desarrollo de software scada para mantenimiento preventivo de motores asincronos
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7/27/2019 Desarrollo de Software Scada Para Mantenimiento Preventivo de Motores Asincronos
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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU
FACULTAD DE INGENIERA ELECTRNICA Y MECATRNICA
ESCUELA DE INGENIERA ELECTRNICA
DESARROLLO DE SOFTWARE SCADA
PARA MANTENIMIENTO PREVENTIVO
DE MOTORES ASINCRONOS.
YONY ROBERT TENORIO BERNAB
ASESOR: JESICA CARDENAS RIOS
Tesis para optar el Ttulo de Ingeniero Electrnico
Lima - Per
2012
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Dedicatoria
Dedico este proyecto a mis Padres,Hermanos, Esposa, Hijos y Amigos,
Por su apoyo constante y
comprensin durante estos aos en el
logro de mis objetivos.
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AGRADECIMIENTOS
Quisiera agradecer de manera muy especial al Ing. Jos Velsquez Jefe de LaboratoriosCIM de la Universidad Ricardo Palma por su aporte como especialista en sistemas
SCADA, y a los Profesores: Jesica crdenas, Julien Noel, Jos Bentez; quienes con sus
aportes y sugerencias contribuyeron en el desarrollo de este proyecto.
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RESUMEN
El presente proyecto est desarrollado con la finalidad de brindarle al rea de
automatizacin y control un software SCADA con todas sus caractersticas de Supervisar,controlar y adquirir datos en tiempo real; y adems tomar decisiones en el mantenimientopreventivo de motores asncronos; Todo esto en tiempo real; Esto se traduce en entregar alusuario un SCADA basado en Mantenimiento Centrado en Confiabilidad de motoresasncronos.
En el desarrollo del proyecto se utiliza todos los conocimientos de automatizacin ycontrol de una planta con un SCADA; Adems de comunicarnos entre programas,controladores, actuadores y sensores para de esta manera tener una planta completamenteautomatizada y an costo muy reducido comparado con los SCADA tradicionales.
PALABRAS CLAVES:
SCADA.
PLCs
Sensores.
Transductores.
Mantenimiento preventivo de motores asncronos.
ndice de polaridad.
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ABSTRACT
This project is developed with the aim of giving the area of automation and control
a SCADA software with all its features to monitor, control and acquire data in realtime and also take decisions on preventive maintenance of induction motors, allthis time real; This results in delivering the user-based SCADA Reliability CenteredMaintenance of induction motors.
In developing the project is used all the knowledge of a plant automation withSCADA, also to communicate between programs, controllers, actuators andsensors thus have a fully automated plant and still very low cost compared totraditional SCADA.
Keywords:
SCADA.
PLC's
Sensors.
Transducers.
Preventive maintenance of induction motors.
Index polarity.
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INDICE GENERALCAPTULO PGINA
DEDICATORIA........................................................................................................... ii
ACTA DE PRE SUSTENTACION ............................................................................ iii
AGRADECIMIENTOS .............................................................................................. ivRESUMEN ................................................................................................................... vABSTRACT ................................................................................................................ viINDICE GENERAL ................................................................................................... viiINDICE DE TABLAS ................................................................................................. xINDICE DE FIGURAS ............................................................................................... xiINTRODUCCIN ....................................................................................................... 1I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................... 2
1.1 Determinacin del problema ...................................................................... 21.2 Formulacin del problema ......................................................................... 21.3 Objetivos de la investigacin ..................................................................... 31.4 Planteamiento de las hiptesis .................................................................... 41.5 Justificacin de la investigacin ................................................................. 81.6 Limitaciones y facilidades ........................................................................ 10
II. MARCO TERICO ......................................................................................... 122.1
Fundamento terico .................................................................................. 12
2.2 Antecedentes de investigaciones anteriores ............................................. 242.3 Estado del arte .......................................................................................... 25
III. DISEO, SIMULACION E IMPLEMENTACION ........................................ 273.1 Diagrama de flujo de la de tesis ............................................................... 303.2 Diseo ....................................................................................................... 30
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3.3 Simulaciones ............................................................................................ 313.4 Implementacin ........................................................................................ 31
IV. RESULTADOS Y CONCLUSIONES ............................................................. 314.1 Resultados ................................................................................................ 314.2 Conclusiones ............................................................................................ 324.3 Trabajos Futuros ....................................................................................... 33
REFERENCIAS ......................................................................................................... 34A N E X O S ............................................................................................................... 35
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INDICE DE TABLAS
CAPTULO PGINA
Tabla 1.1: Lnea de investigacin en el campo de la ingeniera electrnica2Tabla 1.2: ndice de polaridad para motores asncronos.5Tabla 1.3: Temperatura de los motores segn su clase de aislamiento..6Tabla 1.4: Especificaciones tcnicas en general de los plcs..18Tabla 1.5: Cuadro comparativo de costos comparado con el proyecto..32
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INDICE DE FIGURASCAPTULO PGINA
Figura 1.1: Estudio tcnico de fallas en motores asncronos4Figura 1.2: Estructura general de un Motor asncrono..7Figura 1.3: Temperatura de los motores segn su clase de aislamiento6Figura 1.4:Niveles de funcionamiento de un sistema SCADA13Figura 1.5: Estructura jerrquica de las comunicaciones industriales 22Figura 1.6: Estructura de los niveles de las comunicaciones24Figura 1.7: Pantalla del Funcionamiento del motorcon el SCADA..27Figura 1.8: Pantalla del programa de mantenimiento preventivo.28Figura 1.9: Pantalla de seteos de datos nominales del motor28Figura 1.10: Pantalla de alarmasen el motor..........28Figura 1.11: Circuito de fuerza para controlar y medir el aislamiento del motor..29
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INTRODUCCIN
El software SCADA (Supervisin, Control y Adquisicin de Datos) es fundamental para el
manejo de los procesos de produccin de las plantas industriales. Est comprobado que el
aumento de la productividad est muy relacionado a la automatizacin de los procesos en
la medida que se haga un uso eficiente de los equipos y sistemas asociados.
