en cuenta este tipo de alinealidad en la simulación la señal de control
tome valores físicamente imposibles, alejando la simulación de la realidad (Fig.
35.A). Véase como el valor de la señal de control que no toma en cuenta la
saturación supera el límite permisible del posicionador.
Figura No. 35.A. Señal de control con PID sin saturación (Izquierda) y con saturación (Derecha).
Figura No. 36.A. Respuesta del sistema con saturador y controlador PID ante un paso unitario.
160 100

152. 133
Anexos
Al simular la respuesta del sistema con los mismos parámetros de ajuste del
controlador PID y teniendo en cuenta el saturador se obtuvo (Fig. 36.A):
Controlador K [%/cm] Ti [s] Td [s] Test. [s] %PM Eest. [cm]
PID 149.7333 48.886 0.809 11 1.4 0
Tabla No. 28.A. Resultados de la simulación.
Al analizar estos resultados se determinó que el saturador no influye notablemente
en la respuesta del sistema. Por lo que se mantuvieron los parámetros de ajuste
del controlador PID.

153. 134
Anexos
Anexo 5
Comandos y secuencias de “Matlab”
Comando para generar secuencias pseudo-aleatorias
U = IDINPUT (N, Tipo, Banda, Niveles)
Donde:
• N: Longitud de la señal de entrada generada.
• Tipo: Se refiere al tipo de señal que se desea generar.
• Banda: Vector de 1 fila y 2 columnas que contiene la información sobre la
banda de frecuencia para la señal generada.
• Niveles: Vector de 2 filas y 1 columna que contiene la información sobre el
nivel bajo y el alto.
Comando para crear objetos de datos
Datos=IDDATA (S,E,TS)
Donde:
• S: Vector columna que tiene los datos de salida.
• E: Vector columna que tiene los datos de entrada.
• Ts: Período de muestreo.
Comando para crear estructuras de modelo.
IDModel =IDSS (FT)
• FT: Es un modelo matemático (Ej. Función transferencial).
Comando para comparar salidas medidas contra simuladas
COMPARE (IDModel,IDData)
Donde:
• IDModel: Objeto del tipo IDSS.
• DATA: Objeto del tipo IDDATA.

154. 135
Anexos
Secuencia para comparar la salida de un modelo con los datos del
experimento
Datos=IDDATA (S,E,TS) % Pasar las mediciones y el tiempo de muestreo
(1s).
IDModel =IDSS (FT) % Crear una estructura de modelo.
COMPARE (IDModel,IDData) % Obtener la gráfica y el grado de coincidencia.
Comandos para realizar análisis de ruido
FR = FFT (Datos) %Hallar la transformada discreta de Fuorier al
vector “Datos”.
P = FR.* conj (FR)/814; %Hallar la conjugada compleja de FR.
FREC = [1:100]; %Generar un vector de frecuencia entre 0 y 100.
plot(FREC,abs(P(FREC))) %Hallar el módulo de los valores conjugados P
evaluados en FREC.
Comando para calcular autocorrelación de los datos obtenidos
experimentalmente
[ACF, Lagsy, margenes_y] = AUTOCORR (Datos); % Calcular la autocorrelación
del vector Datos.
STEM (Lagsy,ACF) % Plotear los valores de autocorrelación.
Comando para calcular correlación cruzada, de datos de entrada y
salida obtenidos experimentalmente
[XCF, Lagsuy, margenes_uy] = CROSSCORR (E,S); %Calcular la correlación
cruzada entre los vectores
E(entrada) y S(salida).
STEM (Lagsuy,XCF) % Plotear los valores de autocorrelación.

155. 136
Anexos
Comandos para convertir el modelo discreto arx112 en continuo
>> arx112
Discrete-time IDPOLY model: A(q)y(t) = B(q)u(t) + e(t)
A(q) = 1 - 0.9754 q^-1
B(q) = 1.857e-005 q^-2
Estimated using ARX from data set mydatade
Loss function 4.29088e-007 and FPE 4.32376e-007
Sampling interval: 1
>> Cont=d2c (arx112)
Continuous-time IDPOLY model: A(s)y(t) = B(s)u(t) + C(s)e(t)
A(s) = s + 0.02494
B(s) = 1.88e-005
C(s) = s + 1.013
Input delays (listed by channel): 2
Estimated using ARX from data set mydatade
Loss function 4.29088e-007 and FPE 4.32376e-007
>> Ft=tf(Cont)
Transfer function from input "u1" to output "y1":
1.88e-005
exp(-2*s) * -----------
s + 0.02494

156. 137
Anexos
Anexo 6
Tabla de símbolos definida en la programación
Anexo 7

157. 138
Anexos
Anexo 7
Parametrización de la Red
Anexo 7.1
Asignación de la dirección al bus PROFIBUS DP
Figura No. 37.A. Asignación de la dirección 1 al bus PROFIBUS DP.
21
3

158. 139
Anexos
Anexo 7.2
Módulos insertados
Figura No. 38.A. Módulos insertados al IM 153-2.

