UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA “MANUAL DE PRÁCTICAS PARA LA EXPERIENCIA EDUCATIVA DE AUTOMATIZACIÓN” TRABAJO PRÁCTICO EDUCATIVO Que para obtener el título de: INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA PRESENTA: LUCERO BONILLA CÓRDOBA DIRECTOR: MTRO. SIMÓN LEAL ORTIZ XALAPA, VER. Febrero 2013
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UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA
“MANUAL DE PRÁCTICAS PARA LA
EXPERIENCIA EDUCATIVA DE
AUTOMATIZACIÓN”
TRABAJO PRÁCTICO EDUCATIVO
Que para obtener el título de: INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA
PRESENTA: LUCERO BONILLA CÓRDOBA
DIRECTOR: MTRO. SIMÓN LEAL ORTIZ
XALAPA, VER. Febrero 2013
DEDICATORIA
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Que con la sangre de su vida
Me ha alimentado
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ÍNDICE
INTRODUCCION ................................................ 1
CAPITULO I Generalidades de los PLC´s ....................... 3
1.1 Definición ................................................. 3
1.2 Campos de aplicación ....................................... 4
1.3 Ventajas y desventajas del PLC ............................. 6
1.4 Estructura de los PLC´S .................................... 7
1.5 Componentes de hardware del PLC ............................ 9
1.6 Modo de funcionamiento de un PLC .......................... 15
1.7 Neumática ................................................. 19
1.7.1 Componentes de un sistema neumático .................. 21
CAPÍTULO II Manejo del PLC FC-440 de Festo ................ 23
2.1 Entradas .................................................. 23
2.2 Salidas ................................................... 23
2.3 Banderas .................................................. 23
2.4 Temporizadores ............................................ 24
2.5 Contadores ................................................ 25
CAPITULO III Estructura de programación .................... 27
3.1 ... Diagrama en escalera (“Ladder-diagram” LDR ó“Kantakt” Plan
KOP) ......................................................... 227
3.1.1 Funciones lógicas básicas ......................... 30
3.2 Lista de instrucciones (StatementList o Anweisungs Liste AWL)
.............................................................. 31
3.3 Manejo del software Win FST 4.10.50 ....................... 34
CAPITULO IV Prácticas de Automatización ................... 46
PRACTICA Nº 1 Funciones lógicas basicas ....................... 47
PRACTICA Nº 2 Dispositivo estampador .......................... 54
PRACTICA Nº 3 Mando bimanual ................................. 57
PRACTICA Nº 4 Fresadora ....................................... 60
PRACTICA Nº 5 Dispositivo de llenado de piedras de ignición ... 64
PRACTICA Nº 6 Relieve de piezas ............................... 68
PRACTICA Nº 7 Dispositivo estampador .......................... 71
PRACTICA Nº 8 Unidad de montaje ............................... 75
PRACTICA Nº 9 Arranque a tensión completa de un motor trifásico
de inducción jaula de ardilla ................................. 79
PRACTICA Nº 10 Arranque a tensión reducida de un motor trifásico
de inducción jaula de ardilla ................................. 83
PRACTICA Nº 11 Inversión de giro de un motor trifásico ........ 87
Anexos ..................................................... 91
A.1 Normas para el uso del equipo neumático ................... 91
A.2 Normas en el uso del equipo electro-neumático ............. 92
Bibliografía ............................................... 93
1
INTRODUCCIÓN
Los controladores lógicos programables PLC´s nacieron a
finales de la década de los 60´s y principios de los 70´s
como respuesta al deseo de la industria del automóvil de
contar con cadenas de producción automatizadas que pudieran
seguir la evolución de las técnicas de producción y
permitieran reducir el tiempo de entrada en producción de
nuevos modelos de vehículos. Ellas usaban sistemas
industriales basadas en relevadores (relés), en sus sistemas
de manufactura.
Buscando reducir los costos de los sistemas de control, la
General Motors preparo ciertas especificaciones, definían un
sistema de control por relevadores que podían ser asociados
no solamente a la industria automotriz, sino prácticamente a
cualquier industria de manufactura.
Así surgen equipos electrónicos sustitutos de los sistemas de
control basados en relevadores, que se hacían más complejos
los que arrojaban ciertas dificultades en cuanto a la
instalación de los mismos. Los altos costos de operación y
mantenimiento y la poca flexibilidad y confiabilidad de los
equipos impulsaron el desarrollo del mismo. Poco a poco se
fue mejorando la idea inicial convirtiéndose en lo que son
ahora, sistemas electrónicos versátiles y flexibles.
Los actuales no solamente cumplen los requisitos que se
requería anteriormente sino que los superan. Ahora es un
dispositivo específico que proporciona una alternativa más
flexible y funcional para los sistemas industriales de
control automáticos.
2
En el capítulo uno del presente trabajo se da una pequeña
introducción al controlador lógico programable abarcando
desde su definición, campos de aplicación, ventajas,
componentes, funcionamiento y una explicación breve sobre la
neumática.
En el capítulo dos se introduce a los identificadores usados
por Festo (por ser la marca de los que se dispone en el
laboratorio) para referirse a los diferentes elementos del
sistema. Estos identificadores (entradas, salidas, conta-
dores, etc.) serán referenciados como operandos que son
elementos contenidos en el controlador y pueden ser
manipulados usando instrucciones de programa.
En capítulo tres se aborda la estructura de programación
mediante el diagrama en escalera (LADDER DIAGRAM ó KOP)y el
listado de instrucciones(STATEMENT LIST ó AWL) y el manejo
del software Win FST 4.10.50 con un ejemplo como guía.
El capítulo cuatro abarca las aplicaciones del mismo, de
éstas once prácticas, ocho son aplicadas a electro-neumática
y tres al control de motores.
3
CAPITULO I
GENERALIDADES DE LOS PLC’S
1.1 Definición
El término PLC’S cuyo significado del inglés es controlador
lógico programable. También conocidos en Europa como
autómatas programables.
Según la norma IEC-1131, parte 1 el PLC lo define como:
“Un sistema electrónico de funcionamiento digital, diseñado
para ser utilizado en un entorno industrial, que utiliza una
memoria programable para el almacenamiento interno de
instrucciones orientadas al usuario, para la realización de
funciones de: enlaces lógicos, secuenciación, temporización,
recuento y cálculo, para controlar a través de entradas y
salidas digitales o analógicas, diversos tipos de máquinas o
procesos”.
Existen varias marcas comerciales de PLC’S como por
ejemplo: Festo, Siemens, Mitsubishi, Philips, Allen Bradley,
Modicón, Omron, etc.
Figura1.- Tipos de plc´s
4
1.2 Campos de aplicación
El PLC tiene un campo de aplicación muy grande, debido a la
constante evolución del hardware y software que amplía éste,
para satisfacer las necesidades que se presentan en el rango
de sus posibilidades, se utilizan principalmente en la
fabricación industrial, transformaciones industriales,
control de instalaciones, en edificios inteligentes, casas
habitación, a ésta ultima aplicación se denomina domótica.
Algunos ejemplos de aplicaciones generales son:
Maniobra de máquinas:
Maquinaria de la industria del plástico
Maquinaria para madera
Maquinaria de procesos de grava, arena y cemento
Maquinaria de herramientas
Maquinaria en procesos textiles y de confección
Maquinaria de ensamblaje
Figura 2.- Maquinaria para plásticos
5
Maniobra de instalaciones:
Instalaciones de aire acondicionado y calefacción
Instalaciones de seguridad
Instalaciones de plantas embotelladoras
Instalaciones de tratamientos térmicos
Figura 3.- Maquinaria para embotellado
Señalización y control:
Chequeo de programas
Señalización del estado de procesos
Figura 4.- Aplicación a chequeo
6
Domótica
Control de iluminación
Control del clima
Control de diversos dispositivos.
Figura 5.- Aplicación a domótica
1.3 Ventajas y desventajas del PLC
No todos los controladores ofrecen las mismas ventajas
sobre la lógica cableada debido a la variedad que se
encuentra en el mercado y a la innovación tecnológica;
Ventajas:
1. Menor tiempo de elaboración de proyectos.
2. Se ofrece la posibilidad de realizar modificaciones sin
la necesidad de cambiar cableado ni añadir aparatos.
3. Reducidas dimensiones de ocupación.
4. Reducir tiempos de producción.
5. Menor costo de mantenimiento.
6. Oportunidad de gobernar varias maquinas con un mismo
PLC.
7
7. Se requiere un menor tiempo para poner en funcionamiento
el proceso.
8. Menor tiempo de puesta en funcionamiento.
Desventajas
1. Se necesita de un programador, por lo que se requiere
que se de capacitación a una persona
2. Alto costo inicial
3. Rechazo al cambio por parte del personal.
1.4 Estructura de los PLC´S
El término estructura externa o configuración externa de un
controlador se refiere al aspecto físico exterior del mismo,
bloques o elementos en que está dividido, también conocida
como parte tangible.
