Automatizacion Industrial Laboratorio Y Teoría 6c5e6s

[email protected]

Figura 3.5.

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Fotos de interruptores termomagnéticos. Tomado de http://www.zoloda.com.ar/productos/inttermomagdif.htm

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Figura 3.6.

Fotos de interruptores diferenciales Izquierda para tensiones de 230/240VAC, derecha con tensión de 400/415VAC. Tomado de: http://www.zoloda.com.ar/productos/int_termomag_dif.htm

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Los Interruptores Diferencia/es proporcionan protección a las personas contra las descargas eléctricas, tanto en el caso de o directo como o indirecto (sensibilidades inferiores o iguales a 30 mA) y también protección para las instalaciones (sensibilidades de 300 mA). Están diseñados de acuerdo a la Norma lEC 61008 Y pueden ser utilizados como seccionadores. Las sensibilidades de trabajo son 10, 30 Y 300 mA, tanto en ejecuciones bipolares como tetrapolares. Los interruptores diferenciales de la serie NFl se encuentran protegidos contra disparos intempestivos. La figura 3.6, muestra dos interruptores diferenciales, el de la izquierda para tensiones de 230/240VAC y aparatos bipolares, el de la derecha con tención de 400/41SVAC y aparatos tetrapolares; ambos operan a frecuencias de SO/60Hz. Los interruptores de potencia, también conocidos como disyuntores, tienen gran capacidad de ruptura, pudiendo desconectar, incluso, corrientes de corto circuito, por lo que en estos elementos de corte, adquieren gran importancia los dispositivos de extinción de arco. Han de desconectar bajo situación de cortocircuito muy rápidamente sin que sus os resul en perjudicados. Los interruptores de potencia se emplean para protección e redes contra sobre intensidades y corto_ circuitos, para fraccionar y subdividir redes eléctricas, ar acometidas importantes, etc.

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INDUSTR.It.:.: T3:zt:A 3. Dispositivos de Control ~ •

RATORIO

AUTOMATIZACIÓN

56

Figura 3.7. http://3.bp.blogspot.com/

_bdmi8p/T

Foto de disyuntores. Tomado de: 8/RfGCzwigzsII AAAAAAAAAA8/fYzbASXoMRM/s320/fotosica.jpg

Ya que estos dispositivos están permanentemente conectados a los circuitos y su ruptura es poco frecuente, dichos interruptores se construyen para una frecuencia reducida de maniobras; por lo general se considera una duración útil total de 100000 maniobras, por lo que son isibles como máximo unas 30 maniobras por día, situación contraria a la de los interruptores para motores, guardamotores y relés térmicos cuya operación diaria es muy frecuente. Los interruptores rotativos a levas son llaves conmutadoras que han sido diseñados para su aplicación como interruptores principales, control de motores, maniobras en máquinas, etc. Pueden conmutar circuitos que tengan corrientes desde 16A hasta 1500A o más amperios.

Figura

3.8.

Fotos de algunos interruptores rotativos de levas. Tomado de: http://www.zoloda.com.ar/s/i ntrot. pdf

Debido a su función como conmutador, en su diseño y construcción posee características especiales como: son de ruptura brusca, los bloques de os fabricado en poliéster y reforzado con fibra de vidrio para auto extinguir el arco, soporte de los os de latón o cobre y os en aleación de plata por ofrecer gran resistencia al arco y a la soldadura entre ellos, pueden poseer hasta 24 os y si se requieren más, se utilizan arreglos de interruptores en tandem (dos aparatos accio_ nados por el mismo mando). La figura 3.8 muestra fotos de diversos tipos de interruptores rotativos a levas; en algunos de ellos se observan los sistemas de seguridad para evitar que sean accionados accidentalmente.

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL:

57

TORIO

3. Dispositivos de Control Eléctri

3.2.2.

Pulsadores

Los pulsadores se e lea ara la maniobra de ores y combina_ ciones de ellos, abrir o cerrar circ j" s a xiliares, la señalización, el mando de relés, etc. En la figura 3.9 se muestra el es uema de un pulsador. Consta de dos elementos principales:

• Botón pulsador

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Figura 3.9.

• Cámara de os

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Esquema de un pulsador

Al accionar el botón pulsador, este actúa sobre el vástago de la cámara de os, que es mecánicamente solidario con los os de apertura y de cierre, situados en el interior de la cámara. Los pulsadores pueden ser: • De os mantenidos o permanentes (hold): En estos pulsadores al dejar de accionar sobre el botón pulsador, el o correspondiente permanece en el estado a que ha sido llevado por la acción de dicho botón, es decir, actúa como un interruptor y la orden de mando es permanente. • De os por impulsos: En estos pulsadores cuando cesa la acción sobre el botón pulsador, el o retorna a su posición inicial (de reposo).

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Se presenta la siguiente clasificación de los pulsadores: 1. Por las condiciones mecánicas de mando: el pulsador es un dispositivo de accionamiento manual, actuado por un operario, por lo tanto, una clasificación de los pulsadores según este criterio, se refiere a la forma y características de las cabezas de los pulsadores. Entonces se tienen: 1.1 Pulsadores rasantes: que evitan cualquier maniobra involuntaria. 1.2 Pulsadores salientes: recomendados para usarlos con las manos aisladas. 1.3 Pulsadores con capuchón de protección: cubiertos con una goma sintética que asegura protección contra ambientes contaminados con partículas. 1.4 Pulsadores de emergencia con cabeza de zeta: permiten una gran rapidez de maniobra y se recomienda para parada de emergencia; botón con gran superficie y su accionamiento exige pequeño esfuerzo y se puede accionar con la palma de la mano. 1.5 Pulsadores con enclavamiento por llave con cerradura incorporada: permite el enclavamiento en la posición de reposo o de trabajo, según la necesidad. 2. Por las condiciones eléctricas de mando: esta clasificación se refiere a la disposición de las cámaras de os, pues es allí en donde se desarrollan las ó enes e ma do iniciales. Por lo general, una IC[:lOSO o de trabajo, encerrados en la cámara de os está constituida por dos conta . Es posible unir dos o más cáma_ cámara aislante y que son accionados externamente ées:::f-e ~ 3.~ algunas combinaciones. ras, para disponer de varias acciones simultáneas. La ~S

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RATORIO

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIA!.: -

3.

58

Dispositivos de Control 8éG:::'

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Figura 3.10.

Disposidón

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de las cámaras de los pulsadores

3. Clasificación de los pulsadores por las condiciones ambientales. los pulsadores han de trabajar en condiciones ambientales muy variadas, y en su construcción, deben adaptarse a estas condiciones. Se dispone de: 3.1 3.2 3.3 3.4

Pulsadores Pulsadores Pulsadores Pulsadores

para interior y servicio normal, construidos con caja aislante o de plancha de acero aislada. para interior y servicio pesado, construidos de fundición de hierro. para servicio en la intemperie, aislados contra lluvia y polvo. antideflagrantes, es decir para servicio en ambientes inflamables o explosivos.

Figura 3.11

3.2.3.

Fotos de diferentes pulsadores. Tomado de: http://www.raelectronica.es/materialjsignum.jpg

Detectores de posición Frecuentemente

el mando o enclavamiento

de maniobras en ciertas

operaciones, se realiza en función de la posición de alguna pieza o parte de la instala_ ción. Para realizar esta función se utilizan dispositivos auxiliares llamados detectores de posición o fines de carrera.

El detector de posición es un dispositivo de mando ampliamente utilizado en los equi_ pos de regulación, para modificar el circuito de mando de una máquina o equipo. Normalmente el dispositivo está unido mecánicamente con la máquina accionada y puede actuar de diversas formas: • Parando un motor en sus límites normales de carrera o recorrido. • Proporcionar una protección contra excesos de carrera. • Enclavar y regular la sucesión de movimientos de los distintos elementos. • Realizar funciones tales como la inversión de giro, la transferencia a otros circuitos, periodicidad de ciclos de funcionamiento, etc.

Existen en el mercado dos tipos generales de detectores de posición: 1. Detectores de posición para circuitos de mando, cuyos contad circuito de mando. 2.. Detectores de posición para circuitos de potencia, cuyos

están conectados solamente en el están conectados al circuito.

• ORIO

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: 3. Dispositivos de Control Eléctri

59

Enclavamiento

sobre el circuito de ener9í:~

Electroválvulas

Enclavamierrto sobre el circuito de mando

Electroválvulas

Enclavamiento complementario al

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r

enclavamiento

sobre el circuito de mando

Acciona

Doble circuito de enclavamiento

Figura 3.12.

Cuadro que muestra la posición de los fines de carrera en diferentes situaciones de lazos de control

Observación:

Un resguardo es un medio de protección que impide o dificulta el de las personas o partes de su cuerpo, al punto o zona de peligro de una máquina. Un resguardo es un elemento de una máquina, utilizado específicamente para garantizar la protección mediante una barrera material. Dependiendo de su forma, un resguardo puede ser denominado carcasa, cubierta, pantalla, puerta, etc.

El número de os que posee el detector es variable y depende de la cantidad de conexiones requeridas. Oscila desde un o hasta cuatro (máximo) y pueden ser abiertos y/o cerrados, pueden ser, a su vez, normales o solapados. En la figura 3.13 se muestra el esquema de algunos detectores de posición con sus os.

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Figura 3.13. Ese:;

AUTOMATIZAO

3.

RATORIO

60

Dispositivos

Se observa de normali

ad en el número de os, y su característica ispone, entonces, de detectores de ruptura brus_ . La figura 3.14 corresponde a los diagramas de

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ea, ruptura 1--:2 carrera de al~

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Figura 3.14.

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4

carTera

Di2gramas de carrera de los fines de carrera de la Figura 3.13

Ejercicio 3.1 1. Asocie los esquemas de fines de carrera de la figura 3.13 con figura 3.14.

los diagramas de carrera de la

2.

En la figura 3.15(A) se ilustra una aplicación de los detectores de posicion a un circuito de ciclo periódico: Un recipiente cargado (figura (B)) gira para verter su carga y vuelve después a la posición vertical, en la que se detiene para ser cargado nuevamente.

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(B)

Figura 3.15.

(A) Sistema electromecánico

de aplicadól1

(B) Detalle del sistema que es acdonad

'e interrup'or

por

a sistema

7'

fin de carrera electromagnético

/

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL:

• ORlO

61


Una tolva superior (que se indica es la que se quiere hacer mover. U observa que se llenó, acciona el indica la figura (B). Cuando la boca material cae, la tolva continua con s hacia arriba en donde se detiene .

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57'~UÓO')descarga algún material en la tolva vertical, que está pendiente del llenado de la segunda tolva; cuando archa PM y la gran tolva vertical se desplaza como o llega a la parte inferior, por efecto de la gravedad, el asta que regresa a la posición inicial, con la boca

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180°

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CICLO COMPLETO

Figura 3.16.

Ciclo del desplazamiento

270·

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360·

90·

DE TRABAJO

circular de la tolva vertical del ejercicio

2

La figura 3.16 muestra el diagrama del ciclo de desplazamiento en grados de la tolva vertical. Solo está graficado hasta 90° de desplazamiento del disco de la figura 3.15(B). Se indica, al iniciar en 00, que al accionar PM, se energiza RA (bobina del relé auxiliar) e instantes después, cierra sus os auxilia_ res RA1 y RA2. Estos, a su vez, energizan la bobina del or principal y, luego de un retardo pequeño, cierra su o l. Es ahora cuando el sistema mecánico de la figura (B) iniCia el movi_ miento y el operario libera el pulsador PM. Interpretar el diagrama de la figura 3.15, describir cada uno de sus componentes y su función en el circuito. Explicar cómo funciona el circuito electromecánico. Completar el diagrama del ciclo de desplazamiento de la figura 3.16. Proponer aplicación del sistema. Fin ejercicio

Aspecto de diferentes fines de carrera y especificaciones.

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Tipo a ElIIbolo cAarilla ['ul",doro 1 HA

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3.1

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL.: 3. Dispositivos de Control éG:i::::

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GS 105

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2 N.e

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0.20 Nm

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corta

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0.34 Nrn

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0.20 Nm

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Figura 3.18.

3.2.4.

Especificaciones de fines de carrera CALLEN BRADLEY)

El ar

Es un aparato de accionamiento automático y que está en capacidad de conectar y desconectar circuitos con y sin carga. Sig i,ea que tiene dos estados de j' de mando y cuando se funcionamiento: cuando se energiza a través de u cj i '-erruptor gobernado a desenergiza; su funcionamiento es entonces ON/Q . Es distancia por acción de un electroimán.

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: TE 3. Dispositivos de Control Eléctri

La figura 3.19 muestra algunas

63

ORIO

nforman un ar.

Figura 3.19. http://mediateca

Esquema de las partes de un ar. Imagen tomada de: .educa. madrid .org/imagen/ver. php ?id_imagen= 7yk3aqezl19arc6p&id_grupo=

215

Carcasa: en donde se aloja toda la estructura del or. Es de material no conductor con alto grado de rigidez y resistencia al calor, sobre el que se fijan todos los componentes conductores de dispositivo. Circuito electromagnético: conformado por las partes que constituyen bobina, la armadura, el núcleo y el resorte.

al electroimán

como son la

La bobina: Es un alambre de cobre muy delgado que se enrolla alrededor del núcleo y a través del cual la corriente de la fuente va a circular y generar el campo magnético. El flujo magnético produce un par que es superior a la resistencia de los muelles que separan la armadura del núcleo, de manera que estas dos partes (armadura y núcleo) se unen fuertemente y se mantienen en ese estado mientras permanezca energizada la bobina. En el instante de energizar la bobina con corriente alterna, esta presenta una resistencia muy pequeña (prácticamente la resistencia del devanado) de manera que la corriente inicial es bastante alta; esta corriente inicial se conoce como corriente de llamada y es la causante de generar el campo magnético tan intenso para atraer a la armadura, venciendo toda oposición mecánica. Una vez se cierra el circuito magnético, al juntarse el núcleo con la armadura, aumenta la impedancia de la bobina, y la corriente en la bobina se reduce a su valor de trabajo; esta corriente se conoce como corriente de manten[ miento o trabajo y es por lo menos diez veces menor que la corriente d.e llamada. La armadura: es la parte móvil y su función es cerrar el circuito magnético una vez se energiza la bobina. Cuando la bobina está desenergizada, la armadura está separada del núcleo por efecto de un resorte; La separación entre estos dos elementos se conoce como entrehierro. El núcleo: El núcleo es una parte metálica y fija dentro de la estructura del or, de material ferromagnético y generalmente en forma de E, y que va fija a la carcaza. Su función es concentrar y aumentar el flujo magnético que genera la bobina (enrollada sobre él) para atraer con mayor eficiencia la armadura. Se construye con una serie de láminas delgadas, de acero af silicio con la finalidad de reducir al máximo las corrientes parásitas, aisladas entre sí pero nidas fuertemente por remaches. El magnetismo remanente se elimina completamente por m i e la i serción de un material paramag_ nético, complementando al pequeño entrehierro. Cuando se alimenta a la bobina con CA, el núcleo debe I sombra o anillo de desfasaje. Este elemento, al esta

c-

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e .o adicional llamado espira de

'e .., I a principal, suministra al cir_ t'

AUTOMATIZACIÓN

INDU

3. Dispositivos de Control Sé

64

"

cuita magnético un flujo a ,.. -;o diendo la elevación de la co .~ l~ El resorte o muelle, es el e ea a' bobina es desenergizada.

na especie de Cc. Esto evita ruidos y vibraciones, impL ffi2f1[E:fllimiento. e olver los os a su posición de reposo una vez que la

os. Los os son elemleflms nductores que tienen por objeto establecer o interrumpir el paso de la corriente, ya sea en el . o de potencia o en el de mando, tan pronto como se energice la bobina. Éstos se pueden dividir en os principales y os auxiliares. os principales. Son os instantáneos cuya función específica es establecer o interrumpir el circuito principal, a través del cual se transporta la corriente desde la red a la carga. Por esta razón deben estar dimensionados para permitir el paso de intensidades requeridas por la carga sin peligro de deteriorarse. Por su función, son os únicamente abiertos. Cuando un ar bajo carga se desenergiza, produce una chispa, de manera que aunque la parte móvil se haya separado de la fija, el circuito no se interrumpe inmediatamente. Por eso, y más al trabajar con intensidades muy altas, se necesita de una cámara apagachispas, la cual tiene como función evitar la formación de arco o la propagación del mismo.

os auxiliares. Son aquellos os cuya función específica es permitir o interrumpir el paso de corriente a las bobinas de los ores o a los elementos de señalización, por lo cual están diseñados para intensidades débiles (corrientes de comando). Estos actúan tan pronto se energiza la bobina a excepción de los retardados.

Existen dos clases: 1. os NA: llamados también instantáneos de cierre, cuya función es cerrar un circuito cuando se energL za la bobina del ar al cual pertenecen. 2. os NC: llamados también de instantáneos apertura, cuya función es abrir un circuito cuando se ener_ giza la bobina del ar al cual pertenecen. Un ar debe llevar necesariamente un o auxiliar instantáneo NA, cuya función es asegu_ rar la autoalimentación de la bobina, por lo cual recibe el nombre específico de auxiliar de sosten~

miento o retención. Existen ores que tienen únicamente os auxiliares, ya sean NA, NC o combinados. Estos se los llama ar es auxiliares o relés. Cuando un ar no tiene el número suficiente de os auxiliares se puede optar por bloques aditivos o contadores auxiliares

El funcionamiento del ar es semejante al de un electroimán: cuando la bobina es recorrida por la corriente eléctrica, genera un campo magnético intenso, de manera que el núcleo atrae con un movimiento muy rápido a la armadura. Al producirse este movimiento, todos los os del ar (tanto principales como auxiliares) cambian de posición solidariamente: los os cerrados se abren y los abiertos se cierran. Para volverlos a su posición inicial de reposo basta con desenergizar la bobina. Cuando la bobina deja de ser energizada, abre los os por efecto del resorte de presión de los polos y del resorte de retorno de la armadura móvil. La, bo.bina está concebida para resistir los choques mecá icos provocados por el cierre y la apertura de los os y los choques electromagné 'cos ebidos al paso de la corriente por

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL:

65


sus espiras; con el fin de re monta sobre amortiguadores.

es mecánicos la bobina o circuito magnético se

Los bornes de conexión de los ea letras que permiten identificarlos, fe

aR y UN O

·Iit·

CON TRES

res se ombran mediante cifras o códigos de cifras y las labores identificación y cableado.

:3nC;O

C

ACTOS

Y TRES OS

AUXILIAR

Figura 3.20.

PRINCIPALES

Representación

AUXILIARES

simbólica de dos contadores

• Los os principales se identifican con una sola cifra, del 1 al 6. • Los os auxiliares están referenciados con cifras de dos dígitos. Las cifras de unidades indican la función del o, así: -+ -+ -+ -+

1 Y 2, 3 Y 4, S Y 6, 7 Y 8,

o o o o

normalmente cerrados (Ne). normalmente abiertos (NA). de apertura temporizada. de cierre temporizado.

La cifra de las decenas indica el número de orden de cada o en el ar.

En un lado se

indica a qué ar pertenece. • La bobina de un ar se identifica con las letras Al y A2. En su parte inferior se indica a qué ar pertenece. • El ar se denomina con las letras KM seguidas de un número de orden.

En igual forma, el funcionamiento del ar es semejante al de un relé, con la diferencia que el ar está en capacidad de manejar corrientes muy altas. Como todos los dispositivos, presenta ventajas y desventajas en su uso. Dentro de las ventajas están: • Control y automatización de equipos y máquinas con procesos complejos. • Automatización en el arranque y paro de motores. • Posibilidad de maniobrar circuitos con corrientes muy altas mediante corrientes débiles. • Posibilidad de controlar completamente una máquina desde varios puntos de maniobra (estaciones). • Seguridad de los operarios puesto que las cargas (motores u otras cargas) están alejadas de los o_ res y circuitos de mando.

Las desventajas en el uso del ar son: • Costo y tamaño: son costosos y de gran tamaño y cuan" o mayor sea la corriente de manejo, su costo y volumen aumentan. • Duración: por ser dispositivos con partes mecánicas, s t2dos se desgastan por las repetidas operaciones y por las chispas que se generan. La especificació da •.j er de cierres-aperturas es limitada. • Requieren de mantenimiento.

AUTOMATIZACIÓN

INDU

66

3. Dispositivos de Control EJéc:-'c Ejemplo de especificaciones

ores de potencia:

Descripción: Contadores e. Rango de Potencia: 55 a 2 Corriente nominal: 120 a 55 :, .C--. Tensión de empleo: 400Vac, -11 fe No de polos: 4 Temperatura de operación: -25 a

ares para cargas trifásicas. Operación en AC y DC Bobinas DC

OC

La figura 3.21 muestra fotos de diferentes dispositivos de potencia de la marca SIEMENS.

Interruptores automáticos

Relé de sobrecarga

Figura 3.21.

o res

Relé de tiempo electrónico

Fotos de algunos dispositivos electromecánicos

SIEMENS

La figura 3.22 muestra la simbología eléctrica de algunos de estos dispositivos.

