Diseño e implementación de un módulo didáctico de automatización por redes de comunicación industrial PROFINET, PROFIBUS, MODBUS mediante PLC y periféricos maestro y esclavo

Abstract

El presente trabajo de investigación está enfocado en diseñar e implementar un módulo de automatización por redes de comunicación industrial, el cual permita capacitar de manera didáctica a los alumnos de pregrado de la Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica, Mecánica Eléctrica y Mecatrónica de la Universidad Católica de Santa María en el uso de las redes de comunicación industrial más usadas: PROFINET, PROFIBUS DP, Modbus TCP; en la implementación de un HMI SCADA y en el uso de tecnologías que permitan monitorear datos del proceso en línea y realizar teleservicio por internet a través de conexión VPN. Se realizó una revisión de la literatura nacional e internacional sobre el tema para determinar la situación actual y las necesidades de la Escuela, luego se realizó el proceso de diseño del módulo, pasando por el diseño de la arquitectura de comunicación, diseño de los componentes mecánicos, y diseño de los componentes electrónicos, luego se realizó la integración de los componentes mediante programación en el software TIA PORTAL V16, se realizó las pruebas de funcionamiento y se diseñó siete prácticas que permitan a los estudiantes aprender de manera gradual los distintos tópicos de automatización mediante las redes de comunicación industrial en una aplicación de automatización de la industria minera (faja transportadora con tripper car), se realizó el desarrollo de las siete practicas concluyendo que el módulo cuenta con la flexibilidad y versatilidad suficiente para ser usado en la simulación y el desarrollo de otras aplicaciones de automatización industrial, este trabajo de investigación se divide de la siguiente manera: CAPITULO I PLANTEAMIENTO TEORICO El capítulo inicia con una revisión del estado del arte sobre la historia y el estado actual de las comunicaciones vi industriales, de esta revisión se desarrolla la identificación del problema y el planteamiento de este, para luego proseguir con una revisión de los antecedentes nacionales e internaciones con respecto del tema de estudio, con esto se desarrolla el planteamiento de los objetivos generales y específicos del proyecto a desarrollar en la presente tesis junto con la justificación y alcances del proyecto. CAPITULO II MARCO TEORICO El capítulo propone una revisión de un marco teórico compuesto por una revisión histórica del desarrollo de los automatismos para luego pasar a una revisión sobre la automatización industrial y los autómatas programables PLC, para pasar luego a una revisión de las comunicación industriales y los protocolos de comunicación más utilizados en la actualidad, luego se hace una revisión de los conceptos de los sistemas de control, instrumentación, y programación de PLC, para luego hacer una revisión sobre los sistemas de control supervisión y adquisición de datos SCADA. CAPITULO III DISEÑO DEL MODULO DIDACTICO DE AUTOMATIZACION POR REDES DE COMUNICACIÓN INDUSTRIAL En este capítulo se describe el proceso de diseño del módulo, iniciando por un análisis de los requerimientos y la funcionalidad del módulo, se plantea un diseño preliminar, para luego pasar a la selección de la arquitectura y topología de las redes a usar, la selección de los equipos e instrumentos necesarios, y en base a este se diseña los componentes principales del módulo (modulo portante y caja eléctrica) para luego hacer una análisis estructural del módulo portante y el diseño de las conexiones eléctricas del módulo, luego se realiza un revisión de los costos y plazos del proyecto. CAPITULO IV IMPLEMENTACION DEL MODULO DE AUTOMATIZACION POR REDES DE COMUNICACIÓN INDUSTRIAL En este capítulo se documenta vii el proceso de construcción e implementación del módulo de comunicaciones industriales mostrando el proceso de construcción del módulo (modulo portante y la caja de conexiones), la implementación de los equipos electrónicos y el cableado en el módulo, para luego documentar las pruebas de funcionamiento. CAPITULO V DISEÑO DE PRACTICAS A DESARROLLAR en este capítulo se desarrolla siete prácticas de laboratorio dirigida a cubrir los temas propuestos sobre las redes industriales y una aplicación de automatización de la industria minería, en la practica 1 se desarrolla la red industrial PROFINET al sistema de arranque/detención y sistema de seguridad de una faja transportadora con carro tripper, en la practica 2 se desarrolla la red industrial PROFIBUS DP aplicando esta al sistema de traslación del tripper car de la faja transportadora con tripper car, en la practica 3 se desarrolla la red industrial Modbus TCP aplicando esta al sistema de control de temperatura de poleas y sistema de supresión de polvo de la faja transportadora con carro tripper, en la practica 4 se integra las redes industriales PROFINET Y PROFIBUS DP aplicando estas a la integración de la automatización de la faja trasportadora y carro tripper revisadas en las practicas 1 y 2, en la practica 5 se integran redes industriales PROFINET, PROFIBUS DP, M# TCP aplicando estas a la integración de la automatización de la faja trasportadora y carro tripper revisaras en las practicas 1, 2 y 3, en la practica 6 se integra la supervisión control y adquisición de datos SCADA, a la aplicación revisada en la practica 5 mediante el uso de un HMI Smart panel industrial, en la practica 7 se integra el teleservicio y monitoreo de datos a través de internet mediante el acceso de conexión VPN y el uso de un router industrial IIoT.