Top Drive Course Level I

This course provides an introduction and orientation to your electric or hydraulic Tesco Top Drive system. It is designed for people who operate, maintain, or troubleshoot a Tesco Top Drive drilling system. Tesco offers a unique Level I training course for each top drive model it currently sells (ECI, EMI, HCI, etc.). Please note: All courses are taught in English. Please Note: The sales contract for a Tesco Top Drive System includes three seats in the Level I top drive course. This training must be completed or scheduled within 90 days of accepting delivery of the top drive system. Extensions will be granted based on the training schedule and availability of training seats for the specific training required. If this training offer is not completed or scheduled within the 90 days it will be considered void. Extensions will be granted based on the training available and number of training seats open for the specific top drive training required. Any training scheduled past the 90 days will be invoiced at the current cost stated on this website. Objectives and Content Participants receive introductory information on all major Tesco Top Drive subsystems (mechanical, hydraulic, electric). Students learn to interpret electrical, hydraulic, and mechanical schematic drawings and formulate troubleshooting strategies based on their knowledge of system design. Discussion topics include:

Tesco Top Drive Familiarization Common Electrical Terminology Power System Start-up (hydraulic or electrical) Top Drive Robotics Lubrication and Cooling Systems Control Systems (PLC or Relay Logic) Load Path Components and Associated Inspection Schedules Electrical, Hydraulic, and Mechanical Safety

Prerequisites Tesco assumes all participants have a basic understanding of drilling practices and field operating conditions, however, no top drive experience is required. Duration Five (5) days

500/650 ECI 900 Top Drive

A modular, high performance AC top drive for demanding drilling applications.TESCOs ECI top drive system represents a significant advance in electric top drive technology. Traditional induction or brush style DC motors have been replaced with liquid cooled, permanent magnet synchronous motors. These motors, capable of producing 450HP each, set the standard for reliability, durability and power density. Compact enough to fit into any triple mast, the ECI provides the performance and pipe handling features required for medium and deep drilling applications. The ECI system includes a uniquely engineered power system suitable for all drilling requirements. This system is compatible with most 600V AC rig power systems. The ECI top drive is available with an integrated swivel or can use the customers swivel. Casing load ratings of 500 or 650 tons are available. If applications require, the load path can be easily reconfigured. The modular ECI is available in 900 and 1350HP configurations. An ECI 900 system can also be upgraded to a full 1350HP. Operational Advantages The complete system including the top drive, torque system and power unit can be installed in less than one day. In most cases, no rig modifications are necessary. The ECI can be interfaced with the existing power supply with minimal degradation to rig power. The system is monitored using a dedicated diagnostic computer and specialized software. PA44 permanent magnet synchronous motors have been successfully tested to 60G triaxial loading, making them the ideal choice for rough drilling environments. Modular design of the system allows drilling to continue at reduced HP with one motor. A double ball mud saver/safety valve is incorporated into the system design. The ECI package includes a specially designed torque system. The track/torque bushing configuration is simple to install and requires minimal maintenance. The ECI offers an expanded suite of hydraulic pipe-handling functions including elevator link-tilt, an extend/retract feature for making mousehole connections up to 60 in. from well center, 360 pipehandler rotation, and grabber. The ECI grabber acts as a back-up tong for making or breaking connections and will accommodate tool joints from 3 in. to 8-3/4 in. OD. The entire ECI can be transported in three standard 20 ft. sea containers.

SPECIFICATIONS:ECI 900 HP 500 / 650 TON (without swivel)

Rated Capacity Rated Power Weight Operating Length (incl. 9 links & elevators) Width Max. Drill Torque Make-up Torque Breakout Torque Max. Speed Quill ID Power System (Mechanical Module) Weight (approximate) Length Width Power System (Power Module) Weight (approximate) Length Width

500/650 ton 900 hp 13,000 lbs. 14.3 ft. 62 in. 36,700 ft-lb. 45,000 ft-lb. 56,000 ft-lb. 193 RPM 2.5 in.

454/590 tonne 670 kW 5 909 kg 4 360 mm 1 575 mm 4 976 daN-m 6 101 daN-m 7 592 daN-m 193 RPM 63.5 mm

7,600 lb. 115 in. 91 in.

3 340 kg 2 921 mm 2 311 mm

8,800 lb. 115 in. 91 in.

3 545 kg 2 921 mm 2 311 mm

Weight includes top drive, pipe handling equipment and torque bushing. The ECI can be equipped with 500 or 650 ton swivel. Power unit workshop, high ambient cooling and optional stacking kits are also available.

PERFORMANCE CURVE:

SISTEMA TOP DRIVE EN LA PERFORACION DE POZOS09/01/2010

En 1983 comienza el desarrollo del DDM (Derrick Drilling Machine), para reemplazar la forma convencional de rotar la sarta de perforacin con Vstago y Mesa Rotaria. El primer modelo fue lanzado en 1984, este fue el DDM 650 DC, un Top Drive a corriente continua de 650 toneladas de peso y diseado para instalaciones offshore. Siguiendo con el desarrollo, se introduce un Top Drive hidrulico en 1987, el DDM 500/650 HY. La demanda por el incremento de la capacidad de torque resulto en el desarrollo de 2 versiones del Top Drive, el DDM 500/650 EL y el DDM650 HY de alto torque, ambos lanzados en 1989. En 1993, se introduce en el mercado un motor Top Drive de 2.100 Hp y 8.800 N.m. de torque de salida, con este equipo se perforo un pozo direccional de 12.000 m. Es obvio