ORES

Al

lJ

3J

5J 13J

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53J

ADITIVOS

PARA

RELÉS TÉRMICOS DE PROTECCiÓN

ORES

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1 3 5 97J 95l m¡s-}-TrJ' 2 4 6 98

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ORES

AUXILIARES

13J 23J 33J 43J

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A2 -;~-~J--3~r~J GUARDAMOTORES o INTERRUPTORES

AUTOMÁTIcos

SECCIONADORES PORTA-FUSIBLES 11

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2

Figura 3.22.

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Esquema de la disposidón Distintos dispositivos

i: rontactos ,e:2

icos

de

INDUSTRIAL: TEO 3. Dispositivos de Control Eléctrico

AUTOMATIZACIÓN

3.2.5.

67

Relés de Estado Sólido

En general, un relé es n conmutador eléctrico especializado que permi_ te controlar un dispositivo de gran potencia mediante un dispositivo de potencia mu_ cho menor. El relé clásico, dispositivo electromecánico, está formado por un electroimán y unos conmutadores mecánicos que son impulsados por el electroimán. El electroimán requiere una corriente de algunas decenas o centenas de miliamperio, generada por tensiones de algunos voltios, mientras que los os pueden estar sometidos a tensiones de cientos de voltios y corrientes de unidades, decenas hasta centenas de amperio, dependiendo del dispositivo y sus especificaciones. Por tanto, el conmuta_ dor permite que una corriente y tensión pequeñas, controlen tensiones y corrientes elevadas.

Se pueden generalizar las características de los relés electromecánicos así: • • • •

Aislamiento entre los terminales de entrada y salida Adaptación sencilla a la fuente de control Posibilidad de soportar sobrecargas, en los circuitos de entrada y de salida. Las posiciones de los os se caracterizan por tener: - Alta impedancia en el estado del o abierto - .Baja impedancia en el estado de o cerrado.

El relé de estado sólido (SSR: Solid State Relay) es un circuito electrónico que contiene en su interior un circuito disparado por nivel, acoplado a un interruptor semiconductor, que puede ser un transistor o un tiristor. Un diagrama en bloques que representa al relé SSR se muestra en la figura 3.23.

SALIDA TENSiÓN DE MANDO

SISTEMA DE ACOPLAMIENTO

Figura 3.23.

CIRCUITO DE CONMUTACiÓN

TENSiÓN DE CONMUTACiÓN

Diagrama en bloques de un relé de estado sólido

La estructura del SSR está constituida por: 1. Circuito de entrada o de mando: El mando puede ser por tensión continua o tensión alterna. Para tensión continua, con algún diodo en antiparalelo para evitar daños por inversión de la polaridad. compatibles con TIL, CMOS y otros valores normalizados: 12V, 24V, 48V, etc. Para tensión de comando polarizar al fotodiodo.

2.

alterna,

se coloca un puente rectifica

r y una fuente

la entrada es por fotodiodo, Los niveles de entrada son

de corriente

continua

para

Acoplamiento:

El acoplamiento con el circuito se realiza por medio de encuentre acoplado magnéticamente con el circuito de OlS;JCjD

- medio de un transformador

que se

;O-e

AUTOMATIZACIÓN

3.

lABORATORIO

INOU

3. Dispositivos de Control

68

BéL:.. -.

Circuito de conmuta·

I

El circuito de salida contie e los excitador. El circuito dependerá si se

~.

- -.- lOS semiconductores de potencia con su correspondiente circuito ._-e¡e conmutar AC o DC

Un SSR contiene uno o más indicadores de la activación y funcionamiento. Po_ seen aislamiento óptico media >-eun fototransistor o fotodiodo, que permite acoplar el circuito de control con el dispositivo de conmutación. El dispositivo de conmutación es típicamente un MOSFET o un TRIAC. Los relés de estado sólido no siempre pueden utilizarse de la misma manera que un relé electromecánico (EMR: E1ectro-Magnetic Re/ay), en aplicaciones como: • Cargas muy indudivas como los transformadores y bobinas de choques. Estas cargas pueden crear corrientes altas y sobretensiones que pueden afectar al relé; las tensiones muy altas se asocian a los transformadores, ya que estos tienden a saturarse. • Las cargas dinámicas como motores y solenoides debido a las altas corrientes y desfases entre voL taje y corriente en estos dispositivos. • Las lámparas con filamento de tungsteno que presentan también momento del encendido, mientras se alcanza la temperatura de trabajo.

corrientes

muy altas en el

R "I../V\¡

Figura 3.24. Esquemabásicode un SSR

Un esquema básico de un SSR se muestra en la Figura 3.24. Ventajas de los Relés de estado Sólido: • No poseen partes móviles y por tanto no existe desgaste, además de ser silenciosos. • No se ven afectados por los rebotes o arcos en los os. • Funcionanprácticamente sin ningún ruido. • Las interferencias electromagnéticas son muy bajas, ofreciendo así una conmutación eficiente, para toda carga. • Poseenun gran aislamiento entre la entrada y la salida, aspecto importante cuando se quiere proteger equipos conectados al relé. • Puedenser activados por una corriente de entrada muy baja. • Pueden soportar frecuencias de conmutación elevada. • Puedensoportar ambientes extremos (polvo, humedad, combustible) • Puedentrabajar en ambientes explosivos, ya que no general arco ni chispa • Son rápidos • No requieren mantenimiento

AUTOMATIZACIÓN IN DUSTRIAl.; 3. Dispositivos de Control El' "

-

RATORIO

69

Desventajas de los SSR: • La salida se daña por sobrevoltcje s:::::~cc:neI1tles • La salida opera con niveles de o· ~e "E:>'"..e educidos (comparados obviamente con los EMR) • La resistencia en conducción es m ~ I:;-a e que los os del relé EMR. • La capacitancia parásita de salida es
Jr

Usos industriales: Tienen amplia gama de aplicaciones a nivel industrial tales como: • • • •

Aparatos de control Arrancadores progresivos Autómatas programables Avisadores en alarmas

• • • • •

Barreras de seguridad Fuentes de alimentación, transformadores, Pequeños Motores Sistemas de alimentación interrumpida Sistemas de seguridad

estabilizadores

Una aplicación del relé de estado sólido es en la construcción del controlador lógico programable (PLC) para utilizarlo en las salidas del equipo. Dadas sus características y alta inmunidad al ruido, el relé de estado sólido resulta adecuado en estas aplica_ ciones, ya que los PLCs son equipos que deben trabajar en ambientes industriales muy agresivos, tanto desde el punto de vista eléctrico como ambiental.

Figura 3.25.

Foto de distintos

SSR. Imagen

copiada de: http://www.veto.c1/pdf/00301.pdf

Comercialmente también se dispone de dispositivos de estado sólido que pueden manejar tensiones y corrientes altas; estos son los ores de estado sólido. El funcionamiento y estructura de estos ores es semejante al de los SSR, con la diferencia que los ores tienen mayor ca aci ad de corrientes y tensiones. Pueden reemplazar a sus contraparte ele ec.á ¡ca, claro está, hasta ciertos límites de corriente.

AUTOMATIZACIÓN IN

3. Dispositivos

70

de Con

Originalmente los ciales, pero actual excelentes caracterí ." • • • • • •

<:>

-

(:::_'=

semiconductores fueron utilizados en naves espa_ para aplicaciones en la industria. Algunas de sus stan con las de los ores electromecánicos) son:

Casi ilimitada -da Alta capacidad de ~ -_JOS Tiempos de conm r _. --íT?-apertura) Ningún ruido de con€XJ(}fI Resistente a las vibra - es lpes Alta fiabilidad de ea

Figura

3.26.

Foto de contadores

menores que lOms

de estados sólido de KLOCKNER MOELLER

En la foto de la figura 3.26 se muestran tres ores de estado sólido del fabricante KLOCKNER MOELLER; el de la izquierda es trifásico y el del centro es de una fase. Pue_ den manejar cargas hasta de 50A @ 500V, Los ores de estos fabricantes cum_ plen con las normas EN 69 947-4-2 y, por sus características de rápidos, silenciosos y seguros, se pueden utilizar en campos como: procesos de automatización, control de temperatura, equipos de electromedicina, aplicaciones en naves aéreas, iluminación, etc. Dada su construcción y hermetismo del circuito electrónico, son adecuados en aplica_ ciones en la industria química (ambientes altamente contaminados). Para aplicaciones con cargas resistivas son una excelente alternativa; estas aplicaciones:

ejemplos de

* Equipos de calefacción y refrigeración

*

Controles de luminarias

* Equipos de señalización

* *

Hornos En fotocopiadoras.

Inyectores, vulcanizadotas.

Para todas estas aplicaciones, debido a la naturaleza de las cargas (cargas resistivas), muchas de ellas generan corrientes de gran intensidad; por ejemplo, en el encendido de las luminarias, las altas corrientes que generan reducen su periodo de vida. Los ores electrónicos son dispositivos de conexión con cruce por cero, es decir, al estar co ectados a cargas resistivas, las señales de tensión y corriente no están desfasadas, r lo tanto, cuando se da la señal de apagado del ar, no permite el paso e "ente ni tensión cuando las señales pasan por cero.

-----~

71

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO 3. Dispositivos de Control Eléctrico

La conmutación de estos contadores se hace mediante dispositivos de estado sólido, por ejemplo, SCRs (redificadores controlados de silicio), TRIACs O MOSFETs y en las últimas unidades se han utilizado conmutación con IGBT (transistores bipolares con puerta aiSlada); las salidas del or están aisladas galvánicamente con opto-acopladores. Esta construcción elimina arcos, quemaduras, fallas en os y, obviamente, el ruido. En cuanto a las cargas inductivas, como los motores, la categoría de empleo AC53 de los ores de estado sólido es equivalente a la categoría AC3 de los ores electromecánicos. Para cualquier motor de O.55KW a 7.5KW y tensiones de acciona_ miento desde lOV hasta 30VDC o 90VAC hasta 240VAC, estos ores son óptimos; también se utilizan para la inversión de giro de motores con potencias desde O.55KW hasta 2.2KW. El estado del or puede leerse mediante un LED o dos LEDs para indicar el sentido de giro. Para las sobre-intensidades que se presentan por manejo de cargas inductivas, los ores de estado sólido están protegidos con una red Re y varistor. Algunas aplicaciones de los ores de estado sólido con cargas inductivas: • Máquinas textiles • Prensas • • • •

Escaleras eléctricas y ascensores Equipos de purificación Máquinas de llenado Motores de corriente continua para control de posicionamiento

3.2.6.

y transporte.

Temporizadores

Un temporizador es un aparato mediante el cual se puede regular la conexión o desconexión de un circuito eléctrico, luego de transcurrir un tiempo previa mente programado. El temporizador es un tipo de relé auxiliar, con la diferencia que los os del temporizador no cambian de posición instantáneamente. En diversas operaciones y procesos industriales, se deben retardar ciertas acciones de una duración bien definida. Estos eventos están mandados por el cierre o apertura de un o, entonces se utilizan para la temporización los re/és temporizados. La precisión de los retardos tiene una gran influencia sobre la calidad de los productos obtenidos; por ejemplo, en soldadura eléctrica, la calidad de cada punto de soldadura depende de la exacta duración del paso de corriente. Los temporizadores se pueden clasificar de acuerdo a como se energiza en: térmicos, neumáticos, electrónicos. De acuerdo a la forma de temporizar, pueden trabajar a la conexión o a la desconexión y algunos especiales tienen las dos formas de trabajo, conexión-desconexión.

~.

AUTOMATIZACIÓN

BORATORIO

INDU

72

3. Dispositivos de Control

Temporízador a la co

é cuyo o de salida conmuta después de un cierto bobina Al-A2 a la red. El tiempo de retardo es ajustado crónico. También se puede regular mediante un potenció_ ncia.

retardo a partir del instan e . con un potenciómetro o reg;:::~metro remoto permitiendo el - le

Temporízador a la descone

"ó. .

aplicar la tensión de alimenta" conectado durante el tiempo prog

relé cuyo o de salida conecta instantáneamente

=s

al

2 - bobina. Al desenergizar la bobina, el o permanece

c. e ,luego, el o vuelve al estado inicial.

BOBHIA'-

EXCITADA -NO EXCITADA

OS(

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REPOSO

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BOBINA {EXCITADA NO EXCITADA

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BOBINA {EXCITADA NO EXCITADA ~

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Figura

3.27.

t

~~C

-+ ..-t~

(c)

Diagrama que muestra el funcionamiento de los temporizadores (A) Temporizador a la conexión B) A la desconexión (C) Temporizador a la conexión-desconexión

La figura 3.27 ilustra los diagramas de tiempo de tres temporizadores: La figura (A) corresponde a la operación del temporizador a la conexión; cuando la bobina se energiza, se inicia la temporización y luego de transcurrir el tiempo programado ta, los contac_ tos cambian y se mantienen en ese estado mientras la bobina esté energizada. Al esenergizarla, los os vuelven al estado de reposo. La Figura (B) representa el funcionamiento del temporizador a la desconexión; en el instante que se energiza la bobina, todos los os cambian y se mantienen en ese estado mientras la bobina esté energizada. Cuando se desenergiza, los os se mantie_ nen accionados y se inicia el tiempo programado tí, al transcurrir ese tiempo, los os vuelven al estado de reposo. La Figura 3.27(C) muestra el funcionamiento del temporízador a /a conexión desconexión; como se observa, resulta de la combinación de los dos temporizadores anteriores.

AUTOMATIZACIÓN

3.

r

INDUSTRlAL:

-

73

RATORIO

Dispositivos de Control El' . .

Figura

3.28.

Fotos de diferentes tipos de temporizadores. Tomado de: http://es.rs-online.com/web/search/searchBrowseAction.html

De acuerdo a la forma de energizar al temporizador, se puede disponer de: Temporizadores térmicos. Actúan por calentamiento de una lámina bimetálica; el tiempo viene determinado por el curvado de la lámina. Tiene un transformador cuyo primario se conecta a la red y el secundario, que tiene pocas espiras y está conectado en serie con la lámina bimetálica, siempre tiene que estar en corto circuito para producir el calentamiento de dicha lámina, por lo que cuando realiza la temporización, se tiene que desconectar.el primario. Temporizadores neumáticos. El funcionamiento de este temporizador está basado en la acción de un fuelle que se comprime al ser accionado por el electroimán del relé. Al tender el fuelle a ocupar su posición de reposo, lo hace lentamente, ya que el aire ha de entrar por un pequeño orificio, que al variar de tamaño cambia el tiempo de recuperación del fuelle y, por tanto, la temporización. Temporizador electrónico: condensador

El principio básico de este tipo de temporización es la carga o descarga de un a través de una resistencia. Los condensadores son electrolíticos con resistencia de aislamiento

mayor que la resistencia de descarga.

Temporizadores para arranque estrella-triángulo: Es un temporizador dispuesto a gobernar la opera_ ción de arranque estrella-triángulo de los motores trifásicos. Al aplicar la tensión de alimentación, los os del temporizador permiten la disposición estrella del motor durante un tiempo regulable (teóricamente el tiempo que tarda el motor en alcanzar el 75% de su velocidad nominal) al cabo del cual se abren sus os; ahora el motor queda con la conexión triángulo. La figura 3.29 presenta los símbolos eléctricos de los temporizadores a la conexión y desconexión. Posteriormente¡ en los siguientes capítulos¡ a estos temporizadores se les asigna otros nombres equivalentes¡ así¡ al temporizador a la conexión se identificará como TON y al temporizador a la desconexión se identificará como TOF.

TEMPORIZADOR

AL TRABAJO o A LA CONEXIÓN CON CUATRO OS ABIERTOS INSTANTÁNEOS Y UN O ABIERTO Y OTRO CERRADO TEMPORIZADO

CON UN O CONMUTADO TEMPORIZADO (CONEXIÓN-DESCONEXIÓN)

Figura 3.29.

Esquemas de los temporizadores

a le

- ---'- : :::.=;:::

su simbología eléctrica

-=-.

AUTO MATIZACIÓN

3. Dispositivos

RATORIO

INDU

74

de Con

REPOSO CON CO T:' TEMPORIZ."..J

CON CUATRO OS ABIERTOS INSTANTÁNEOS Y UN PAR ABIERTO-CERRADO TEMPORIZADO

"""~=~---

PROGRAMADOR

O A LA DESCONEXIÓN

TEMPORIZADO A1.-A2

17-18 27-28 37-38 Figura 3.29.

(Cont) Esquemas de los temporizadores

a la conexión y desconexión y su simbología eléctrica

Algunas especificaciones de temporizadores dadas por fabricantes: • • •

Total ajuste de los intervalos de tiempo 24 a 240V ACfDC, SO/60Hz DIN436S0

• • • • • •

LEDs indicador de operación Botón de prueba (Test') Temporizador ajustable desde O a 30s, O a 4Smin Temperatura -10°C a +SooC Corriente a vacío lOA Consumo 4mA

3.2.7.

Contadores

Los contadores son también aparatos utilizados aplicaciones de procesos industriales, por ejemplo: conteo de una banda transportadora, número de productos empacados, se repite una secuencia para completar un lote de producción,

frecuentemente en las productos al pasar por número de veces que etc.

Pueden ser electromecánicos, cuando están construidos en forma semejante a los relés o electrónicos cuando se construye basado en dispositivos de estado sólido. En la figura 3.30 se muestran fotos de contadores industriales de los fabricantes Kübler, OMROM, y esquemas de aplicaciones utilizando contadores.

HENSGTLER,

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: 3. Dispositivos de Control El' . .

75

TORlO

Figura

3.30. Fotos de contadores electrónicos digitales OMRON, HENSGTLER y KObler utilizados en la industria. Se muestran esquemas de aplicaciones utilizando contadores. Las imágenes son tomadas de: http://www.kuebler.com/spain/index.html

\

3.2.8.

Detectores de Proximidad

Son dispositivos que detectan la presencia de objetos de diferente natu_ raleza. Al hacer la detección actúan los os que poseen, accionando las cargas que teflgan conectadas. Generalmente estos dispositivos son electrónicos y depen_ diendo del material a detectar así mismo es la construcción del detector. A continua_ ción se describen algunos de esos detectores. La figura 3.31 muestra fotos de diferen_ tes detectores. ~". "Ó·.Detectoresde proximidad inductivos. Son interruptores electrónicos de características estáticas sin elementos electromecánicos. Su funcionamiento se basa en un circuito resonante Le e c' eruencial que deja de oscilar ante la presencia de un objeto metálico. El circuito inductivo se encuentra abierto por la cara sensible del detector, cerrándose sus líneas de cam - aire. La proximidad de un objeto metálico produce variaciones en el circuito oscila :-c','Ot!:::cn la amortiguación y cese de las oscilaciones.

í

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO

76

3. Dispositivos de Control Eléctrico

Figura 3.31. Fotos de distintos detectores de proximidad. Tomado de: http://www.ifm-electronic.com/ifmar/web/pmainl!l_lO.html

Estas variaciones proporcionan en el circuito de salida del detector, la correspondiente señal para controlar las cargas conectadas a sus os. La figura 3.32 muestra el diagrama de bloques de uno . de estos detectores.

1ª~~H#HJrH~~ ~ro

Campo del sensor

Figura 3.32.

Osciladcr Demcx:JuladorDisparador Amplificador de salida

Diagrama en bloques de un detector de proximidad inductivo

Existen diferentes tipos siendo los más importantes: • • •

Corriente continua a dos hilos Corriente continua a tres hilos Corriente alterna a dos hilos.

Los detectores de proximidad inductivos Namur (norma de la comunidad de trabajo para la medida y regulación en la industria química) con salida a dos hilos, actúan como una impedancia variable, modificando su consumo de corriente al acercarse un metal a la cara sensible. Está formado por un detector y un amplificador. En los detectores de proximidad inductivos De a 2 hilos, su alimentación se realiza por dos hilos intercambiándose la carga a controlar en serie con uno de ellos. Por esta razón, existe una intensidad residual o corriente de fuga cuando el detector está desactivado y una tensión residual cuando está activado; la tensión residual cuando está activo puede variar entre 7V a 80V y la corriente residual cuando está desactivo es de 1.5mA máximo. Estos detectores se pueden conectar en serie o paralelo; al conectarlos en serie, hasta que todos los detectores sensen objeto, la carga no se activa, mientras que al conectarlos en paralelo, cualquiera de los detectores que sense objeto, activará la carga conectada en sus os.

INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO Dispositivos de Control Eléctrico

AUTOMATIZACIÓN

3.

77

Los detectores de proximIdad inductivos DC de tres hilos constan del circuito oscilador acoplado en el propio detector, con un circuito de disparo y una etapa amplificadora con salida digital. El detector tiene dos hilos de alimentación y un hilo para la transmisión de la señal de salida. El detector está internamente protegido contra corto circuito y error de conexión. La salida puede ser negativa (transistor NPN) o positiva (transistor PNP); también se pueden conectar en serie o paralelo. En el funcionamiento de los detectores, se debe tener en cuenta que al activarse, cada detector produce una caída de lV aproximadamente, así que al conectarlos en serie, se suma la caída individual de cada detector. Los detectores de proximidad inductivos de dos hilos AC constan del circuito oscilador acoplado en el propio dispositivo, con un circuito de disparo y una etapa de potencia en AC con salida por tiristor. La salida se realiza por dos hilos intercambiándose la carga en serie con uno de ellos. La salida puede ser NO (normalmente abierta) o NC (normalmente cerrada). Cuando la salida está activada, existe una tensión residual de 8V máxima a través del detector; la intensidad residual que circula por la carga cuando el detector está activo es de 2.5mA máximo.