Desde su inicio hasta la actualidad se han tenido varias
condiciones no solo por el fabricante si no también por el
lugar geográfico, como es el caso de América o Europa.
Dependiendo de cómo se encuentre conectada la unidad central
a los módulos de entrada y salida, se pueden distinguir
entre:
Estructura compacta
Figura 6.- Tipo compacto
8
Estructura modular
Figura 7.- Tipo modular
Estructura compacta
Se distingue por presentar en un mismo bloque todos sus
elementos que son: fuente de alimentación, unidad central de
procesos o CPU, memorias, entradas y salidas, etc.
Existen tres versiones de su unidad de programación: unidad
fija o conectada directamente con el PLC, conectada mediante
cable y conector y la posibilidad de las dos conexiones.
Este tipo se utiliza cuando el proceso a controlar no es
demasiado complejo y no se requieren de un gran número de
entradas y/o salidas o de algún modulo especial.
Estructura modular
Tal como su nombre lo indica se divide en módulos o partes
del mismo que realizan funciones específicas.
Se puede realizar una división entre las que se denominan
estructura americana y estructura europea.
Estructura americana: se caracteriza por separar las entradas
y salidas (E/S) del resto del mismo, de forma que en un
9
bloque compacto están reunidas las CPU, memoria de usuario y
fuente de alimentación y separadas las unidades de E/S en los
bloques o tarjetas necesarias ya sean de tipo digital ó
analógico.
Estructura europea: su característica principal es que existe
un módulo para cada función, fuente de alimentación, CPU,
entradas/salidas, etc. La unidad de programación se une
mediante cable y conector.
1.5 Componentes de hardware del PLC
Unidad central de proceso.
Consiste en un microordenador. El sistema operativo del
fabricante hace que esté optimizado específicamente para
tareas de control.
Figura 8.- Unidad central de proceso
Memorias de trabajo
Los programas desarrollados para determinadas aplicaciones
requieren una memoria de programa, de la cual puedan ser
leídos por la unidad central.
Figura 9.- Memorias digitales
Actualmente, se utilizan tres tipos de memoria:
10
RAM
EPROM
EEPROM
RAM
Es una memoria rápida y económica. Las RAMs son memorias de
lectura/escritura y pueden programarse y modificarse
fácilmente.
La desventaja de una RAM es que es volátil, es decir, el
programa almacenado en la RAM se pierde en el caso de un
fallo de tensión. Esta es la razón por la cual deben ser
respaldadas por una batería ó pila.
EPROM
Es una memoria rápida y de bajo costo, en comparación con la
RAM tiene la ventaja añadida de que no es volátil, es decir,
es remanente. Por ello el contenido de la memoria permanece
constante e inalterable incluso ante un fallo de tensión.
A efectos de modificar un programa, debe borrarse primero
toda la memoria y tras un tiempo, reprogramarse completa-
mente. El borrado requiere de un método especial y para su
programación se utiliza un dispositivo similar.
EEPROM
La EEPROM es especial, es ampliamente utilizada como memoria
de aplicación en PLCs. La EEPROM es una memoria borrable
eléctricamente, que puede reescribirse de manera parecida a
la de la EPROM.
11
Modulo de entradas.
El modulo de entradas del PLC es mediante el cual están
conectados los elementos sensores del proceso. Las señales
de los sensores deben pasar a la unidad central. Las
funciones importantes de un módulo de entradas son las
siguientes:
Detección fiable de la señal
Ajuste de la tensión, desde la tensión de control a la
tensión lógica
Protección de la electrónica sensible de los voltajes
externos
Filtrado de las entradas
El principal componente de los actuales módulos de entrada,
que cumple con los requerimientos de aislamiento eléctrico
es el opto-acoplador u optoaislador.
Figura 10.- Opto-acopladores
Éste transmite la información del sensor por medio de la luz,
creando así un aislamiento eléctrico entre el control y los
circuitos lógicos, protegiendo con ello a la sensible
electrónica de las tensiones indeseables externas.
El ajuste de la tensión de control y de lógica, en el caso
usual de una tensión de mando de 24 V, puede realizarse con
la ayuda de un circuito diodo/resistencia. En el caso de 220
V AC, se conecta un rectificador en serie.
12
El filtrado de la señal emitida por el sensor es crítica en
automatización industrial. En la industria, las líneas
eléctricas están generalmente muy cargadas debido a tensiones
de inducidas, que producen mucha interferencia en las
señales.
Las líneas de las señales pueden protegerse con
apantallamientos, canaletas metálicas o alternativamente el
modulo de entradas realiza un filtrado por medio de un
retardo en la entrada.
Esto necesita que la señal de entrada sea aplicada un periodo
de tiempo suficientemente largo, antes de que sea reconocida
como una entrada.
Dado que, debido a su naturaleza inductiva, los impulsos de
interferencia son principalmente señales transitorias, es
suficiente un retardo de la señal de entrada relativamente
corto, del orden de milisegundos, para filtrar la mayor parte
de los impulsos parásitos.
El retardo de la entrada se realiza principalmente por
hardware, es decir, a través de un circuito RC. Sin embargo,
en casos aislados, también es posible producir un retardo por
software.
La duración de un retardo es de aproximadamente entre 1 y 20
milisegundos, dependiendo del fabricante y del tipo.
Cuando se conectan sensores a las entradas del PLC, debe
distinguirse entre conexiones de conmutación positiva y de
conmutación negativa, es decir, hay que distinguir entre
entradas que representan un consumo ó una fuente de
corriente.
Conmutación positiva significa que la entrada del PLC
representa un drenaje de corriente. El sensor suministra la
tensión de funcionamiento o tensión de control a la entrada
en forma de señal 1 lógico.
Si se utiliza tierra de protección, la tensión de salida del
sensor es cortocircuitada hacia los 0 voltios o se funde el
fusible en caso de cortocircuito en la línea de señal. Esto
significa que se aplica un0lógica en la entrada del PLC.
13
Ejemplos de sensores:
Figura 11.- Tipos de sensores
Módulo de salida
Los módulos de salida llevan las señales de la unidad central
a los elementos finales de control, que son activados según
la tarea. Principalmente, la función de salida vista desde la
aplicación del controlador incluye lo siguiente:
Ajuste del voltaje respectivo desde la tensión lógica a
la de control
Protección de la electrónica sensible de tensiones
indeseables hacia el control
Amplificación de potencia suficiente para el
accionamiento de elementos finales de control
Protección de cortocircuito y sobrecarga de los módulos
de salida
14
En el caso de la salida, hay disponibles dos métodos
fundamentales para conseguir lo indicado: el uso de relés o
de electrónica de potencia.
El opto-acoplador, forma de nuevo la base para la electrónica
de potencia y asegura la protección de la misma y posibilita
también el ajuste de la tensión.
Un circuito de protección formado por diodos debe proteger el
transistor de potencia de los picos de tensión.
Actualmente, contra cortocircuito, sobrecarga y amplificación
de potencia, se ofrecen a menudo como módulos completamente
integrados. Las medidas estándar de protección ante
cortocircuito miden el flujo de corriente a través de una
resistencia para desconectar en caso de ocurrir, un sensor de
temperatura proporciona protección a sobrecargas.
La potencia admisible de salida se utiliza específicamente de
forma que permita una distinción entre la suministrada y la
acumulada permisible de un módulo.
Si se utilizan relés para las salidas, entonces el relé puede
asumir prácticamente las funciones de un módulo.
Las salidas por relé, tienen ventaja de que pueden utilizarse
para diferentes tensiones de salida. En contraste las
tensiones electrónicas tienen velocidades de conmutación
considerablemente más elevadas y una vida útil más larga que
la de los relés. En muchos casos la potencia de relés muy
pequeños utilizados en los PLC, corresponden a las de la
potencia de las salidas electrónicas.
En el caso de un cortocircuito de la línea de señal de
salida a tierra, la salida se cortocircuita si se utilizan
medidas normales de puesta a tierra de protección. La
electrónica conmuta a protección de cortocircuito o se funde
el fusible, es decir, el dispositivo consumidor no puede
drenar corriente por lo que se desconecta y queda en estado
seguro.
Si se utilizan salidas de conmutación negativa, es decir, la
salida representa un drenaje de corriente, deben adoptarse
medidas de protección de tal forma que el dispositivo
15
consumidor quede en estado seguro en el caso de cortocircuito
en la línea de señal. De nuevo una tierra de protección con
supervisión del aislamiento o la neutralización de la tensión
de control positiva son prácticas estándar en este caso.