que en las ltimas dcadas la perforacin con Top Drive ha venido a ser el mtodo predominante de perforacin en pozos offshore. Al presente hemos experimentado que operaciones crticas en pozos onshore son perforados usando sistemas de Top Drive. La perforacin de un pozo es la nica forma de saber si hay depsitos de hidrocarburos en el sitio donde la geologa propone que se podran localizar. La profundidad de un pozo es variable, dependiendo de la regin y de la profundidad a la cual se encuentra la formacin seleccionada con posibilidades de contener hidrocarburos comerciales. Hay pozos que van desde los 1.500 metros y otros que superan los 10.000 metros de profundidad. Adems de considerar lo anterior y factores que van desde los costos que implica el alquiler de las herramientas de perforacin, el tiempo que toma en perforar cada pozo, factores de seguridad y otros; fueron los que obligaron de alguna manera la bsqueda de nuevas tecnologas para llevar a cabo la perforacin. Si bien se indica que el Sistema Top Drive es costoso, tambin es necesario indicar los mltiples beneficios que implica su adopcin dentro las tareas de perforacin. Tanto las ventajas de este sistema como aspectos tcnicos, operativos y de seguridad son los que se expondrn en el presente documento. 2. DEFINICION DEL SISTEMA TOP DRIVE El Sistema Top Drive puede definirse como una herramienta de manera general, pero siendo ms precisos podemos definirlo como un motor elctrico o hidrulico que se suspende en cualquier tipo de mstil de un equipo de perforacin. Esta herramienta se encarga de hacer rotar la sarta de perforacin y el trpano. El sistema de top drive reemplaza las funciones de una mesa rotaria, permitiendo rotar la sarta de perforacin desde el tope, usando una cabeza de inyeccin propia, en lugar de la cabeza de inyeccin, vstago y mesa rotaria convencionales. Adems el sistema se maneja a control remoto desde la consola del perforador. 3. BENEFICIOS DEL SISTEMA TOP DRIVE

Se instala fcilmente en cualquier tipo de mstil o torre de perforacin, con lasmnimas modificaciones y frecuentemente en un solo da. Sustituye a la Mesa Rotaria y al Vstago (Kelly). El Top Drive hace rotar la sarta de perforacin de manera directa. Mejora la seguridad en el manejo de la tubera. Todas las operaciones se las realiza por control remoto desde la cabina del perforador; reduciendo las labores manuales y riesgos asociados que tradicionalmente acompaan a la tarea. Capacidad de enroscar las conexiones dndoles un torque adecuado. Perfora secciones de 90 pies (1 tiro), reduciendo el tiempo de conexiones, al eliminar dos tercios de las mismas. Realiza toma de ncleos en intervalos de 90 pies sin necesidad de tener que hacer conexiones. En la perforacin direccional, mantiene la orientacin en intervalos de 90 pies, reduciendo el tiempo de supervisin (survey time) mejorando el control direccional. Apto para toda operacin de perforacin: direccional, horizontal, bajo balance, perforacin de gas o aire, control de pozo, pesca, etc. Reduce el riesgo de aprisionamiento de la sarta, por su habilidad de rotar y circular al mismo tiempo.

Mejora la respuesta en operaciones de control de pozo. Durante perforaciones bajo balance con presin hidrosttica por debajo de la presin de la formacin, el Top Drive aumenta la seguridad del pozo al reducir el desgaste del preventor de reventones y al permitir que este y que el preventor de cabeza rotario empaquen alrededor de un tubo redondo en lugar de alrededor de un kelly, cuadrante o hexagonal. Se tiene para perforacin en tierra (Onshore) o costa fuera (Offshore)

4. COMPONENTES DEL SISTEMA TOP DRIVE 4.1 COMPONENTES PRIMARIOS. En primera lugar tenemos los componentes primarios, llamados as porque son parte de la herramienta que se instala en el mstil del equipo de perforacin. Estos componentes debido a la universalizacin y conocimiento dentro la industria petrolera se halla en el idioma ingls, junto a alguno de ellos se indica su posible traduccin en espaol.

Torque track (huella de torsin) Optional swivel (unin giratoria opcional) Torque bushing (cojinete de torque) Swivel sub (sub unin giratoria) Extend frame (extensin del armazn) Quill (pluma) Mainframe assembly (ordenador central) Load nut (tuerca de carga) Pipe handler assembly (arreglo del asa de la tubera) Tilt assembly (mecanismo de inclinacin) Stabbing valve (valvula punzante) Saver sub (sub ahorrador) Grabber assembly (llave de contrafuerza) Bail assembly (arreglo del eslabn) Elevator (elevador)

Fig. 1. Panel de Perforaciones 4.2 COMPONENTES SECUNDARIOS Denominamos a estos as, porque son principalmente elementos de apoyo, pero an as cabe aclarar que sin ellos el Sistema en su totalidad no funcionara. Los principales componentes secundarios lo conforman: el Panel de Perforaciones (Drillers Panel), Mdulo de Poder (Power Module), Bucle de Servicio (Service Loop), Elevadores Hidrulicos (Hydraulic Elevators) y la Vlvula ahorradora de lodo y Actuator (Mud Saver Valve and Actuator); los cuales se describen a continuacin: Panel de perforaciones (Drillers Panel) El Panel de Perforaciones es un tablero de acero inoxidable equipado con todos los controles o mandos, los indicadores luminosos, instrumentos de medicin y conectores requeridos para operar el Top Drive desde la posicin del perforador. Todos los mandos son de 24 voltios (DC). Hay dos cables principales, compuesto a su vez por otros 37 cables, cada uno con una funcin especfica. Uno de ellos conecta el mdulo de poder (power module) al panel del perforaciones y otro conecta el Top Drive tambin con panel del perforaciones.