159. 140
Anexos
Anexo 7.3
Inserción del DP/PA Link y asignación de su dirección
Figura No. 39.A. Inserción del DP/PA Link y asignación de su dirección.
.
1
2
3
3

160. 141
Anexos
Anexo 7.4
Inserción de los esclavos PA
1. Posicionador.
Figura No. 40.A. Inserción del posicionador y asignación de la dirección 4.
1 2
3
4

161. 142
Anexos
2. Flujómetro electromagnético.
Figura No. 41.A. Inserción del flujómetro electromagnético y asignación de la dirección 5.
1 2
3
5

162. 143
Anexos
3. Medidor de presión diferencial.
Figura No. 42.A. Inserción del medidor de presión diferencial y asignación de la dirección 6.
1 2
3
6

163. 144
Anexos
4. Flujómetro de Coriolis.
Figura No. 43.A. Inserción del flujómetro de Coriolis y asignación de la dirección 7.
1 2
3
7

164. 145
Anexos
Anexo 7.5
Direcciones asignadas por defecto
1. Posicionador.
Figura No. 44.A. Direcciones asignadas al posicionador.
2. Flujómetro electromagnético.
Figura No. 45.A. Direcciones asignadas al flujómetro electromagnético.
3. Medidor de presión diferencial.
Figura No. 46.A. Direcciones asignadas al medidor de presión diferencial.
4. Flujómetro de Coriolis.
Figura No. 47.A. Direcciones asignadas al flujómetro de Coriolis.

165. 146
Anexos
Anexo 8
Programación del PLC
Anexo 8.1
Laboratorio de válvula
Figura No. 48.A. Programación del FB1.

166. 147
Anexos
Anexo 8.2
Laboratorio de KOP
Figura No. 49.A. Programación del FB2.

167. 148
Anexos
Anexo 8.3
Laboratorio de control On-Off
Figura No. 50.A. Programación del FB3.

168. 149
Anexos
Anexo 8.4
Laboratorio del canal de medición de temperatura
Figura No. 51.A. Programación del FB4.
Anexo 8.5
Programación de la función de control (FC1)
Figura No. 52.A. Llamada y reset del laboratorio de válvula.

169. 150
Anexos
Figura No. 53.A. Llamada y reset del laboratorio de control On-Off.
Figura No. 54.A. Llamada y reset del laboratorio de KOP.

170. 151
Anexos
Figura No. 55.A. Llamada del laboratorio del canal de medición.
Anexo 8.6
Programación del tratamiento de condiciones anormales (FC2)
Figura No. 56.A. Vigilancia de nivel alto.

171. 152
Anexos
Figura No. 57.A. Vigilancia del arranque y apagado de los variadores de velocidad.

172. 153
Anexos
Figura No. 58.A. Vigilancia del comportamiento del flujo.
Figura No. 59.A. Vigilancia del aire de alimentación de la válvula.

173. 154
Anexos
Anexo 8.7
Programación del OB35
Figura No. 60.A. Controlador PID para el laboratorio de PID con proceso simulado.
Proceso Simulado

174. 155
Anexos
Figura No. 61.A. Controlador PID del laboratorio de control de nivel.
Convertir a centímetros
Corregir la medición

175. 156
Anexos
Anexo 8.8
Programación del OB1
Figura No. 62.A. Llamada a las funciones de control de laboratorio y tratamiento de condiciones
anormales.