1.6 Modo de funcionamiento de un PLC
Los programas para el procesamiento convencional de datos,
generalmente se procesan una sola vez. A diferencia de estos,
el programa de un PLC se procesa continua y cíclicamente.
Un PLC una vez conectado a la red eléctrica tiene dos modos
de funcionamiento:
RUN. En este tipo de funcionamiento el programa de
control se esta ejecutando de manera indefinida o bien
el PLC pasa a modo de stop o se desconecta de la
alimentación.
STOP. En este tipo de funcionamiento no se ejecuta el
programa de control.
Cuando el PLC se encuentra en modo RUN el programa de control
que está grabado en su memoria se ejecuta cíclicamente
describiendo lo que se llama “ciclo de scan”
Un ciclo scan consiste en cuatro pasos:
Lectura de las entradas del PLC
Ejecución del programa de control
Escritura de las salidas del PLC
Tareas internas del PLC
16
Figura 12.- ciclo scan
Lectura de entradas
Al comienzo de cada ciclo, el sistema operativo comprueba el
estado en el que se encuentran todos y cada uno de los
elementos de entrada que están conectados a los distintos
módulos. Si un sensor está activado, el controlador pondrá un
“1” lógico en una posición determinada de una zona de memoria
especial llamada “memoria de entradas” o “imagen del proceso
de entradas”
Si por el contrario ese sensor no está activado, entonces
pondrá un “0” lógico en la posición de memoria de entradas
asignada para tal. Si es de tipo analógico en vez de escribir
un “1” o un “0”, se convertiría el valor de la magnitud
física a un valor numérico que también se depositaría en una
zona de la memoria de entradas analógicas.
17
Esta operación de lectura de las entradas conlleva un cierto
tiempo para ejecutarse totalmente, el cuál debe ser tenido en
cuenta a la hora de calcular la duración del ciclo. En
cualquier caso, este tiempo suele ser despreciable con
respecto a la duración de la ejecución del programa de
control.
El requerido por el PLC para una simple ejecución de un
programa, incluyendo la actualización de las salidas y la
imagen del proceso, se denomina tiempo de ciclo o tiempo de
scan. Los tiempos reales del ciclo varían aproximadamente
entre 1 y 100 milisegundos.
Ejecución del programa de control
Una vez que la memoria de entradas ha sido totalmente
actualizada el sistema operativo, comenzará a ejecutar las
instrucciones del programa almacenado en su memoria del
mismo. Lo hará secuencialmente comenzando por la primera
instrucción del módulo de programa que se considere el
principal.
La ejecución secuencial no implica ejecución lineal, es
decir, que un programa puede contener instrucciones
especiales que permitan hacer saltos hacia delante y hacia
atrás, e incluso es posible que haya subrutinas, módulos de
programa ó de funciones e interrupciones.
Pero en cualquier caso, la ejecución seguirá siendo
secuencial siendo posible alterar esa secuencia de forma
dinámica. Esa misma acabará teniendo una última instrucción
que tras ser ejecutada pondrá fin a este paso del ciclo de
scan.
Escritura de salidas
Cuando el sistema operativo del PLC detecta que se ha
ejecutado la última instrucción del programa de control, éste
comienza a revisar una por una todas las posiciones de su
memoria de salidas. Si en una posición lee un “1” lógico, el
18
PLC activará la salida correspondiente en el módulo de
salidas.
Al ser activada una salida se lleva a cabo la acción
correspondiente sobre algún elemento del proceso.
Si el programa de control tras su ejecución genera señales
analógicas en forma de valores digitalizados en la memoria de
salidas analógicas, en esta fase son convertidas en valores
determinados de corriente y tensión por medio de los módulos
de salidas analógicas correspondientes. Estos valores de
corriente y tensión provocarán una acción proporcional sobre
algún componente del proceso.
Tareas internas
Antes de comenzar un nuevo ciclo de scan, necesita realizar
ciertas tareas internas como por ejemplo comprobar si se han
producido errores, almacenar la duración del ciclo, actualiza
valores internos de sus tablas de datos, etc.
Una vez que ésta fase ha terminado el sistema operativo
comenzará a ejecutar uno nuevo.
Perro guardián (Watchdog)
La suma de la duración de las cuatro fases de un ciclo de
scan determina su duración. Es de destacarse que para el
correcto funcionamiento de un sistema automatizado, la
duración de un ciclo deba ser la adecuada.
Lo ideal sería que esta duración fuese la menor posible, pero
a medida que se vayan añadiendo instrucciones al programa de
control su duración se verá incrementada pudiendo llegar a
provocar el desfase del equipo de control con respecto al
proceso.
Este mecanismo de control cíclico funciona correctamente
siempre y cuando la velocidad de evolución del PLC sea
superior a la del proceso. Si esto no fuese así podría llegar
19
a suceder que una variable del proceso por ejemplo un sensor,
se activase y desactivase en el mismo ciclo de scan.
Teniendo en cuenta cómo funciona el controlador, esto
provocaría que esa señal se “perdería” es decir, el mismo no
sería consciente de que ese sensor ha cambiado dos veces de
estado (porque la fase de lectura de entradas ya se habría
ejecutado) por lo que el programa de control no daría una
respuesta adecuada a esa nueva situación y el proceso se
descontrolaría.
El sistema operativo proporciona una herramienta para tratar
de disminuir esta situación denominada “perro guardián” o
“watchdog”. Éste se puede configura con un valor de tiempo
dado.
Si un ciclo cualquiera dura más que el tiempo para el que el
perro guardián está configurado, entonces el controlador lo
detecta y da una señal de error que el programador deberá
tratar adecuadamente.
1.7 Neumática
Es la parte de la mecánica que se encarga del estudio de los
gases sometidos a presión para la realización de un trabajo.
Ésta juega un papel importante en la mecánica, por lo tanto
está presente cada vez más en el desarrollo de aplicaciones
automatizadas. En este sentido la neumática es utilizada para
llevar a cabo las siguientes funciones:
a) Detección de estados mediante sensores
b) Procesamiento de información mediante procesadores
c) Accionamiento de actuadores mediante elementos de
control
d) Ejecución de trabajo mediante actuadores
20
La neumática cuenta con ventajas las cuales inician desde el
momento en que se utiliza al aire como transmisor de energía,
éste se encuentra en cantidades ilimitadas en cualquier
lugar, e igualmente es muy fácil de transportar a través de
grandes distancias.
Los cambios de temperatura ya sean a través de las tuberías
por las cuales viaja el aire comprimido, o en los lugares
donde éste es almacenado no lo afectan.
En cuanto a la seguridad que es una parte muy importante, el
aire no presenta riesgo alguno, ya que no alberga riesgos en
relación con fuego o alguna explosión.
La sencillez de los elementos con los cuales se trabaja ayuda
a que tengan un precio relativamente bajo. El aire comprimido
no contamina al medio ambiente lo cual es de suma
importancia.
Hablando de la velocidad y sobrecarga de los elementos de
trabajo, se pueden obtener grandes velocidades y tiempos de
conmutación cortos y funcionar hasta que éstos estén
completamente detenidos, es decir, que no serán
sobrecargados.
No obstante, para evaluar correctamente los campos de
aplicación de la neumática es necesario conocer también sus
desventajas, las cuales van desde que el aire utilizado tiene
que ser previamente acondicionado para evitar un desgaste
anticipado de los elementos de trabajo, pasando por la falta
de homogeneidad en las velocidades de los émbolos.
Incluyendo que sólo se puede llegar hasta ciertos niveles de
fuerza y que el aire de escape produce mucho ruido, el cual
es el menor de los problemas pues puede ser resuelto
satisfactoriamente utilizando materiales que lo atenúan.
21
1.7.1 Componentes de un sistema neumático
Los sistemas neumáticos están conformados de diversos grupos
de elementos, los cuales conforman una vía para la
transmisión de señales, desde el lado de emisión (entrada)
hasta el lado de realización de trabajo (salida).
Los elementos de maniobra se encargan de controlar a los de
trabajo en función de las señales recibidas por los de
procesamiento (Croser P, 1991).
Un sistema de control neumático está compuesto de los
siguientes grupos de elementos:
1. Grupo de abastecimiento de energía
2. Elementos de entrada (sensores)
3. Elementos de procesamiento (procesadores)
4. Órganos de maniobra y accionamiento (actuadores)
Dentro del grupo de abastecimiento de energía tenemos a los
compresores, acumuladores, reguladores de presión y a la
unidad de mantenimiento.
Figura 13.- Compresor
22
Los elementos de entrada son las válvulas de vías con
accionamiento mecánico, válvulas de vías con accionamiento
manual, detectores de proximidad y las válvulas que funcionan
como barreras de aire.
Figura 14.- Válvula neumática
Los elementos de procesamiento son válvulas de vías, válvulas
de presión, temporizadores, contadores, válvulas de
estrangulamiento y las válvulas de estrangulamiento y anti
retorno.