Fig. 2. Panel de Perforaciones Mdulo de Poder (Power Module) Los Sistemas Top Drive de carcter hidrulico, vienen complementadas con bombas hidrulicas de diferentes clases. Estas bombas envan un flujo hidrulico a travs de un bucle cerrado, un sistema de alta presin hacia el motor del Top Drive, el cual provee la rotacin a la pluma (quill). Bombas adicionales envan un flujo hidrulico a travs de un sistema auxiliar al Top Drive, permitiendo la operacin de varias funciones automticas as como la circulacin del aceite hidrulico a travs de una filtracin y de un sistema de enfriamiento antes de retornar hacia el depsito. El mdulo de poder tambin contiene un tablero elctrico que acepta una entrada de 480 o 600 voltios AC de los generadores del equipo de perforacin y lo convierte a otro voltaje para que de esta manera puedan operar los componentes elctricos del Sistema Top Drive. Bucle de Servicio (Service Loop). El Bucle de Servicio es un conjunto de lneas que permiten la comunicacin de los elementos que comprenden al Sistema Top Drive. El Bucle de Servicio enva y recibe comunicacin elctrica desde el mdulo de poder y el panel de perforacin, as como el flujo hidrulico hacia y desde el Top Drive. Es de alta importancia que se da al momento de instalar estas lneas; debiendo tener el cuidado para que no se daen por el levantamiento o se vean obstruidas en medio de la torre. El Bucle de Servicio no debera de estar en contacto con ninguna parte de la torre. Elevadores Hidrulicos (Hydraulic Elevators). Los elevadores automticos, eliminan la necesidad de tener a una persona operndolos manualmente. Esto da la capacidad de abrir y cerrar los elevadores en posiciones sumamente altas de BHA (Bottom Hole Assembly), y reduciendo de la misma forma la exposicin del operario a los riesgos adicionales asociados con operaciones manuales de los elevadores.

Fig. 3. Elevadores Hidralicos Vlvula ahorradora de lodo y Actuador (Mud Saver Valve and Actuator) Estos son elementos que actan como parte del Sistema de seguridad del Top Drive. La Vlvula ahorradora de lodo junto con el actuador remoto actan como una vlvula de prevencin de reventones de emergencia similar a un BOP. El Actuador esta diseado para abrir o cerrar la vlvula ahorradora de lodo en cualquiera punto en la torre. Es crtico que el Actuador nunca funcione mientras la pluma (quill) este girando; esto puede daar los componentes internos y llevar al fracaso del actuador.

Fig. 4. Vlvula ahorradora de lodo 5. FUNCIONAMIENTO DEL TOP DRIVE Es necesario hacer mencin que dentro el Sistema Top Drive, como cualquier otra tarea, se identifica intervenciones de carcter manual y de carcter automatizado; este ltimo que caracteriza al Sistema Top Drive. 5.1 FUNCIONES AUTOMATIZADAS. Estn comprendidas por las operaciones de Extensin, Inclinacin, Operacin de la Llave de Contrafuerza (Grabber). Extensin.

Esta operacin permite al Top Drive ubicarse por encima la ratonera (mouse hole), lugar donde se alojarn las tuberas que han de bajarse para la perforacin del pozo.

1. Es ac donde el Top Drive baja y se extiende hasta la ratonera (mouse hole). 2. Realiza la conexin por medio de la pluma (rotacin del quill), con la tubera alojada en la ratonera(mouse hole). 3. El Top Drive inicia su elevacin por la torre, junto a la tubera conectada,

Los 3 pasos mencionados anteriormente se repiten 3 veces, ya que el Top Drive nos ofrece la facilidad de perforar por tiros (1 tiro = 90 pies = 3 tuberas). Inclinacin de los Eslabones (Link Tilt). Normalmente conocido como Afianzadores, estos pueden ser inclinados hacia delante unos 35 y hacia atrs unos 55, moviendo de esta manera al elevador y permitiendo realizar diversas tareas asociadas con el manejo tuberas de forma segura y reduciendo el tiempo en las operaciones. 4) Durante la elevacin, los eslabones (link tilt) y el elevador se afianzan a la tubera para otorgarle un mejor sostenimiento. Operacin de la Llave de Contrafuerza (Grabber). El Llave de Contrafuerza o Grabber acta como una tenaza, que permite al momento del enrosque y desenrosque de las tuberas, otorgar un adecuado torque. Normalmente el Grabber necesita una presin por encima de los 1000 psi, para poder efectuar su debida operacin de afiance. Cabe recordar que esta presin proviene del Mdulo de Poder (Power Module). La operacin realizada por el Grabber suele tomar un tiempo aproximado de 20 - 30 segundos. 5.2 PROCESO DE PERFORACIN. Hay que tener en cuenta que con este nuevo sistema, se debe adherirse a las mismas prcticas operativas, de seguridad y procedimientos utilizados en perforacin rotaria convencional. Antes de cualquier maniobra con el Top Drive, se debe tener en cuenta que este ocupa mucho ms espacio en el piso de la torre de lo que el Kelly lo hace; as que el trabajo debe mantenerse libre de obstculos que pudiesen interferir con el movimiento de la herramienta y del mismo personal. Cuando el Top Drive se esta moviendo a travs de la torre, se debe estar muy al tanto en todo momento de la posicin que el operario vaya a ocupar y que el Top Drive este ocupando, ya que no siempre se lo podr ver. El Procedimiento Bsico de Perforacin con Top Drive es el siguiente: 1) Se baja el Top Drive y se extiende hasta por encima de la ratonera (mouse hole) 2) Se realiza la conexin por medio de la pluma (rotacin del quill), con la tubera alojada en la ratonera (mouse hole). La conexin se lleva a cabo dentro la caja de conexin (thread box), donde la llave de contrafuerza (grabber) y la pluma quill le aplican el torque necesario. 3) El Top Drive se eleva a lo largo de la torre, junto a la tubera conectada, 4) Durante la elevacin, los eslabones (link tilt) y el elevador se afianzan a la tubera para otorgarle un mejor sostenimiento,