Detectores de proximidad capacitivos. Son interruptores electrónicos de características estáticas que actúan sin componentes mecanlcos, igual que en los detectores inductivos; los detectores capacitivos operan con un circuito resonante pero RC, ajustado a un punto crítico próximo al de oscilación, que se inicia al modificarse algunas de las constantes del circuito. Las líneas de campo eléctrico del condensador del circuito oscilante, cuyas placas forman parte de la cara sensible del detector, se cierran a través del aire. Al acercarse a este condensador un objeto con una constante dieléctrica superior a la del aire, se provoca una variación de su capacidad que ocasiona el desequilibrio del circuito y el inicio de las oscilaciones. Esta variación de la capacidad es función tanto de la constante dieléctrica como del volumen, densidad y compatibilidad del objeto o sustancia a detectar; así que los detectores llevan incorporados ajustes de sensibilidad para adaptarlos a cada uno de los elementos a detectar, de acuerdo a sus características. Existen dos tipos de campo de acción de los detectores: Tipo A: tienen alta concentración de campo, logrando una gran sensibilidad pero el alcance es muy limitado. Tipo B: con poca concentración de campo, sensibilidad baja y buen alcance.

Controles fotoeléctricos. Su funcionamiento se basa en el aprovechamiento del efecto producido por una radiación luminosa, emisor, al incidir sobre un elemento fotosensible, receptor, dando lugar a una circulación de corriente. La interrupción total o parcial de la citada radiación modifica la cantidad de corriente circulante, siendo estas variaciones las que, convenientemente amplificadas, permiten controlar el circuito de salida del amplificador. La emisión se efectúa por un diodo electroluminiscente (GaAsIRED) que emite una radiación invisible modulada, lo que garantiza una alta inmunidad a otras fuentes luminosas así como una vida práctica_ mente ilimitada. Su bajo consumo, nulo calentamiento y ausencia de filamento, garantiza una duración muy superior de este tipo de controles fotoeléctricos frente a los que utilizan lámparas de incandescencia.

Los detectores fotoeléctricos tienen diferentes sistemas de detección, como son:


78

3. Dispositivos de Control Eléctrico • De barrera: Emisor y receptor están contenidos en cabezalesseparados. Se utiliza, en general para alcances grandes, ambientes polvorientos o detección de objetos reflectantes. • Retro reflexión (Ref/eX): Emisor y receptor están contenidos en la misma caja reflejándose el haz de rayos en un reflector situado enfrente. Se utiliza para alcances medianos, siendo muy fácil su instalación. • Reflexión directa (Proximidad): Emisor y receptor están contenidos en la misma caja reflejándose el haz de rayos en el propio objeto a detectar. Se utilizan para alcances cortos.

El funcionamiento de los diferentes controles fotoeléctricos descritos con anterioridad puede ser con luz o en oscuridad. En el funcionamiento con luz, el detector se activa cuando el fotoeléctrico detecta ausencia de luz, teniendo en cuenta no superar la distancia máxima recomendada entre emisor y receptor. El área de detección o zona donde es posible la detección óptica de un objeto, será diferente según el método que se utilice: si se utilizan los sistemas de barrera y reflex, el objeto a detectar debe ocupar al menos el 90 % del área de detección para ser detectado. El área de detección en el sistema de barrera es la zona comprendida entre los extremos dé las lentes de cada cabezal. Si se utiliza el sistema de retro reflexión, el área de detección será la zona comprendida entre los extremos de las lentes y los extremos del reflector. En cambio en el sistema de reflexión directa, es la zona comprendida por el solape de los campos de emisión y recepción.

Tablade características y especificaciones detectoresfotoeléctricostomadadel manualdefabricante

10 a 40 VDC 84-718510* 84-718• 511*

2 a 10

PNP NO

M1S

200 (max)

25

2 a 10

NPN NO

M1S

2 a 10 :-----1---------1----..-.-----..-.-.-. 10 I

¡ : 20 a 265 I ! 2 !¡Cables: VAC ' VAC . 10 a 500

12-

¡cables VAC

10

2

a 10

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,20 a 265 12""------1-----1-------'

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528

¡cables:

VAC

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530

I VDC

VDC

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1

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sin polaridad

led indicador

M1S

Led indicador

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NC sin polaridad

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2 a 16

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(selecclonable) I

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Led indicador

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cortoCircUito. y

,

l. mala conexlon -; , M3~1 ---------------~-~ . 84-718-e;,:, -10'-:;;;-I~<e-~----~ -20-::r--::-~-- -----~-~----------------------------(-3~:5- '::::~:c-'+P::~:~;~~~~~;m :

AUTO MATIZACIÓN

INDUSTRIAL:

TEORÍA

Y LABORATORIO

79


3.2.9.

Presóstatos de Potencia

Son detectores construidos con semiconductores que sensan cambios de presión. Tienen infinidad de aplicaciones a nivel industrial. Pueden medir presiones de unidades de psi hasta cientos de psi (PSI: Pound Square Inches). Construidos para trabajar en medios no corrosivos y no iónicos como el aire y gases secos. Los presóstatos pueden tener varios rangos en la medida de presiones absolutas y diferenciales, desde o a lpsi hasta o a 150psi. Los sensores absolutos tienen una refe_ rencia interna al vacío y una salida proporcional a la presión absoluta. Los sensores diferenciales permiten la aplicación de presión en los dos lados del diafragma del detector.

FIGURA A

Eq"ivalen' Circuil

Note.: Poiari'y applie$ lor p:¡sjlive press'Jfe .ppl",d lO .he· high !""SSU'" po~. ;:>1.

Figura

3.33.

NPACI(AGE

FIGURA B

f)GFlOUND 2) +OUTI'UT 3) +VS 4) -0UTPUT

BI\SIC SENSOR PACKAGE

A la izquierda se tiene un circuito equivalente En el centro los diagramas de encapsulado y a la derecha fotos de algunos presóstatos

del presóstato,

Campos de aplicación en electromedicina, barómetros, controles industriales, etc.

Tabla característica de algunas especificaciones LINEALIDAD E HISTERESIS MAXIMA 3.6 9 PRESION 1.8 (mV¡psi) B A 1I 11 00.1 11 11 11 111 48 18 911111111111111111111 1111 SENSIBILIDAD 0.2 36 01psi 0-5 100 30 15 psi psi 0-200 150 30 60 20 150 psi psi IIDIFERENCIAL IIABSOLUTO 11 11 DIFERENCIAL 11 RANGO DE ±%FS

ICODIGOIGIFIGURAI

de presóstatos dadas por el fabricante

•

MATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO de Control Eléctrico

80

·spositivos

.2.10.

Otros Dispositivos

Se tienen otros dispositivos que son utilizados en el ambiente industrial , que forman parte de procesos o de las plantas de producción. Algunos de estos mponentes son: Sirenas y pilotos de señalización: Forman parte de los sistemas de alarmas e indicadores, tan importantes en los procesos puesto que dan aviso a los operarios del funcionamiento o mal-funciona_ miento en un proceso. Algunas características dadas por fabricante de estos dispositivos: • • • • •

Sirena acústica de interior o exterior. Potencia acústica 85 dB. Alimentación 12 Vcc. Consumo 18 mA. Instalación básica 2 hilos.

• • •

Grado de protección IP54. Piloto estroboscópico para la señalización de alarma, mediante destellos Alimentación 12 Vcc

•

Grado de protección IP65

En la figura 3.34 se muestran fotos de estos dispositivos de señalización

3.34. Fotos de sirenas y pilotos de señalización. Tomadas de: http://WlNw.directindustry.es/fabricante-industrial/sirena-63071.html

Figura

Protecciones de personas

1 Figura

y equipos

2

3.35. Fotos de distintas protecciones para humanos y equipos. Los números en las fotos Corresponden a los números del texto. Tomadas de: http://wWIN.directindustry.es/fabricante-industrial/sirena-63071.html

4

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO

3. Dispositivos

81

de Control Eléctrico

Módulo de seguridad (figura 3.35 1 a 4): Se dispone de distintos elementos de seguridad dentro de la planta, seguridad para el operario y para las máquinas por ejemplo: Control de resguardos, pulsadores a dos manos, alfombras, paros de emergencia. Para categorías de seguridad 1,3,4 según normas EN945-L

(1): Es una seguridad para el operario en aquellos procesos peligrosos para las manos de las personas. Este sistema asegura que en el arranque de una máquina se tengan que utilizar las dos manos simultáneamente, para accionar dos pulsadores que están en serie. Pulsadores a dos manos

(2):

Cortinas de seguridad Cortinas que aíslan las manos de los operarios de las máquinas. Se dispone de cortinas de 14mm que protegen los dedos, cortinas de 30mm que protegen las manos, cortinas de lOmm que protegen el cuerpo; Las alturas de las cortinas oscilan entre 200mm a 1800mm. Bajo la norma EN954-1 Barreras de seguridad separación o aislamiento:

(3):

que separan ñsicamente zonas muy peligrosas para los seres humanos. Zonas de 4m hasta 15m. Categoría de seguridad 2 y norma EN 954-L

(4):

Scanner láser de seguridad para zonas altamente peligrosas aislamiento tiene una resolución de 50mm a 4m, bajo la norma EN954- L

para los seres humanos.

El área de

Ejercicio 3.2 1. Consultar

especificaciones de presóstatos de muy baja presión.

2. Consulte especificaciones 3. Identifique para cada una

de SSR. de las fotos de la figura 3.31, el tipo de detector que corresponda

4.

Suponer algún proceso industrial en donde tiene diferentes máquinas, por ejemplo, bandas transportadoras, máquinas de corte, perforación, etc., sistemas de alarmas y protecciones (invente algún proceso de fabricación). Desarrolle un diagrama en bloques de su proceso en donde coloque la mayor cantidad de dispositivos mencionados en el capítulo. Explique con detalle su proceso. Fin

.3.3.

ejercicio

3.2

Simbología Eléctrica

Cuando se lleva a cabo un diseño, el circuito final se debe registrar en un plano. Este plano debe poder ser interpretado por cualquier experto y perfectamente, al disponer del plano, se puede reproducir en la práctica. Esto implica que la simbolo_ gía de ese plano tiene que ser universal. Todos los componentes mencionados en el capítulo y otros más, tienen su representación mediante símbolos universales. Se consideran dos simbologías estandarizadas: la Norma Amerícana y la Norma Europea. En programas de software como AUTOMATION STUDY, permite trabajar con las dos noc mas: JIC Standard (JIC: Joínt Industrial Councíly) la lEC Standard (lEC: Internatíonal Electrotech_' nícal Comíssíon). En adelante, la norma que se utilizará para los circuito eléctricos es la norma lEC, mientras que para los díagramas ladder, se utilizará la norma americana o JIC.

Los símbolos utilizados son los que se presentan en las siguientes figuras.

+

AUTO MATIZACIÓN

3.

INDUSTRIAL:

TEORÍA

Y LABORATORIO

Dispositivos de Control Eléctrico

Accionamientos y Mandos Eléctricos

." TERl\1JCO CAPACITIVO

lM.TlCO ORNO XION

7t.+

J........ 0-...... 0.......... l-l) F1m L!ttJ

Ul FLOTADOR VI WI RETORNO LLAVE AUfOMATICO Aurm'IATICO PULSADOR TERM:OI\'L<\GNETICO TERl\1JCO .....'V" TEMPORlZADOR PARA POR PARO RELE SELECTOR AL AL TRABAJO REPOSO PED.>\L INDUCTIVO LIBERADO POR WI .;L RITENIDO DETECTOR POR ........ ... J:e;,.... MECANICO IIIIECANlCO I NO TThIl' ORIZAD OR ELECTRO DETECTOR VAL VULA TEMPORlZADOS f.... ·.. ·.. ENGANCHE ROTATIVO RETORNO AL REPOSO Ul VI ELECTROMCO TEMPORlZADOR U2 V2 DE W2EMERGENCIA E .... BOTON · •......... .. ENGANCHE ",RELE POD~~~~~R P~~ON

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TIR1IofiCO ~~*-

@] ........ eS

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PILOTO SELECTOR ROTAmTO NC LUMINOSO ROTATlVODE SELECTOR SELECTOR 32 ROTAm'ODE POSICIONES NA PILOTO ENCLAVADO TIl\mRE E INTERIvITrENTE CONEXION PULSADOR DE4 POSICIONES I 2 SIRENA BOCINA NA j PULSADOR 102 PULSADOR PULSADOR >j t··..../ 1~34\1 ENC~\.ADD F-..,.j..:: ...... ~ E"~""'(' F--\, ......

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SECCIONADOR PRINCIPAL GUARDAMOTOR SECCIONADOR DISYUNfOR 11

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82

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO 3. Dispositivos de Control Eléctrico

83

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INST.NA

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4 \: RETARDADO ALA APER11JRA

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(1 ADELANTADO A LA APER11JRA.

OR AUXILL'lli

APARATOS DE CONEcrON MECANICA PARA CIRCUITO ... DEPOTENCIA DIS"l:1JNTOR SECCIONADOR

CONDUCTOR DEPOTENCL.o\

CONDUCTOR DEl\IANDO

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\1 ADELANTADO AL CIERRE

APARATOSDECONEcrON lHECANICA PARA CIRCUITOS DEMANDO (pULSADORES SELECTO RES INTERRUPTORES DEPOSICION

DISPOSITIVOS

H..... DE SENALIZA.CION PILOTOS SIRENAS

N NEUTRO

FASES

Ejercicio 3.3 Los símbolos mostrados a continuación, son tomados del programa de simulación AUTOMA710N STUDY. Los símbolos del 1 al 43 corresponden a la norma Europea lEC y los símbolos de 44 al 81 corresponden a la norma Americana J15. (Las dos normas comparten los símbolos del 39 al 43)

AUTO MATIZACIÓN

3.

INDUSTRIAL:

TEORÍA Y LABORATORIO

84


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55

--®-56

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y lABORATORIO

85

3. Dispositivos de Control Eléctrico Los símbolos representan números correspondientes

una función. del símbolo:

De acuerdo a la función anotada a continuación

coloque los

Interruptor multiposicional ( ), Interruptor NA ( ) (), Interruptor de nivel NA ( ) ( ), Pulsador NA ( ) ( ), Interruptor de proximidad NC ( ) ( ), o temporizado a la conexión/desconexión NA ( ) ( ), Interruptor térmico NC ( ) ( ), Relé ( ) ( ), Temporizador a la conexión ( ) ( ), Relé desenclavado ( ) ( ), o temporizado a la desconexión NC ( ) ( ), o de flanco ascendente/descendente ( ) ( ), Relé intermitente ( ) ( ), Fusible ( ), Interruptor de dos posiciones ( ) ( ), Interruptor de posición mecánica NA ( ) ( ), o auxiliar de pulsador NA ( ) ( ), o temporizado a la conexión NC ( ) ( ), o de flanco descendente ( ) ( ), o NC ( ) ( ), Interruptor de tres posiciones ( ) ( ), Interruptor de proximidad NA ( ) ( ), o temporizado a la conexión NA ( ) ( ), Interruptor térmico NA ( ) ( ), Interruptor de presión NA ( ) ( ), Pulsador NC ( ) ( ),o de flanco ascendente ( ) ( ), Temporizador a la desconexión ( ) ( ), Relé enclavado ( ) ( ), o NA ( ) ( ), Indicador luminoso ( ) ( ), o auxiliar de pulsador NC ( ) ( ), Interruptor de presión NC ( ) ( ), Solenoide ( ) ( ), o temporizado a la desconexión NA ( ) ( ), Relé térmico de sobrecarga ( ) ( ), o temporizado a la conexión/desconexión NC ( ) ( ), Interruptor de posición mecánico NC ( ) ( ), Interruptor NC ( ) ( ), Interruptor de nivel NC ( ) ( ), Referencia ( ) ( ), Alimentación ( ). Fin ejercicio

3.4.

.P"

3.3

Diagramas para el Control Eléctrico

Para entender el funcionamiento de una planta, de sus circuitos involucra_ dos, es necesario recurrir a los diagramas eléctricos; de esta forma, cualquier espe_ cialista puede analizar en el papel, lo que sucede en el montaje real. Un esquema claro, utilizando la simbología adecuada facilita el estudio de una planta, por esto es necesario estudiar los diferentes diagramas que se dispone en el campo eléctrico. Los diagramas más conocidos son: diagrama esquemático, diagrama eléctrL ea, diagrama /adder, diagrama de alambrado, diagrama en bloques, diagrama pictórL ea, diagrama caza-fallas (troub/eshootíng) y diagrama de circuito impreso. A continua_ ción se mencionan dos de ellos.

3.4.1.

Diagrama Esquemático

Un diagrama esquemático es una representación ordenada de los compo_ nentes y conexiones de un circuito eléctrico o electrónico, como se muestra en el circuito de la figura 3.36. Con el diagrama esquemático se tiene el primer paso en el diseño y el medio útil para analizar el funcionamiento del circuito y detectar fallas. En el diagrama esquemático no se tiene la posición real de los componentes del circuito. El diagrama de la figura 3.37 es el diagrama esquemático de un circuito eléctrL ea. Para este diagrama se utiliza la simbología de la norma lEC.

f;'

AUTO MATIZACIÓN

3.

INDUSTRIAL:

86



1

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Pl

Figura 3.36.

Diagrama esquemático

electrónico

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KlIIIl\

K..o\I~1,

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N

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Figura 3.37.

Diagrama esquemático eléctrico


87


3.4.2.

Diagrama El diagrama

LADDER

o «escalera» es el más utilizado para dibujar circui_ tos de control eléctricos, no electrónicos. Se da el nombre de escalera, por que en este diagrama se desarrolla el funcionamiento del circuito en forma secuencial iniciando en la parte superior y finalizando, generalmente, en la parte inferior. LADDER

La figura 3.38 ilustra un diagrama /adder eléctrico utilizando norma JIS y el mismo circuito con diagrama /adder de os. Algunas normas se deben seguir al dibujar los diagramas escalera (ver figura 3.38): • Todas las bobinas, pilotos y salidas, en general, se dibujan al lado derecho. • Todas las entradas tales como pulsadores, sensores, interruptores, os de los relés y ores, etc., se dibujan al lado izquierdo del diagrama. • En los diagramas escalera utilizados en los Controladores Lógicos PLC, se dibujan las entradas del circuito como os abiertos o cerrados, según corresponda, sin distinguir si se trata de un sensor, pulsador, interruptor, etc. Esta distinción de los os se hace en el diagrama esquemático eléctrico. A este diagrama escalera se le conoce como diagrama escalera de os. • No es permitido dibujar dos o más cargas en una línea; la línea que tenga carga solo debe contener una sola. Toda línea debe termina en una carga • Una misma carga no se puede colocar más de una vez en el circuito

Observar en el diagrama de os, que es indiferente el tipo de sensor o acciona_ miento que se utilice, es simplemente un o abierto o cerrado.

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L2 S\'Vl

1 2

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11

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5

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3.38.

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I

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c~-I-I Figura

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S\V3

1

CRl-2 6.

CR4

6

CRl

OUIPUT2

CR2.} CR3

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CR1·l 5,7

"-..J

SW4

Diagrama LADDER utilizando norma J15: Eléctrico (izquierda), de os (derecha)

111-- -----tI LSl

CR3-1


88


3.5.

Conclusiones

Se han presentado en forma muy resumida algunos de los dispositivos, elementos y equipos que forman parte de muchos de los procesos industriales, y que están inmersos en las plantas de manufactura. Son dispositivos de accionamiento manual, mecánico, eléctrico, electrónico; dispositL vos cuyas funciones son muy variadas, tales como órdenes dadas por operarios, señales entregadas automáticamente al iniciar o finalizar un proceso, órdenes de controlo información para supervisión; señales de alarmas, de avisos, en fin, todo lo necesario para mantener los procesos bajo el control y supervisión y, de esa manera, proteger a los operarios dentro de la planta, proteger la maquinaria y asegurar que los productos finales cumplan con todas las especificaciones y controles que le ase_ guren la calidad para llegar al consumidor final. En la parte final del capítulo, se fijó la simbología necesaria para identificar los dispositivos que van a formar parte de los planos y diagramas. Esta simbología asegura que cualquier ingeniero y técnico interprete, sin confusión, los planos que representan los procesos. Es una simbología estandarizada y universal, basada en las dos normas más utilizadas: la americana y la europea.

Ejercicio 3.4 1. Dé ejemplos de los diagramas: alambrado, diagrama en bloques, diagrama pictórico, diagrama caza fallas (troub/eshootíng), diagrama de circuito impreso. 2. 3.

Escribir 20 palabras claves del capítulo y anotar su significado. De acuerdo a la lectura del capítulo, escriba los objetivos que crea, se cumplieron.

4. Si tiene tres sensores, uno capacitivo, otro inductivo y un óptico,.¿cómo ¿A qué distancias ubica los objetos a detectar para cada uno de ellos?

los distingue físicamente?

5.

¿Qué detector utilizaría para sensar radiación electromagnética?

6.

Explique cómo funciona un sensor tipo efecto Hall. ¿En qué aplicaciones se puede utilizar?

radiación nuclear? luz ultravioleta?

7.

