Sistema de control de una planta experimental hidráulica mediante dispositivos para la automatización de Siemens

Resumen

Este proyecto tiene como objetivo llevar a cabo la reparación, puesta en marcha y operación de un banco de ensayo de bombas hidráulicas, automatizado utilizando componentes para la automatización de Siemens. El banco de ensayo ha sido concebido como un demostrador tecnológico de industria 4.0, haciendo uso de elementos de tecnológicos actuales que, interconectando mediante diferentes buses de campo y redes de datos sistemas de control de planta como actuadores basados en variadores de frecuencia para modificar de forma continua el régimen de trabajo de bombas hidráulicas, válvulas proporcionales y válvulas todo-nada, así como diferentes sensores
hidráulicos (de presión, caudalímetros de diferentes tecnologías de medida, etc.).

Estos dispositivos son fundamentales para realizar un estudio detallado del comportamiento de las bombas y el flujo de agua en un circuito. Además, el banco de ensayo incluye otros componentes, como dispositivos de control de nivel de agua y un sistema de registro de datos, que se explicarán en detalle en el cuerpo de este trabajo.
Durante el desarrollo de este proyecto, se han enfrentado desafíos significativos, como la puesta a punto del banco de ensayo y la reparación de elementos averiados. Estos contratiempos han retrasado considerablemente el proceso de automatización, ya que se ha tenido que reparar el sensor de presión de una de las bombas y actualizar la infraestructura eléctrica del banco de ensayo. Además, se ha llevado a cabo una comparación de las curvas características de las bombas con los datos proporcionados por el fabricante de las mismas, lo que ha permitido, en base a las diferencias obtenidas, identificar y localizar problemas en el sistema hidráulico que han sido
satisfactoriamente resueltos.

Por último, se han implementado a modo de demostrador tecnológico dos estrategias de control diferenciadas, que permiten lograr una mayor precisión y eficiencia en la automatización del banco de ensayo. La primera de ellas, un sistema de control de eventos discretos mediante un SFC (Sequential Function Chart) de arranque para implementar un arranque seguro del sistema, así como un lazo de control continuo clásico basado un CFC (Continuous Function Chart) que representa un PID (Proportional-Integral-Derivative) para el control del nivel de un depósito de calibración.

Este proyecto se ha llevado a cabo en colaboración con el departamento de Ingeniería Energética de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (ETSII) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), como parte de una beca de colaboración. Nuestro objetivo principal ha sido diseñar y optimizar el control de un banco de ensayos de fluidos ubicado en el Laboratorio de Mecánica de Fluidos, utilizando equipos de la marca Siemens disponibles. El banco cuenta con bombas hidráulicas, caudalímetros, variadores de frecuencia, electroválvulas y válvulas motorizadas.

Las tareas realizadas incluyen recuperar el funcionamiento del banco, desarrollar un programa de control en SIMATIC y PCS7, crear una interfaz de usuario en WinCC, analizar el funcionamiento del banco y diseñar un nuevo guion de prácticas y manual de funcionamiento. Además, se han propuesto mejoras en el diseño actual del banco. También se ha documentado el lenguaje y los protocolos utilizados en el proyecto, así como la propuesta de lazos de control equivalentes a los utilizados en una planta de procesos.

Como demostración de los resultados obtenidos, se han implementado los lazos de control bajo el entorno desarrollado en PCS7 de Siemens.