Figura 15.- Regulador de caudal
En el grupo de órganos de maniobra y accionamiento se
encuentran los cilindros neumáticos, bombas giratorias y
motores neumáticos.
Figura 16.- Actuador neumático
23
CAPÍTULO II
MANEJO DEL PLC FC-440 DE FESTO
2.1 Entradas
Ésta modelo de PLC de Festo poseen 16 entradas (0 a 15), cada
una agrupadas en grupos de 16 bits, pueden ser direccionados
como bits o como palabras. Las entradas son el medio por el
cual recibe las señales del sistema, dichas señales pueden
ser sensores, retro avisos de elementos magneto-térmicos,
botoneras, etc.
2.2 Salidas
Poseen 8 salidas (0 a 7), pueden ser direccionados como bits
o como palabras. Las salidas son el medio por el cual comanda
a los diferentes elementos que van a realizar un trabajo en
la máquina, por ejemplo, la bobina de un contactor ó
relevador, la bobina de una electroválvula neumática o
hidráulica o un indicador luminoso, una alarma, etc.
2.3 Banderas
Tienen 10,000 banderas (0 a 9999), cada una de un bit ó
mediante palabra de bandera (FLAG WORD) de 16 bits (0 a 15),
éstas pueden ser direccionados como F0.0 Ó FW0. Dichas son
localidades de memoria del controlador en las cuales se
pueden almacenar información.
24
2.4 Temporizadores
Los temporizadores se realizan en forma de módulos de
software y están basados en la generación digital de un
tiempo.
Son parte esencial de un programa, ya que con ellos logramos
poner en sincronía los diferentes movimientos que ejecuta una
máquina, bien es cierto que se puede prescindir de su uso,
pero esto incrementa el uso de sensores.
La norma IEC 1131-3 define tres tipos de bloques de función
para temporizador:
TP timing-pulse - Temporizador de impulso
TON on-delaytiming - Temporizador de retardo a la
conexión
TOF Off-delaytiming - Temporizador de retardo a la
desconexión
Éste modelo puede manejar hasta 256 temporizadores (T0 a
T255) de cualquiera de los tres tipos mencionados.
Temporizador de impulso
El bloque de función TP es un temporizador, que se pone en
marcha por una señal -1 larga o corta en la entrada. En la
salida aparece una señal -1 por un tiempo especificado en su
entrada PT (tiempo preestablecido). Por ello, la salida
tiene una duración fija, que es especificada en PT.
El temporizador no puede activarse nuevamente mientras este
activo el tiempo de pulso. El valor actual del temporizador
de pulso está disponible en la salida ET (tiempo estimado).
25
Temporizador de retraso a la conexión
Un bloque de función TON se utiliza para señales retardadas
respecto al momento de la aparición de una señal.
Cuando se aplica una señal 1 a la entrada, la salida no asume
el valor 1 lógico hasta que no haya transcurrido el tiempo
especificado en la entrada TP (timer preselector), y mantiene
ese estado hasta que la señal de entrada pase de nuevo a 0.
Si la duración de la señal de entrada es mas corta que el
tiempo especificado TP, el valor de salida permanece en 0.
Temporizador de retraso a la desconexión
Un bloque de función TOF se utiliza para generar señales
retardadas respecto al momento de la ausencia de una señal.
El temporizador se pone en marcha al aplicar una señal que
cambia de 1 a 0 lógico en la entrada.
Al mismo tiempo, la señal se salida ha vuelto a pasar a 0, la
señal de salida permanece en 1 durante un tiempo especificado
por TP y no pasa a 0 hasta que no haya expirado este tiempo.
2.5 Contadores
Los contadores se utilizan para regular cantidades ó número
de eventos.
De acuerdo con la norma IEC 1131-3 se distingue entre tres
diferentes módulos de contador:
CTU - Contador incremental
CTD – Contador decremental
CTUD – Contador incrementa/decremental
26
Estos módulos de función se utilizan para detectar conteos
estándar, no críticos en el tiempo.
Contador incremental
El contador incremental se conoce como CTU. En él se
establece al valor inicial 0 por una señal de reset en la
entrada R.
El estado actual del mismo esta disponible en la salida CV
(valor actual). El valor se incrementa en una unidad a cada
flanco positivo en la entrada CU del contador.
Al mismo tiempo el valor actual se compara en el bloque de
función con el valor preseleccionado PV.
En el momento en que el valor actual de CV es igual o mayor
que el valor preseleccionado, la señal de salida asume el
valor 1. Antes de alcanzar este valor, la salida tiene señal
0.
Contador decremental
Un bloque de función CTD representa lo opuesto del contador
incremental.
El decremental con valor de preselección PV se activa con una
señal -1 en la entrada LD. Durante el funcionamiento normal,
cada flanco positivo en la entrada CD reduce el valor.
El actual está también disponible en la salida CV en este
caso. La salida del bloque de función CTD es 0, hasta que la
magnitud CV del mismo es igual o menor que 0.
Contador incremental/decremental
El bloque de función CTUD, combina las características del
incremental y el decremental.
27
CAPITULO III
ESTRUCTURA DE PROGRAMACIÓN
3.1 Diagrama en escalera (“Ladder-diagram” LDR
ó“Kantakt” Plan KOP)
El diagrama en escalera es un lenguaje de programación
gráfico derivado de los esquemas de circuitos de los mandos
por relés directamente cableados.
Tiene dos líneas verticales, la de la izquierda puesta a una
fuente de tensión y la de la derecha puesta a tierra.
Entre estas se tienen líneas de alimentación de derecha a
izquierda, entre ellas están conectados los renglones
conocidos como escalones ó peldaños que son la parte más
simple del esquema.
Se leen siempre de izquierda a derecha, se componen de
contactos, bloques de comparación, elementos de bobina,
temporizadores, contadores, bloques o módulos de función y de
programa.
Las entradas se representan con los siguientes símbolos:
Figura 17.- Contacto normalmente abierto
28
Figura 18.- Contacto normalmente cerrado
Las salidas son representadas por el símbolo de bobina en el
extremo derecho de la línea respectiva.
Figura 19.- Salida memorizada
Bobinas
Son utilizadas para modificar el estado de los operandos del
bit en la parte ejecutiva del escalón.
Ejemplo:
Al accionar un pulsador, que se ilumine una lámpara, al
soltarlo se apaga.
Figura 20.- Programa en escalera
29
Existen cuatro instrucciones de bobina:
SET
RESET
Asignación
Asignación negada
SET
Energiza retentivamente a una bobina (salida), en el momento
en que en el escalón se cumplen las condiciones la
instrucción SET coloca en valor 1 ó activa la salida, y
aunque posteriormente se deje de cumplir alguna de las
condicionantes ésta queda memorizada con el valor de 1. La
manera de colocar 0es utilizando la instrucción RESET.
RESET
Cuando previamente una bobina fue puesta en valor 1 mediante
la instrucción SET, la función de RESET se hace necesaria
para lograr desactivarla. Si no se utiliza la instrucción de
RESET quedará siempre con el valor de1, por que ésta se
memoriza.
Las funciones SET y RESET son utilizados cuando es necesario
memorizar el estado momentáneo del escalón, como cuando se
utiliza una electroválvula monoestable.
Asignación
A diferencia de SET que memoriza el estado del escalón cuando
este se hizo verdadero. Si las condiciones se cumplen la
salida asignada toma valor de 1, por el contrario si no el
valor es 0.
Solo debe existir una asignación por bobina (SET y RESET
simultáneo para un mismo operando absoluto), no se permite
dos al mismo tiempo.
30
Asignación negada
La negada es similar a la anterior, con la diferencia de que
si las condiciones de entrada se cumplen la salida toma el
valor de 0, caso opuesto se asigna 1. Al igual que en la
asignación solo se permite una simultánea.
3.1.1 Funciones lógicas básicas
Función NOT (negación)
Son asignadas para señales de entrada, la función NOT es
similar a utilizar un contacto normalmente cerrado de un
relevador eléctrico. Cuando el valor del operando es 1 el
controlador cambia la condición asociada, si es 0 éste no
conmuta al contacto.
Función AND (conjunción)
Ésta se obtiene mediante la colocación de contactos en serie,
se deben de cumplir las condiciones de todos para que pueda
ejecutar una acción de salida. Si una de ellas es inválida no
se podrá llevar a cabo lo programado para la tal.
Función OR (disyunción)
No es más que tener contactos en paralelo, en ésta con que
uno de los operandos sea igual a 1, se ejecuta la salida
programada. Para que la función sea igual a 0, todos los
operandos no deberán cumplirse ó ser igual a 0.
31
3.2 Lista de instrucciones (StatementList o
Anweisungs Liste AWL)
El listado de instrucciones es un lenguaje textual tipo
“assembler”, caracterizado por un modelo de maquina simple,
no es una representación grafica, describe literalmente el
programa.