Actualmente la tecnologa permite establecer una serie de estrategias de control entre ellos
los que mejor aceptacin e implementacin tienen; en especial en procesos industriales
complejos han sido los sistemas SCADA integrado con PLCs (Controladores Lgicos
Programables).
Los equipos y sistemas de instrumentacin y control de ltima generacin exigen al
profesional responsable de los sistemas de control de una planta mejorar los procesos,
especialmente en la evolucin de equipamiento de tecnologa digital, su aplicacin en
redes industriales y en la integracin de los sistemas de planta con los sistemas SCADA.
El sistema SCADA rene todas condiciones necesarias para desarrollar y perfeccionar en
el uso de tecnologas modernas que puedan aplicar en la mejora de los procesos de
produccin de las empresas, reduccin de costos por mantenimiento e incremento de la
productividad.
En la actualidad todos los sistemas de control industrial modernos utilizan al PLC como
dispositivo principal de control en un sistema de control automtico. Y al Motor de
induccin trifsico (Motor Asncrono) como actuador mayoritario de una planta.
De esta manera en el presente proyecto desarrollamos un software SCADA con un
programa de mantenimiento preventivo de motores asncronos en el programa Visual Basic
y para darle una aplicacin real del proyecto lo aplicamos a una bomba de agua sumergida
a 200metros bajo el nivel del suelo para bombearlo a un tanque elevado de 50 metros.
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I . PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAPara el desarrollo del presente proyecto se demuestra la necesidad de tener un
software SCADA que tenga un mnimo costo de adquisicin del software,
instalacin y brinde confiabilidad en su funcionamiento de una planta para de esta
manera lograr incrementar la productividad, siendo estos factores considerados
primordiales por las empresas para tener un mejor posicionamiento y
competitividad en el mercado.
1.1 Determinacin del problemaPara la determinacin del problema del siguiente proyecto de Investigacin, se
ha considerado la siguiente fragmentacin de la ingeniera electrnica
mostrado en la siguiente tabla.
Tabla 1.1: Lnea de investigacin en el campo de la ingeniera electrnica
Ingeniera Electrnica
Programa Sub-programa Lnea de investigacin
Control de procesos y
Automatizacin
Sistemas SCADA Adquisicin de datos con Programa de
mantenimiento preventivo de motores
asncronos.
1.2 Formulacin del problemaUn software SCADA es desarrollado para supervisar, controlar y adquirir datos
de una planta en tiempo real, Son costosos y se limitan al significado de sus
siglas (Supervisin, Control y Adquisicin de Datos).
Por experiencia laboral se concluye que en los sistemas automatizados se
necesita tener un SCADA que cumpla sus funciones del mismo y tome
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acciones de proteccin programada y ayude a tomar decisiones acertadas para
realizar un correcto Mantenimiento preventivo de los motores asncronos de
una planta para brindar confiabilidad en su funcionamiento.
Se desarrolla el software SCADA y elabora dentro de ello un programa de
mantenimiento preventivo todo en el programa Visual Basic a partir del
monitoreo de variables en tiempo real, parmetros de operacin y de diseo de
los motores asncronos.
1.3 Objetivos de la investigacin
El objetivo del desarrollo de este proyecto es brindarle una alternativa de
control con un software SCADA que cuente con un programa propio de
mantenimiento preventivo que pueda ser modificado en todos sus aspectos y
sea aplicable a todo tipo de sistemas automticos.
El desarrollo e implementacin de este SCADA ser de muy bajo costo
comparado con los convencionales, adems permitir entender mejor los
protocolos de comunicacin entre los Programas, computador, controladores,sensores y actuadores; Considerando un aporte importante para los futuros
profesionales de este campo.
El objetivo principal del proyecto es incluir en la industria un Software
SCADA con programa de mantenimiento preventivo que sea aplicable a todo
tipo de procesos automatizados; adems estudiar las caractersticas, Software
de programacin, Instalacin y Estudio econmico para que la integracin e
implementacin de nuestro sistema SCADA sea una muy buena alternativa de
uso en las plantas que cuente con PLCs. en sus sistemas de control.
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1.4Planteamiento de las hiptesisPara implementar un sistema SCADA se tiene que adquirir el software con su
licencia respectiva que tiene un costo elevado, adems los SCADA tienen en
comn su lnea de marca sobre los que operan. Estas caractersticas son la
motivacin principal por lo cual se decide desarrollar un software SCADA que
pueda ser compatible con todas las marcas de PLCs y adems de darle un
programa de mantenimiento preventivo de motores asncronos dentro del
SCADA; Todo esto para tener una planta totalmente automatizada y confiable.
Segn el estudio tcnico de tendencias de fallas en motores asncronos, el 80%
ocurre por el estado de bobinas del estator y rodamientos.
Figura 1.1: Estudio tcnico de fallas en motores asncronos.
Para determinar el mantenimiento preventivo del motor asncrono controlado por el
SCADA se realiza el anlisis de los siguientes parmetros de operacin y diseo
del motor:
ndice de Polaridad. Es un parmetro del motor que nos
muestra el estado de contaminacin y aislamiento de las
bobinas del motor; Se obtiene realizando las mediciones con
un megmetro y se calcula en la siguiente ecuacin.
IP = R1min/R10 min = I10 min/I1min
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Siendo:R = Resistencia de aislamiento con respecto a tierra.Iabs = es la corriente de absorcinIcond = es la corriente de conduccin a tierra
Valores del ndice de polarizacin y diagnstico delaislamientoIP
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Para medir este parmetro se va a instalar un transformador
de corriente que tendr como relacin de transformacin al
valor de la corriente nominal del motor y salida de 420
mA, siendo este el valor que tomar el PLC como una seal
anloga de entrada que se enlazar con el SCADA para su
evaluacin.
Temperatura. La mxima temperatura de operacin de un
motor depende principalmente de los materiales usados en su
construccin, existen varias clases de motores pero las ms
usadas son:
Tabla 1.3: Temperatura de los motores segn su clase de aislamiento.