Si fuera a construir un temporizador a la desconexión utilizando dispositivos electrónicos, dibuje un plano de ese posible circuito. Efectúe la simulación.

8. Dibuje el diagrama esquemático electrónico de un relé de estado sólido si va a manejar cargas alimentadas con 220VAC. La carga es un motor universal. ¿cambiaría el circuito si la carga es no inductiva? .. 9. Explique cómo funciona cada uno de los cuatro esquemas que se tienen en la figura 3.30. ¿Qué realiza cada uno de ellos?

INDUSTRIAL: TEORÍA Y lABORATORIO Dispositivos de Control Eléctrico

AUTOMATIZACIÓN

3.

10.

89

Realice la consulta del tema: Solenoides. Desarrolle los siguientes puntos: - Funcionamiento del solenoide - Solenoides de corriente continua y de corriente alterna. - Aplicaciones de los solenoides.

11.

Efectúe consulta de los detectores conocidos como inteligentes.

12. diseñe un sensor de corriente que detecte corriente dentro del rango industrial: 4mA a 20mA.

13. Suponga que se está almacenando algún tipo de sustancia que es granulada. Se tiene que almacenar en frascos oscuros, de diferentes diámetros y de igual altura. La cantidad de sustancia en cada recipiente no se determina por peso sino por el nivel en el frasco. Qué detector utilizaría para efectuar el control de la medida? Sustente su respuesta. 14.

Para la situación anterior, los frascos tienen cuatro diámetros diferentes y un operario los coloca aleatoriamente en el extremo de una banda transportadora. En alguna parte del recorrido, los frascos se llenan con la sustancia y al llegar al otro extremo, un brazo robot los retira lIevándolos a cajas en donde se almacenan, pero se deben seleccionar de acuerdo al diámetro. Qué sensor o detector utilizaría para detectar el diámetro del frasco y así ordenar al robot lIevarlo a la caja correspondiente? Sustente su respuesta.

15. En una planta de almacenaje, se tienen cuatro tanques con capacidad de 50000 litros cada uno. Están a una altura de 50 metros del piso. En dos de ellos se almacena líquido no volátil, en el tercero se almacena líquido altamente explosivo y en el cuarto tanque se almacena líquido muy sensible a la luz. Los taques son metálicos no corrosivos. Se requiere monitorear el nivel de cada uno de ellos, la densidad de los líquidos y la humedad relativa del ambiente. Realice un diagrama pictórico de esta zona de almacenaje y sugiera los sensores que se deben utilizar para mantener bajo supervisión las tres variables: nivel, densidad y la humedad relativa. El líquido explosivo es altamente corrosivo, mientras que el líquido sensible a la luz es muy denso. Los tanques están sellados y para su mantenimiento, se debe asegurar que estén desocupados. Pero sólo uno de los cuatro puede estar desocupado cada vez. Proponga un método de mantenimiento que asegure que sólo uno de los tanques esté preparado para esta tarea. Una sala de operación se encuentra a 200m de la zona de tanques. La información de los sensores se debe llevar allí. Qué sugiere para llevar esta información? Elabore una lista de preguntas para hacer al ingeniero jefe de la planta y que son necesarias para el diseño del sistema de sensado y alarmas de las variables a monitorear.

16. En una línea de producción para partes de automóviles se fabrican tres piezas diferentes. Los materiales con que se fabrican son: las piezas de hierro, piezas de latón y piezas de teflón. En alguna parte de la línea, las piezas se colocan al inicio de una banda transportadora y al otro lado de la banda un brazo robot las selecciona para lIevarlas a puntos de almacenamiento diferentes. Explique qué sensores utilizaría para que el robot las seleccione correctamente. Adicionalmente, las piezas, pueden salir defectuosas, así que el robot debe seleccionar estas piezas y las almacena en un cubículo común indiferente de la pieza. Cómo sensa las piezas con imperfecciones? 17. Una planta posee cuatro compresores cada uno de 500bares. Ellos trabajan uno a la vez de mane_ ra que cuando su presión queda por debajo de un mínimo entra a operar el otro, y así con los otros. Los compresores son controlados por ores. ¿Qué especificaciones deben tener esos ores para comandar cada compresor? ¿Qué especificaciones deben tener los presóstatos que detectan la presión de cada compresor? ¿Será necesario colocar sensores de temperatura? ¿Porqué? Fin ejercicio

3.4

,'~

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO 4. Automatismos de Control Eléctrico

90

4. Automatismos de Control Eléctrico 4.1.

Introducción

La creciente complejidad de los procesos y la disponibilidad de controla_ dores más potentes, con mayor número y más sofisticadas funciones, obligan a revL sar y replantear los métodos de diseño de los sistemas de control eléctrico. Los inmensos armarios con automatismos a base de relés, han sido reemplazados, en su mayoría, por los controladores lógicos programables o PLCs; sin embargo, muchos siste_ mas eléctricos aún disponen de ores y de dispositivos electromagnéticos con funciones especiales, como temporizadores y contadores. Por otro lado, en un mismo proceso, coexisten elementos de tipo eléctrico, neumá_ tico, hidráulico, electrónico, etc.; esto hace necesario utilizar herramientas de diseño que permitan una representación y tratamiento común a todos ellos, para poder hacer un estudio global del sistema de control y de planta. Entonces, en el diseño de los automatismos se distinguen distintos tipos de bloques, a saber: 1. Un componente o bloque del cual sólo de distinguen dos estados lógicos posibles. O y 1. Por ejem_ plo: un interruptor abierto o cerradot un motor en marcha o paradot una temperatura por arriba o por debajo de una referenciat etc. Se suele identificar el estado de un componente lógico con una variable lógica representada por un BIT que toma sólo dos valores posibles. 2. Un componente o bloque en el que interesa distinguir varios estados posibles que se representan por una variable numérica y cada estado viene representado por un grupo de bits.

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO 4. Automatismos de Control Eléctrico

91

3. Los componentes análogos en los que se distinguen infinitos estados posibles. Muchos sistemas de control utilizan mecanismos con los que se truncan el valor de una variable análoga a un número determinado de decimales y, por tanto, se limitan a un número finito de estados. De esta forma, una variable análoga puede ser tratada con sistemas de control digital, mediante los conversores análogodigital.

4.2.

Modelo: Análisis y Síntesis

Se entiende como modelo cualquier tipo de representación de tipo mate_ mático o gráfico que permite deducir el comportamiento del sistema ante unas condi_ ciones de entrada determinadas. Así, por ejemplo, los esquemas de relés, diagramas lógicos y diagramas ladder son modelos gráficos de los sistemas que permiten predecir el comportamiento de los mismos. También, las funciones lógicas que relacionan las salidas con las entradas del sistema, constituyen un modelo matemático. La figura 4.1 muestra tres de los modelos más generalizados en el campo de la automatización y que se desarrollan con tecnología eléctrica y electrónica.

L KMl

K:,'h ~

¡o0):j Figura 4.1.

Modelos gráficos de los sistemas: Diagrama eléctrico (izquierda) Diagrama LADDER de os (centro) diagrama electrónico (derecha)

En la Figura 4.2 se representa una serie de componentes y algunas de las variables que son de interés. Como se observa, en algunos casos se trata de variables lógicas con dos estados O y 1, en otros, las variables son numéricas expresadas en sistemas de numeración decimal, binario, hexadecimal, etc. Por ejemplo, en el caso del nivel en un tanque, sólo puede interesar si está por arriba o por debajo de cierto nivel, o puede interesar el cambio del caudal del líquido mientras está llenando el tanque; para el primer caso la variable nivel se expresa con los estado lógicos 1 o O, mientras que en el segundo caso, el caudal se debe expresar mediante variables numéricas. Entonces, cuando se tiene un sistema y se requiere efectuar un diseño del mismo, independientemente de los componentes utilizados y de la tecnología implicada en él, se propone la siguiente metodología:

.~

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL; TEORÍA Y LABORATORIO 4. Automatismos de Control Eléctrico

COMPONE~"!TE

92

:VAR NU~ ..ÉRIC~_ ..

VAR LÓGICA

1

nt~,~A 1

1~I=5A .¡sp;"

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·-----·-···-·····-·····-····r···· .-P2..~=~xxxxx(bar) ..... ~.._..1 A+

~ P2

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CONTENSIÓN TENSIÓN o1 BOBINA SIN

1

tfT.'-'·-··"'A~+ Pl!

!¡

CERRADO O ABIERTO •

_

_ .._......

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..

Pl = xxxxx (bar)

__

_

-..

n = xxxx(rpm) Mr = xxxxx (m.Kg)

·1

-._._

_

.

T = xxxx °C ~ ~

~.".. " T °C x::.!.1

O TEMPERATURA < XOC TEMPERATURA:> XOC

1

O NIVEL < H NIVEL:> H

1

!I

I

O CAUDAL = O CAUDAL:> O

1

Figura 4.2.

Algunos componentes

NIVEL = xxxx (m)3

Q = xxx x ( m3./H) ......J¡;

H = xxxx (m)

y sus variables asociadas

1.

Dividir el sistema en bloques. Inicialmente estos bloques pueden ser muy globales, pero en la medida que se avanza en el diseño, los bloques se van dividiendo hasta llegar al nivel de los componentes.

2.

De cada bloque interesa sólo las magnitudes de entrada y salida.

3.

Cada magnitud de entrada y salida se representará por una variable y ellas pueden ser de tipo lógico o numérica según la propiedad que interese observar.

4.

Hallar, para cada bloque, la función que relaciona las variables de entrada y salida, es decir, definir su función de transferencia. Esta función de transferencia puede ser de tipo lógico, algebraico o numérico, según la naturaleza del bloque tratado.

5.

Dos bloques que presenten función de transferencia igual se consideran idénticos, independien_ temente de los componentes que lo formen o de la tecnología empleada en su implementación.

Una vez establecidos estos cinco principios, se emprende el estudio del sistema de control desde dos puntos de vista: el análisis y la síntesis. El análisis parte de un sistema ya construido y pretende deducir su comportamiento, determinar entradas y salidas y su función de transferencia. Para ello se siguen los siguientes pasos:

4

4 4

Identificar los componentes Conocer para cada uno su modelo de comportamiento (función de transferencia). Identificar las variables de entrada y variables de salida de acuerdo a la función transferencia.

sus

de

y LABORATORIO

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRlAL: TEO

93

4. Automatismos de Control

i'

La síntesis plantea el probl a ersa: se parte del comportamiento deseado del sistema y se pretende diseñar el sistema q 'e se e apte a ese comportamiento. El proceso para este desarrollo es:

4 4 4

Dar la especifica .. sistema, indicando las salidas deseadasante determinadas condiciones iniciales yenmc'as. Traducir dicha espedficadón a una función de transferencia global del sistema completo. Elegir componen'es que presenten funciones de transferencia conocidas.

4.3. Automatismos Combinatorios y Secuencia les Un sistema combinatorio (o combinacional), es un sistema de control que tiene p entradas: Ul(t), ..., Up(t) E Z y q salidas: Yl(t), ..., Yq(t) E Z, tales que, para todo t E ¡cada una de ellas es una función booleana de las entradas, es decir: yi(t) = fi(Ul(t),

Figura 4.3.

...

, up(t)),

i=

1 ...

q.

Bloque de un sistema combinacional

En los sistemas combinacionales se asume que los valores de salida en un instante determinado t, sólo dependen de los valores que en ese mismo instante tengan las entradas. Esta afirmación es cierta teóricamente, ya que físicamente, existen peque_ ños retardos entre aplicar las entradas y obtener la correspondiente salida. más sencillo son las funciones lógicas elementales. AND, OR, NOTf NAND, NOR y XOR. Combinando estas funciones, es posible realizar cuaL quier función lógica compleja. Otros sistemas combinacionales son: los codificadores, multiplexores y demutiplexores. Los sistemas combinacionales

Las funciones lógicas elementales se pueden construir físicamente mediante diferen_ tes tecnologías: eléctrica, neumática e hidráulica, electrónica; combinándolas, se pue_ den construir automatismos aplicados a nivel industrial. Sus tablas de verdad y símbolos de acuerdo a las normas DIN e ISO se muestran en la figura 4.4. Un sistema secuencia/ es un sistema de control q e"e e p entradas: Ul(t)f"" Up(t) E Z Y q ue además tiene otras n varia_ salidas: Yl(t)f"" Yq(t) E Z, (como en el combinacio al) e bles: Xl(t)f"" xn(t) E Z, cuyos valores depende { e al na manera{ del comportamien_ to del sistema en instantes anteriores t.


XOR OR NANO NOR AND

11

1

11

T

O O

1

O

&

FUNCIÓN T VERDAD Sír •.•• BOLO DIN !I() v "-::: zJ) I Y '.(JyIIylz 1 (1) (1 (J O Y1" (1 O OOO '>&y 11I .: Y = 1 ~ o S; :1 ~ ?::

;'C

:rJ;

1tt~

94

SíMBOLO ISO

t[Y Xv

~ ,~

~

NOT ;l:

Figura

4.4.

Funciones lógicas elementales y simbología DIN-ISO

Se afirma que los sistemas secuenciales tienen memoria. Entonces, los sistemas secuencia les son sistemas con memoria porque tienen registros internos con capacL dad para almacenar las variables de estado. Un bloque del sistema se muestra en la figura 4.5.

.1'1

(t)

;"At)

3',,(t)

FigUf.,1,,5.

1,

Bloque de un sistema secuencial

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO 4. Automatismos de Control Eléctri

95 .~

La Figura 4.6 muestra la estruct ra general de un sistema secuencial y que se conoce como estructura de Mealy.

SIS1EMA

~r----: i

~~

Figura 4.6.

••

•

•

____

COMBINAClONAL

o.

----

-Sn

Sl S2 Si

J

o

Estructura de un sistema secuencial:

Estructura de MEALY

Desde el punto de vista del modelo matemático, las funciones de transferencia de un sistema secuencial siguen siendo funciones lógicas pero contienen variables internas que memorizan el estado anterior, y lógicamente, las salidas van a depender de estas variables. Los nombres que se asignan a los operadores para memoria son SET (memoriza 1) y RESET (memoriza O). Cuando se refiere a la tabla de verdad, para un sistema combinatorio efectivamente se habla de su tabla de verdad, puesto que una salida para cualquier fila de la tabla, va a depender de las combinaciones de las entradas en esa fila, mientras que para un sistema secuencial se habla de una tabla de evolución de estados, puesto que cada fila depende de la anterior. Desde el punto de vista de tecnología, para construir un sistema secuencial se debe disponer de una célula básica de memoria; a esta célula se le denomina biestable y se construye con dispositivos lógicos combinacionales, conectados entre sí de manera que exista enclavamiento interno entre ellos. La Figura 4.7 muestra un cuadro con los distintos tipos de variables que intervienen en un sistema.

VARIABLES

rL

INDEPENDIENTES

DEPENDIENTES

Figura 4.7.

r -

L

ENTRADAS

SAUDAS INTERNAS

Variables que intervienen

[COMBINATORIAS DE ESTADO en un sistema

En un sistema en que se ha dividido en varios bloques, para efectos de diseño o análisis, el primer bloque a la entrada, contiene las variables de entrada y las varia_ bles de estado del sistema; el último bloque en la salida contiene las variables de


salida y las consideradas embargor si variables se bloque. Esta

96

variables internas. Para los bloques intermediosr todas las variables a sus entradas y salidas se consideran como variables internas. Sin se analiza independientemente uno de estos bloques intermediosr las consideran como variables de entrada y variables de salida de ese situación se il~stra en la figura 4.8.

Figura 4.8.

Sistema con bloques de entrada, salida y bloques intermedios

Las variables de entrada y salida son Eí, Sí, respectivamente y las variables de estado .AA y Yc Las otras variables: ZAr Zar >'Ar Yar Xa y Xc son variables internas. Pero si mira un bloquer por ejemplor el bloque Br ZA se convierte en la variable de entrada y Za en la variable de salida.

4.4.

Diseño de Automatismos Lógicos

Como se mencionó anteriormenter el término diseño es sinónimo de sínte_ sisr es decirr la obtención de un sistema físico que responda a unas ciertas especifica_ ciones y condiciones. Los sistemas combinacionales desarrolladosr tendrán como base el álgebra de Boo/e.

f

El proceso de síntesis empezará obteniendo una tabla de verdad que refleje la relación de cada salida con las entradasr de acuerdo con las especificaciones. Postei-iormenter se traduce cada una de estas tablas a las expresiones lógicasr se aplicarán las reglas de. minimización y finalmente, se implementarán las funciones lógicas mediante componentes cableados o programables.

f

¡

I~ I 1-

I

Ciertos dispositivos se construyen de forma que sólo tienen dos posibles estados de equilibrio los cuales, en cada caso, reciben nombres típicos que los identifican. En el siguiente cuadro se indican algunos de ellos junto con sus dos estados. Ttam:istor Válvula Interruptor I\'lecánico

,¡

SI,

!

corte no I eléctrico !; abierto cerw.do cerrada Dispositivo

I

abierta Estados saturación


.~"-

97

En un sistema de control, tanto las entradas como las salidas pueden tomar valores reales cualesquiera. En los automatismos digitales, cada una de las variables tiene dos valores fundamentales, denominados niveles lógicos o y 1, que implican estados de equilibrio para esos automatismos. Un dispositivo biestable muy común, es el interruptor de dos posiciones como el que se ilustra en la Figura 4.9.

2

Figura

2

4.9. Interruptor de dos posicionesde enclavamiento

Figura

4.10.

Esquemade un pulsador

En la izquierda de la figura 4.9, el interruptor está cerrado 1. Al accionarlo, como mues_ tra el diagrama de la derecha, los os se separan y el interruptor se abre o. Lo interesante en este ejemplo es que, el interruptor mantiene el último estado, aun_ que la acción se suspenda (se deje de accionar), así que este dispositivo representa un sistema con memoria. Otros dispositivos no tienen esta característica de memoria, por ejemplo, en los pulsa dores, como el que se muestra en la figura 4.10. Sin accionar el pulsador, los os 1-2 están abiertos o y al accionar, los os se cierran 1. Si se deja de presionar, los os vuelven al estado inicial, por efecto del muelle que contiene el dispositivo.

4.4.1.

Lógica Binaria

La solución de muchos de los problemas propuestos y la programación de los controladores PLCs, se basa en la aplicación del Álgebra de Bao/e, considerando que el funcionamiento de esos controles es ON/OFF. El Álgebra de Bao/e opera con dos varia_ bles: alto-bajo, O - 1. Por ejemplo, una válvula neumática está abierta o está cerrada, un pulsador está actuado o en reposo, etc. Considerando que cualquier dispositivo de entrada (interruptor, pulsador, sensor) es un o, se dispone entonces de dos posiciones del o: o abierto y o cerrado, como se muestra en la figura 4.11.

",""

98


O ABIERTO

Figura 4.11.

O CERRADO

Símbolo del o según norma ISO

Si un conjunto U en el que se han definido operaciones: suma lógica y producto lógico, tales que para todo a, b, c E U, satisfacen las siguientes propiedades:

1. Idernpotentes:

a. EB(l. = a .

2. COlllllutativas: 3. Asociativas:

a

ffi b

a 83 (b Ehc)

4. AbsOrciones: a (.:)(a

ffi

a ES (b C;;)e)

5. Distributivas:

(J.

=b

a·b=b(~)a

= (a EPb)

b)

=

=a

e c,

a

(?J

(b (~)e)

=

((1.

O b) ~) e

= ([EB (a c:) b) = a (a

6. Cotas universales: 3 O; 1 E U

$ b) (~) (o, e e): = 0, O

lOa

(J,

C)

(b(f) e)

=

(a. (?) b) 6 (a

a

=

a. 1

a

=

a; 1

a

C:)

e)

=1

7. COluplem(:mto: V'a E U 3a E U I a e a = 1, a (::)a = o Entonces se dice que U, ffi, 0, -, O/ constituyen el álgebra de Boo/e. Los símbolos ffi y a + de suma lógica (OR) y • del producto lógico (AND).

o son iguales

Basados en los axiomas anotados, combinando os abiertos y cerrados, se obtienen los resultados mostrados en la Figura 4.12.

-j

o

r---J

o

o

1- ~

1

-j I-------t-I1

1

~'j-----\/f--

o

A

o

A

A

A

A

o

1- -j I--i 1- ~ --l 1o o ~ ---j 1-j I--i+~ ---j 11 ~--l+-j I--i 1- 5>--l 1---j

A

A

---co-

1

~--l+A

~--llA

~ --l+-

t t

,

! ¡.

Figura 4.12.

Combinaciones de os

AUTOMATIZACIÓN

4. Automatismos

INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO de Control Eléctri

99

Ejercicio 4.1 1.

Minimizar los siguientes circuitos utilizando álgebra de Boole: A. Ll

L2

r-c:~ p= B. L2

Ll A B

~

e RL

=

c. L2

A

A

~c.

RL

.

D

r-cB

"'~

B

=

2.

í 1

x

1 1 Of

y(z: () O} O

O O

En un proceso industrial¡ una carga Hf' se activa de acuerdo a la respuesta de tres sensores HXH¡Hyny nzl!. Al hacer un análisis del proceso! se obtienen los resultados que se indican en la tabla de verdad. f = 1¡ significa que la carga se activó. Dibuje el diagrama ladder del circuito de control., prilTlero sin simplificar y luego sinlplificando de acuerdo al álgebra de Boole.