Ésta se formula a partir de instrucciones de control
consistentes en un operador y un operando.
Consta de líneas y en cada una de éstas figura una
instrucción individual. Cada una puede llevar, a la derecha,
un comentario textual en lenguaje normal en el que se
especifiquen exactamente los elementos de conmutación.
Comienza por un número de orden.
El conjunto engloba diversas instrucciones de operación y
ejecución, son anotadas con abreviaturas.
Elementos utilizados en el listado de instrucciones:
Step (paso)
Frase -Parte condicional
-Parte ejecutiva
Step
1. Es opcional, la mayoría de los programadores la utiliza.
2. Se usa para marcar el comienzo de un bloque lógico de
código de programa.
3. Cada programa puede tener un máximo de 255 pasos.
4. Cada paso puede tener una o varias frases.
5. Se le puede asignar un nombre o una etiqueta (máximo 8
caracteres)
32
Frases
1. La frase forma el nivel más básico dentro de la
organización del programa.
2. Cada una esta compuesta de una parte condicional y una
ejecutiva.
a) Parte condicional
Para listar una o más condiciones que tienen que
evaluarse al momento de la ejecución, ya sean
verdaderas o falsas.
Comienza regularmente con la palabra IF y continua
con una o varias frases las cuales describen las
condiciones que serán evaluadas.
Si las condiciones son cumplidas entonces serán
llevadas a cabo todas las acciones programadas en
la parte ejecutiva.
b) Parte ejecutiva
Esta es la sección de la frase donde se ejecutan
las salidas programadas siempre que la parte
condicional haya sido cumplida.
Comandos estándar utilizados en AWL
Los siguientes comandos son los más utilizados en la lista de
instrucciones:
33
STEP IF THEN OTHRW
SET RESET LOAD TO
AND OR EXOR N
CMP CFM WITH JMP TO
INC DEC SWAP SHIFT
SHL SHR ROL ROR
INV CPL BID DEB
NOP --- ---- OPERAND
Lista de comandos más comunes:
STEP
Se utiliza para marcar el comienzo de un bloque lógico
de un código de programa.
IF
Instrucción que marca el inicio de la parte condicional
de la frase
THEN
Marca el inicio de la parte ejecutiva de la frase.
SET
Se utiliza para cambiar al estado lógico a “1” de los
operandos uni-bit de salida.
RESET
Se utiliza para cambiar al estado lógico “0” de los
operandos uni-bit de salida.
JMP TO
Hace que la ejecución del programa continúe al paso cuya
etiqueta se ha especificado.
NOP
Una instrucción especial, la cual es siempre verdadera
en la parte condicional de la frase. En la parte
ejecutiva es equivalente a “no hagas nada”.
34
OTHRW
Permite continuar con la ejecución del programa cuando
la parte condicional de la frase sea falsa ó equivale a
que las condicionantes no se cumplieron.
3.3 Manejo del software Win FST 4.10.50
Actividades:
1. Nombre del proyecto
2. Descripción del programa
3. Configuración E/S digitales
4. Declaración de variables
5. Programa
6. Cargar el proyecto
7. Monitoreo en línea
1.- Nombre del proyecto
Se crea un nuevo proyecto, de la barra de menú Project
opción new:
Figura 21.- Seleccionar project
35
Se le asigna un “nombre” no mayor a 8 caracteres
Figura 22.- Escribir un nombre
En la ventana de Project Settings, seleccionar el
controlador “FEC Standard” que es el tipo a utilizar, a
continuación se oprime en OK.
Figura 23.- Escribir comentario
36
2.- Descripción del programa
Esto se basa en la documentación del programa, sin embargo no
es necesario.
En la ventana Project Tree (árbol de proyecto) en la
opción Project Documentation dar doble clic.
Figura 24.- Árbol de proyecto
En la ventana emergente se escribe la descripción del
programa
Figura 25.- Documentar proyecto
37
3. - Configuración de entradas y salidas E/S
Mediante un doble clic en la opción I/O Configuration
dentro de la ventana FST Project.
Figura 26.- Configuración de I/O
En la misma ventana se despliega (I/O Configuration)
mediante un clic derecho se elige la opción Insert I/O
Module
Figura 27.- Insertar módulo de I/O
38
En la ventana IO Module Entry se elige el PLC que se
está utilizando en este caso es FC 440 y configuramos
las demás, se acepta la operación y se cierra la ventana
de IO Configuration.
Figura 28.- Selección de tipo de PLC
4.- Declaración de variables
En la ventana Project Tree damos doble clic en la opción
Allocation List y luego con un clic derecho elegimos la
opción Insert Operand y se insertan las variables
necesarias.
Figura 29.- Alta de asignaciones
39
En la opción Absolute Operand se debe utilizar Ix.x para
entradas:
Figura 30.- Alta de entradas
Y Ox.x para salidas.
Figura 31.- Alta de salidas
El valor de x va del 0 al 7
40
5.- Programa
Para generar los programas dentro del software en la
ventana FST Project damos clic derecho opción Programs y
en la ventana New Program
Figura 32.- Alta de programas
Se escoje el programa a realizar en la ventana emergente
New Program
Figura 33.- Selección de tipo
41
Se puede utilizar programa mediante listado de
instrucciones (statement list) ó diagrama de contactos
(ladder diagram):
Statementlist (listado de instrucciones)
Junto con la ventana de programación aparece una barra
llamada STL Shortcuts que puede auxiliarnos en la
escritura del programa.
Se pueden introducir los comandos por teclado o utilizar
la barra de STL Shorcuts.
Figura 34.- Programa en STL
42
Ladder Diagram
Utilizando la barra de LDR Shorcuts se dibujan los
peldaños, se insertan las condicionantes y las salidas
respectivas; quedando como sigue:
Figura 35.- Programa en escalera
43
Cargar proyecto
Para cargar el proyecto es necesario haber compilado el
programa y que no tenga errores de sintaxis, esto se
hace dando clic en el icono de Compile (Ctrl) + (F7)
Figura 36.- Compilación del programa
Posteriormente se carga el proyecto ejecutando el
comando Make Project (F7) es diferente a compilar ya que
construye todo el programa con todos los drivers etc.
Figura 37.- Haciendo el proyecto
44
Finalmente se descarga el proyecto al PLC ejecutando
Download Project ó pulsando F5
Figura 38.- Descargando al PLC
Monitoreo en línea
Puede ir a la opción Online para monitorear el programa
que se esté ejecutando o para monitorear los operandos.
Para ir a modo en línea y ver los operandos dar clic en
el icono Online Display
En la ventana desplegada dentro de la pestaña inputs se
puede observar el estado de los sensores u operandos de
entrada conectados a la tarjeta, en la pestaña outputs
45
las señales generadas, las cuales pueden ser forzadas
directamente desde el software en la tabla obtenida.
Figura 39.- Visualización de operandos en línea
46
CAPITULO IV
PRÁCTICAS
DE
AUTOMATIZACIÓN
47
UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
XALAPA, VER.
LABORATORIO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL
NOMBRE: MATRICULA: .
MATERIA: GRUPO:.
BRIGADA No. SEMESTRE: FECHA: .
PRACTICA Nº 1
NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
FUNCIONES LÓGICAS BÁSICAS
OBJETIVO:
Ser capaz de realizar las funciones lógicas de:
asignación, NOT, AND y la OR con un PLC.
EXPOSICIÓN:
Las funciones son parte de las unidades de
organización del programa y por lo tanto representan
un medio para configurar programas de PLC.
La función de asignación permite que el estado de
una señal de entrada sea transmitido directamente al
estado de una salida del PLC.
48
La función NOT se utiliza para convertir señales
binarias a su valor opuesto.
Cuando todas las señales conectadas en AND están en
1, el resultado es 1. Si una sola de las señales
conectadas es 0, entonces el resultado también es 0.
MATERIAL A UTILIZAR:
Descripción Ejercicio 1 Ejercicio 2 Ejercicio 3 Ejercicio 4
Controlador lógico programable
1 1 1 1
Unidad de conexión
1 1 1 1
Unidad de mantenimiento
1 1 1 1
Distribuidor
1 - - 1
Cilindro de doble efecto
- - - 1
Electroválvula 5/2 vías de una bobina
- - - 1
Entrada de señales eléctricas
1 1 1 1
Interruptor de proximidad inductivo
- - - 1
Dispositivo indicador
1 1 1 -
49
EJERCICIO # 1
“Circuito de una lámpara”
La función asignación
Descripción del proyecto:
Al accionar un botón pulsador (S1), se encienda una
lámpara (H1). La lámpara debe permanecer iluminada
mientras el pulsador está accionado.