En el proyecto para medir la temperatura del motor
utilizaremos el termistor que viene de fbrica dentro del
mismo instalaremos una termocupla que est
completamente sumergida dentro del motor para as evitar
tener errores en la medicin, ya sea por el material soportado,
transmitido ubicacin del mismo; adems este sensor
tambin ser una seal anloga de entrada que se enlazar
entre el PLC y el SCADA para su respectivo monitoreo.
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Horas de operacin.
Las horas de operacin que debe tener un motor antes de ser
desmontado para cambiar los rodamientos se basan
principalmente en el tiempo de vida de los rodamientos que
viene indicado por el fabricante.
En el proyecto utilizaremos en el SCADA un contador de
horas de trabajo del motor que podr ser seteado y ser
acumulativo en el tiempo; para de esta manera decidir cundo
se tiene que cambiar los rodamientos.
La cantidad de horas de trabajo se regir al dato de diseo del
fabricante de los rodamientos que tambin ser monitoreado
por el SCADA.
Figura 1.2: Estructura general de un Motor asncrono.
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1.5Justificacin de la investigacinNaturaleza.- La naturaleza de este proyecto se dirige al rea de control de
procesos y automatizacin y como principal software a los sistemas SCADA.
Se justifica el desarrollo de un software SCADA por ser una aplicacin vigente
en el campo de la automatizacin y control de procesos industriales adems est
comprobado que el aumento de la productividad est muy relacionado a la
automatizacin de los procesos en la medida que se haga un uso eficiente de los
equipos y sistemas asociados como el SCADA.
Actualmente la tecnologa electrnica con los sistemas SCADA permitenestablecer una serie de estrategias de control que eran de difcil implementacin
hasta hace solamente algunos aos atrs, en especial en procesos industriales
complejos.
Segn las ltimas estadsticas tcnicas de mantenimiento preventivo de motores
asncronos el 80% de fallas ocurren por no monitorear al estado de bobinas y
rodamientos de los motores que son el corazn para su funcionamiento; Por elloel programa de mantenimiento preventivo desarrollado en el proyecto ser un
plus comparado con los sistemas SCADA convencionales.
Magnitud.- El presente proyecto ser aplicado para automatizar el sistema de
suministro principal de agua potable del sub suelo de la empresa
CORPORACION INFARMASA S.A que es mi centro de labor actual.
Se justifica el desarrollo e implementacin de este proyecto porque la
extraccin de agua del sub suelo con una electrobomba sumergible est a 200
metros, es nico y considerado suministro principal para el normal
funcionamiento de los procesos de produccin de esta empresa.
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El presente proyecto adems ser aplicable a todos los sistemas de control
automatizados que tengan a los PLCs como controlador principal y en donde
se requiera integrar un sistema SCADA para tener una planta mucho ms
confiable y con tecnologa actual que permita tomar de decisiones acertadas
ante eventos ocurridos en tiempo real.
Vulnerabilidad.- Mi proyecto de investigacin no est desarrollando los
siguientes temas:
Sistema de control Distribuido (DCS).
Diseo de controladores.
Anlisis de parmetros elctricos en motores asncronos.
Mantenimiento preventivo de motores asncronos con otras
tcnicas como ultrasonido, vibracin, calidad de energa y
tendencias.
Lenguajes de Programacin de PLCs.
Comunicaciones y redes industriales.
Prctica organizacional.- Este proyecto puede ser utilizado y aplicado en todos
los sistemas de control automatizados con PLCs.
El software SCADA desarrollado en Visual Basic tendr la preferencia de lasempresas por ser diseada para todo proceso que requiera incrementar su
productividad y tener un menor costo de inversin lo que lo vuelve ms
competitivos en el mercado.
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El software SCADA desarrollado en el proyecto realizar un aporte muy
importante a los futuros especialistas en el campo de la automatizacin y control
de procesos. Ya que se tendr todas las herramientas necesarias como material de
consulta para implementar diversos sistemas de control automticos.
El programa de mantenimiento preventivo de motores asncronos desarrollado en
el software SCADA, sern fundamentales en la toma de decisiones de
Planificacin y/o Mantenimiento de una planta.
Trascendencia.- El presente proyecto tendr una vigencia de aproximadamente
10 aos considerando que en la actualidad las pequeas y medianas empresas no
tienen sus plantas con sistemas SCADA por su alto costo de adquisicin e
implementacin del software y componentes.
Econmica.- El presente proyecto de llegar al mercado y comprobar su
confiabilidad y funcionamiento tendr un gran impacto por su mnimo costo de
implementacin y adems de adaptarse a todas las marcas de PLCs que es lo que
hasta ahora la mayora de software SCADA no tienen por trabajar cada uno con su
lnea de marca.
1.6Limitaciones y facilidadesTericas y prcticas.
Control de procesos Industriales.
Sistemas SCADA.
Controladores lgicos programables PLCs.
Transductores.
Motores asncronos.
Programa visual Basic.
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Supervisin de procesos por computadora.
Mantenimiento preventivo de motores asncronos.
Instrumentacin analgica y digital de campo.
Temporal.
El estudio y desarrollo del proyecto es de tipo transversal.
Su ejecucin comenz el primero de Junio del presente ao y su posible trmino con
todas las pruebas ser para la primera semana del mes de septiembre del 2011.
Espacial.
El presente proyecto comprende el espacio geogrfico ocupado por la sede principal
de lima de la empresa TEVA PERU S.A.
La implementacin final para el curso se har a nivel de simulacin; Proponiendo
posteriormente realizarlo a nivel de prototipo.
El escenario de pruebas de simulacin se desarroll en el laboratorio de mi domicilio
y puestas a prueba en el laboratorio CIM de la universidad Ricardo Palma quedando
constancia de su funcionamiento por la inspeccin del Ing. Jos Velsquez y
aprobado por la profesora Jesica Crdenas Ros.