5) Se procede a realizar la conexin, se utilizan las llaves cadenas para sostener la tubera que se encuentre suspendida en la mesa rotaria, ayudndonos del mismo modo a una efectiva conexin. La llave de contrafuerza (grabber) y la pluma (quill) se encargarn de otorgarle el torque adecuado. 6) Una vez hecho la conexin, se procede a retirar las cuas de perforacin (slips) de la mesa de perforacin; luego desde la cabina del perforador, se activan las bombas de lodo e inmediatamente se activa la funcin de perforacin. Al mismo tiempo se asigna a la pluma (quill) el RPM indicado (Revoluciones por minuto), ya sea incrementando o reduciendo el flujo hidrulico proveniente de las bombas. Se debe tomar en cuenta que sera demasiado crtico que el actuador no funcione mientras la pluma (quill) este rotando, ya que esto daara los componentes internos y conducira a una falla del actuador. Ya que sin fluido de perforacin no hay un funcionamiento efectivo de las herramientas. 7) Se encuentra ahora el equipo ya perforando y se debe de tener controlando los datos obtenidos del Panel del Perforador y dems instrumentos de medicin. (Presiones y Volmenes). 5.3 FUNCIONES MANUALES. Bsicamente las funciones manuales (operaciones donde intervienen directamentelos operarios), comprenden aquellas que incluyen la perforacin convencional; claro esta que con este sistema hay beneficios que se tornan en ventajas. Estas operaciones son: Limpiado de las tuberas y el piso de la mesa. Uso de las llaves cadenas: Necesarias para ajustar y desajustar las tuberas en boca de pozo. Puesta de las Cuas de Perforacin (Slip): Permiten sostener la tubera en la mesa rotaria y evitar que resbale dentro del pozo cuando se est conectando o desconectando con el Top Drive. Control de las mediciones y datos del Panel de perforaciones (Driller Panel): Uno de las funciones principales e importantes, del cual el encargado de perforacin junto con la coordinacin de todo el personal determinarn el xito de la perforacin.

Los controladores lgicos programables o PLC (Programmable Logic Controller en sus siglas en ingls) son dispositivos electrnicos muy usados en automatizacin industrial.

Contenido[ocultar] 1 Usos 2 Funciones 3 Ventajas 4 Historia 5 Otros usos 6 Estructura 7 Enlaces externos

[editar] UsosComo su mismo nombre lo indica, se ha diseado para programar y controlar procesos secuenciales en tiempo real. Por lo general, es posible encontrar este tipo de equipos en ambientes industriales. Los PLC sirven para realizar automatismos, se puede ingresar un programa en su disco de almacenamiento, y con un microprocesador integrado, corre el programa, se tiene que saber que hay infinidades de tipos de PLC, los cuales tienen diferentes propiedades, que ayudan a facilitar ciertas tareas para las cuales se los disean. Los PLC son llamados tambin por algunos autores Autmatas Programables Industriales.

[editar] FuncionesPara que un PLC logre cumplir con su funcin de controlar, es necesario programarlo con cierta informacin acerca de los procesos que se quiere secuenciar. Esta informacin es recibida por captadores, que gracias al programa lgico interno, logran implementarla a travs de los accionadores de la instalacin. Es decir, a travs de los dispositivos de entradas, formados por los sensores (transductores de entradas) se logran captar los estmulos del exterior que son procesados por la lgica digital programada para tal secuencia de proceso que a su vez enva respuestas a travs de los dispositivos de salidas (transductores de salidas, llamados actuadores. Un PLC es un equipo comnmente utilizado en maquinarias industriales de fabricacin de plstico, en mquinas de embalajes, en automviles, entre otras; en fin, son posibles de encontrar en todas aquellas maquinarias que necesitan controlar procesos secuenciales, as como tambin, en aquellas que realizan maniobras de instalacin, sealizacin y control.

Dentro de las funciones que un PLC puede cumplir se encuentran operaciones como las de deteccin y de mando, en las que se elaboran y envan datos de accin a los preaccionadores y accionadores. Adems cumplen la importante funcin de programacin, pudiendo introducir, crear y modificar las aplicaciones del programa.

[editar] VentajasDentro de las ventajas que estos equipos poseen se encuentra que, gracias a ellos, es posible ahorrar tiempo en la elaboracin de proyectos, pudiendo realizar modificaciones sin costos adicionales. Por otra parte, son de tamao reducido y mantenimiento de bajo costo, adems permiten ahorrar dinero en mano de obra y la posibilidad de controlar ms de una mquina con el mismo equipo. Sin embargo, y como sucede en todos los casos, los controladores lgicos programables, o PLCs, presentan ciertas desventajas como es la necesidad de contar con tcnicos calificados y adiestrados especficamente para ocuparse de su buen funcionamiento.

[editar] HistoriaSu historia se remonta a finales de la dcada de 1960, cuando la industria busc en las nuevas tecnologas electrnicas una solucin ms eficiente para reemplazar los sistemas de control basados en circuitos elctricos con rels, interruptores y otros componentes comnmente utilizados para el control de los sistemas de lgica combinacional.

En un rack, de izquierda a derecha: fuente de alimentacin PS407 4A, CPU 4163, mdulo de interfaz IM 460-0 y procesador de comunicaciones CP 443-1.

[editar] Otros usosHoy en da, los PLC's no slo controlan la lgica de funcionamiento de mquinas, plantas y procesos industriales, sino que tambin pueden realizar operaciones aritmticas, manejar seales analgicas para realizar estrategias de control, tales como controladores PID (Proporcional Integral y Derivativo).

[editar] EstructuraSu estructura bsica son dos o ms planos de puertas lgicas, normalmente AND y OR, que el programador debe conectar de forma adecuada para que hagan la funcin lgica requerida. Suelen programarse con lenguaje en escalera tambin con bloques de funciones. Para aplicaciones de mayor capacidad son sustituidos por FPGAs. Los PLC's actuales pueden comunicarse con otros controladores y computadoras en redes de rea local, y son una parte fundamental de los modernos sistemas de control distribuido.

[editar] Enlaces externos Que es un PLC (Bsico) Que es un PLC (Avanzado) Fabrica argentina de PLCs Que es un PLC (Bsico)

Qu es un P.L.C.?P.L.C. (Programmable Logic Controller) significa Controlador Lgico Programable.

Un PLC es un dispositivo usado para controlar. Este control se realiza sobre la base de una lgica, definida a travs de un programa. Estructura de un Controlador Lgico Programable

Para explicar el funcionamiento del PLC, se pueden distinguir las siguientes partes: Interfaces de entradas y salidas CPU (Unidad Central de Proceso) Memoria Dispositivos de Programacin El usuario ingresa el programa a travs del dispositivo adecuado (un cargador de programa o PC) y ste es almacenado en la memoria de la CPU. La CPU, que es el "cerebro" del PLC, procesa la informacin que recibe del exterior a travs de la interfaz de entrada y de acuerdo con el programa, activa una salida a travs de la correspondiente interfaz de salida. Evidentemente, las interfaces de entrada y salida se encargan de adaptar las seales internas a niveles del la CPU. Por ejemplo, cuando la CPU ordena la activacin de una salida, la interfaz adapta la seal y acciona un componente (transistor, rel, etc.) Pero, Cmo funciona la CPU? Al comenzar el ciclo, la CPU lee el estado de las entradas. A continuacin ejecuta la aplicacin empleando el ltimo estado ledo. Una vez completado el programa, la CPU ejecuta tareas internas de diagnstico y comunicacin. Al final del ciclo se actualizan las salidas. El tiempo de ciclo depende del tamao del programa, del nmero de E/S y de la cantidad de comunicacin requerida.