Plano de situación:
Diagrama de pulsos:
50
EJERCICIO # 2
“Alarma antirrobo”
La función NOT
Descripción del proyecto:
Detrás del cristal de un escaparate se ha
incorporado un hilo de cable muy fino; este se parte
al romper el cristal e interrumpe el circuito
cerrado.
En este caso deberá activarse una alarma sonora
(zumbador) y un indicador visual (lámpara), estas se
desactivarán al colocar el vidrio nuevo.
Plano de situación
Diagrama de pulsos
51
EJERCICIO #3
“Prensa con barra protectora”
La función AND
Descripción del proyecto:
Una prensa de estampación 1.0 debe avanzar solamente
si se presiona el pulsador S1 y la barrera
protectora se halla cerrada. Si una de estas
condiciones no se cumple, la prensa debe retroceder
inmediatamente. La posición de la barrera protectora
cerrada B1 es detectada por un sensor de proximidad
B1. La herramienta de la prensa avanza o retrocede
por medio de una electroválvula con retorno por
muelle.
Plano de situación
Diagrama espacio-fase
52
Ecuación de movimientos:
EJERCICIO #4
“Sistema de timbre”
La función OR
Descripción del proyecto:
El timbre debe sonar tanto si se presiona el
pulsador S1 como si se presiona el pulsador S2.
Plano de situación
Diagrama de pulsos:
53
AUTOEVALUACIÓN
1. ¿Cuál es el comportamiento de una salida
programada como no-memorizada, si deja de
aplicarse la señal de entrada?
2. En el ejercicio número dos la salida se activa
como no-memorizada. ¿Cuál es el efecto en la
señal de salida, si el cable se rompe y debe ser
reparado?
3. En el ejercicio número tres la salida Y1 ¿Debe
activarse como memorizada o como no memorizada?
54
UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
XALAPA, VER.
LABORATORIO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL
NOMBRE: MATRICULA: .
MATERIA: GRUPO:…………………………………….
BRIGADA No. SEMESTRE: FECHA: .
PRACTICA Nº2
NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
DISPOSITIVO ESTAMPADOR
(FUNCIONES LÓGICAS: AND/OR/NOT)
OBJETIVO:
Ser capaz de realizar combinaciones de conexiones
lógicas con un PLC.
Comprender las prioridades de los operadores
elementales en cada uno de los lenguajes de
programación.
EXPOSICIÓN:
Casi todas las tareas de control requieren la
programación de una combinación de conexiones
lógicas. Para diseñar una solución es necesario
hacer lo siguiente:
55
Establecer una ecuación booleana que describa la
lógica de la tarea de control.
Tener en consideración las prioridades de los
operandos utilizados para la programación.
MATERIAL A UTILIZAR:
Descripción Cantidad
Controlador lógico programable 1
Unidad de mantenimiento 1
Cilindro de doble efecto 1
Electroválvula 5/2 vías de una bobina 1
Interruptor de proximidad inductivo 1
Interruptor de proximidad capacitivo 1
Interruptor de proximidad óptico 1
EJERCICIO
Descripción del proyecto:
Un dispositivo estampador puede hacerse funcionar
desde tres lugares. Se inserta una pieza a través de
una guía, con lo que se activan dos de los tres
sensores de proximidad B1, B2 y B3. Esto hace
avanzar el cilindro 1.0 por medio de la
electroválvula y se corta un rebaje en la pieza. El
ciclo de estampado solo debe dispararse si existen
dos de las señales. Por razones de seguridad, debe
evitarse que el cilindro avance si están activados
los tres sensores de proximidad.
56
1 2 3=1
A
Plano de situación
Diagrama espacio-fase
Ecuación de movimientos:
Diagrama de potencia neumático:
Autoevaluación
1. ¿Por qué el elemento negado tiene que intervenir
en cada paréntesis?
57
UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
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LABORATORIO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL
NOMBRE: MATRICULA: .
MATERIA: GRUPO:.
BRIGADA No. SEMESTRE: FECHA: .
PRACTICA Nº3
NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
MANDO BIMANUAL DE SEGURIDAD
(SISTEMAS DE SEGURIDAD POR MANDO BIMANUAL)
OBJETIVO:
Operar dispositivos utilizando el mando bimanual
EXPOSICIÓN:
El sistema de mando bimanual es un modulo de
seguridad que permite generar una señal neumática
“S” siempre que las señales de entrada “A” y “B”
aparezcan simultáneamente o con un desfase en tiempo
de pocos segundos.
58
MATERIAL A UTILIZAR:
Descripción Cantidad
Controlador lógico programable 1
Unidad de mantenimiento 1
Cilindro de doble efecto 1
Electroválvula 5/2 vías de una bobina 1
Interruptor de proximidad inductivo 1
Interruptor de proximidad capacitivo 1
Botonera 1
EJERCICIO
Descripción del proyecto:
En una máquina se van a estampar piezas, se colocan
manualmente; por seguridad el cilindro neumático
deberá salir solo si se oprimen dos botones
simultáneamente o con una diferencia de tiempo de
0.5 segundos y está activado el sensor de cilindro
retraído. Si el operador trata de dejar activado uno
de los dos por alguna forma, deberá desbloquearlo y
presionarlos simultáneamente para que pueda actuar
el cilindro.
El cilindro regresa si se suelta uno ó los dos
botones ó se detecta sensor de final de carrera.
Plano de situación
59
Diagrama espacio-fase
Ecuación de movimientos:
Diagrama de potencia neumático:
AUTOEVALUACIÓN
1. ¿Por qué se utiliza el mando bimanual?
60
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XALAPA, VER.
LABORATORIO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL
NOMBRE: MATRICULA: .
MATERIA: GRUPO:.
BRIGADA No. SEMESTRE: FECHA: .
PRACTICA Nº 4
NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
FRESADORA
(METODOLOGÍA DE BANDERA)
OBJETIVO:
Realizar programas con superposición de señales
usando la metodología de bandera.
EXPOSICIÓN:
Las banderas, también llamadas memorias,
recordadores, marcas o relevadores internos, son
esenciales sobre todo cuando deseamos hacer ligar
61
diferentes programas cuando utilizamos la
multitarea.
Metodología:
1. Identificar los peldaños que tienen condiciones
similares.
2. Al primer escalón se le llama peldaño base,
colocar un contacto normalmente cerrado de una
bandera.
3. Encender la bandera un peldaño después del paso
anterior.
4. Colocar un contacto normalmente abierto en el
peldaño que se parece.
5. Apagar la bandera un peldaño después del paso
cuatro.
MATERIAL A UTILIZAR:
Descripción Cantidad
Controlador lógico programable 1
Unidad de mantenimiento 1
Cilindros de doble efecto 2
Electroválvulas 5/2 vías de una bobina 1
Electroválvulas 5/2 vías de dos bobinas 2
Entrada de señales eléctricas 1
Sensor de proximidad inductivo 1
Botonera 1
EJERCICIO
Descripción del proyecto:
Mediante ésta máquina se realiza el fresado de
ranuras en marcos de madera, éste es sujetado
mediante el cilindro A; el avance de la mesa de
fresado se hace con una unidad neumática-hidráulica
B.
62
Plano de situación
Diagrama espacio-fase
Ecuación de movimientos:
Diagrama de potencia neumático:
63
AUTOEVALUACIÓN
1. ¿Cuándo es necesario usar la metodología de
bandera?
2. Describa los pasos de la metodología banderas
64
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LABORATORIO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL
NOMBRE: MATRICULA: .
MATERIA: GRUPO:.
BRIGADA No. SEMESTRE: FECHA: .
PRACTICA Nº 5
NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
DISPOSITIVO DE LLENADO DE PIEDRAS DE IGNICIÓN
(SEÑAL CON RETARDO A LA CONEXIÓN)
OBJETIVO:
Ser capaz de realizar un retardo a la conexión de
una señal utilizando el bloque de función estándar
TON.
EXPOSICIÓN:
El bloque de función estándar TON se utiliza para
generar un retardo a la conexión.
65
MATERIAL A UTILIZAR:
Descripción Cantidad
Controlador lógico programable 1
Unidad de mantenimiento 1
Cilindro de simple efecto 1
Cilindro de doble efecto 1
Electroválvula de 5/2 vías de una bobina 1
Electroválvula de 5/2 vías de dos bobinas 1
Entrada de señales eléctricas 1
Sensor de proximidad inductivo 2
Sensor de proximidad capacitivo 2
Botonera 1
EJERCICIO
Descripción del proyecto:
En una tolva hay piedras de ignición, que deben ser
distribuidas en dos puestos de montaje a un ritmo
determinado.