176. 157
Anexos
Anexo 9
Elementos de la aplicación SCADA
Anexo 9.1
Programación de la herramienta de exportación
BOOL _main(char* lpszPictureName, char* lpszObjectName, char*
lpszPropertyName)
{
#define MaxLineLength 80
if(GetTagByte("ts")==0x1){ // Con el uso de “Option Group” se permite la selección
//del tiempo de muestreo deseado, para ello solo cambia el
//ciclo en que se ejecuta el código mostrado.
FILE*fpfile;
char*strtag[8]={"Nivel","RPM1","RPM2","Pos_Vastago","Flujo_magnetico","Flujo_coriolis"};
char *strfile[8]={"D:/Maqueta/Nivel.xls","D:/Maqueta/RPM bomba1.xls","D:/Maqueta/RPM
bomba2.xls","D:/Maqueta/Posición del Vastago.xls","D:/Maqueta/Flujo en medidor
magnetico.xls","D:/Maqueta/Flujo en medidor coriolis.xls"};
//Los valores de las variables se almacenan en D: /Maqueta/
//Por cada variable se crea un fichero XLS
char buffer[MaxLineLength];
double dval;
int i=0;
WORD counter=GetTagWord("nmuestras1");
if(GetTagBit("muestras1")){
int Sel = GetTagWord("sel");
while(i<8)
{
if(Sel%2){
fpfile = fopen(strfile[i],"a");
if(fpfile != NULL){
dval = GetTagDouble(strtag[i]);
sprintf(buffer,"%lfn",dval);
fputs(buffer,fpfile);
fclose(fpfile);
}

177. 158
Anexos
}
Sel=Sel/2;
i++;
}
SetTagWord("nmuestras1",++counter);
}
Anexo 9.2
Programación de la herramienta contadora del tiempo de turno
Contador de 45 minutos
BOOL _main(char* lpszPictureName, char* lpszObjectName, char* lpszPropertyName)
{
BYTE cont;
if( GetTagBit("bool1") && GetTagBit("Conteo")==0x1) //Con el uso de “Option Group” se
//selecciona el tiempo. Este
//ciclo se ejecuta cada 5
//minutos incrementando un
//contador que compara con 9
//(9*5minutos=45minutos).
{
cont = GetTagByte("contador");
if (cont == 9)
{
SetTagBit("bool1", 0);
SetTagByte("contador",0);
cont =0;
SetTagBit("Mostrar",1); //Return-Type: BOOL
}
SetTagByte("contador",++cont);
}
}

178. 159
Anexos
Contador de 90 minutos
BOOL _main(char* lpszPictureName, char* lpszObjectName, char* lpszPropertyName)
{
BYTE cont;
if( GetTagBit("bool1") )
if (GetTagBit("Conteo")==0x2) //Con el uso de “Option Group” se
//selecciona el tiempo. Este
//ciclo se ejecuta cada 10
//minutos incrementando un
//contador que compara con 9
//(9*10minutos=90minutos).
{
cont = GetTagByte("contador");
if (cont == 9)
{
SetTagBit("bool1", 0);
cont =0;
SetTagByte("contador",0);
SetTagBit("Mostrar",1);
}
SetTagByte("contador",++cont);
}
}

179. 160
Anexos
Anexo 10
Propuesta de comunicación con servidor OPC de Kepware
Anexo 10.1
Configuración del DCOM
Una vez instalado el KepWare se deben configurar las siguientes componentes de
Windows®:
1. Configurar el Firewall de Windows® en la pestaña “Exceptions”, agregando
todos los servidores y clientes OPC a la lista de excepciones. Se deben
agregar también mmc.exe y opcenum.exe (si no se encuentran en la lista
buscar en “C:WindowsSystem32” presionando el botón, “Add Program” y
luego “Browse”). Por último se asegura que se encuentre seleccionado “File
and Printer Sharing”
Figura No. 63.A. Configuración del Firewall de Windows®.
2. Agregar el puerto 135 de TCP (necesario para iniciar las comunicaciones
DCOM). Seleccionada la pestaña “Exceptions” en el Firewall de Windows®, dar
un clic en “Add Port”.
En el cuadro de diálogo, llenar los campos como sigue:
Name: DCOM
Port number: 135
Seleccione el “Radio Button” TCP

180. 161
Anexos
Figura No. 64.A. Configuración del puerto.
Configurando DCOM
1. “Start” “Run”, teclear “DCOMCnfg” y dar clic en “OK”
Figura No. 65.A. Ejecutar los servicios de componentes.
2. Dar un clic derecho en “My Computer” seleccionando “Properties”
Figura No. 66.A. Acceder a las propiedades de los servicios de componentes de la PC.
3. Seleccionar la pestaña “COM Security”.

181. 162
Anexos
Figura No. 67.A. Acceder a la seguridad de COM.
4. Seleccionar “Edit Limits…” en “Access Permissions”.
Marcar el acceso remoto y local para los usuarios “ANONYMOUS LOGON” y
“Everyone”.
Figura No. 68.A. Permisos a otorgar.
5. Seleccionar “Edit Default…” en “Access Permissions” y “Launch and Activation
Permissions”.
Para cada grupo marcar “Local Access” y “Remote Access”.
Figura No. 69.A. Permisos en “Access Permissions”.