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II MARCO TERICO
2.1 Fundamento tericoControl de procesos Industriales.
El control de procesos industriales es una especialidad de Ingeniera
electrnica, es aquella parte de la ingeniera que es responsable de definir el
nivel de automatizacin de cualquier planta de proceso e instalacin industrial,
la instrumentacin de campo y el sistema de control para un buen
funcionamiento del proceso, dentro de la seguridad para los equipos y
personas, de acuerdo a la planificacin y dentro de los costos establecidos ymanteniendo la calidad. [1]
Otro concepto ms tcnico, dira que el control de procesos industriales nos
permite interactuar con los dispositivos en todo nivel que permiten:
Capturarvariables de los procesos.
Analizarlas variables de los procesos.
Modificarlas variables de los procesos.
Controlarlos procesos.
Traducirlos procesos a unidades de ingeniera.
Como se ve, la especialidad en control de procesos industriales requiere de una
coordinacin necesaria con casi todas las especialidades de un proyecto, lo que
hace necesario unos mnimos conocimientos de casi todas ellas. [1]
En la actualidad, y al no existir unos estudios especficos que vayan enfocados
a esta especialidad, un ingeniero de esta especialidad debe tener una
combinacin de ciertos conocimientos que la gran mayora de las veces se
adquieren con una buena base de formacin y sobre todo con experiencia. [1]
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Sistemas SCADA.
SCADA viene de las siglas de "Supervisory Control And Data Adquisition", es
decir: adquisicin de datos y control de supervisin. Se trata de una aplicacinsoftware especialmente diseada para funcionar sobre ordenadores en el
control de produccin, proporcionando comunicacin con los dispositivos de
campo (controladores autnomos, autmatas programables, etc.) y controlando
el proceso de forma automtica desde la pantalla del ordenador. Adems,
provee de toda la informacin que se genera en el proceso productivo a
diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros supervisores dentro de
la empresa: control de calidad, supervisin, mantenimiento, etc. [2]
En este tipo de sistemas usualmente existe un ordenador, que efecta tareas de
supervisin y gestin de alarmas, as como tratamiento de datos y control de
procesos. La comunicacin se realiza mediante buses especiales o redes LAN.
Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y estn diseados para dar al
operador de planta la posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos. [2]
Los programas necesarios, y en su caso el hardware adicional que se necesite,
se denomina en general sistema SCADA.
Figura 1.4: Niveles de funcionamiento de un sistema SCADA.
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Un paquete SCADA debe estar en disposicin de ofrecer las siguientes
prestaciones:
Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del
operador para reconocer una parada o situacin de alarma, con registro de
incidencias.
Generacin de histricos de seal de planta, que pueden ser volcados para
su proceso sobre una hoja de clculo.
Ejecucin de programas, que modifican la ley de control, o incluso anular o
modificar las tareas asociadas al autmata, bajo ciertas condiciones.
Posibilidad de programacin numrica, que permite realizar clculosaritmticos de elevada resolucin sobre la CPU del ordenador.
Con ellas, se pueden desarrollar aplicaciones para ordenadores (tipo PC, por
ejemplo), con captura de datos, anlisis de seales, presentaciones en pantalla,
envo de resultados a disco e impresora, etc.
Adems, todas estas acciones se llevan a cabo mediante un paquete de
funciones que incluye zonas de programacin en un lenguaje de uso general(como C, Pascal, o Basic), lo cual confiere una potencia muy elevada y una
gran versatilidad. Algunos SCADA ofrecen libreras de funciones para
lenguajes de uso general que permiten personalizar de manera muy amplia la
aplicacin que desee realizarse con dicho SCADA. [2]
Requisitos.
Un SCADA debe cumplir varios objetivos para que su instalacin seaperfectamente aprovechada:
Deben ser sistemas de arquitectura abierta, capaces de crecer o adaptarse
segn las necesidades cambiantes de la empresa.
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Deben comunicarse con total facilidad y de forma transparente al
usuario con el equipo de planta y con el resto de la empresa (redes
locales y de gestin).
Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de
hardware, y fciles de utilizar, con interfaces amigables con el usuario.
[2]
Mdulos de un SCADA.
Los mdulos o bloques software que permiten las actividades de adquisicin,
supervisin y control son los siguientes:
Configuracin: permite al usuario definir el entorno de trabajo de su
SCADA, adaptndolo a la aplicacin particular que se desea
desarrollar.
Interfaz grfico del operador: proporciona al operador las funciones
de control y supervisin de la planta. El proceso se representa
mediante sinpticos grficos almacenados en el ordenador de
proceso y generados desde el editor incorporado en el SCADA oimportados desde otra aplicacin durante la configuracin del
paquete.
Mdulo de proceso: ejecuta las acciones de mando preprogramadas a
partir de los valores actuales de variables ledas.
Gestin y archivo de datos: se encarga del almacenamiento y
procesado ordenado de los datos, de forma que otra aplicacin o
dispositivo pueda tener acceso a ellos.Comunicaciones: se encarga de la transferencia de informacin entre
la planta y la arquitectura hardware que soporta el SCADA, y entre
sta y el resto de elementos informticos de gestin. [2]
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Controladores lgicos programables (PLCs).
En los sistemas de control discreto realizados con rels se tena una lgica de
control fija, alambrada en un panel. Hoy en da, mediante los controladores
programables, se consigue una lgica de control configurable por programa que es
fcil de modificar. [3]
Los primeros controladores programables fueron introducidos a partir del ao 1969,
en los cuales las funciones de rel fueron reemplazadas por una lgica de estado
slido, manteniendo la notacin lgica de diagrama de escalera, usada para
especificar y documentar lgica de rels. Estos primeros controladores operaban enbase a un programa fijo, definido por las conexiones entre dispositivos. [3]
Los PLC's se introdujeron por primera vez en la industria en 1960
aproximadamente. La razn principal de tal hecho fue la necesidad de eliminar el
gran costo que se produca al reemplazar el complejo sistema de control basado en
rels y contactores. Bedford Associates propuso algo denominado Controlador
Digital Modular (MODICON, Modular Digital Controler) a un gran fabricante de
coches. Otras compaas propusieron a la vez esquemas basados en ordenador, unode cuales estaba basado en el PDP8. El MODICON 084 result ser el primer PLC
del mundo en ser producido comercialmente.