El cilindro A abre y cierra la compuerta del
depósito. Al accionar el pulsador “marcha”, abre el
cilindro A, el cierre. Las piedras de ignición caen
al depósito de la cinta 1. Al cerrar la tolva, el
cilindro B lleva el depósito de la cinta 2 debajo de
la tolva. Nuevamente se realiza la apertura y cierre
de la compuerta. Mientras tanto el depósito de la
cinta 1 pasa al primer lugar del montaje conducido
por la cinta transportadora. En la mesa corredora se
ha colocado ya, otro depósito vacío. Después de ser
cerrada la compuerta por el cilindro A retrocede el
vástago del cilindro B a la posición inicial. El
depósito de la cinta 2 se transporta al segundo
lugar del montaje conducido por la cinta
transportadora. Al accionar nuevamente el pulsador
“marcha”, se realiza un nuevo proceso.
66
Plano de situación
Diagrama espacio-fase
Ecuación de movimientos:
Diagrama neumático de potencia:
67
AUTOEVALUACIÓN
1. ¿Por qué no se puede utilizar en ladder diagram un timer ON DELAY?
2. ¿Por qué en AWL si se puede programar con un instantáneo?
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NOMBRE: MATRICULA: .
MATERIA: GRUPO: .
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PRACTICA Nº 6
NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
RELIEVE DE PIEZAS
(SEÑAL CON RETARDO A LA DESCONEXIÓN)
OBJETIVO:
Ser capaz de realizar una temporización a la
desconexión utilizando el bloque de función estándar
TOF.
EXPOSICIÓN:
El bloque de función estándar TOF, se utiliza para
generar retardos de señales a la desconexión.
69
MATERIAL A UTILIZAR:
Descripción Cantidad
Controlador lógico programable 1
Unidad de mantenimiento 1
Cilindro de simple efecto 1
Cilindro de doble efecto 1
Electroválvulas de 5/2 vías de una bobina 1
Electroválvulas de 5/2 vías de dos bobinas 1
Entrada de señales eléctricas 1
Sensor de proximidad inductivo 4
EJERCICIO
Descripción del proyecto:
Una pieza de trabajo se sujeta mediante la
activación del botón de arranque S1 por medio del
cilindro A, cuando se encuentra sujetada el cilindro
B se extiende y hace el relieve a la pieza de
trabajo. La pieza de trabajo requiere tiempo para
enfriarse, se mantiene sujeta por medio de un
periodo de tres segundos. Este tiempo es iniciado
con el avance del cilindro A.
Se utiliza cilindro A de doble efecto controlado por
electroválvula monoestable y B de doble efecto
controlado por biestable.
Plano de situación
70
Diagrama espacio-fase
Ecuación de movimientos:
Diagrama neumático de potencia:
AUTOEVALUACIÓN
1. ¿A través de que señal empieza a contar el temporizador con retardo a la desconexión?
2. ¿Cómo se lleva a cabo la operación del contacto asociado al temporizador?
71
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MATERIA: GRUPO:.
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PRACTICA Nº7
NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
DISPOSITIVO DE ESTAMPADO DE N PIEZAS
(CICLOS DE CONTEO)
OBJETIVO:
Poder realizar ciclos de conteo por medio de la
utilización de los módulos de función estándar CTU o
CTD.
EXPOSICIÓN:
Los ciclos de conteo forman parte de las operaciones
básicas de un PLC. IDE 1131-3 define tres bloques de
función estándar: CTU y CTD para la realización de
estas tareas.
72
Bloque de función CTU realiza un contador
incremental. Su interface esta definido por medio de
tres parámetros de entrada y dos de salida.
Bloque de función CTD siendo un contador decremental
funciona de forma opuesta al bloque de función CTU.
MATERIAL A UTILIZAR:
Descripción Cantidad
Controlador lógico programable 1
Unidad de mantenimiento 1
Cilindro de simple efecto 1
Cilindro de doble efecto 2
Electroválvula 5/2 vías de una bobina 2
Electroválvula 5/2 vías de dos bobinas 1
Entrada de señales eléctricas 1
Sensor de proximidad inductivo 2
Sensor de proximidad capacitivo 2
Sensor de proximidad óptico 2
Sensor de proximidad 1
Botonera 1
EJERCICIO
Descripción del proyecto:
En una maquina se estampan piezas en ciclos de 10
piezas. El ciclo del programa es iniciado por medio
de un botón pulsador S1. La señal de un detector de
proximidad S2 en el almacén indica si todavía hay
piezas a procesar, si no hay piezas se detienen el
proceso. La pieza se alimenta hacia la maquina por
medio de un cilindro A y se sujeta. A continuación
se estampa a través del cilindro B y posteriormente
es expulsada por medio del cilindro C.
73
Plano de situación
Diagrama espacio-fase
Ecuación de movimientos:
Diagrama neumático de potencia:
74
AUTOEVALUACIÓN
1. ¿Cuándo cambia el estado del contador?
2. ¿Qué pasa si se mantiene oprimido el botón de inicio?
3. ¿Cómo se bloquea la acción del botón de inicio en el contador?
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NOMBRE: MATRICULA: .
MATERIA: GRUPO:.
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PRACTICA Nº 8
NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
UNIDAD DE MONTAJE
(PROGRAMACIÓN EN MODO MULTIBIT)
OBJETIVO:
Aplicación de la programación en modo multibit.
EXPOSICIÓN:
Tanto en las entradas como en las salidas tienen el
valor que esta dado de la forma base 2 elevado a la
potencia de la posición que ocupa, en donde la
posición empieza 0, 1,2,3, n.
Puede ser 2n donde n puede ir desde 0 hasta 15.
76
Dependiendo de las condiciones de entrada se hace
una sumatoria.
El PLC hace una sumatoria de las condiciones para
que se ejecute la acción.
MATERIAL A UTILIZAR:
Descripción Cantidad
Controlador lógico programable 1
Unidad de conexión 1
Unidad de mantenimiento 1
Distribuidor 1
Cilindros de doble efecto 2
Electroválvulas de 5/2 vías ,monoestable 1
Electroválvulas de 5/2 vías ,biestable 2
Sensor de proximidad inductivo 2
Sensor de proximidad capacitivo 2
Botonera 1
EJERCICIO
Descripción del proyecto:
Los bloques alimentados el contenedor, son provistos
de casquillos que son alimentados por otros dos
contenedores respectivos.
Al oprimir botón de inicio el cilindro A desplaza el
bloque y lo mantiene sujetado, a continuación, sale
el cilindro B y coloca a presión un casquillo,
seguido el cilindro C sale para colocar el segundo
casquillo. Una vez realizado esto los cilindros A y
C regresan simultáneamente a la posición retraídos,
y luego el cilindro B se retrae y el bloque
terminado pasa a una banda transportadora.
77
Plano de situación
Diagrama espacio-fase
Ecuación de movimientos:
Diagrama de potencia neumático:
78
AUTOEVALUACIÓN
1. ¿Qué sucede si hay repetición de valores del input Word?
2. ¿Qué valores se le pueden asignar al output Word?
79
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XALAPA, VER.
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NOMBRE: MATRICULA: .
MATERIA: GRUPO:.
BRIGADA No. SEMESTRE: FECHA: .
PRACTICA Nº9
NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
ARRANQUE A TENSIÓN COMPLETA
DE UN MOTOR TRIFÁSICO DE INDUCCIÓN JAULA DE
ARDILLA
(CONTROL DE MOTORES)
OBJETIVO:
Conocer las funciones de los diferentes dispositivos
de control que se utilizan en el desarrollo de los
diferentes circuitos de control de motores.
Aprender la conexión y arreglo de los diferentes
dispositivos de control para el arranque de un motor
de inducción jaula de ardilla.
EXPOSICIÓN:
El concepto de control es extraordinariamente
amplio, abarcado desde un simple interruptor que
80
gobierna el encendido de una bombilla o el grifo que
regula el paso del agua en una tubería, o el piloto
automático de un avión.
Control de motores
El control de motores se puede dar de la siguiente
forma:
Control manual. Cuando el operador realiza todas
las operaciones como pulsar el botón de
arranque, el paro de emergencia, para efectuar
cambios en el funcionamiento de la maquina.
Control semi-automático. Utilizan un arrancador
electromagnético y pilotos manuales como
pulsadores. Se emplea para tener mayor
flexibilidad.
Control automático. Esta controlado por un
arrancador electromagnético que controla todas
sus funciones de manera automática.
En el control de motores se cambia la parte
tradicional de funcionamiento por un programa que
controla el arranque y paro de un motor. La parte de
potencia no cambia. El programa gobernado por el PLC
controla todo el funcionamiento del motor.