182. 163
Anexos
Figura No. 70.A. Permisos en “Launch and Activation Permissions”.
6. Reiniciar la PC al concluir.
Anexo 10.2
Configuración del servidor
Una vez abierto el servidor este tendrá el último proyecto realizado o si es la
primera vez, abrirá un demo.
Figura No. 71.A. Ventana principal del servidor Kepware.
Configuración del Canal
El primer paso es la creación del Canal seleccionando en la Barra de
Herramientas “New Channel” (Fig. 72.A).

183. 164
Anexos
Figura No. 72.A. Creación del canal.
Seguidamente aparecerá la ventana en la cual se podrá cambiar el nombre del
Canal (Fig. 73.A).
Figura No. 73.A. Se le asigna el nombre del canal.
Después de aceptar los cambios en el botón “Siguiente”, se selecciona el Driver
de Comunicación que será aplicado. Para la configuración se escoge el protocolo
“Siemens S7 MPI”, el cual presenta la Slot PLC (Fig. 74.A).
Figura No. 74.A. Selección del driver.

184. 165
Anexos
Para aceptar la selección se presiona el botón “Siguiente”, donde aparece la
ventana “Communications” en la que se realiza la configuración de los siguientes
parámetros (Fig. 75.A):
Figura No. 75.A. Configuración necesaria de los parámetros de comunicación del canal.
Realizado un clic en el botón “Siguiente”, se muestra el cuadro de diálogo “Write
Optimizations”, en la cual se escoge el método de escritura y el número de
escrituras por lecturas (Fig. 76.A).
Figura No. 76.A. Método de escritura.
Una vez oprimido el botón “Siguiente”, aparece el cuadro de diálogo “Driver Setup”
en donde se selecciona la dirección MPI en 2 y 31 la dirección de estación mayor
(Fig. 77.A).

185. 166
Anexos
Figura No. 77.A. Método de escritura.
Una vez oprimido el botón “Siguiente”, aparece el cuadro de diálogo “Channel
Summary”, el cual contiene todas las características que se han configurado en el
Canal. Para completar la configuración, se presiona el botón “Finish” (Fig. 78.A).
Figura No. 78.A. Canal configurado.
Creación y configuración del Dispositivo
Concluida la creación del Canal, el siguiente paso consiste en agregar el
dispositivo a este (contendrá todas las “tags” que se deseen hacer visibles). Un
dispositivo hace referencia a la identificación de un nodo físico o estación en un
enlace de comunicación. Para este trabajo, el dispositivo a crear hará referencia al
Slot PLC. Para añadir el dispositivo, se selecciona el canal al que se añadirá el
dispositivo y en el Menú Contextual seleccionar “New Device” (Fig. 79.A).

186. 167
Anexos
Figura No. 79.A. Configuración del dispositivo.
Escogida la opción “New Device”, aparecerá la siguiente ventana, en la cual se
pondrá el nombre al dispositivo (Fig. 80.A).
Figura No. 80.A. Cuadro de diálogo donde se escribe el nombre del dispositivo.
Dar clic en el botón “Siguiente” para seguir al próximo asistente de configuración.
En esta ventana se selecciona el ID (identificador del dispositivo)en 1 decimal (Fig.
81).
Figura No. 81.A. Selección del ID del dispositivo.

187. 168
Anexos
Después de hacer clic en el botón “Siguiente”, será presentado el cuadro de
diálogo de temporización en este se seleccionan los siguientes valores (Fig. 82.A).
Seguidamente confirmar todas las ventanas que se presentan.
Figura No. 82.A. Elementos de temporización.
Añadir las variables al proyecto
Una vez creado el canal y el dispositivo, el siguiente y último paso es la creación
de las variables, las cuales son las que proporcionan la conexión física con las
variables reales del proceso (“tags”). Para añadir una variable al proyecto, se
selecciona el dispositivo creado. Seleccionado el dispositivo, se crean las
variables usando el Menú Contextual (Fig. 83.A).
Figura No. 83.A. Creación de las variables.
Después de hacer clic en “New Tag”, se presenta el cuadro de diálogo “Tag
Properties”, en el cual se dispone de las siguientes propiedades:
Name: permite nombrar la variable.
Address: especifica la dirección de la variable en el dispositivo.
Description: comentario que se le puede adicionar (opcional).