El problema de los rels era que cuando los requerimientos de produccin
cambiaban tambin lo haca el sistema de control. Esto comenz a resultar bastante
caro cuando los cambios fueron frecuentes. Dado que los rels son dispositivos
mecnicos y poseen una vida limitada se requera una estricta manutencin
planificada.
Por otra parte, a veces se deban realizar conexiones entre cientos o miles de rels,
lo que implicaba un enorme esfuerzo de diseo y mantenimiento.
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Los "nuevos controladores" deban ser fcilmente programables por ingenieros de
planta o personal de mantenimiento. El tiempo de vida deba ser largo y los
cambios en el programa tenan que realizarse de forma sencilla. Finalmente se
impona que trabajaran sin problemas en entornos industriales adversos. La
solucin fue el empleo de una tcnica de programacin familiar y reemplazar los
rels mecnicos por rels de estado slido.
A mediados de los 70 las tecnologas dominantes de los PLC eran mquinas de
estados secuenciales y CPU basadas en desplazamiento de bit.
Las habilidades de comunicacin comenzaron a aparecer en 1973
aproximadamente. El primer sistema fue el bus Modicon (Modbus). El PLC poda
ahora dialogar con otros PLC's y en conjunto podan estar aislados de las mquinas
que controlaban. Tambin podan enviar y recibir seales de tensin variables,
entrando en el mundo analgico. Desafortunadamente, la falta de un estndar
acompaado con un continuo cambio tecnolgico ha hecho que la comunicacin de
PLC's sea un maremagnum de sistemas fsicos y protocolos incompatibles entre s.
No obstante fue una gran dcada para los PLC'S.
Los 90 han mostrado una gradual reduccin en el nmero de nuevos protocolos, y
en la modernizacin de las capas fsicas de los protocolos ms populares que
sobrevivieron a los 80. El ltimo estndar (IEC 11313) intenta unificar el sistema
de programacin de todos los PLC en un nico estndar internacional. Ahora
disponemos de PLC's que pueden ser programados en diagramas de bloques, lista
de instrucciones, C y texto estructurado al mismo tiempo.
Los PC estn comenzando a reemplazar al PLC en algunas aplicaciones, incluso la
compaa que introdujo el Modicon 084 ha cambiado al control basado en PC. Por
lo cual, no sera de extraar que en un futuro no muy lejano el PLC desaparezca
frente al cada vez ms potente PC, debido a las posibilidades que ste ltimo puede
proporcionar. [3]
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Tabla 1.4: Especificaciones tcnicas en general de los plcs
Definicin de PLC.
Un Controlador Lgico Programable (PLC) es un dispositivo de estado slido,
basado en microprocesadores, que permite el control secuencial en tiempo real de
una maquina o proceso. Un PLC incluye mdulos de entrada/salida de tipo digital y
anlogo, y memoria para el almacenamiento de instrucciones, destinadas a realizar
funciones especificas tales como lgica secuencial, procesamiento aritmtico y
control anlogo. [3]
Ventajas e inconvenientes.
Entre las ventajas tenemos:
Menor tiempo de elaboracin de proyectos.
Posibilidad de aadir modificaciones sin costo aadido en otros
componentes.
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Mnimo espacio de ocupacin.
Menor costo de mano de obra.
Mantenimiento econmico.Posibilidad de gobernar varias mquinas con el mismo programador.
Menor tiempo de puesta en funcionamiento.
Si el programador queda pequeo para el proceso industrial puede seguir
siendo de utilidad en otras mquinas o sistemas de produccin.
Entre los inconvenientes tenemos:
Adiestramiento de tcnicos.Costo.
A da de hoy los inconvenientes se han hecho nulos, ya que todas las carreras de
ingeniera incluyen a la automatizacin como una de sus asignaturas. En cuanto al
costo tampoco hay problema, ya que hay controladores PLC para todas las
necesidades y a precios ajustados.
Estructura bsica de un PLC.
Todos los controladores programables, poseen una de las siguientes estructuras:
Compacta: en un solo bloque estn todos los elementos.
Modular:
Estructura americana: separa las E/S del resto del programador.
Estructura europea: cada mdulo es una funcin (fuente de alimentacin,
CPU, E/S, etc.).
Exteriormente nos encontraremos con cajas que contienen una de estas estructuras,
las cuales poseen indicadores y conectores en funcin del modelo y fabricante.
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Para el caso de una estructura modular se dispone de la posibilidad de fijar los
distintos mdulos en rels normalizados, para que el conjunto sea compacto y
resistente.
Los microcontroladores suelen venir sin caja, en formato kit, ya que su empleo no
es determinado y se suele incluir dentro de un conjunto ms grande de control o
dentro de la misma maquinaria que se debe controlar. [3]
Sensores y actuadores.Para que un sistema electrnico de control pueda controlar un proceso o producto
es necesario que reciba informacin de la evolucin de determinadas variables
fsicas del mismo, que en su mayora no son elctricas (temperatura, presin, nivel,
fuerza, posicin, velocidad, desplazamiento, etc.)
Los dispositivos que realizan esta funcin reciben diversos nombres: captador,
detector, transductor, transmisor, sonda y sensor.
No existe una nica definicin de sensor aceptada de manera universal. Se
considera, en general, que es todo dispositivo que tiene algn parmetro que es
funcin del valor de una determinada variable fsica del medio en el cual
Est situado.
En general, convierten una seal fsica no elctrica en otra elctrica que, en algunos
de sus parmetros (nivel de tensin, nivel de corriente, frecuencia, etc.) contiene la
Informacin correspondiente a la primera.
Por otra parte, es necesario utilizar circuitos de acondicionamiento con el objeto de
que ste genere una seal elctrica normalizada (ya sea por el fabricante osiguiendo pautas de organismos de normalizacin como IEC, IEEE).
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Motores asncronos.