Leer entradas Ejecutar programa Ciclo PLC Actualizar salidas Diagnsticos-Comunicacin Las ventajas en el uso del PLC comparado con sistemas basados en rel o sistemas electromecnicos son:

Flexibilidad: Posibilidad de reemplazar la lgica cableada de un tablero o de un circuito impreso de un sistema electrnico, mediante un programa que corre en un PLC. Tiempo: Ahorro de tiempo de trabajo en las conexiones a realizar, en la puesta en marcha y en el ajuste del sistema. Cambios: Facilidad para realizar cambios durante la operacin del sistema. Confiabilidad Espacio Modularidad Estandarizacin Aspectos Generales del S7-300

Este nuevo miniautmata de SIEMENS ideado especialmente para aumentar la cadencia y disminuir sensiblemente los tiempos ciclo y de respuesta y aumentar la calidad del proceso, opera ms all de los lmites de prestaciones anteriores, asegurando la adquisicin y tratamiento de seales (analgicas o digitales) a cualquier velocidad y en cualquier forma en que se presenten, de all que es ideal para usarlo en maquinarias de embalaje y en mquinas herramientas, sector agroalimentario o en industria qumica o farmacutica. Posee una CPU cuya velocidad es 100 veces mayor a las convencionales (la ms potente de sus 5 CPU no necesita ms de 0,3 ms para ejecutar 1024 instrucciones binarias y no mucho ms al procesar palabras), una Memoria de programa de 16K instrucciones de capacidad mxima, 1024 entradas/salidas digitales y 32 mdulos dentro de un solo sistema (para tareas especiales se ofrecen mdulos especficos), alta potencia de clculo con hasta aritmtica de 32 bits en coma flotante e interfaces multipunto o puerto MPI. Pequeo, extremadamente rpido y universal son las caractersticas ms importantes de ste PLC, adems de su modularidad, sus numerosos mdulos de extensin, su comunicabilidad por bus, sus funcionalidades integradas de visualizacin y operacin as como su lenguaje de programacin bajo entorno Windows 95. Principales Componentes del P.L.C.

El autmata programable consta de los siguientes componentes:

Unidad central de procesamiento (CPU), que constituye el "cerebro" del sistema y toma decisiones en base a la aplicacin programada. Mdulos para seales digitales y analgicas (I/O) Procesadores de comunicacin (CP) para facilitar la comunicacin entre el hombre y la mquina o entre mquinas. Se tiene procesadores de comunicacin para conexin a redes y para conexin punto a punto. Mdulos de funcin (FM) para operaciones de clculo rpido. Mdulos de suministro de energa Mdulos de interfaces para conexin de racks mltiples en configuracin multihilera Sensores inductivos, capacitivos, pticos Interruptores Pulsadores Llaves Finales de carrera Detectores de proximidad Contactores Electrovlvulas Variadores de velocidad

Existen otros componentes que se adaptan a los requerimientos de los usuarios:

En los mdulos de entrada pueden ser conectados:

En los mdulos de salida pueden ser conectados:

Alarmas Tamao del S7-300

El tamao de la CPU (independientemente del modelo) es de 80cm. de largo, 12,5 cm de alto y 13 cm de profundidad. En cuanto a los mdulos, sus medidas son 40cm x 12,5cm x 13cm, respectivamente. Adems, el S7-300 requiere una alimentacin de 24 VDC. Por sta razn, los mdulos (fuentes) de alimentacin de carga transforman la tensin de alimentacin de 115/230 VAC en una tensin de 24 VDC. Los mdulos de alimentacin se montan a la izquierda junto a la CPU. Descripcin de los 5 Mdulos Centrales El sistema modular comprende de cinco CPU para distintas exigencias, mdulos de entradas y salidas analgicas y digitales, mdulos de funcin de contaje rpido, posicionamiento de lazo abierto y lazo cerrado, as como mdulos de comunicacin para el acoplamiento a redes en bus. La CPU ms potente puede tratar 1024 instrucciones binarias en menos de 0,3 ms. Pero como las instrucciones puramente binaria constituyen mas bien la excepcin, tenemos que mencionar los tiempos de ejecucin de las instrucciones mixtas: 65% de instrucciones con bits y un 35% con palabras, el ms rpido de los autmatas puede con 1K en slo 0,8 ms. Otro detalle es la simplicidad de diagnstico. Los datos de diagnstico de todo el autmata estn fijamente almacenados en la CPU (hasta 100 avisos). Estos datos pueden consultarse centralizadamente en la CPU, ya que todos los mdulos relevantes son accesibles va interfaces MPI de sta, lo que permite ahorrarse gastos suplementarios y evita molestas manipulaciones de conectores. En una configuracin de PLC en red, el puesto central de mando puede acceder directamente a cualquier CPU y a cualquier mdulo de funcin, a cualquier panel de operador y a cualquier procesador de comunicaciones de la red, todo ello sin hardware ni software adicional. El sistema de diagnstico inteligente de la CPU se activa al reemplazar un mdulo: se encarga de verificar si la configuracin del autmata es an compatible y evita as funcionamientos anmalos en la instalacin, incluso la destruccin de mdulos. Adems realiza automticamente el registro de la hora y la memorizacin de los fallos, contribuyendo as a un diagnstico rpido y puntual a posteriori cuando ya no se manifieste ms el defecto o cuando ste sea de naturaleza espordica. Si nombramos sus caractersticas generales, tenemos: Los cinco ofrecen hasta 2048 marcas, 128 temporizadores y 64 contadores Segn el tipo de CPU, una parte de ellos o su totalidad puede hacerse remanente, es decir, no voltil La salvaguarda y gestin de datos est asegurada por una memoria especial exenta de mantenimiento y que funciona sin pila (depende del tipo de CPU)