100


3. En la fabricación de cierto producto se utilizan cuatro sensores: S1, S2, S3, S4 y cuatro cargas: una banda transportadora S, dos motores I\U, H2 y una válvula hidráulica V.

)1 1O O11OS O 111 O O 11 VO S4 11OS3 O S2 S1 M2 1 t·l1 00'

Todos los elementos son ON¡OFF y del funcionamiento del proceso, se obtuvo la tabla de verdad que se muestra.

1. Deterrnine las ecuaciones lógicas que caracterizan a cada carga. 2. 1\1inimizar esas ecuaciones. 3. Dibujar el diagrama ladder de las ecuaciones simplificadas. 4. Adicione al circuito un pulsador de manera que al accionarse, todas las cargas se apaguen. Este pulsador representa un parado de emergencia. 5. Asocie el resultado de la tabla a un proceso indLlstrial real

4.

Dibujar ellogigrama

(circuito digital) para la siguiente expresión algebraica:

F= A ( B

+

e(B+A

))

+

e ( D + ( B + e B ))

5. En cierto proceso de selección, un producto sólido se ubica sobre una banda transportadora. En su recorrido, pasa por dos parejas de sensores A, S que sensan la altura del cuerpo y C, D que sensan el peso. Dependiendo de la comparación de las alturas con respecto al peso, el objeto es marcado con tres etiquetas diferentes. Las etiquetas están indicadas como Cl, C2, C3. Luego de fijar las especificaciones, se ha concluido que el modelo del proceso se adecua a un comparador, como se indica en la gráfica; así, si los sensores AS coinciden en el valor binario con los sensores CD (AS = CD), el objeto es marcado con la etiqueta Cl; si los sensores AS son inferiores en valor binario a los sensores CD (AS < CD), la marca que se coloca es C2; si el valor binario de AS es mayor que CD (AS > CD) la etiqueta colocada es C3. En esta parte del proceso no se ha tenido en cuenta el movimiento de la banda, sólo el sensado y etiquetado.

(1 (2

(3

Obtenga las expresiones algebraicas para cada etiqueta, minimice esas funciones y dibuje el esquema /adderque satisface las condiciones del proceso. Fin eiercicio4.1


4.4.2.

101

Automatismos Eléctricos

Para todos los problemas propuestos se recomienda (en lo posible) seguir el siguiente procedimiento de solución: 1. 2.

3.

4. 5.

Basado en el enunciado del problema, entender perfectamente lo que se pretende resolver, es decir, entender el problema. Asignar las variables identificando las variables de entrada como son: interruptores, sensores, pulsadores, etc., y las variables de salida como son: bobinas de ores, relés, indicadores, alarmas, etc. Desarrollar las ecuaciones que den solución al problema aplicando los principios del álgebra de Boole. Es útil utilizar tablas de verdad en donde se describa el proceso en sus diferentes secuencias. A las ecuaciones planteadas aplicar las técnicas de minimización utilizando, por ejemplo, los mapas de Karnaugh. Dibujar el circuito eléctrico (diagrama esquemático eléctrico) y diagrama ladder de os de acuerdo a las ecuaciones simplificadas. Verificar que el circuito cumple con las condiciones del problema.

Un aspecto importante y que se debe tener en cuenta, es que múchas de las cargas son ores, así que al plantear las secuencias se considera un retardo entre el momento de energizar la bobina del ar y el instante en que actúan sus contac_ tos (tiempo muerto). En forma semejante cuando se desenergiza la bobina, un instante posterior sus os retornan a la posición de reposo. Si la carga final es directamente un motor o un indicador, esos retardos no existen. Es conveniente, para un análisis rápido y facilitar la interpretación de los planos, utilizar la símb%gía adecuada en los diagramas esquemáticos, que los nombres asignados a las variables y cargas correspondan tanto en el diagrama eléctrico como en el ladder, o si difieren, que se hagan las correspondientes equivalencias. Para la simbología, volver al capítulo 3. Se utilizará para los esquemas eléctricos los símbolos con norma europea lEC y para el esquema de ladder de os, la norma americana JlC.

Ejemplo 4.1 Suponer que se tiene un sistema de riego compuesto por un tanque de almacenamiento y una bomba con motor eléctrico, para el llenado del tanque. El motor se energiza a través de un ar KM, cuya bobina es energizada mediante un pulsador P. El proceso descrito se ilustra en la figura 4.13(A). En la figura 4.13(B) se dibuja el diagrama eléctrico y, como se observa, es bastante simple; el pulsador P se acciona manualmente, energizando la bobina KM, que a su vez energiza el motor impulsando agua al tanque a través de la bomba. Si se deja de accionar P, se desenergiza el ar KM y se apaga la bomba. En la figura 4.13(C), se tiene el esquema de os.


102

Un operario está accionando el pulsador P y mantendrá esa acción mientras se esté llenando el tanque; una vez se llena, libera el pulsador. Como hay consumo, el operario debe estar pendiente para evitar que el tanque se desocupe.

KJ'.1

C>l

(c)

I

T

(B)

sT

~p

(A)

~:~

~'

Figura 4.13.

Proceso para riego del ejemplo 4.1 (A) Diagrama pictórico (B) Esquema eléctrico (C) Diagrama escalera de os

Este circuito tan simple, presenta varios inconvenientes:

1.

El operario debe estar pendiente del llenado y consumo del agua en el tanque. Para comodidad del operario, se podría pensar en colocar un pulsador con enclavamiento, pero si se le olvida, el nivel se puede desbordar.

2. Si el consumo es mayor que el caudal de llenado, el operario debe estar permanentemente activando y desactivando el motor, lo que constituye un desperdicio de energía, porque si el motor es de alta potencia, se requiere un consumo elevado de energía cada vez que se arranque, y reducción de la vida de todos los elementos mecánicos del sistema (pulsador, os del ar).

3.

Si el riego debe hacerse durante las 24 horas, implicaría disponer de turnos de mano de obra, lo que incrementa costos y cansancio por lo rutinario de la labor. Como se deduce, este proceso constituye un sistema en lazo abierto o control manual, en donde el operario constituye el lazo de realimentación. Para reducir algunos de los problemas anotados, la modificación

al primer modelo es adicionar un

sensor que detecte el nivel del agua dentro del tanque, de manera que cuando el nivel llegue a un valor prefijado, se interrumpa la alimentación del motor; en esta forma se tiene un sistema en lazo cerrado, es decir, un control automático, en donde el sensor se constituye en el lazo de realimenta_ ción. Pero el circuito de control y la disposición del detector, debe ser tal que el motor no se esté conec_ tando y desconectando al sensar cambios mínimos del nivel, pues esto llevaría al problema 2. Una solución consiste en colocar dos sensores de nivel ubicados en dos puntos distintos para sensar un nivel mínimo y un nivel máximo como se indica en la figura 4.14, en donde 51 sensa el nivel mínimo y 52 sensa el nivel máximo.

'--

52-1 --

f

"- 51-19<;. Figura 4.14.

Sistema de llenado detectando

dos niveles

AUTO MATIZACIÓN

INDUSTRIAL:


103

4. Automatismos de Control Eléctrico

~.

Con base en estas adiciones, las especificaciones para el sistema eléctrico son: 1. Disponer de un pulsador de arranque manual, que iniciará y mantendrá eléctrico. El pulsador puede ser de enclavamiento.

energizado

el sistema

2. Dos sensores de nivel con los cuales se detecta el nivel mínimo 51 y nivel máximo 52. Combinando la actuación de estos detectores, se energiza el motor de la motobomba cuando llegue al nivel mínimo y se detendrá el motor cuando se llegue al nivel máximo. 3. Por las características del motor, un motor trifásico, se utiliza el ar KM. Recordar que todo ar contiene mínimo un o auxiliar y tres os principales. 4. En todo momento la válvula de salida está siempre abierta; los caudales de entrada y de salida son constantes; se considera que la cantidad de agua que sale (consumo) es mucho menor que la cantidad de agua que entra. Es conveniente colocar dos válvulas manuales, una en la entrada y otra a la salida para efectos de mantenimiento; estas válvulas no se incluyen en el circuito de control. Siguiendo el procedimiento de solución propuesta anteriormente, decir, entender el problema.

el primer

punto queda claro, es

Segundo, se establecen las variables, considerando variables independientes y variables dependientes. Como variables independientes están: PA ~ pulsador de arranque Si ~ detector del nivel mínimo S2 ~ deteq:orde nivel máximo KM ~ o auxiliar del or Como variables dependientes se tiene: KM ~

bobina del ar

Como tercer paso al procedimiento diferentes eventos del proceso.

de diseño, se plantea una tabla de verdad considerando

DESCRIPCION DE lOS EVENTOS 1. Reposo.Tanque desocupado

PA

S2

SI

KM

KM

o

o

o

O

O

los

2. Energizael sistema 3. Se inicia llenado (retardo) 4. Supera el nivel mínimo: Nmin < N < Nmax 5. Supera el nivel máximo: N > Nmax 6. No entra más líquido al tanque (retardo) 7. Nivel por debajo del máximo: Nmin < N < Nmax 8. Nivel queda por debajo del mínimo: N < Nmin

En la determinación de la tabla funcional, se ha tenido en cuenta el retardo que se presenta entre el instante de energizar la bobina del ar y el instante posterior, cuando su o auxiliar se cierra. Considerando los niveles altos en la carga, la expresión algebraica resulta:

, .


K~1 = PA S2 Si KfV¡ + PA

52

104

Sl Kf\1

+ PA 52 Sl

KM

Cuarto, simplificando la expresión se obtiene, finalmente:

Kfvl

=

PA

52 ( 51 +

KfVJ)

Quinto paso del diseño, en la figura 4.15 se muestran cuatro esquemas: en (A) se tiene un diagrama pictórico del circuito de potencia, en donde se tiene el motor de tres fases, los os principales del or y las tres fases de la red; se ha adicionado un relé térmico F, el cual actuará si se detec_ ta sobrecarga en alguna de las fases y un relé magneto térmico. La figura 4.15(6) tiene el circuito de potencia. La figura 4.15(C) es el diagrama eléctrico de control. Como dispositivo que energiza el sistema se colocó un conmutador de dos posiciones indicado como PA.

El circuito de control, propiamente, está conectado en la posición 2 del conmutador. Se han hecho las siguientes adiciones: un indicador luminoso (piloto) H1, que indica el funcionamiento del motor y de la bomba; un piloto H2, muestra que el sistema está desenergizado. Este indicador se conecta en la posición 2 del conmutador PA. Un indicador H3 que actúa cuando alguna de las fases presenta sobrecarga, es decir, este o se actúa cuando el relé térmico de protección se energice.

M:\G:\TTortRMIC'O

~ ====A Kf.'1 ---

S?' ~2

I

,\ ••\,\ -

~l'G~"ETOTilluco (;O~TACTOR

1J ~ ~3JSJ ~ RrLÍ;

T.ERJUCO

CO)\IAéTOR

MOTOR

RI:li:

S21M-

(S)

TtR~nco

SllM-

KM

MOTOR

(A)

R

KM

Hl

H2 2

H3 3

(C)

Figura 4.15.

Esquemas para el proceso de llenado (A) Pictórico del circuito de potencia (B) Circuito de potencia (C) Diagrama eléctrico (D) Esquema Ladder de os

La figura 4.15(D) es el diagrama /adder de os. Observe que para este esquema, es indiferente el tipo de variables que se utilicen, sólo son os abiertos y cerrados. La zona sombreada en el diagrama muestra los elementos adicionales.

Fin ejemplo 4.1

105



Ejercicio 4.2 1. Para complementar

el diseño del proceso anterior, considere los siguientes datos:

Caudal máximo para el riego: 150m3¡Hr Tiempo que se requiere de ese caudal: 15Hr Capacidaddel tanque: 2000m3 Determinar: a. cantidad de agua que se requiere por día para el riego. b. Cuál es la capacidad de la bomba. c. Tiempo de llenado del tanque. d. ¿Qué dimensiones tiene el tanque? e. Si se requieren 2Hr diarias para mantenimiento del motor y bomba, sin interrumpir el riego cómo se puede programar el llenado, qué capacidad debe tener la bomba y las dimensiones del tanque. f. Consultar especificaciones de bombas que satisfagan las condiciones anotadas. Si hacen falta especificaciones, asumir lo que se requiera.

2. Además de los datos numéricos dados, considere también que una sala de control y supervisión está ubicada lKm del tanque. Desarrolle el diseño si trabaja con un control análogo. Incluya los instrumentos que se requieren indicando sus especificaciones mínimas. 3.

Considerando las especificaciones dadas en numerales 1 y 2, adicionalmente al agua se debe añadir una solución que es el fertilizante. Para ello se tiene un dispensador que mediante una bomba permite que el fertilizante caiga al tanque de agua. La bomba inyecta fertilizante líquido a razón de 2.5 I/min. Para el riego recomendado se requiere que la concentración del químico sea de 21 por cada 300m3 de agua. Diseñar el sistema de acuerdo a estas especificaciones. Hacer las consideraciones que crea convenientes para optimizar el sistema.

4.

Plantee la solución del problema si trabaja con lógica difusa. Fin

ejercicio

4.2

Eje":,plo 4.2 1. Un motor trifásico se conecta en triángulo y es accionado a través de los os de un or. Cuando se acciona un pulsador (Starf), el motor arranca y se mantiene en movimiento permanente_ mente. La única forma de detenerlo es mediante otro pulsador (stop). Cuando el motor está en movL miento, se da una indicación luminosa con un piloto. Diseñe el circuito. Solución De acuerdo a las indicaciones del enunciado, se dispone de dos pulsadores: Un pulsador de arranque: Si Un pulsador de parada: SO Con: 51

ABIERTO

SO

CERRADO

El motor es manejado a través de los os de un or, maneja la bobina de un or: KMl

entonces el circuito de comando

p-


106

Los pulsadores que se utilizan tienen retorno automático (por medio de resorte)¡ así que al accionar (cerrar) el pulsador de arranque¡ se energiza la bobina del or¡ actúan sus os y arranca el motor e instantes después¡ se libera el pulsador pero el motor debe seguir en movimiento; esto implica que la bobina del ar debe mantenerse energizada y sus os accionados. En alguna forma se debe asegurar esta situación. Este tipo de circuito presenta la característica de automantenimiento o sostenimiento o enclavamiento de la bobina una vez que el pulsador de arranque deje de ser accionado; la técnica que se emplea es utilizar un o auxiliar del or que se coloca en paralelo con el pulsador de arranque. El funcionamiento de este arreglo consiste en que al pulsar el Start, se energiza la bobina del or¡ sus os actúan incluyendo el o auxiliar. Luego que se libera el pulsador Start, el o auxiliar auto sostiene la alimentación de la bobina y en esta forma el ar permanece energizado y¡ lógicamente¡ la carga conectada actuando. La única forma de desconectar al or¡ es actuar otro pulsador que está fuera del paralelo; este pulsador es el Stop. La expresión instantes después se refiere a un corto tiempo que tarda desde el instante de energizar la bobina del ar y el instante en que sus os actúan; así que para que se produzca una conmutación efectiva de los os es necesario que el pulsador se mantenga presionado mínimo ese corto tiempo. Igual sucede cuando se hace el proceso contrario¡ es decir¡ desde el instante que se desenergiza la bobina hasta el instante en que los os retornan a su posición de reposo. Si el pulsador de arranque o el de parada actúan con tiempos inferiores a los mencionados¡ no se asegura la conexión o desconexión de la carga conectada a los os del ar. Con base en lo anterior se puede plantear una ecuación lógica: KMl

= SO

( S1

+

KMl)

KM1 a la izquierda de la igualdad es la carga (bobina del ar) mientras que KM1 del lado derecho . de la igualdad es el o auxiliar. En la figura 4.16 se muestran problema.

algunas gráficas incluyendo

las que cumplen con el enunciado del

i",= , KM1

--

Fl

J

".

o-~~

-\

111

1

so

.r:-l13

<-12

S1f---

CONEXIÓN TI-\IÁNGULO DEL MOTOR TRIFÁSICIO

Figura 4.16.

el RCUITO El..ECTRICO DE POTEl'jCIA

1'1

KM1\

'11

CIRCUITO ELECTRICO DEL COMANDO

Esquema para la conexión triángulo de un motor trifásico

AUTOMATIZACIÓN

4.

Automatismos

107

INDUSTRIAL: TEORÍA Y lABORATORIO de Control Eléctrico

A la izquierda arriba se muestra un diagrama de las tres bobinas del motor trifásico y su identificación. Son tres bobinas Ux, VY, WZ (motor con seis bornes) (ver la foto anexa a los diagramas). A la izquierda abajo la forma de conexión en triángulo de las tres bobinas, tal como se requiere en el problema. El diagrama del centro corresponde al circuito de potencia. Este circuito contiene: • Las tres fases: R, Sy T. • Luego están los os principales del ar KM1 y son los os que están en capacidad de manejar las corrientes grandes. • Encerrado en un recuadro se tienen las bobinas de un relé térmico (relé de sobrecarga). Este dispositivo es necesario adicionarlo como medio de protección en el caso que se presente sobrecarga del motor. • Finalmente está el motor, que es la carga principal. Es un motor trifásico de seis bornes dispuesto en una conexión triángulo. El diagrama de la derecha corresponde al circuito eléctrico de comando. Como se observa en la figura 4.16, se cumple la ecuación lógica planteada. En paralelo con la bobina del ar se tiene el piloto H1 con el que se indica que el motor está funcionando. Adicionalmente, se dispone de los os del relé térmico, indicados como F1; es un par de os con característica de conexión-desconexión. Si por alguna razón se presenta sobrecarga, el relé térmico actúa, abriendo el o cerrado, interrumpiendo de esta manera, la corriente hacia la bobina del ar. Simultáneamente se cierra el o abierto del relé térmico y al cual se ha conectado un piloto indicado como H2; con este piloto (que normalmente es de luz roja) se indica que hay problemas en el motor. El relé térmico y el piloto H2 son adicionales y no están condicionados por el problema; sin embargo, es importante siempre considerar las medidas de emergencia y protección y utilizar los medios disponibles para prevenir posibles fallos y mal-funcionamiento del sistema.

Siempre se debe redundar en protecciones tanto para los operarios como para las máquinas. ¡Los excesos de protecciones no sobran!

H2

FI

I Figura 4.17.

e

Esquema Ladder de os para la conexión y arranque de un motor conectado en triángulo

Finalmente, el diagrama ladder correspondiente al circuito de comando se muestra en la figura 4.17. Se incluyen los os del relé térmico y el piloto indicador H2. Al circuito desarrollado se le suele denominar:

mando por impulso instantáneo. Fin ejemplo 4.2


108

Ejemplo 4.3 Un motor trifásico se energiza por impulso instantáneo y se detiene luego de transcurrir 30 segundos. El motor está conectado a la red en estrella y actúa a través de los os de un ar. Diseñe el circuito.

Solución Según el enunciado, mediante un pulsador se da el arranque y se auto sostiene durante 30s; al finalL zar este tiempo el motor se detiene. Como el proceso incluye tiempo, es necesario colocar un temporizador al circuito. Se pueden plantear diferentes soluciones al problema, considerando que tanto el ar como el temporizador contie_ nen os adecuados para la función de enclavamiento del ar; aquí se propone una solu_ ción. El circuito de comando contiene un temporizador a la desconexión que se coloca en serie con el pulsador de arranque, como se observa en la figura 4.18.

I

BOBINAS

DEL

1

MOTOR TRIFÁSICO ,,_ fIDU

z

_ _v__ ~,\

x

u

CONEXiÓN DEL MOTOR

/1 j

"

y

v

ESTRELLA TRIFÁSICO

CIRCUITO

DE POTENCIA

CIRCUITO DE COMANDO

w

Figura 4.18.

Diferentes esquemas para la conexión y arranque de un motor conectado en estrella

Cuando se presiona el pulsador 51, se energiza la bobina del temporizádor y simultáneamente se cierra su o temporizado KAl, energizando, a su vez, la bobina del ar principal KMl y esto se aprecia cuando el motor inicia su movimiento (se puede observar el piloto Hl si no es posible observar el motor); ahora se libera 51, se desenergiza el temporizadorKAl e inicia el tiempo progra_ mado. Recuerde que en el temporizador a la desconexión (TOF), desde el instante en que se energiza su bobina, hasta que transcurre el tiempo programado, todos sus os cambian: los os normalmente abiertos se cierran y los os normalmente cerrados se abren; luego de ese tiempo, sus os vuelven al estado inicial de reposo. Entonces, cuando transcurre el tiempo, el o . KAl vuelve a su estado de reposo, desconectando la bobina del ar KMl e instantes después, sus ar vuelven a la posición de reposo, desconectando el motor. El tiempo total en que el motor está en movimiento debe ser de 30s, de acuerdo al enunciado; este tiempo se cuenta desde el instan_ te en que los co tactos del ar se cierran hasta que se vuelven a abrir. Entonces en el ajuste de los 30s se . ven los tiempos de retardo entre cierre-apertura de los os del ar.