Son los ms utilizados en la industria.
Estos motores tienen la peculiaridad de que no precisan de un campo magntico enel rotor alimentado con corriente continua como en los casos del motor de corriente
directa o del motor sncrono. [5]
Una fuente de corriente alterna (trifsica o monofsica) alimenta al estator.
El estator est constituido por un ncleo en cuyo interior existen pares de
arrollamientos colocados simtricamente en un ngulo de 120. Son sometidos a
una C.A. y los polos del estator se trasladan continuamente creando un campo
giratorio. [5]
Cuando las corrientes trifsicas son aplicadas a los bobinados, el campo magnticogira a una velocidad constante y hace que el rotor gire. [5]
Programa visual Basic.
Visual Basic es un lenguaje de programacin desarrollado por el alemn Alan
Cooperpara Microsoft. El lenguaje de programacin es un dialecto de BASIC, con
importantes agregados. Su primera versin fue presentada en 1991, con la intencin
de simplificar la programacin utilizando un ambiente de desarrollo completamente
grfico que facilitara la creacin de interfaces grficas y, en cierta medida, tambin
la programacin misma. Desde el 2001 Microsoft ha propuesto abandonar el
desarrollo basado en la API Win32 y pasar a trabajar sobre un framework o marco
comn de libreras independiente de la versin del sistema operativo, .NET
Framework, a travs de Visual Basic .NET (y otros lenguajes como C Sharp (C#)
de fcil transicin de cdigo entre ellos). [6]
Visual Basic (Visual Studio) constituye un IDE (entorno de desarrollo integrado, o,
en ingls, Integrated Development Enviroment) que ha sido empaquetado como un
programa de aplicacin; es decir, consiste en un editor de cdigo (programa donde
se escribe el cdigo fuente), un depurador (programa que corrige errores en el
cdigo fuente para que pueda ser bien compilado), un compilador (programa que
traduce el cdigo fuente a lenguaje de mquina), y un constructor de interfaz
http://es.wikipedia.org/wiki/Lenguaje_de_programaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Alan_Cooperhttp://es.wikipedia.org/wiki/Alan_Cooperhttp://es.wikipedia.org/wiki/Microsofthttp://es.wikipedia.org/wiki/BASIChttp://es.wikipedia.org/wiki/1991http://es.wikipedia.org/wiki/Entorno_de_desarrollo_integradohttp://es.wikipedia.org/wiki/APIhttp://es.wikipedia.org/wiki/Win32http://es.wikipedia.org/wiki/.NET_Frameworkhttp://es.wikipedia.org/wiki/.NET_Frameworkhttp://es.wikipedia.org/wiki/Visual_Basic_.NEThttp://es.wikipedia.org/wiki/C_Sharphttp://es.wikipedia.org/wiki/C_Sharphttp://es.wikipedia.org/wiki/Visual_Basic_.NEThttp://es.wikipedia.org/wiki/.NET_Frameworkhttp://es.wikipedia.org/wiki/.NET_Frameworkhttp://es.wikipedia.org/wiki/.NET_Frameworkhttp://es.wikipedia.org/wiki/Win32http://es.wikipedia.org/wiki/APIhttp://es.wikipedia.org/wiki/Entorno_de_desarrollo_integradohttp://es.wikipedia.org/wiki/1991http://es.wikipedia.org/wiki/BASIChttp://es.wikipedia.org/wiki/Microsofthttp://es.wikipedia.org/wiki/Alan_Cooperhttp://es.wikipedia.org/wiki/Alan_Cooperhttp://es.wikipedia.org/wiki/Alan_Cooperhttp://es.wikipedia.org/wiki/Lenguaje_de_programaci%C3%B3n -
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grfica o GUI (es una forma de programar en la que no es necesario escribir el
cdigo para la parte grfica del programa, sino que se puede hacer de forma visual).
[6]
Supervisin de procesos por computadora.
Los sistemas de supervisin y control de procesos por computadora se han
convertido en herramientas indispensables de los operadores y supervisores, en la
toma de informacin de los procesos existentes en una planta industrial y en el
mismo instante en que ocurren. La presencia de estos sistemas en muchas empresas
obliga al personal responsable del control de los procesos estar actualizados en suuso. A travs del curso, el participante podr configurar y utilizar un software en
una serie de aplicaciones industriales.
Figura 1.5: Estructura jerrquica de las comunicaciones industriales.
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Mantenimiento preventivo de motores asncronos.
Segn los ltimos estudios realizados en mantenimiento preventivo de motores
asncronos as como lo corrobora la Norma IEEE 43-2000: resistencia de aislacine ndice de polarizacin (mquinas nuevas y usadas).
El ensayo de resistencia de aislacin mide la resistencia de la aislacin elctrica
entre los conductores de cobre y el ncleo del estator. Idealmente esta resistencia es
infinita, pero en la realidad tiene un valor finito. Generalmente, cuanto menor es el
valor de la resistencia, mayor es la probabilidad de que exista un problema.
Por otro lado, la medida del ndice de polarizacin (IP) es una variante del ensayo
de resistencia de aislacin. El IP es la relacin entre las medidas de resistencia de
aislacin a los 10 minutos (R10) y a 1 minuto (R1) de aplicada la tensin de
ensayo. Es decir:
IP = R10/R1.
Un IP bajo indica que el bobinado puede estar contaminado con aceite, suciedad,
etc. o hmedo. En el ensayo se aplica un valor alto de tensin continua entre los
conductores y el ncleo. A continuacin se mide la corriente It que circula. La
resistencia de aislacin (Rt) en el instante t es: Rt = V/It, donde V es la tensin
continua aplicada e It es la corriente total medida luego de t minutos.Se hace referencia al tiempo t porque la corriente generalmente no es constante.
Esto es as pues existen cuatro corrientes que circulan al aplicar una tensin
continua a la aislacin del estator de un motor:
Los fabricantes de rodamientos brindan todas las caractersticas tcnicas de
funcionamiento como: tiempo de vida, aplicacin, tipo de lubricacin, etc.