1 -CPU 312 IFM

Este es capaz de procesar 1024 instrucciones binarias en 0,6 ms. Es la solucin ptima para aplicaciones que requieren funciones simples como contaje y medicin de frecuencias. Para tareas sencillas no hay ms que usar la funcin Contador con dos canales para contar atrs y adelante (el contador puede contar seales de hasta 10 Khz y tiene un ancho de banda de 32 bits). Puesto que sta CPU lleva incorporada una memoria para el programa de usuario, (E)EPROM y dispositivos de respaldo sin pilas, no necesita mantenimiento alguno. 2 -CPU 313 Es similar al CPU 312 IMF con la diferencia de que tiene el doble de memoria. Adems permite guardar el programa en una Memory Card, con lo cual ste autmata tampoco requiere mantenimiento. 3 -CPU 314 Ejecuta el programa al doble de velocidad, es decir, en 0,3 ms. Por 1K de instrucciones binarias. Tampoco hay peligro de perder datos pues tambin permite guardar el programa en una Memory Card tipo Flash-EEPROM. 4 -CPU 315 Tiene la misma rapidez que la CPU 314 (1K de instrucciones al bit en 0,3ms.), pero dos veces mas de memoria (48 Kbytes), es decir, para mas de 16.000 instrucciones. Tambin contiene una memoria Flash del tipo EPROM que le permite salvaguardar los datos. Adems, el reloj est asociado a un acumulador de energa enchufable dotado de una reserva de marcha de 4 semanas en caso de falla de la red. 5- CPU 315-2DP Si configuramos el S7-300 con sta CPU, es posible extender el autmata a 64 estaciones DP (periferia descentralizada), totalizando ms de 1000 entradas/salidas a varios kilmetros de distancia y con puertos abiertos y normalizados. Esta posibilidad que brinda el CPU 315-DP, confiere una flexibilidad total, ya que permite la libertad de direccionamiento de entradas/salidas centralizadas y descentralizadas. Montaje e Interconexin de los Mdulos El diseo simple permite que el S7-300 sea flexible y fcil de utilizar. Rieles de montaje DIN: Los mdulos son enganchados de la parte superior del riel, ajustndola hasta el tope y luego atornillando arriba y abajo. En cuanto a la interconexin de mdulos se refiera, stos llevan incorporados el bus posterior (de fondo de panel), lo que significa que no hay mas que enchufar los conectores de bus suministrados en la parte posterior de la carcasa y as, todos los mdulos quedarn correctamente interconectados.

Adems, si queremos montar una CPU o cambiar solamente un mdulo, oprimiendo un pulsador se suelta el conector frontal, quedando a la vista el esquema de conexiones del mdulo; por su parte, los conectores frontales estn codificados por lo que resulta imposible enchufarlos accidentalmente en un mdulo equivocado (adems, el plano de conexiones est situado en la parte interior de la tapa frontal, por lo que siempre estar disponible) y, en posicin de montaje, se interrumpe la conexin elctrica. Otra ventaja que tiene el S7-300 es el sistema de precableado (llamado SITOP) que se compone solamente de elementos pasivos, tales como conectores frontales, cables planos en vaina redonda, bloques de bornes y adems el cableado ya viene preparado. Este sistema permite establecer conexiones a 1, 2 3 hilos con toda facilidad y evitar errores en el cableado. Es especialmente til cuando los mdulos E/S y los sensores y actuadores conectados se encuentran a una distancia de 30 mts. como mximo. Prestaciones

Si hablamos de las prestaciones, diremos que la CPU permite montar 256 entradas/salidas digitales en un slo perfil y, si bien es cierto que en la fila central slo caben 8 mdulos de E/S adems de la CPU, pueden emplearse otras cuatro filas de ste tipo: por ejemplo, la CPU 314 permite incorporar hasta 32 mdulos, repartidos en cuatro filas. Para enlazar las distintas filas basta usar los mdulos de interconexin, tambin llamados interfaces (IM). Estos se encargan por s solos de comunicar las dems filas, incluso salvando las distancias de hasta 10 mts. Los mdulos de interconexin son dos :IM360 e IM361. El IM360 se monta en la fila central y por cada fila adicional se coloca un IM361, respectivamente. Si solo necesita una fila adicional, la pareja de mdulos IM365 es la ms econmica (el primero de ellos se coloca en al fila central y el segundo, en la fila adicional).

Pueden ser instalados 32 mdulos en 4 racks: un total de 3 racks de expansin pueden ser conectados al rack central. Ocho mdulos pueden ser conectados en cada rack. Mdulos de conexin va interfaces: cada rack tiene su propio mdulo de interfaces. Este es siempre conectado en la ranura adyacente al CPU. Instalacin separada: los racks individuales pueden ser instalados tambin en forma separada. La distancia mxima entre racks es de 10 metros Distribucin verstil: los racks pueden ser instalados horizontalmente o verticalmente, de manera de obtener la distribucin ptima en el espacio del que se dispone. Tipos de Mdulos

Disponib les Tanto si son analgicas o digitales como si son entradas o salidas, ste autmata trata las seales a medida que se van presentando.

Mdulos de entradas digitales

Los mdulos de entradas digitales convierten las seales digitales externas del proceso al nivel interno del autmata. Por ejemplo, si se va a utilizar detectores de proximidad o finales de carreras con una tensin de 24 VDC, se debe elegir el modulo de entrada de 24 V., que le ofrece 16/32 entradas y conecta los sensores con separacin galvnica y en grupos de 8 entradas con contacto comn. Para seales de corriente alterna de 120 230 V., existe un mdulo de 8 canales que se encarga de traducir las seales para que las pueda leer el autmata.