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORlO

109

4. Automatismos de Control EléctJi

Adicionalmente al circuito de coma o se añade el pulsador SO que es el pulsador de parada y los os del relé térmico¡ con el indicador H2 de sobrecarga. Estos elementos se deben añadir¡ aunque el enunciado del problema no los incluya. iTodo circuito debe tener un pulsador de PARADO DE EMERGENCIA! Se muestra en la figura 4.18¡ el circuito de potencia en donde se disponen las bobinas del motor para la conexión estrella que es la condición del problema. La utilización de los temporizadores a la desconexión (TOF) presenta un problema que puede ser crítico en algunas ocasiones. Se explica mediante la carta de tiempos de la figura 4.19.

S1

~

so

!

----

BOBINA KAl

O KAl

BOBINA

KNl O Kt-ll

¡ ¡¡ 678

EVENTOS

Figura

4.19.

:¡ ¡ ¡ 9 10 1112

¡

II

1314

Diagrama de tiempos para el circuito de comando de la Figura 4.18

En la figura se muestra el comportamiento del circuito en el tiempo como respuesta de accionar los pulsadores de arranque 51 y de parada SO. Se indican 14 eventos en el tiempo (en el eje horizontal), que se explican en la siguiente forma: EVENTO 1: Se aplica el pulso de arranque con 51 (flanco de subida). En ese instante: Energiza la bobina del temporizador KAl Cierra su o KAl Energiza la bobina del ar KMl EVENTO 2: EVENTO 3:

Cierra el o KMl del ar (debido al retardo tr). Entoncesel motor queda energizado. Se libera el pulsador 51, luego: Inicia la temporización el temporizador Su o permanece cerrado El ar sigue energizado El o del ar sigue cerrado y el motor funcionando.

EVENTO 4:

Transcurre el tiempo programado para el temporizador tp, luego: Abre el o KAl, retornando a su posición de reposo Se desenergiza la bobina del ar.

EVENTO

5: Transcurre el tiempo de retardo trpara el o

KM1, así que vuelve a su posición de reposo.

El motor se detiene. EVENTO 6:

Nuevamente se acciona el pulsador de arranque 51, luego: se energiza el temporizador, cierra su o, energiza la bobina KM1.

EVENTO 7:

Se libera el pulsador 51, luego inicia la temporización KAl

-10<-'

110


4. Automatismos de Control Eléctrico EVENTO 8:

Cierra el o KMlluego de transcurrir try el motor inicia operación.

EVENTO 9:

Se acciona el pulsador de parada 50/ luego: El o KAl se mantiene cerrado Se desenergiza la bobina KM1.

EVENTO 10: Luego del tiempo tr, abre el o KMl deteniendo el motor. EVENTO 11: Libera el pulsador 50/ así que: La bobina del or KMl vuelve a energizarse, puesto que el o KAl se ha mantenido cerrado y se establece corriente a través de su circuito. EVENTO 12: Vuelve a cerrar el o KMlluego del tiempo try el motor se energiza. EVENTO 13: Transcurre el tiempo programado tp para el temporizador, abre su o KAl y desenergiza la bobina KM1. EVENTO 14: Abre el o KMlluego del retardo try el motor se detiene finalmente. Luego de ese análisis, se llega a varias conclusiones: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Los temporizadores responden al flanco de subida. Se puede considerar que no hay retardos entre energizar la bobina del temporizador y cambiar de estado sus os Para el temporizador a la desconexión, en el instante en que se energiza la bobina, sus os cambian. Para el temporizador a la desconexión, al desenergizar su bobina, los os se mantienen en el estado actual. Para el temporizador a la desconexión, se inicia el tiempo de temporización luego que la bobina es desenergizada. Desde que se energiza la bobina del temporizador y durante todo el tiempo de temporización, sus os permanecen en el estado actual, es decir, los os cerrados se abren y los os abiertos se cierran, sin importar que el circuito esté o no energizado.

Es el comportamiento anotado en la conclusión 6 el que hace del temporizador a la desconexión, un dispositivo peligroso para ciertas aplicaciones, porque a pesar que se desconectó la alimentación del circuito, su o permanece inalterable, así que un parado de emergencia no es seguro con este dispositivo. Piense en una situación como la siguiente: Una máquina está controlada por un temporizador a la desconexión y se suprimió la energía en la planta; algún operario, de manera desprevenida, se acerca a la máquina y en ese instante la energía se restablece, la máquina reinicia su funcionamiento poniendo en peligro la integridad del trabajador. Se deben prevenir estas situaciones de riesgo. Queda como ejercicio: deducir una tabla de verdad, dibujar el diagrama ladder para circuito de coman_ do de la figura 4.18. Fin ejemplo

4.3

Cartas o Diagramas de Proceso Recordar que todos los procesos analizados en el libro son sistemas de eventos DES. Para describir cómo funciona un proceso, se pueden utilizar diferentes estrategias. Una de ellas es mediante las cartas o diagramas de proceso. Consiste en representar con rectángulos las distintas cargas (motores, bandas transportadoras, o_ res) y los distintos accionamientos (pulsadoresr interruptores, temporizadores, sensores) que actúan sobre esas cargas y representa los eventos que suceden para que el proceso cambie sus estados. La figura 4.20 muestra tres ejemplos de estos diagramas. discretos


L~~_] U

I 1'1 P2

KN2

I i 1'3

t

-1

U

--·tl---

I

Kf<11

111

r==;¡
I

KM2

Ti

T2ln

Ti

Pl

1'2

~l

T2

I

-~-~~I-I n t

KH2 Xl

SI'

(B)

(A)

Figura 4.20.

(C)

Ejemplos de tres diagramas o cartas de Proceso

El diagrama de la figura 4.20(A) describe un proceso con dos cargas KMl y KM2; KMl se energiza al accionar P1. Luego, al accionar P2 se energiza la carga KM2, así que están operando las dos cargas. Finalmente, al accionar P3 las dos cargas se apagan a la vez. Para este ejemplo se puede considerar que Pl, P2 Y P3 pueden ser pulsadores, fines de carrera o sensores de alguna variable, pueden ser combinación de estos accionamientos. El diagrama de proceso de la figura 4.20(B), además de los accionamientos Pl y P2, se incluyen temporizadores, así que el proceso que representa este diagrama se puede describir de la siguiente forma: Al accionar el pulsador Pl se energiza la carga KMl y se inicia el temporizador; al transcurrir el tiempo Tl se energiza la segunda carga, KM2. Posteriormente, cuando el sensor P2 envía señal, apaga la carga KMl y después del tiempo TI se apaga la carga KM2. Al cabo del tiempo T3, el proceso se reinicia automáticamente (sin accionar Pl). El diagrama del proceso de la Figura 4.20(C) contiene una carga que representa una alarma sonora (chicharra). El proceso se puede describir en la siguiente forma: Al accionar el pulsador de marcha M se activa la carga KM1; posteriormente, cuando el sensor fin de carrera Xl hace detección de objeto, energiza la carga KM2, cuando transcurre el tiempo Tl las dos cargas se apagan y se da una señal de alarma. Esta señal de alarma permanece activa durante el tiempo TI. Si antes de completar el tiempo TI un sensor magnético detecta objeto metálico, apaga la chicharra y el proceso pasa a desarrollar algún subproceso SP. Después de completar el subproceso se considera que se terminó un producto, así que para iniciar un nuevo producto, se debe accionar M. Ahora, si el sensor magnético no sensó material metálico, al transcurrir el tiempo T2 la alarma se apaga y se reinicia automáticamente el proceso luego de transcurrir el tiempo T3. Cuando se completen 50 productos terminados, se tiene un lote y se da algún tipo de alarma para indicar que se debe introducir materia prima o fabricar otro producto (esto no está indicado en el diagrama, sino que se entregará como especificación en el enunciado del problema).

Como se observa con estos ejemplos, los diagramas de proceso resultan bastante claros al ir a definir algún proceso de producción. El paso que sigue es que basado en estos diagramas, se debe diseñar el circuito eléctrico que satisface las especificaciones del proceso. El proceso contrario es que a partir del circuito eléctrico, efectuar el análisis para deducir la carta del proceso. Considere el circuito eléctrico de mando de la figura 4.21. Contiene tres bobinas de relé KMl, KM2, KM3, seis pulsadores 5lr-oO/ 56, un pulsador de parada de emergencia 50 y tres os térmicos Fl, F2, F3. Significa que el circuito va a comandar a tres motores.


112

Fl.

rr-[-+-- ---------- - -------------I ,

F2

r--r- ------------------.-------------------------- ------

F2

rr-f--T------------------------------------------------

R

r

-- --- -- -- ----- -----\

l ~

•

\

]

-~----

----- -

50Q---~

56[---\

J

KM3

KM2\

KM1

5 4

5

6

KM31

Figura 4.21.

8

7 11

Circuito de comando eléctrico para el manejo de tres motores

Deduciendo las expresiones algebraicas para cada carga se obtiene: (1)

Kr'l1 = ( 51

+ KJ\13) (

(2)

Kt·12 = (53

+ Kf\-l1 ) (54·Kf\-11 + KM2

(3)

Kfv13= (55

+

5I·Kf"'13

KI\12 ) ( 56·Krv12

+ Kf\-'11)

+

)

Kfv13)

En estas ecuaciones no se ha tenido en cuenta el pulsador de parada SO ni los os de los térmicos. Además, los pilotos Hl,.", H3 no se incluyen en las ecuaciones por estar en paralelo con las bobinas de los ores: Cuando se energiza la bobina, el piloto (testigo óptico) se enciende.

Analizando las ecuaciones se tiene: Para que energice

KM3

necesariamente se tiene que haber activado

Para que energice

KM2

se tiene que haber energizado

KM2.

KM1.

Por lo tanto la carga que inicia es KMl accionando el pulsador os auxiliares KMl se cierran.

52.

Entonces, todos los

Si acciona: 51, 53, SS, 56, no hay cambio, así la carga que sigue en operación es accionando el pulsador 54; entonces todos los os KM2 se cierran. Si acciona: 51, do el pulsador

no hay cambio, luego la carga que sigue es y los os de KM3 cambian.

52, 53, 54, 55, 56,

KM3

KM2

accionan_

113

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y lABORATORIO 4. Automatismos de Control Eléctrico

Si acciona: 52, 53, 54, 55, 56¡ no hay cambio¡ pues el único pulsador que produce cambio es Si apagando la carga 1. Si Acciona: Si, S2, S4, 55, 56¡ no hay cambio y el único pulsador que produce cambio es S3 que apaga la carga KM2. Si acciona: Si, S2, S3,S4, S6, no hay cambio¡ entonces el pulsador que produce cambio es S5 que apaga la carga KM3.

Kf'11

I Kf\'12

i

Kr"'13 ¡

I I I

52

Figura 4.22.

54

I

I

56

51

53

55

Carta de estado para el circuito de la Figura 4.21

Como resultado del análisis se deduce el diagrama de proceso de la figura 4.22. Observar que en este circuito¡ el accionamiento de los pulsadores no se realiza caprichosamente o en desorden¡ sino que tiene el orden indicado en el diagrama¡ no otro. El pulsador de emergencia so detiene el proceso en cualquier momento¡ desactivando todas las cargas que estén activas en el instante de accionarlo. Se tendría que analL zar¡ de acuerdo al proceso¡ si esta acción del pulsador de emergencia es conveniente o no. Imagine que se está fabricando algún producto que mezcla cinco componentes; si está fabricando el producto¡ va a iniciar la introducción del quinto componente y se presenta una emergencia indicando que la materia prima de este componente se agotó. Es posible que sea absurdo perder este producto¡ si el parado de emergencia reiniciara todo el proceso.

Ejercicio 4.3 ~-

1. Un motor trifásicoconectadoen estrellase puedeoperaren dosformas: manualmentepor impulso permanenteo automáticamentedurante 30s. Diseñarel circuito con el que se pueda hacer este comando.

2. Un motor trifásico opera inicialmenteen estrella y luegode transcurrir Ss pasaa triángulo y se detienefinalmenteal transcurrir60s. Parainiciarel proceso,se debedar un arranquecon un pulsador.Diseñeel circuito.


114

4. Automatismos de Control El'

3.

Un motor DC de excitación independiente tiene la posibilidad de invertir su giro gracias a dos interruptores: uno produce la marcha hacia delante y el otro la marcha hacia atrás. Si los dos interruptores se accionan simultáneamente, el motor no responde y se da una indicación de alarma. El motor se acciona a través de los os de un ar. Diseñe.

4.

Se requiere controlar el motor eléctrico de un compresor el cual es actuado por los os de un ar. El circuito debe funcionar de la siguiente forma:

4.1 Al operar un interruptor manual se conecta el motor a la línea y se inicia el llenado del tanque introduciendo aire a presión. 4.2 El compresor dispone de un presóstato ajustado a presión máxima. Cuando se opera este presóstato, se detiene el motor y no hay más entrada de aire al tanque. Por consumo, el aire sale del tanque. 4.3. Se dispone de un segundo presóstato ajustado a una presión mínima. Cuando la presión del aire dentro del tanque queda ligeramente por debajo de esta presión, el motor inicia su movimiento permitiendo la entrada de aire al tanque. 4.4. Si en cualquier parte del proceso, el interruptor se actúa estando el motor en movimiento, se detiene el motor y no entrará aire al tanque. Diseñe el circuito y dibujarlo convenientes ..

junto

con el diagrama

ladder. Hacer las consideraciones

que crea

5. La siguiente figura muestra un móvil que se desplaza entre los puntos A y B. El móvil desplaza máquinas-herramientas y el movimiento se obtiene de un motor De. El proceso de desplazamiento tiene la siguiente secuencia: 5.1. El carro está en la posición A. Después que un operario presiona un pulsador de arranque, el móvil inicia el movimiento hacia la derecha, liberando un pulsador fin de carrera colocado en el punto A. Una vez el móvil abandona el punto, se libera el pulsador de arranque. 5.2. Cuando el móvil llega a la posición B acciona otro botón de posición, se detiene durante 60s, hace la inversión del desplazamiento. Ahora el móvil se desplaza hacia la izquierda. 5.3. Cuando el móvil llega al punto A y acciona el botón de posición en ese punto, se detiene finalmente. Este es el ciclo completo del proceso.

Figura Ejercicio 4.3.5.

Desplazamiento

del móvil entre dos puntos

5.4. Para iniciar nuevamente el proceso, se repite el paso 5.1. 5.5 Por seguridad y mientras el móvil

esté en movimiento se debe tener una alarma audio-visual.

Diseñar el circuito que cumpla con ese proceso y dibujar el circuito eléctrico y diagrama ladder. Hacer las consideraciones y cambios que mejoren el proceso.

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y lABORATORIO 4. Automatismos de Control Eléctrico

6.

La siguiente figura muestra el proceso de transporte Pista Doble.

115

de una masa de un punto a otro, sobre una

Pista 2

Pista Móvil Pista 1

~.

~J¡ ~

Sensores Magnéticos

CD00 ~®(D

Imanes en

Motor de la Pista Móvil

Figura Ejercicio 4.3.6.

Esquemade la pista doble

Posee dos pista fijas (Pista 1, Pista 2) y una· pista móvil que se desplaza verticalmente por medio de una cadena solidaria al eje de un motor (alimentado máximo a 12V). Las pistas están construidas en aluminio. En los puntos indicados: , están colocados imanes. El carro está dispuesto sobre un mecanismo de cuatro ruedas que se accionan por medio de un motor (alimentado máximo a 3VDC); sobre las ruedas se tienen dos plataformas separadas por medio de resortes. El. móvil se desplaza a través de las pistas sin desviarse porque las pistas están dispuestas en ángulo de manera que el móvil queda perfectamente encajado. El funcionamiento

es el siguiente (ver la secuencia):

6.1. Inicialmente el móvil está ubicado en el extremo de la pista 1, luego el sensor magnético
el sensor magnético 0 con el imán del

6.3. La pista móvil comienza a subir y cuando interactúa el sensor ® con el imán derecho de la pista móvil significa que está alineada la pista móvil con la pista 2, luego se detiene la pista móvil. Se da otro tiempo de Ss y el carro sigue su desplazamiento hacia la derecha. 6.4. Cuando el imán inferior del móvil cierra el sensor magnético ® ubicado al extremo derecho de la pista 2, significa que el carro se debe detener. Allí queda hasta que sea retirada la carga. 6.5. Una vez que se retire la carga del móvil y luego de transcurrir lOs, el móvil inicia su movimiento hacia la izquierda, repitiendo todo el proceso, pero en sentido contrario. Diseñar el circuito eléctrico que cumpla con las condiciones; dibujar el esquema eléctrico y diagrama ladder. Hacer las consideraciones que crea convenientes para optimizar el proceso. Anótelas.

AUTOMATIZACIÓN

4. Automatismos

116

INDUSTRIAL; TEORÍA Y LABORATORIO de Control Eléctrico

1.

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I

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3.

I

5.

I Figura ejercicio 4.3.6.

7.

Secuencia del funcionamiento

de la pista doble

La siguiente figura ilustra un brazo mecánico que está sobre un trípode y cuyos movimientos posibles mediante motores DC, de alto torque.

son

117


Figura ejercicio 4.3.7.

Mecanismo electromecánico

con dos grados de libertad

Con un motor de 3VDC se logra que el movimiento del brazo sea de 1800 mientras que con un segundo motor de SVDC se abre y cierra la mano. El cierre y apertura de la mano se logra mediante un mecanismo igual al que se utiliza en el freno de las bicicletas (guaya), así que al cerrar la mano, y gracias al alto torque del motor, se logra obtener bastante fuerza. Diseñe un circuito con el que se logren los movimientos para transportar bloques desde un punto a otro y además que disponga del circuito con el que sense la fuerza de la mano, para controlar su cierre de acuerdo a la carga transportada; incluir temporizadores. En lo posible utilice una sola fuente de alimentación. Anote y aplique las sugerencias que mejoren el proceso.

8.

En la siguiente

.figura se muestra un mecanismo electro-mecánico

Moto~y meCfinlsmo Para baJ-ar y subir

el sello

motor para mover la banda

para el marcado de cajas.

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I

cajas a marcar

sensor2


bandfi transportadora

Proceso de marcado de cajas

Se tiene un mecanismo que coloca cierta marca a cajas; se compone de una banda transportadora movida por un motor, un mecanismo mecánico movido también por otro motor para marcar las cajas, un sensor que posiciona la caja bajo el mecanismo de marcado y otro sensor que sensa el marcado de la caja. Sensores en los extremos de la cinta transportadora. El funcionamiento

del sistema es así:

~.

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL; TEORÍA Y LABORATORIO 4. Automatismos de Control Eléctrico

118

8.1. Un operario acciona un pulsador de arranque (start) para que la banda inicie su movimiento. Luego va colocando las cajas sobre la banda en uno de sus extremos. 8.2. Cuando la caja es detectada por el sensor 2, se detiene y se inicia el movimiento del mecanismo de marcado. 8.3. Una vez se sensa la marca en la caja mediante el sensor 1, el sello sube y la banda reinicia el movimiento, desplazando las cajas. 8.4. Cuando la caja marcada llega al otro extremo de la banda, esta se detiene y entra a operar el brazo descrito en el Ejercicio 4.3.7, con el que se retira la caja que será colocada en una caja depósito. Una vez retirada, el brazo da una indicación a la banda para que continúe su movimiento. 8.5. Cuando se complete un lote de 30 cajas marcadas, se da una indicación para colocar una nueva caja depósito. En este paso: de detiene la banda, se coloca la nueva caja depósito y se acciona el Start para reiniciar otro lote. 8.6. El proceso se puede interrumpir en cualquier parte del proceso, por ejemplo, si falta tinta para el sello, o una caja es imperfecta, o cualquier otra anomalía que detecte el operario. 8.7. Si transcurre un determinado tiempo y no se sensa cajas para marcar, se activa una alarma sonora y detiene la banda. Dis~ñeel circuito y dibuje el diagrama eléctrico y ladder.

9. La figura siguiente ilustra una grúa torre. Posee 3 motores tipo De. El brazo puede girar 3600, el carro se puede desplazar hacia adelante y hacia atrás, mientras que la carga conectada al carro puede subir y bajar; la carga es un electroimán. Brazo Carro Contrapeso

Carga Electroimán

_________________


.i

M_._1

L

M2

Estructura de la Grúa torre

Se disponen dos masas de diferentes alturas: Mi y M2, ambas terminadas en un tornillo (para que los bloques sean atrapados por el electroimán). El control que se requiere consiste en identificar la masa, energizar el electroimán, coger la masa, desplazarla a una posición determinada, dependiendo de la masa, luego desenergizar el electroimán y retornar el brazo a la posición inicial.


119

La figura de la izquierda muestra una vista desde arriba cómo se deben ubicar las masas. Po es la posición inicial en donde se colocan las dos masas. La masa Mi se debe posicionar a 1200 y a 50cm del eje de la pluma, mientras que la masa M2 se ubica a 1200 y 20cm del eje. El proceso completo se describe a continuación: Estando el brazo en la posición Po, con un pulsador se da la orden para que se inicie el proceso; la carga desciende, identifica la masa, energiza el electroimán atrapando la masa, sube la carga y desplaza el carro y brazo a la posición correspondiente a la masa atrapada, baja la carga y desenergiza el electroimán, así que la masa cae a una caja en donde se almacena. Una vez que se ubican las masas en su posición final, la pluma regresa el brazo a la poslclon inicial; se coloca otra masa en la posición Po y mediante el pulsadorse da la orden para que repita todo el proceso anotado. Diseñar el circuito eléctrico que satisfaga las especificaciones anotadas. Dibuje el diagrama Hacer las consideraciones que crea convenientes para optimizar el proceso. Anótelas.

ladder.