Por lo tanto debemos de usar estas caractersticas para tomar decisiones en el
periodo de cambio del rodamiento para asegurar la operatividad del motor.
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Instrumentacin analgica y digital de campo.
Son Tecnologas de Medicin de variables de procesos, Seleccin de sensores y
actuadores, Instrumentacin digital, interfaces de comunicacin, Configuracin dedispositivos digitales de campo y Consideraciones para la instalacin de sensores e
instrumentos, Con el fin de obtener precisin en el resultado de los procesos
automatizados.
Figura 1.6: Estructura de los niveles de las comunicaciones.
2.2 Antecedentes de investigaciones anteriores
2.2.1 Otras investigaciones relacionadas al tema.
El presente trabajo desarrollado por la Ing. Vernica M. Venturini [1], tiene
semejanza con mi proyecto por que aborda la implementacin de un Sistema
SCADA aplicado a la Produccin de Tabaco, ms precisamente, en los procesos de
la Planta de Curado de Tabaco y Especies de la UCS.
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Mediante dicho Sistema, es posible realizar el monitoreo de temperatura y humedad
de cada estufa (desde una workstation o va Internet), el manejo de alarmas,
almacenamiento de datos histricos y envo de mensajes al celular o mail.
El siguiente proyecto que se asemeja al proyecto que estoy realizando es el
desarrollado por la Ing. Ivan Marcos Ruiz [2] , que aborda la implementacin de
un control automtico de un sistema de bombeo para riego con PLCS y Sistema
SCADA aplicado al sistema de control y ahorro de energa.
2.3Estado del arteEn lo que respecta al desarrollo de software SCADA, han realizado en programas
como Excel, C++ y Visual Basic, pero segn las informaciones no se ha tenido xito
por falta de informacin y por que no cumplen con las exigencias que brindan los
SCADA tradicionales.
A continuacin se menciona algunos Softwares para Mantenimiento que estn
operando tanto en el mercado nacional e internacional:
El Software GMAO PRISMA3 Sisteplantposee soluciones verticales para industria,
empresas de servicios de mantenimiento, infraestructuras, edificios: reduccin de
indisponibilidades, optimizacin del preventivo, gestin del conductivo, optimizacin
de polticas de mantenimiento [6]
El Software PGMWin es un sistema para la Planificacin del Mantenimiento,
desarrollado por gente de mantenimiento para la gente de mantenimiento. Software
GMAO para el Mantenimiento de Planta. [7]
http://prisma.sisteplant.com/http://prisma.sisteplant.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://prisma.sisteplant.com/ -
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SIMI: Sistema Integrado de Mantenimiento Industrial es un Software de
Planificacin y Control para la gestin eficaz del Mantenimiento Preventivo,
Correctivo y Predictivo de equipos e instalaciones en industria, organismos oficiales,
empresas, Gobierno, etc [8]
MAGMA, Mantenimiento General de Maquinaria y procesos industriales. Es otro
software completo, econmico, intuitivo y verstil, apto para la gestin de cualquier
tipo de proceso. Desarrollado sobre la base de sugerencias de clientes, con todos los
elementos de control necesarios, sin mdulos adicionales. Incrementa su
productividad, reduce sus costes, asegura la calidad y evita problemas. [9]
http://www.simimantenimiento.com/http://www.acimut.es/http://www.acimut.es/http://www.simimantenimiento.com/ -
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III. DISEO, SIMULACION E IMPLEMENTACION
Se desarroll el software SCADA en el programa Visual Basic, Se compar y
simul con el SCADA intocuh v10.1 y para la demostracin de su funcionamientose implemento en un sistema de suministro de agua potable de una bomba
sumergible para lo cual se disea el SCADA desarrollado, obteniendo las siguientes
pantallas.
SIMULACIN:
A continuacin se muestran las simulaciones del software SCADA.
Figura 1.7: Pantalla del Funcionamiento del motor con el SCADA.
Es la pantalla donde se monitorea el funcionamiento de la bomba de agua sumergible ydonde se visualiza todo el proceso en tiempo real.
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Figura 1.8: Pantalla del programa de mantenimiento preventivo.
Figura 1.9: Pantalla de seteos de datos nominales del motor.
Es una segunda pantalla en donde se ponen todo los valores nominales del motor ycondiciones del proceso, adems para modo de simulacin se le puede insertar fallas en el
sistema para verificar la operatividad del programa de mantenimiento preventivo delmotor.
Figura 1.10: Pantalla de alarmasen el motor.
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Figura 1.11: Circuito de fuerza para controlar y medir el aislamiento del motor.
Diagrama ladder para el PLC
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3.1 Diagrama de flujo de las variables de la tesis
Figura: Esquema de flujo de datos del proceso de funcionamiento.
3.2 DiseoSe realiz el diseo del software SCADA en el programa de visual basiccomparando con el SCADA de intouch V10.1 que es el SCADA que trabajacon la mayora de marcas de PLCs.
El diseo y desarrollo de este proyecto se realiz con el estudio del tema y laexperiencia obtenida laboralmente en el manejo de software SCADA,
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programas de mantenimiento preventivo y automatizacin con PLCs; Todoesto en plantas de procesos industriales.
3.3 SimulacionesSe ha simulado el software SCADA desarrollado con la implementacin de trespantallas para controlar, setear y realizar el mantenimiento preventivo de unabomba sumergida en el sub suelo para suministrar agua potable a un tanqueelevado.
3.4 ImplementacinSe ha implementado el software SCADA en el programa Visual Basic 6.0 y
desarrollado en el prototipo de prueba de funcionamiento del motor a modo desimulacin.
Se est evaluando las caractersticas, cantidades y costo total paraimplementar el proyecto en la empresa TEVA PER S.A lugar de trabajoactual y de esta manera demostrar su funcionamiento real del proyecto.
IV Resultados y conclusiones
4.1
Resultados
Los resultados obtenidos fueron satisfactorios por la funcionabilidad de nuestrosoftware SCADA.