Mdulos de salidas digitales

Los mdulos de salidas digitales convierten las seales internas del S7-300 en seales externas adaptadas al proceso. Por ejemplo, si desea conectar electrovlvulas, contactores, pequeos motores, lmparas, etc., entonces necesitar un mdulo de ste tipo. En lo que respecta a los actuadores de 24 VDC, como por ejemplo contactores y vlvulas, el autmata ofrece varias alternativas como ser: desde mdulos de 16/32 canales y 0,5 A. Con separacin galvnica hasta mdulos de rel de 8 a 16 canales

Mdulos de entradas analgicas

Este convierte las seales analgicas en seales digitales que autmata procesa internamente. Se puede conectar sensores y emisores de seal de tipo tensin o intensidad, resistencia, as como termopares y termoresistencias y se puede elegir entre mdulos que van de los 2 a 8 canales.

Mdulos de salidas analgicas

Este mdulo convierte las seales digitales del S7-300 en seales analgicas para el proceso. Es una herramienta indispensable para convertidores de frecuencias, regulaciones, etc. Adems dispone de 2 4 canales y tiene una resolucin de 4 bits, con posibilidad de configuracin para seales tipo tensin o corriente.

Mdulos econmicos

Este mdulo es especial cuando el factor econmico es fundamental. Tiene una resolucin de 8 bits, convierte seales analgicas en digitales y viceversa, y est dotado de 4 entradas y 2 salidas.

Mdulos de funcin para tareas especiales

Son mdulos de contaje rpido que superan el mbito de los 100 kHz y son idneos para medir frecuencias, procesar los valores medidos, medir revoluciones o longitudes, as como para realizar tareas de posicionamiento. Se ofrecen diversos mdulos de poscionamiento para controlar tareas de posicionamiento, motores paso a paso, as como para simular controladores de levas y accionamiento de 2 marchas (lenta/rpida).

Mdulo de simulacin

Este mdulo se utiliza par4a comprobar el programa de aplicacin antes de poner el sistema en marcha, o durante su funcionamiento. Este mdulo permite simular seales de sensores mediante interruptores y averiguar los estados de seal de las salidas por medio de indicadores LED. Se monta en lugar de un mdulo de E/S digitales.

Mdulo de suministro de energa

Este mdulo es la fuente de alimentacin del autmata que transforma la tensin externa de suministro en la tensin operativa interna. Las tensiones de alimentacin posibles para el S7-300 son: 24 VCC, 115 VCA o 230 VCA.

Mdulos de interconexin o interface

Estos mdulos permiten la comunicacin entre los distintos racks. Se encuentran IM360, IM361, IM 365. Prestaciones Especiales del P.L.C. El PLC ofrece otras prestaciones de hardware y software que aumentan su flexibilidad. A continuacin se describen algunas de estas prestaciones:

Contadores de alta velocidad: Diseados para contar a mayor velocidad que el autmata programable, son capaces de detectar eventos, pudiendo contar tres trenes de impulsos simultneamente y cambiar el sentido de cmputo. Proteccin con contrasea: Permitiendo el usuario definir su propia contrasea se puede prevenir el acceso no autorizado a las funciones y a la memoria del autmata programable. Funcin de forzado: Forzar entradas y salidas aunque no estn presentes en el programa; puede utilizarse en modo RUN o STOP. Modo Freeport: El usuario puede definir desde el esquema de contactos los parmetros para las interfaces de comunicacin, lo que permite ampliar las posibilidades de conexin con otras unidades inteligentes, tales como impresoras, lectores de cdigos de barras, balanzas, etc. Marcas especiales: Se trata de bits de datos internos que ejecutan funciones de estado y control entre el sistema y el programa. Direccionamiento simblico: Permite utilizar en el programa un nombre simblico asignado a un punto de E/S como operando.

Libre mantenimiento: El condensador de alto rendimiento hace superfluo el uso de pilas para respaldar los datos en la memoria.

APLICACIONES DEL S7-300 Las reas de aplicacin del SIMATIC S7-300 incluyen:

Sistemas de transporte: Gracias a su sencillez, permite programar y monitorear rpidamente aplicaciones como por ejemplo cintas transportadoras. La programacin basada en " arrastrar y soltar " ayuda a configurar lgica de marcha/paro para motores con mando por pulsador y permite asimismo seleccionar contadores para supervisar el nmero de piezas producidas. Controles de entrada y salida: Gracias a su diseo compacto, permite adems una integracin fcil en dispositivos de espacio reducido, como por ejemplo en barreras de aparcamientos o entradas. Como por ejemplo se puede detectar un vehculo tanto a la entrada como a la salida, abriendo o cerrando la barrera automticamente. La cantidad de vehculos estacionados resulta fcil de comprobar programando simplemente un contador. Sistemas de elevacin: El potente juego de instrucciones de un PLC, permite que controle una gran variedad de sistemas de elevacin de material. La vigilancia de secuencias de control (arriba/abajo) as como la capacidad de tomar decisiones eficientes en cuanto a tareas de control complejas son algunas de las tareas asistidas por todas las instrucciones residentes en el PLC. Otras aplicaciones: Adems de los ejemplos representado arriba, cabe considerar algunas de tantas otras tareas de automatizacin, para las que este PLC constituye la solucin ideal: Lneas de ensamblaje Sistemas de embalaje Mquinas expendedoras Controles de bombas Mezclador Equipos de tratamiento y manipulacin de material Maquinaria para trabajar madera

Paletizadoras

Mquinas textiles Mquinas herramientas COMUNICACIN

El SIMATIC S7-300 tiene diferentes interfaces de comunicacin: Procesadores de comunicacin CP 343-5, CP 343-1 y CP 343 TCP para conexin al PROFIBUS y sistemas bus de Ethernet Industrial. Procesador de comunicaciones CP 340 para conexin a sistemas punto a punto. La interface multipunto (MPI) est integrada al CPU; para conexin simultnea de los mandos de programacin, PC, sistemas MMI y sistemas de automatizacin SIMATIC S7, M7 o C7. MECANISMOS DE COMUNICACIN El SIMATIC S7-300 tiene varios mecanismos de comunicacin:

Intercambio cclico del conjunto de datos entre redes de CPU mediante la comunicacin global de datos Comunicacin de resultado transmitidos por las redes utilizando bloques de comunicacin.