188. 169
Anexos
Data type: propiedad que determina el tipo de dato que tendrá la variable.
 Default: permite al driver escoger el tipo de dato definido para la dirección
de la variable.
 Boolean: un bit.
 Char: 8 bit con signo.
 Byte: 8 bit sin signo.
 Short: 16 bit con signo.
 Word: 16 bit sin signo.
 Long: 32 bit con signo.
 Dword: 32 bit sin signo.
 Float: valor real de 32 bit norma IEEE.
 Double: valor real de 64 bit norma IEEE.
 String: cadena de caracteres ASCII.
 BCD: dos bytes de BCD empaquetado (rango de valores 0 – 9999).
 LBCD: cuatro bytes de BCD empaquetado (rango de valores 0 –
99999999).
Client access: fija el acceso que tendrá un cliente (lectura/escritura, solo
lectura).
Scan rate: proporciona el tiempo de actualización.
En estos campos se crea la variable asignando un nombre, la dirección en el PLC
y el tipo de dato (Fig. 84.A).
Figura No. 84.A. Configuración de una variable (Nivel-Sitrans P).

189. 170
Anexos
Concluida la configuración de la variable se oprimirá el botón “Aceptar” y se dará
por terminada la configuración del servidor OPC.
Anexo 10.3
Configuración del cliente OPC de WinCC
Después de haber realizado los ajustes generales, se procede con la creación del
canal OPC, el cual contendrá las variables que se conectarán al servidor para
obtener los valores deseados.
Realizar la adición del canal OPC presionando con el clic derecho del ratón en el
Explorador de WinCC, sobre “Tag Management” (Fig. 85.A).
Figura No. 85.A. Adición de un driver.
En el Menú Contextual seleccionar “Add New Driver…” y aparecerá el cuadro de
diálogo “Add new driver”, en el cual se selecciona el driver “OPC.CHN” y se pulsa
el botón “Open” (Fig. 86.A).
Figura No. 86.A. Adición del driver OPC.

190. 171
Anexos
Insertado el nuevo driver éste se podrá ver, desplazando el árbol genérico de “Tag
Management” (Fig. 87.A).
Figura No. 87.A. Canal OPC agregado.
Terminada la adición del driver OPC solo resta parametrizar el canal OPC. En el
cliente OPC de WinCC, realizar clic derecho sobre “OPC Groups (OPCHN Unit#1)”
y escoger “System Parameter” (Fig. 88.A).
Figura No. 88.A. Creación de una conexión con un servidor OPC.
A continuación se abre la ventana “OPC Item Manager”. En este cuadro de diálogo
se busca la PC, en la cual se encuentra el Servidor OPC al que se desea acceder
(Fig. 89.A).
Figura No. 89.A. Buscador del servidor en la red.

191. 172
Anexos
Luego se pulsa el botón “Computer…” y se escribe en el cuadro de diálogo el
nombre o el número IP de la máquina a la que se desea acceder (PC industrial).
Encontrado el equipo servidor se realizará un doble clic sobre este, para que
muestre todos los servidores OPC que tiene instalados. Realizada la búsqueda y
mostrado los servidores que contiene, seleccionar al que se desea acceder y
oprimir el botón “Browse Server” (Fig. 90.A).
Figura No. 90.A. Servidores encontrados en la PC.
Después se abrirá el cuadro de diálogo “Filter Criteria”, en el cual se podrán filtrar
las variables (en el caso que se desee) en dependencia de su tipo, y se pulsará el
botón “Next” (Fig. 91.A).
Figura No. 91.A. Ventana para la búsqueda de variables en el servidor.
Seguidamente en la ventana que aparece, se busca la variable o las variables a
las que se desean tener acceso. Desplegando el árbol jerárquico aparecen los
canales, después el dispositivo y por último las variables del servidor.
Seleccionadas estas, realizar un clic en el botón “Add Items” (Fig. 92.A).

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Anexos
Figura No. 92.A. Ventana de selección de variables.
Posteriormente se abre el cuadro de diálogo “New Connection” y se pulsa el botón
“OK”.
A continuación se dispondrá de la ventana “Add Tags”. Para seguir una norma
para todas las variables del cliente OPC, WinCC recomienda introducir en el
campo “Prefix”: “Client_” y en el campo “Suffix”: “_xyz”. Después se marca la
conexión creada y se realiza un clic en el botón “Finish” (Fig. 93.A). Terminada la
adición de las variables en el proyecto se oprimirá el botón “Back” y luego, en la
otra ventana “Exit”.
Figura No. 93.A. Adición de las variables del servidor al canal OPC.

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Anexos
Realizados todos los pasos descritos anteriormente, se habrá concluido con la
creación y configuración de un cliente OPC en WinCC y el proyecto se verá de la
siguiente forma:
Figura No. 94.A. Variable en el cliente OPC.