10. En un edificio de cinco pisos, en cada uno de ellos se dispone de una bombilla y sensor de proximidad; el cubrimiento del sensor está entre los extremos de la escalera en cada piso. Cuando alguna persona va de un piso al otro, el sensor detecta su presencia y activa la bombilla en las escaleras que une esos pisos; el tiempo de activación es de 30s. Si va al siguiente piso, el sensor correspondiente la detecta y energiza la bombilla del siguiente piso. Se debe asegurar que las bombillas de dos pisos consecutivos queden encendidas simultáneamente durante lOs. Diseñar el circuito eléctrico que cumpla con esas especificaciones, dibuje el diagrama ladder. Efectúe un diagrama pictórico del edificio, indicando la ubicación de los sensores y de las bombillas. Si fuera a vender el proyecto, ¿cómo justificaría que este sistema es más eficiente que otros sistemas convencionales, desde el punto de vista de economía y comodidad? Proponer otra solución mejor.

11. Basado en la estructura de una banda transportadora, se colocan en un extremo bloques de madera de diferentes alturas. Las dimensiones de los bloques son: bloque pequeño 3cmx3cm y altura 4cm; bloque mediano: 3cn1x3cm y altura de 6cm; bloque alto: 3cmx3cm y altura 8cm. Los bloques se colocan aleatoriamente. En el otro extremo de la banda se coloca el brazo del problema 4.3.7, el cual selecciona los bloques y los coloca en recipientes distintos, dependiendo de la altura del bloque retira_ do. Diseñar el sistema de control que haga la detección de objetos, manejo del brazo robot para retirar y seleccionar los bloques. Adicione al sistema, un contador de bloques en los recipientes, de manera que cuando alguno de los cubículos llegue a 10 bloques, se detenga la acción del robot, indique con una alarma sonora y se mantenga en ese estado hasta que se desocupe el recipiente.

12.

Para los circuitos propuestos a continuación: 1. 2. 3. 4.

Explique el funcionamiento Dibuje el diagrama ladderde os Para los circuitos con dos o más cargas dibujar la carta de proceso. Asocie el proceso a un proceso real. Dibuje un esquema pictórico de ese proceso.

AUTOMATIZACIÓN

4. Automatismos

INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO de Control Eléctrico

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AUTOMATIZACIÓN

4.

Automatismos

INDUSTRIAL:


121


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AUTOMATIZACIÓN

4. Automatismos

INDUSTRIAL:


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(7)

Fin ejercicio 4.3

AUTO MATIZACIÓN

4.

Automatismos

INDUSTRIAL:

TEORÍA

Y LABORATORIO

123


Laboratorio 1.

Automatismos Eléctricos Los siguientes son diagramas de proceso propuestas para diseñar y efectuar el montaje en laboratorio. Para todos los procesos colocar pulsador de parada de emergencia y no utilizar pulsadores con enclavamiento o interruptores.

1. Diseñe las siguientes secuencias con dos cargas. Defina tiempos (T) y tipo de sensores utilizados (S); P es pulsador de arranque y los puntos al final de la secuencia, significan que la secuencia inicia automáticamente luego de transcurrir el tiempo T. ? significa que puede seleccionar temporizador o pulsador, como más le convenga. Asocíeel proceso a un proceso industrial real. Explique con detalle: A.

B.

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2. La secuencia G. tiene un proceso principal y dos subprocesos. La secuencia principal contiene las cargas KMl y KM2 e inicia manualmente cuando se acciona el pulsador PO. Cuando termina esta secuencia, suena una alarma durante un tiempo T. Si antes de acabar este tiempo, se acciona el pulsador Pl, se activa la carga KM4, pero si se acciona el pulsador P2, se activa la carga KM3. Una vez acaba cada una de estas cargas, se repite el proceso principal automáticamente, sin accionar Po. Si la alarma se apaga y no acciona los pulsadores, se repite la secuencia principal. Cada uno de los subprocesos se repite 10 veces, significando que se completa un lote de 10 productos terminados. Si uno de ellos termina primero al accionar el pulsador que lo habilita no debe responder. Cuando se completan ambos subprocesos, se debe indicar con alguna alarma esta situación.

AUTO MATIZACIÓN

INDUSTRIAL:

4. Automatismos

124



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Diseñar el circuito que satisface las especificaciones. Explicarlo con detalle.

Asociar el proceso a un proceso industrial real.

3. Dibuje los circuitos y el diagrama ladder de os para cada uno de los siguientes diagramas de secuencias. Considere que cada secuencia se inicia manualmente, mientras que los siguientes cambios en las secuencias pueden ser causadas por sensores o temporizadores. Asocie cada secuencia a un proceso industrial real y explíquelo con detalle. CD

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AUTO MATIZACIÓN

INDUSTRIAL:

125



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Los siguientes procesos están conformados por un proceso principal y algunos subprocesos. La selección de estos depende del acciona miento de sensores que están habilitados cuando en el proceso principal se activa una señal sonora. Considerar que el proceso principal es un producto base y cada subproceso es un producto con algunos elementos adicionales. Para la producción se fabrican cinco productos de cada subproceso y cinco productos del proceso principal. El orden de producción es arbitrario, pero cada que complete el número de productos del subproceso se debe indicar con una señal luminosa y cuando se completen los quince productos, una señal sonora debe indicarlo.

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126

4. Proyecto. Se tiene una fábrica de herramientas de hierro y acero, en la cual sobresale la construcción de martillos. El proceso que se va a describir es el de la fabricación de martillos; se fabrican de varios tamaños, que dependerán del tamaño del molde. El proceso comienza con el transporte de la materia prima (bloques de acero) desde la bodega hasta el horno de fundición a través de la banda transportadora; los bloques se arrojan a un horno previamente caliente a la temperatura de fusión del acero. Se temporiza 10 minutos a esta tempera_ tura para que el acero se convierta a liquido; en seguida, el acero es vertido sobre los moldes dispuestos para tal fin; luego, los moldes son enfriados por medio de compresores, proceso que tarda 5 minutos y después, los moldes se trasportan hasta el lugar donde se sacan se verifican y tienen otros tratamientos, para, finalmente, colocarlos sobre carros que los llevaran a su ensamble. Descripción del proceso simplificado: 1. Por medio de una banda transportadora se traslada la materia prima de la bodega al horno, donde se abre la compuerta para que caigan al horno. 2. La materia prima cae al horno, detecta el material y luego se enciende hasta llegar a cierta temperatura, luego temporiza 10 minutos a esa temperatura, cuando se cumple el tiempo programa_ do, el horno se apaga y vierte el material líquido sobre los moldes. 3. El acero líquido a alta temperatura es vertido sobre los moldes, allí se supervisa el nivel de líquido y la temperatura y que los moldes queden con el nivel de material líquido requerido, es decir llenos totalmente. 4. Cuando se verifica que los moldes se han llenado correctamente se comienza la etapa de enfria_ miento, que consiste en hacer circular aire frío casi congelado sobre los moldes por medio de compre_ sores anteriormente diseñados para tal fin. 5. Se verifica que la temperatura haya bajado para que los moldes puedan ser manipulados y el material esté solidificado dentro de los moldes. 6. Los moldes se transportan al área de perforación para que allí se activen los taladros perforarlos y luego pasen a la etapa de ensamble que se hará manualmente.

para

Diseñar el sistema, deducir y dibujar el diagrama de secuencias e implementar el circuito eléctrico.

Fin laboratorio 1

4.5.

Conclusiones

Se presentó en el capítulo, el diseño de los automatismos basados en el álgebra de Boo/e, es decir procesos de comportamiento todo o nada. Estos procesos están enmarcados dentro de los sistemas de eventos discretos, mencionados en el capítulo 2 (sección 2.9) en donde los cambios del proceso, suceden cuando se presenta un evento. Así que lo estudiado en este capítulo y todos los siguientes capítulos, permiten ver la orientación del libro hacia el estudio de los sistemas DES, o sistemas de eventos discretos.

I


127

5. Controlador LÓ9ic-oProgramable

CONTROLADOR

,

5.

LOGICO

PROGRAMABLE PLC

5.1.

Introducción

En el capítulo anterior se estudiaron los dispositivos eléctricos y su interco_ nexión para desarrollar procesos, recordando que son procesos enmarcados dentro de los sistemas de eventos discretos DES, uniendo todos estos dispositivos de una manera planificada y con un propósito, se obtienen los circuitos eléctricos.

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Imaginar una planta en donde se fabrican y ensamblan autos. La disposición de esta planta se adecua de manera que produce un modelo de auto con sus características particulares. En esta planta se utilizan varias tecnologías: eléctrica, hidráulica, neumática, todas trabajando armónicamente para producir ese modelo. Centrando la atención en la tecnología eléctrica, todos los actuadores y captadores están dispuestos, unos en las zonas del proceso, otros dispuestos en grandes armarios (armarios de relés). El problema surge cuando se quiere introducir un nuevo modelo de auto (porque el mercado así lo exige); este cambio implica que gran parte de la estructura de tecnolo_ gías, en especial la eléctrica, pues es esta la que comanda a las otras tecnologías, tiene que alterarse. Este fue el problema que afrontó la General Motors en sus plantas de producdón. "Estos cambios implicaban elevadísimos costos y largos periodos de tiempo para su reestructuración y adaptación. Entonces la empresa buscó una alternativa que reemplazara los complejos y rígidos sistemas de control con relés. El nuevo sistema debía cumplir con ciertas especifica_ cio es como por ejemplo: 1. Que fuera programable y de programación sencilla. 2. cambios en el programa sin tener que intervenir en el sistema (sin alterar el cableado). 3. Pequeño¡ más económico y fiable que los sistemas de control con relés. •. Sencillo y bajo costo de mantenimiento.

128

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y lABORATORIO 5. Controlador

Lógico Programable

Paralelamente a la necesidad de la General Motors, otra compañía: La Bedford associates, desarrolló y presentó a la fabricante de autos algo denominado Controlador Dígital Modular MODlCON (MOdular Dlgltal CONtroller). El dispositivo gustó y fue introducido en una de las plantas de la GM. Así nació el primer PLC (PLC: Programmable Logic Controller). Así que en 1968 se desarrolló el primer control lógico programable. Desde entonces, el acelerado desarrollo de la microelectrónica ha permitido su evolución y populariza_ ción. Se puede decir que el PLC nació como una alternativa a los circuitos complejos de automatización; así que el PLC es un aparato electrónico que sustituye los grandes y cortiplejos armarios eléctricos. Entonces este capítulo se dedica al estudio de este equipo tan fundamental en todos los campos de la manufactura.

5.2.

importante

y

--

Definición y Aplicaciones

El término Control Lógico Programable lo define el comité eléctrico internacio_ nal lEC 1131 parte 1 (lEC: Intemational E/ectrical Committee) 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 instruc_ ciones orientadas al , para la realización de funciones específicas tales como enlaces lógicos, secuenciación, temporización, recuento y cálculo, para controlar, a través de entra_ das y salidas digitales o analógicas, diversos tipos de máquinas o procesos. Tanto el PLe como sus periféricos asociados están diseñados de forma que puedan integrarse fácilmente en un sistema de control industrial y ser fácilmente utilizados en todas las aplicaciones para las que están previstos.»

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..x..

Todas las máquinas o sistemas automáticos tienen control. Dependiendo del tipo de tecnología, los controles pueden dividirse en neumáticos, hidráulicos, eléctricos y electrónicos; generalmente se utiliza una combinación de las diferentes tecnologías. Además se distingue entre controles con programa cableado (conexionado físico de compo_ nentes electromecánicos) y controles programados como los PLC. Los controles cableados se utilizan cuando los procesos siempre se mantienen, o se tienen que efectuar cambios que no implican alteración en su estructura, mientras que los controles programables, resultan ideales en aquellas factorías en donde hay varie_ dad de productos, diversidad de procesos, generación de nuevos modelos, etc. En estos casos, dado que el programa se tiene grabado en una memoria, el pue_ de modificar, ampliar y optimizar con facilidad sus procesos de control.

~

La tarea original del PLC es la interconexión de señales de entrada, de acuerdo con un determinado programa; si el resultado de la interconexión es «cierta», activa la corres_ pondiente salida. El álgebra de Boo/e forma la base matemática para esta operación, ya que solamente reconoce dos estados definidos para una variable: o falso y 1 cierto.

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129

5. Controlador Lógico Programable

Consecuentemente una salida también asume uno de estos valores, por ejemplo, un motor conectado en la salida: está energizado o no. En el PLC el comportamiento de entradas-salidas es semejante al de los controles realizados con dispositivos €Iectromecánicos, con elementos lógicos, neumáticos o electrónicos; la diferencia está en que el programa, en lugar de estar cableado, está almacenado en una memoria. Sin embargo los alcances del PLC se ampliaron rápidamente: las funciones de tempo_ rización, conteo, operaciones de cálculo matemático, conversión de señales análogas, 000' representan funciones tan comunes que pueden ejecutarse en casi todos los PLCs modernos. Otras operaciones son, por ejemplo, la visualización, es decir, la representación de los estados de las máquinas o la supervisión de la ejecución del programa por medio de una pantalla o monitor; también el control directo, esto es, la facilidad de intervenir en los procesos de controlo, alternativamente, impedir tal intervención a las personas no autorizadas. El desarrollo de las comunicaciones ha permitido interconectar y armonizar sistemas individuales controlados por PLC, por medio de redes o buses de campo. Aquí, una computadora principal permite la generación de órdenes de mayor nivel para el procesamiento de programas en los diversos sistemas PLC interconectados. La conexión de varios PLCs, así como la de un PLC con el computador maestro se realiza por medio de interfaces de comunicación especiales. Para ello, la mayoría de los más recientes PLCs son compatibles con sistemas de bus abiertos estandarizados, tales como Profíbus. Gracias al aumento de la potencia y capacidad de los PLCs avanza_ dos, pueden incluso asumir directamente la función de una computadora maestra. Hacia finales de los setenta, las entradas y salidas binarias fueron finalmente amplia_ das con la adición de entradas y salidas ana lógicas, ya que hay muchas aplicaciones técnicas que emiten y requieren señales ana lógicas (medición de fuerzas, velocidades, temperaturas, presión, sistemas de posicionado). Al mismo tiempo, la adquisición y emisión de señales analógicas permite la comparación de valores reales con los de consigna y, como consecuencia, la realización de funciones de regulación automática, tarea que va más allá del ámbito que sugiere el nombre de control lógico programable. Mencionar los campos de aplicación resulta una tarea gigantesca, pero en general, los PLCs se emplean en procesos industriales que tengan una o varias de las siguien_ tes necesidades: • • •

Espacio reducido Procesos de producción cambiantes Procesos secuencia les

• •

aquinaria con procesos variables Instalaciones de procesos complejos Supervisión centralizada o distribuida, dependiendo de la complejidad.

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO 5. Controlador

130

Lógico Programable

Se pueden resumir las aplicaciones¡ en general: • • • Las ventajas • • • • • •

Maniobras en máquinas Maniobras en instalaciones Señalización y control. de utilizar los PLCs son: Menor tiempo de elaboración de proyectos Posibilidad de añadir modificaciones sin costo agregado en otros componentes. Mínimo espacio de ocupación. Menor costo de mano de obra y mantenimiento económico. Posibilidad de comandar varias máquinas con el mismo autómata. Menor tiempo de puesta en funcionamiento.

Los inconvenientes: • •

Entrenamiento Costo.

y capacitación de técnicos.

Los dos inconvenientes han sido superados. El primero, entrenamiento especializado, no es un problema, puesto que la automatización es una disciplina que se está impar_ tiendo en muchas ingenierías. El segundo, costo, se dispone de PLCs de todos los precios en proporción a sus funciones y capacidad.

.¡c;.

Figura 5.1.

Distintos PLCs- Izquierda:

PLC Siemens. Centro: PLC Festo. Derecha: PLC ABB

Dada la cantidad de fabricantes de PLCs, cada uno ofrece su equipo con caracterís_ ticas muy particulares; esto implica que si en la fábrica, para desarrollar cierta parte de un subproceso se coloca un PLC Siemens y se desea implementar PLCs en otros subprocesos, no era posible colocar PLCs de otros fabricantes, sino que tenía que ser Síemens. Es decir, no existía compatibilidad tecnológica. A finales de la década del 70, se plantearon en Europa algunos estándares válidos para la programación de los PLCs, enfocados principalmente al estado de la tecnología en ese momento. Tenían en cuenta sistemas de PLCs no interconectados, que realiza_ ban operaciones lógicas con señales binarias. DIN 19239, por ejemplo, especifica un lenguaje de programación que posee las corres_

pondientes instrucciones para estas aplicaciones. Anterior a esta norma, no existían elementos de lenguaje estandarizados ni equivalentes para el desarrollo de progra_ mas de PLC.

é

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO 5. Controlador

131

Lógico Programable

Los desarrollos aparecidos en la década del ochenta, tales como el procesamiento de señales análogas, interconexión de módulos inteligentes, sistemas de PLCs en red, etc., agravaron el problema de la incompatibilidad. Sistemas de PLCs de diferentes fabricantes requerían técnicas de programación completamente diferentes. En 1992 se estableció un estándar internacional para controles lógicos programables y dispositivos periféricos asociados (herramientas y programación, equipos de verificación, interfases humanas, máquina HMl, etc.). En este contexto, un dispositivo configurado por el y compuesto por los elementos anotados se conoce como un sistema PLe El nuevo estándar lEC 1131 consta de cinco partes: Parte Parte Parte Parte Parte

1 2 3 4 5

(lEC 1131-1): Información general. (lEC 1131-2): Requerimientos y verificación de equipo. (lEC 1131-3): Lenguajes de programación. (lEC 1131-4): Directrices para el (lEC 1131-5): Especificaciones del servicio de mensajes.

La finalidad del nuevo estándar era definir y estandarizar el diseño y funcionalidad de un PLC y los lenguajes requeridos para la programación hasta un grado en el que los s pudieran hacer funcionar sin ninguna dificultad los diferentes sistemas de PLCs de los distintos fabricantes en la misma planta. Las amplias especificaciones sirven para definir sistemas de PLC abiertos y eslandarizados. Los fabricantes deben ajustar_ se a las especificaciones de este estándar, tanto en el aspecto puramente técnico de los requerimientos de un PLC como en lo que se refiere a la programación de tales controles. La mayoría de los principales proveedores se acogieron a esta norma (entre ellos: Allen Bradle~ Klocker-Moeller, Philips,. Siemens,. Telemecanique,. ABEJ,.Mitsubish,) y conformaron un grupo conocido como PLCopen, cuyo fin es apoyar el estándar.

5.3.

Arq U itectu ra

Un PLC es un equipo electrónico basado en un microprocesador o micro_ controlador dispuesto en forma modular y que se puede programar; diseñado para controlar procesos en tiempo real y soportar ambientes industriales agresivos.

INFORMACIÓN SUMINISTRADA POR EL PROCESO

Figura

5.2.

Bloques que muestran un proceso controlado

por el PLC

AUTOMATIZACIÓN

5.

Controlador

INDUSTRIAL:


132

Lógico Programable

BLOQUES

DE SALIDA

U

DE ENTRADA INTERFACES BLOQUES DISPOSITIVOS DE ENTRADA O CAPTADO RES

-

F.AllMENTACIÓN

• CONSOLA DE

DISPOSITIVOS DE SALIDA O ACTUADORES

• DISPOSITIVOS

PROGRAMACIÓN

Figura 5.3.

-

PERIFÉRICOS

Bloques generales del PLC y sus periféricos

básicos .~

La figura 5.3 muestra los bloques y periféricos básicos que conforman un PLC. Su descripción es:

5.3.1.

BLOQUES PRINCIPALES

Bloque de entradas. Adapta y codifica de forma comprensible para la U las señales procedentes de los dispositivos de entrada o captadores, como por ejemplo: pulsadores, fines de carrera, sensores, etc. Además protegen a los circuitos internos presentando un aislamiento eléctrico entre estos y los dispositivos externos. Bloque de salidas. Decodifica y amplifica las señales provenientes de la U y las envía a los dispo_ sitivos de salida o actuado res tales como: ores, electro válvulas, lámparas, etc. También se encargan de proteger los circuitos internos de los dispositivos externos, presentando aislamiento eléctrico. Unidad central de procesos (U) Es el cerebro del PLC. Su función es interpretar

las instruc_ ciones del programa de y en función de las entradas activar las salidas adecuadas al proceso.

5.3.2.

Bloques Necesarios

Fuente de alimentación: A partir de una tensión exterior proporciona las tensiones necesarias para el funcionamiento

de los distintos circuitos electrónicos del controlador.

Batería: Es una pila de respaldo para mantener presentara un corte en la alimentación externa. Consola de programación:

el programa y algunos datos en la memoria si se

Puede ser un PC o una unidad especializada de programación,

en la que

se elabora el programa.