Mediante el servicio de comunicacin global de datos, las redes de CPU pueden intercambiar datos cclicamente con cada una de las otras unidades centrales de procesamiento. Esto permite a uno CPU acceder a la memoria de datos de otra CPU. La comunicacin global de datos solo puede ser enviada va interfaces multipunto (MPI). FUNCIONES DE COMUNICACIN El PLC, al ser un elemento destinado a la Automatizacin y Control y teniendo como objetivos principales el aumento de la Productividad o Cadencia y la disminucin de los Tiempos Ciclos, no puede o mejor dicho no es un simple ejecutador de datos almacenados en su memoria para trasmitir directivas a sus dispositivos que controla. Es decir, debe ser un elemento que en cualquier momento sea capaz de cambiar la tarea que realiza con simples cambios en su programacin, sta tarea sera imposible sin la ayuda de otros dispositivos tales como PCs, programadoras o paneles de control, dispositivos de campo, PLCs, etc. Por lo tanto necesitamos COMUNICAR al PLC. Estos conceptos no son otros en los que se basa la Fabricacin Flexible, y una comunicacin eficiente depende esencialmente de la red en la que se encuentra trabajando el PLC. No solamente el PLC sino tambin los computadores industriales, unidades de programacin, etc., que una vez conectados todos a la red, desde cualquier punto es posible acceder a cada uno de los componentes. En particular el S7-300 de Siemmens viene dotado con 3 interfaces para trabajar en equipo o red, ellos son:

El M.P.I. (Interface Multi Punto) El P.P.I. (Interface Punto por Punto) El Profibus-DP

Existen adems a nivel industrial otras redes tales como la Profibus-FMS, Industrial Ethernet, etc., pero no intervendrn en nuestro trabajo a pesar de que tambin puede ser conectado a cualquiera de ellas. Interface punto por punto (P.P.I) Esta interface permite la comunicacin de nuestro dispositvo con otros tales como modems, scanners, impresoras, etc., situados a una cierta distancia del PLC. En la parte frontal del mdulo de la CPU posee fichas DB 9 o DB 25 para la comunicacin serial va RS 232 y RS 485. La conexin Punto a Punto puede ser establecida econmicamente y convenientemente por medio del procesador de comunicaciones CP 340. Hay varios protocolos disponibles por debajo de las tres interfaces de conexin:

20 mA (TTY) RS 232 C/V.24 RS 422 / RS485 Controladores programables SIMATIC S7 y SIMATIC S5 Impresoras Robots controladores Modems Scanners, lectores de cdigos de barras, etc. INTERFACE MULTIPUNTO (M.P.I.)

Los siguientes dispositivos pueden ser conectados:

Todas las CPUs (312, 313, 314, 315 y 315 -2DP) lo incorporan desde fbrica. Con ste puerto se puede comunicar fcilmente a distancias reducidas sin requerir mdulos adicionales, por ejemplo hacia equipos de M+V (manejo + visualizacin), unidades de programacin y otros autmatas S7-300 o S7- 400 para probar programas o consultar valores de estado. Se pueden enviar datos a 4 distintos aparatos al mismo tiempo y utilizando siempre el mismo puerto a una velocidad de 187,5 Kbits / seg o 187,5 Kbaudios. Para pequeas redes de comunicacin o pequeos volmenes de datos la CPU ofrece el servicio de Datos Globales, que permite intercambiar cclicamente cantidades de datos en paquetes de hasta 22 bytes como mximo. Distancia mxima entre dos estaciones o nudos de red de MPI adyacentes: 50 metros (sin repetidores); 1100 metros (con dos repetidores); 9100 metros (con ms de 10 repetidores en serie); por encima de los 500 Klm. (cable de fibra ptica, con mdulos de conexin pticas) Capacidad de expansin: los componentes comprobadores de campo son usados para configurar la comunicacin de interface multipunto: cables LAN, conectores LAN y

repetidores RS485, desde el PROFIBUS y la lnea de productos de entradas/salidas distribuidas. Estos componentes permiten una ptima utilizacin de la configuracin. PROFIBUS DP Esta interface de comunicacin es usada para gran capacidad de transmisin de datos, llamada Simatic Net o Sinec L2 de Siemmens. El S7 300 mantiene una relacin muy estrecha con l. Un mdulo de comunicacin permite conectarlo al Sinec L2 para comunicarse con otros autmatas Simatic y dispositivos de campo. La CPU 315 2DP ya la trae integrada. De ste modo, el autmata se adapta armoniosamente en arquitecturas descentralizadas que integran componentes de automatizacin y dispositivos de campo. El PLC puede desenvolverse aqu como maestro esclavo, adems tambin se dispone de los prcticos servicios de comunicacin llamados Datos Globales. Para entablar comunicacin se utilizan cables LAN, conectores LAN, repetidores, etc. Digamos entonces que es una red suplementaria que ofrece un gran rendimiento, arquitectura abierta o descentralizada y gran robustez o confiabilidad. Existe adems la gran ventaja del Manejo + Visualizacin (paneles de operador, llamados Coros) que permite tanto en sta interface como en las otras de la bsqueda de errores a partir de cualquier dispositivo y as por ejemplo generar una base de datos con los errores (hora y tipo)que puedan existir. Los siguientes dispositivos pueden ser conectados como maestros: SIMATIC S7-300 (va CPU 315-2DP o CP 342-5DP) SIMATIC S7-400 (va CPU 41-2) SIMATIC S5-115U-H, S5-135U, S5-155UH, S5 95U con interface de PROFIBUS, SIMATIC TI505

Dispositivos programables y Pcs con STEP7 (solo con CPU 41-2 y CPU 315-2)

Paneles del operador (OP).

Los siguientes dispositivos pueden conectarse como esclavo: ET 200U/B/C/L/M con dispositivos de entrada y salida distribuida. S7-300 va CP342-5 CPI 315-2 DP

Dispositivo de campo Por encima de 10 repetidores, pueden ser conectados en series, por ejemplo para puentear largas distancias entre alguno de los nodos del MPI dados.