Desde nuestro SCADA creado se ha logrado comunicarnos con el PLC ycontrolar todo el funcionamiento del motor simulado en nuestro tablero querepresenta a una planta de proceso de suministro de agua.
Se ha simulado la ocurrencia de fallas obteniendo en la pantalla demantenimiento preventivo la accin preventiva a tomar, todo esto en tiempo
real.
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4.2 ConclusionesEl software SCADA desarrollado en este proyecto es una muy buena
alternativa para ser usada, considerando su operatividad total, compatibilidadcon todas las marcas de PLCs y mnimo costo de implementacin.
Para disear el programa de mantenimiento preventivo de motores asncronoses muy importante hacer el estudio de variables ya sea de parte o toda la plantaque se quiera controlar e insertarlo en el software SCADA para su monitoreo ycondicionamiento respectivo.
Se puede lograr reducir an ms el porcentaje de fallas en el motorincrementando en el programa el monitoreo de ms variables defuncionamiento del motor.
Se tiene como principal motivo de uso del software y el proyecto por su bajocosto de implementacin.
Tabla 1.5: Cuadro comparativo de costos comparado con el proyecto.
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4.3 Trabajos FuturosEl siguiente paso ser realizarlo a modo de produccin lo que se considerasera un aporte muy importante en este sector de la automatizacin y control de
procesos.
Al programa de mantenimiento preventivo se le puede aadir el anlisis de msvariables para obtener un mayor porcentaje de confiabilidad en elfuncionamiento del motor y de toda la planta.
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REFERENCIAS
[1] Autor: Juan Carlos Maraa; Ttulo: Automatizacin y control de procesos Industriales; Ao:
2005www.isa.cie.uva.es/portal_isa/html/modules.php?name.
[2] Tema: SCADA; Ao:2006.
Disponible en:http://www.automatas.org/redes/scadas.htm
[3] Tema: Controladores Lgicos Programables.
Disponible en:www.mundodescargas.com/.../decargar_controladores-logicos-programables. pdf
[4] Tema: Sensores y actuadotes tpicos que se emplean con PLC`s.
Disponible en:http://www.instrumentacionycontrol.net/es/curso-completo-de-plcs/107-capitulo-4-sensores-
y-actuadores-tipicos-que-se-emplean-con-plcs.html
[5]Tema:Motores asincronos
http://www.uv.es/emaset/iep00/descargas/motores-Asincronos-0809.pdf
[6] Autor: Ing. Ivan Marcos Ruiz. Ttulo: GMAO PRISMA3 Sisteplant Fuente: Prisma3.
Ao: Setiembre 2001.
Disponible en: Autorhttp://prisma.sisteplant.com/Enterprise/Whoweare/tabid/243/Default.aspx
[7] Autor: PGMWin. Ttulo: PGMWin Fuente: PGMWin.
Ao: 2010.
Disponible en:http://www.pgmwin.com/
[8] Autor: SIMI. Ttulo: Sistema Integrado de Mantenimiento Industrial Fuente: SIMI
Ao: 2010.
Disponible en:http://www.sinimantenimiento.com/
[9] Autor: Magma. Ttulo: Mantenimiento General de Maquinaria y procesos industriales Fuente: Magma.
Ao: 2010.
Disponible en:http://www.acimut.es/magma/mgmintroduccion.htm
http://www.isa.cie.uva.es/portal_isa/html/modules.php?namehttp://www.isa.cie.uva.es/portal_isa/html/modules.php?namehttp://www.isa.cie.uva.es/portal_isa/html/modules.php?namehttp://www.automatas.org/redes/scadas.htmhttp://www.automatas.org/redes/scadas.htmhttp://www.automatas.org/redes/scadas.htmhttp://e/www.mundodescargas.com/.../decargar_controladores-logicos-programables.%20pdfhttp://e/www.mundodescargas.com/.../decargar_controladores-logicos-programables.%20pdfhttp://e/www.mundodescargas.com/.../decargar_controladores-logicos-programables.%20pdfhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/curso-completo-de-plcs/107-capitulo-4-sensores-y-actuadores-tipicos-que-se-emplean-con-plcs.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/curso-completo-de-plcs/107-capitulo-4-sensores-y-actuadores-tipicos-que-se-emplean-con-plcs.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/curso-completo-de-plcs/107-capitulo-4-sensores-y-actuadores-tipicos-que-se-emplean-con-plcs.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/curso-completo-de-plcs/107-capitulo-4-sensores-y-actuadores-tipicos-que-se-emplean-con-plcs.htmlhttp://prisma.sisteplant.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://www.simimantenimiento.com/http://www.sinimantenimiento.com/http://www.sinimantenimiento.com/http://www.sinimantenimiento.com/http://www.acimut.es/magma/mgmintroduccion.htmhttp://www.acimut.es/magma/mgmintroduccion.htmhttp://www.acimut.es/magma/mgmintroduccion.htmhttp://www.acimut.es/magma/mgmintroduccion.htmhttp://www.sinimantenimiento.com/http://www.simimantenimiento.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://www.pgmwin.com/http://prisma.sisteplant.com/http://www.instrumentacionycontrol.net/es/curso-completo-de-plcs/107-capitulo-4-sensores-y-actuadores-tipicos-que-se-emplean-con-plcs.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/curso-completo-de-plcs/107-capitulo-4-sensores-y-actuadores-tipicos-que-se-emplean-con-plcs.htmlhttp://e/www.mundodescargas.com/.../decargar_controladores-logicos-programables.%20pdfhttp://www.automatas.org/redes/scadas.htmhttp://www.isa.cie.uva.es/portal_isa/html/modules.php?name -
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ANEXOS:
BIBLIOGRAFIA:
Visual Basic 6.0 Autor: Domingo Guillermo Carrasco Muoz.
Mantenimiento preventivo de motores asncronos. Autor: Ing. Jorge Fernndez Daher
CONATEL S.A.
Controladores lgicos Programables Autor: Elmer Ramirez Q
Consejo Nacional de ciencia y tecnologa CONCYTEC Lima Per.