MATERIAL A UTILIZAR:
Descripción Cantidad
Modulo de motor de inducción jaula de ardilla 1
Modulo de fuentes de alimentación 1
Relevador de sobrecarga 1
Interruptor de circuito 1
Lámpara roja 1
Lámpara verde 1
Botón start 1
Botón stop 1
Botón paro de emergencia 1
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EJERCICIO
Descripción del proyecto:
Arranque de un motor trifásico jaula de ardilla a
tensión completa, al oprimir botón de arranque se
enciende un motor de inducción a tensión completa,
se apaga una lámpara roja y se enciende una lámpara
verde. Si se detecta una sobrecarga del motor este
se deberá detener y se enciende una lámpara roja y
se apaga la lámpara verde o si se activa el botón de
paro de emergencia por alguna causa.
Diagrama de fuerza Diagrama en escalera
82
AUTOEVALUACIÓN
1. ¿Qué es y para qué sirve un relevador de
sobrecarga (OL)?
2. Explique brevemente el funcionamiento de un
relevador de sobrecarga (OL)
3. ¿Cómo interacciona el paro de emergencia?
4. ¿Por qué se dibujan los contactos de los OL del
botón de stop y paro de emergencia en la línea
de contactos normalmente cerrados?
83
UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
XALAPA, VER.
LABORATORIO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL
NOMBRE: MATRICULA: .
MATERIA: GRUPO:.
BRIGADA No. SEMESTRE: FECHA: .
PRACTICA Nº10
NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
ARRANQUE A TENSIÓN REDUCIDA
DE UN MOTOR TRIFÁSICO DE INDUCCIÓN JAULA DE
ARDILLA
(CONTROL DE MOTORES)
OBJETIVO:
Conocer las ventajas y aplicación de un motor de
arranque a tensión reducida.
EXPOSICIÓN:
Arranque a tensión reducida es reducir la corriente
que demanda un motor en el momento de arranque ya
que su valor puede aumentarla varias veces su
corriente nominal.
84
En el arranque con resistencias se intercalan
resistencias en serie con la alimentación durante el
arranque. A medida que el motor aumenta la
velocidad, se disminuye el valor de las resistencias
y finalmente se cortocircuitan.
MATERIAL A UTILIZAR:
Descripción Cantidad
Modulo de motor de inducción jaula de ardilla 1
Modulo de fuentes de alimentación 1
Modulo de resistencias 1
Relevador de sobrecarga 1
Interruptor de circuito 1
Lámpara roja 1
Lámpara verde 1
Botón start 1
Botón stop 1
Botón paro de emergencia 1
EJERCICIO
Descripción del proyecto:
Al oprimir botón de arranque se pone en marcha un
motor de inducción a tensión reducida durante esta
forma de operación se mantiene encendida una lámpara
verde, transcurrido un tiempo determinado el modo de
operación cambia a tensión completa, de esta forma
se enciende una lámpara roja y se apaga la lámpara
verde, si se detecta sobrecarga se activa paro de
emergencia o se oprime botón de paro, se detiene la
marcha del motor.
85
Diagrama de fuerza Diagrama en escalera
86
AUTOEVALUACIÓN
1. ¿Qué sucede si se presenta una sobrecarga en el
motor y se dispara el OL?
2. ¿Qué cuidados se debe tener en el programa para
el freno magnético?
3. ¿Qué función tienen las resistencias en el
diagrama de fuerza?
4. ¿Qué tipo de temporizador se utiliza en el
arranque a tensión reducida?
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UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
XALAPA, VER.
LABORATORIO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL
NOMBRE: MATRICULA: .
MATERIA: GRUPO:.
BRIGADA No. SEMESTRE: FECHA: .
PRACTICA Nº11
NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
INVERSIÓN DE SENTIDO DE GIRO
DE UN MOTOR TRIFÁSICO JA
(CONTROL DE MOTORES)
OBJETIVO:
Aprender el control de la inversión de sentido de
giro de un motor trifásico.
EXPOSICIÓN:
Para invertir el sentido de rotación de un motor de
inducción se debe invertir el sentido del campo
magnético giratorio generado por sus bobinas.
Al invertir dos fases de alimentación lo que se hace
en realidad es invertir la secuencia de fases de la
línea trifásica de alimentación.
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MATERIAL A UTILIZAR:
Descripción Cantidad
Modulo de motor de inducción jaula de ardilla 1
Modulo de fuentes de alimentación 1
Relevador de sobrecarga 1
Interruptor de circuito 1
Lámpara roja 1
Lámpara verde 1
Botón start 1
Botón stop 1
Botón paro de emergencia 1
Freno magnético 1
EJERCICIO
Descripción del proyecto:
Se tienen dos botones para seleccionar giro a la
derecha o a la izquierda de un motor de corriente
alterna trifásico, jaula de ardilla, una lámpara
verde indica giro a la izquierda una lámpara roja
indica giro a la derecha. Deberá detenerse el
motor girando en cualquier sentido antes de hacer la
inversión. Si se detecta sobrecarga o paro de
emergencia el motor se detiene sin importar el
sentido del giro.
Se agrega un freno magnético acoplado al motor para
detenerlo en menor tiempo.
89
Diagrama de fuerza Diagrama en escalera
90
AUTOEVALUACIÓN
1. ¿Qué se necesita para invertir el giro de un motor?
2. ¿Qué pasa si se energiza al mismo tiempo la
bobina A y la bobina B?
3. ¿Qué sucede si se invierten las tres fases de
alimentación del motor?
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Anexos
A.1 Normas para el uso del equipo neumático
El objeto de estas normas es evitar situaciones de riesgo y/o
daño del equipo. Para garantizar la seguridad, atenerse a las
normas ISO 4414, y JIS B 8370 y otros reglamentos de
seguridad. También puede obtener información más detallada de
las normas de seguridad de los manuales de FESTO DIDACTIC de
neumática y electro-neumática TP101, TP102, TP201 y TP202.
Periódicamente
I. Purgar el depósito de aire del compresor.
II. Purgar la trampa de agua de la unidad de mantenimiento.
III. Revisar el nivel de aceite del depósito en el
lubricador del aire y suministrarle más si así lo
requiere.
En cada práctica
I. Cerciorarse que la unidad de mantenimiento tiene la
presión requerida para el funcionamiento del equipo, y
que ésta presión esté dentro del rango de operación de
los elementos neumáticos que se utilizarán en la
práctica.
II. Sacar de los cajones únicamente el equipo necesario para
la práctica.
III. Quitar la alimentación de aire en el cabezal para hacer
cualquier conexión o desconexión en el circuito. La
energía de la presión en las mangueras el liberada
velozmente. La presión es tal, que las tuberías se
mueven incontroladamente poniendo en peligro a los
practicantes.
IV. Asegurarse de insertar bien las mangueras, hasta el
fondo y escuchar un clic al conectar cada una de éstas.
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V. Poner el seguro a cada una de las conexiones de las
mangueras.
VI. No colocar elementos donde éstos puedan ser alcanzados
por algún cilindro.
VII. No tratar de detener con la mano el recorrido de los
cilindros.
A.2 Normas en el uso del equipo electro-neumático
I. Asegurarse de cumplir con las normas del equipo
neumático.
II. Cerciorarse que el contacto, donde está conectado el
equipo, suministra el voltaje requerido (24 Volts) para
el funcionamiento del regulador.
III. Sacar de los cajones únicamente el equipo necesario para
la práctica.
IV. Asegurarse que los cables utilizados no tengan falsos
contactos ni partes sin aislamiento.
V. Para desconectar los cables, hacerlo tomándolo de la
parte aislada de la conexión, “nunca hacerlo jalando de
los cables”.
VI. Apagar el regulador, o preferentemente desconectarlo,
para realizar cualquier conexión o desconexión en el
circuito, “jamás realizar conexiones o desconexiones con
el circuito energizado”.
VII. Asegurarse que la polaridad es correcta para cualquier
conexión que realicemos.
VIII. Antes de energizar el circuito, revisar que las
conexiones de bobinas y sensores sean correctas.
IX. Por último, pedirle al instructor que revise el circuito
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Bibliografía
Automatización y control
Prácticas de laboratorio
Autores: Dante Jorge Dorantes Gonzales, Moisés Manzano
Herrera, Guillermo Sandoval Benítez, Virgilio Vásquez
López
2ª. Ed., McGraw-Hill, 2004
Controles lógicos programables
Diplomado en automatización industrial nivel básico
FestoDidacticGmbH& Co.,2000
Autómatas programables
Josep Balcells, José Luis Romeral, José Luis Romeral
Martínez
2ª. Ed., MARCOMBO, S.A., 1997
Autómatas programables
Fundamentos, manejo, instalación y prácticas
A. Porras, A.P Montero
El lenguaje de programación
Win FST 4.10 para PLC´s
Edward Gasper
FestoDidacticGmbH& Co., 2004
www.wisegeek.com/what-is-ladder-logic-programming.htm
www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_6/6.html
www.grupo-maser.com/PAG_Cursos/auto2/PAGINA
PRINCIPAL/PLC/plc.htm
www.plcmanual.com
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