Periféricos. Son aquellos elementos auxiliares, físicamente independientes del PLC y que se unen a este para realizar tareas específicas y que amplían su campo de aplicación o facilitan su uso. Como tales no intervienen directamente ni en la elaboración o ejecución del programa. Interfases. Circuitos o dispositivos electrónicos que permiten la conexión a la U de los elementos, dispositivos y equipos periféricos. La figura 5.4 detalla la estructura interna del PLC. De estos bloques el más importante es la U:


133

Lógico Programable

MEMORIA DE PROGRAf-1A

E BUS

:¡:1'IT.E_ILI:!.Q

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INTERFACES

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DE SAUOA

_..••. -~

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UNIDAD CENTRAL

U

FiguraS.4.

Arquitectura

interna del PLC

U (U: Central Processing Unit): Es la encargada de ejecutar el programa de y activar el sistema de entradas y salidas. En algunos PLCs tiene la función de controlar la comunicación con otros periféricos externos, como son: la unidad de programación, LCDs, monitores, teclados, otros controla_ dores, computadoras, etc. La U está formada por el microprocesador (IJP), la memoria y circuitos lógicos complementarios. En algunos PLCs el microprocesador se sustituye por dispositivos lógicos programables (DLP: Devices Logic Programmable) o redes de puertas lógicas (gate arraj), conocidos también como circuitos de aplicación específica (ASIC: Application Specífíc Integrated Circuit). La U ejecuta el programa de que reside en memoria, adquiriendo las instrucciones una a L!na. El funcionamiento es de tipo interpretado, con decodificación de las instrucciones cada vez que son ejecutadas (ver figura 5.5).

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-~_._.._ .._ ..__ ..-

LAZADO :

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_--~..--_. IpROGRAt:iAl1

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! Figura

LENGUAJE INTERPRETADO

~

ANALIZA

Y

:,

EJECUTA",

¡ UN PROGRAMA , SENTANC[A A SENTENCIA

¡•

5.5. Comparación entre lenguaje compilado vs lenguaje interpretado

La figura 5.6 muestra los bloques fundamentales

de la U.

Unidad aritmético-lógica (ALU: Aríthmetic Logic Unit): Es la parte de la U donde se realizan los cálculos y decisiones lógicas. Acumulador.

Almacena el resultado de la última operación realizada por la ALU.

Banderas (Flags : Son indicadores del resultado de operación. El estado de estos indicadores puede ser consultado por el programa. Contador tran las i

de programa (PC: Program Countef): Direccionamiento de la memoria donde se encuen_ es del programa de control y del cual depenge la secuencia de su ejecución.

Decodífica

in stru

COl'

Jfl€:5

e instrucciones y secuenciador. Cableado y/o programado donde se codifican las en la memoria y se generan las señales de control pertinentes.

134

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO 5. Controlador Lógico Programable

BUS DE DIRECCIONES BUS DE DATOS BUS DE CONTROL

I ACUMULADOR I DECODIFICADOR DE INSTRucaONES y SECUENCIADOR

CONTADOR DE PROGRAMA

PROGRAMA MONITOR DE SISTEMA

Figura

5.3.3.

5.6. Bloques fundamentales

de la U

Programa ROM

El fabricante suele grabar una serie de programas ejecutables fijos, software O firmware del sistema y es a estos programas a los que accederá el microprocesador para realizar las funciones ejecutivas. El software de sistema de cualquier controlador, consta de una serie de funciones básL cas que realiza en determinados tiempos de ciclo: al inicio, durante el ciclo o ejecu_ ción del programa y a la desconexión. Este programa del sistema varía dependiendo del fabricante, inclusive del modelo para una misma marca, pero, en general, tiene las siguientes funciones: • • • • •

Supervisión y control de tiempo de ciclo (watchdog), tabla de datos, alimentación, Autotest en la conexión y durante la ejecución del programa. Inicio del ciclo de exploración de programa y de la configuración del conjunto. Generación del ciclo base de tiempo. Comunicación con periféricos y consola de programación.

batería, etc.

Hasta que el programa del sistema no ha ejecutado todas las acciones necesarias que le corresponden, no se inicia el ciclo de programa de .

5.3.4.

Memorias

Es cualquier tipo de dispositivo que permita almacenar información en forma de bits (ceros-unos), los cuales pueden ser leídos posición a posición (bita bit) O por bloques de 8 bits (byte) O 16 posiciones (Wora). Observando la tabla superior de la figura 5.7 se tiene:

i1"'.


135


VOlATIl NO

VOlÁTIL RAM+EEPROM EEPROM RAM+ BA.TERIA EPROM

(RAM BATERÍA) MONITOR. PROGRAMA ucrrR-\.!l:sarrrnu PROGRAMA SÓ.LOLECILR-\.. DE DE DATOS +INTERNOS ME.\IORl-\. APLlCAClO]\'ES PROGRAMA DE Parámetto$ Mas IMAGEN MEMORIA RAM E/S EEPROM INTERPRETE (Lo depurado) guarda una "'t!Z Datos internos n1antenido$ Respalda a+ la RAM PARÁMETROS

ROM

RAJ'1

--

Programas

finnware

y de sisrel1l:\.

oimemas EPROl\-l) (R.A.M) o EPROM) (R.-\.l\-l) (RA.M) (RAM (ROM :t"lel1lolias temporales ?vIemoria d~j programa de de Mell101i:l. l\·felllCl13 dé dates imagen numéricos Q tRbla yusuarÍo v:niables estados de E/S

del }

sish:mill

FilmWilre

Programa o memoria

MEMORl-\.

INTER."IA

ml!fnoria

d. }

?\'lelUona de la mblll de daTOs

MEMORIA }

Figura

5.7.

:Memoria

del

DE PROGAAMA prognmlll

de

USU,U;L)

Diferentes tipos de memorias que posee el PLC

Memoria de aleatorio (RAM: Random Access MemorYJ: Es una memoria de lectura-escritura. Puede efectuar esa función por procedimientos desaparece al suprimir la alimentación.

eléctricos.

La información

que tenga almacenada

Memoría de sólo lectura (ROM: Read Only Memory): En estas memorias se puede leer su contenido pero no se puede escribir en ellas; los datos e instrucciones los graba el fabricante y el no puede alterar su contenido. Aunque se suprima la alimentación, su información siempre permanece.

Memorias de lectura reprogramable (EPROM: Erased Programmable ROM): El puede almacenar información en ellas y queda permanentemente. Sin embargo, se puede borrar su última información (limpiarlas) utilizando ultravioleta. Memorias EEPROM. Son semejantes a las anteriores, pero se pueden reprogramar utilizando medios eléctricos.

Memoria inter a (Ver figura 5.7 cuadro inferior): Se almacena el estado de las variables que maneja el LC tales como: entradas, salidas, contadores, re/és internos, señales de estad, e Se p

ocupa la

asificar por el tipo de variable que almacena y el número de bits que '3 lel así que se tiene:

136

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y lABORATORIO

5. Controlador Lógico Programable • Posiciones de un bit (bits internos)¡ están: memoria imagen de entrada/salidas¡ especiales/auxiliares.

relés internos, relés

• Posiciones de 8, 16 o más bits (registros internos) se incluyen: temporizadores¡ registros de uso general.

contadores y otros

Las variables contenidas en la memoria interna¡ pueden ser consultadas y modificadas continuamente por el programa cualquier número de veces.

Memoria imagen: almacena las últimas señales leídas en la entrada y enviadas a la salida, actualizándose tras cada ejecución completa del programa (ciclo de programa). La figura 5.8 ilustra el ciclo del programa de las señales de entrada/salida a través de las memorias de imagen. Ese ciclo se desarrolla en la siguiente forma:

MEMORIA DE PROGRAMA

INTERFAZ DE ENTRADAS

IMAGEN DE ENTRADAS;

I~

IMAGEN DESAUDAS

l'~-', ~!U' "'-.:... L ...../

INTERFAZ-l DE SALIDAS

I

MEMORIA DE DATOS

-
'3"';

Ciclo de un programa

-}e ~

y

%&!

¡=

. 'i ..

:$

Ct

·'H"UL

las memorias imagen

1. Antes de la ejecución del programa de , la U consulta los estados de las entradas físicas y carga con ellos la memoria imagen de entrada. 2. Durante la ejecución del programa de , la U realiza los cálculos a partir de los datos de la memoria imagen y del estado de los temporizadores, contadores, relés internos, etc. El resultado de estos cálculos queda depositado en la memoria imagen de salida. 3. Finalizada la ejecución, la U transfiere a las interfaces de salida los estados de las señales conte_ nidos en la memoria imagen de salidas, quedando el sistema listo para comenzar un nuevo ciclo.

La figura 5.9 muestra otra forma de ver el ciclo de programa y se ilustra con un ejem_ plo;Observar en la figura 5.9(6) el tiempo o retardo que se presenta desde que se acciona el pulsador IO.O hasta que la carga QO.o se activa. Otras variables que se almacenan en la memoria interna son: Relés internos. Ocupan posiciones RAM de 1 bit y son utilizados como área de datos temporales, como salida de resultados de operaciones intermedias y para controlar otros bits o registros, temporiza dores y contadores . . Relés auxiliares especiales. Se guardan en posiciones de 1 bit y mantienen información sobre señales necesarias para el sistema como: relojes¡ bits de control¡ banderas de estados de la U e información sobre el PLC (run, stop, halt, errores, etc.). Estos relés pueden consultarse y utilizarse desde el programa .

r

137

AUTOMATlZAC!ÓN lNOOSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO 5. Controlador Lógico Programable

""'" \

-

r-RINC(?1Q t>EI. CICLO

/

ENTRADAS lMA.GEN DE PROCESO DE LAS ENTRADAS

PROGRAMA PRINCIPAL

IMAGEN DE PROCESO DE LAS SALIDAS SALIDAS FIN DEL CICLO

(A)

(8)

Figura 5.9.

Ciclo de programa

(A) Mostrando

el proceso desde la entrada a la

salida (B) Ejemplo que muestra el retardo producido por ese ciclo

Área de temporízacíón y contadores. Ocupa posiciones de 16 bits o más; capaces de almacenar los valores de preselección y estados actualizados de estos elementos.

Dates

de

(EEPROM)

1024 palabras

(rG'fllanenlwi

2560 palabras

ttornanentc'S)

I Respaldo

i Tip. 190n

Tip. 50n (min. 81la40' Cl

tfi¡E=Yi:;::~;im~:I~. Tip200días :~í~i~~~-inc-o-:pc-f.~~~ . ....._ .. ~El~~ Tamaño@laimagende lE/S digílalBs

..

(min. 120 II a 40' Cl

b~~~.~¡a~_ _ _._....."

·-...-.~I¡¡-8Es·=~ .._.==rf4-Ei1i)-s-··_--_·

__

.

24 Ell6S

256 (125E!128S)

(i6E/16S¡

Ninguno

(32 E/32 S¡

analógícas " E/S Ta;'~.··de. 1-3¡';'agen dB

p¡;;;;&;;démoouloS

~.a~:;;¡;;;ii·~:·NInguno

I N"

de ¡;mpliación

Ninguno

d9 im~

6

max.

de módulos

ljntsli'~":: .• f

Entradas 00

:'~tadof
_

cap!tM".a

-4 CornadO(l}S ~a 30 .:Hz

rápidos

Fns9"sim

~ 2 fases

2a20 kHz

¡Salidas

2

21"nódu]os

7mooulos

8

14

en total

¡,6a30l
_

da impu!:>cs

Figura 5.10.

a

20 kHz (sólo en salidas

Tabla con especificaciones

,.~_

,V. __r~_,,'

__ ,'/_,<_<"',

SI; to';al .

1:82:: l
De)

de memoria para la familia de PLCs 5iemens U 57-200

Memorias de programa: Almacenan el programa de . Además, puede contener datos alfanu_ méricos y text bre o iden .

variables y también, información parametrizada sobre el sistema. Por ejemplo, nom_ del programa escrito, indicaciones sobre la configuración de E/S o sobre la red de

PLCs, si

el programa de ocupa un paso o dirección del programa y necesita, para ser posiciones de memoria (dos bytes o una palabra (Wora)).

138

INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO Lógico Programable

AUTOMATIZACIÓN

5. Controlador

r

~.

Memoria de : es siempre de tipo permanente

+ batería o

En una secuencia normal de trabajo, en la fase de desarrollo y depuración del programa de control, se utilizan las memorias RAM respaldadas con batería. Una vez se está seguro del funcionamiento correcto del programa se pasa esta a las memorias no volátiles EPROM o EEPROM. RAM

EPROMjEEPROM.

A todas las posiciones de memoria que es capaz de direccionar el PLC se les denomina mapa de memoria. Ese direccionamiento depende de varios factores, a saber: La capacidad de direccionamiento de la U que determina el número de direcciones asignadas a los dispositivos internos, el número de entradas/salidas conectadas que determina la longitud de la memoria imagen de E/S, la longitud de la memoria de utilizada. Tomando como ejemplo el PLC Siemens, se compone del área de datos y de objetos. El área de datos se divide en una memoria de variables, una imagen de proceso de las entradas, una imagen de proceso de las salidas, marcas internas y marcas especiales. El área de datos es muy flexible, permitiendo s de lectura/escritura a todas las áreas de memoria, a excepción de algunas marcas especiales que sólo pueden leerse. El a la memoria de datos completa se realiza en forma de bits, bytes, palabras o palabras dobles. Los objetos son direcciones asignadas a elementos, como puede ser por ejemplo, el valor de un temporizador. Los objetos abarcan temporizadores, contadores, entradas y salidas analógicas, acumuladores y valores actuales de los contadores rápidos. El a los objetos está más limitado, puesto que solamente se puede acceder a ellos en función del uso que se les haya previsto. El área de datos contiene una memoria de variables (v), la imagen de proceso de las entradas (E), la imagen de proceso de las salidas (A), - marcas internas (M) y marcas . especiales (SM). Los objetos pueden ser temporizadores (T), contadores (z), entradas ana lógicas (AE), salidas analógicas (AA), acumuladores (AC) y los valores actuales de los contadores rápidos (HC). Las entradas y salidas analógicas así como los valores de los contadores rápidos (He) se almacenan por lo general en elementos (módulos analógicos o contador rápido) más que en la memoria RAM. La memoria RAM provee espacio para las demás áreas de datos y objetos. Un conden_ sador de alta potencia que alimenta la memoria RAM se encarga de respaldar los datos por un tiempo determinado después de desconectar el autómata programable y sin necesidad de ningún tipo de mantenimiento adicional el condensador respalda la memoria desde 50 horas hasta unas 190 horas, dependiendo de la U. El puede definir hasta seis áreas remanentes para elegir las áreas de memo_ ria que deberán ser respaldadas cuando se interrumpa la alimentación. No todas las áreas de datos almacenadas en la memoria RAM pueden ser remanentes; las áreas de datos que pueden ser remanentes son: v, M, T(TO a TIl y T64 a T95) y C.


139


Marcas especiales. Las marcas especiales ponen a disposición una serie de funciones de estado y control y también sirven para intercambiar informaciones entre el autómata y el programa. Las marcas especiales disponen de áreas de sólo lectura y de lectura/escritura. El área de sólo lectura comienza a partir de SMO y termina en SM29. El autómata actualiza solamente las direcciones de sólo lectura que proporcionan diversas informaciones de estado. Con las marcas SM30 a SM85 se pueden seleccionar y controlar funciones especiales (contadores rápidos, modo freeport (comunicación Freeporf) así como salidas de impulsos) y acceder a los valores de los dos potenciómetros integrados. Temporizadores. Los temporizadores (TON ó TONR) son elementos que cuentan intervalos de tiempo. Los temporizadores del S7-200 tienen resoluciones (intervalos) de 1, 10 Y 100 milisegundos. Contadores: Los contadores (ZV ó ZVR) son elementos que cuentan los cambios de negativo a positL vo en las entradas de contaje. Entradas y salidas analógicas. Los módulos analógicos convierten valores reales (tensión, tempera_ tura, etc.) en valores digitales en formato de palabra y viceversa. Los módulos analógicos pueden ser módulos de entradas, módulos de salidas, o bien módulos de entradas y salidas. Acumuladores. Los acumuladores son elementos de lectura/escritura

que se utilizan igual que una memoria. Los acumuladores se pueden utilizar por ejemplo para transferir parámetros no sólo a subrutinas sino también a cualquier operación o cuadro (box) parametrizable. Cuando un evento de interrupción provoca un salto a una rutina de interrupción, el autómata programable almacena los valores que se encuentran en el acumulador justo antes de la rutina de interrupción. Los valores se restablecen al finalizar la ejecución de la rutina de interrupción. Los acumuladores se pueden utilizar mientras se ejecuta dicha rutina sin el riesgo de que se modifiquen datos del programa principal. Sin embargo, los acumuladores no permiten transferir parámetros entre el programa principal y una rutina de interrupción.

Contadores rápidos. Los contadores rápidos (HSC) cuentan eventos más deprisa de lo que puede explorarlos el PLC. Los contadores rápidos disponen de un valor de contaje entero de 32 bits con signo (también denominado valor actual). En caso de acceder directamente al valor actual de un contador rápido, dicho valor permite un de sólo lectura. Para poder escribir en los valores actuales de los contadores rápidos existen funciones especiales.

5.3.5.

Interfaces de Entrada/Salida

La misión de las interfaces es establecer un puente de comunicación entre el PLC y el proceso. Estas interfaces pueden ser: Interfaces de entrada: Filtran, adaptan y codifican de forma comprensible para la U las señales procedentes de los elementos de entrada. Las señales comunes son: para corriente continua 24V o 48V, corriente alterna 110VAC o 220VAC, señales análogas de O - 10VDC o 4 - 20mA.

los dispositivos que se conectan en los módulos de las entradas son los captadores. Se pueden . erenciar dos tipos de captadores: los pasivos y los activos (ver figura 5.11). captadores pasivos son los que cambian su estado lógico de activado-desactivado por medio de acción mecánica. Ejemplos de estos dispositivos: pulsadores, interruptores, fines de carrera, etc.

-;o

captadores activos son dispositivos electrónicos que necesitan ser alimentados por una tensión que varíen su estado lógico. Este es el caso de los distintos detectores: inductivos, capacitivos, éctricos, etc. Estos dispositivos pueden ser alimentados por la misma fuente que alimenta al PLC.

AUTOMATIZACIÓN

5.

Controlador

INDUSTRIAL:

140


Lógico Programable

(A) 24V

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(8) L··' "_.,_~:_~:-_,; •" " .. 'n..···.: ..,_ ,1>

Figura 5.11.

Conexión de captadores en las interfaces de entrada (A) captadores pasivos (B) captadores activos (C) captadores activos PNP. (D) captado res activos NPN

Interfaces de salida: Son las encargadas de decodificar y amplificar las señales generadas durante la ejecución del programa antes de enviarlas a los elementos de salida. Para las salidas se entrega salida por relé, estáticas por TRIAC a 220VACmáx, análogas de O - 10VDC o 4 - 20mA. Se disponen de tres tipos de módulos de salida, como se muestra en la figura 5.12. A relés, a TRIAC y módulo con salida a transistores.

(A) (B)

Figura 5.12.

Módulos de salida del PLC. (A) Salida a relés (B) Salida a transistores

(C) Salida a TRlAC

PLC

P.PClrl%1o

SI

-

II

:G~¡ Figura 5.13.

Ejemplo de conexión de captadores y actuadores a un PlC

Los módulos de salida a relés son usados en circuitos de corriente continua y alterna; están basados en la conmutación mecánica, por la bobina de un relé, de un o normalmente abierto.

{

I.


141


t

Los módulos de salidas a TRIACs se utilizan en circuitos de corriente alterna que necesitan maniobras de conmutación muy rápidas. Los módulos de salidas a transistores a colector abierto se utilizan en circuitos de corriente directa y se utilizan en circuitos que requieren conmutaciones muy rápidas.

CARACTERÍSTICAS

CRITERIOS

-DIGITALES DE 1 BIT -DIGITALES DE VARIOS -ANÁLOGICAS

POR EL TIPO DE SEÑALES

POR LA TENSIÓN

DE ALIMENTACIÓN

-DE CORRIENTE

BITs

CONTINUA

(Estáticas de 24¡110VDC) -DE CORRIENTE CONTINUA COLECTOR ABIERTO (PNP¡NPN) -DE CORRIENTE ALTERNA (60¡110¡220VAC) -SALIDAS POR RELÉ (libre ·CON SEPARACIÓN

POR EL AISLAMIENTO

( optoacopladores ) -CON ACOPLAMIENTO POR LA FORMA DE COMUNICACION CON LA UNIDAD CENTRAL

-COMUNICACIÓN -COMUNICACIÓN

POR LA UBICACIÓN

-LOCALES -REMOTOS

Figura 5.14.

5.3.6.

de tensión)

GALVÁNICA DIRECTO

SERIE SERIAL

Tabla que muestra las interfaces E/5 típicas en los PLCs

Fuente de Alimentación

La misión de la fuente de alimentación es proporcionar las tensiones necesarias para el funcionamiento de los distintos circuitos del sistema. En los PLCs modulares, que requieren de niveles de tensión y potencias diferentes y están en ambientes de alto ruido electromagnético, se utilizan fuentes separadas físicamente, procurando aislarlas para minimizar el efecto de esos ruidos .

Modelo d" U U 221

c.

U 221

e

222

-

224

.A.i;;;¡'i~cl6n~~;·;:~~:;~a de la u,'~:~I;::::;:~;~"l 0~~

I

!6 x DC 24 V

DC 24 V AC ;2()'~'240 \;." .

.......,,-_...

'~6

8 x DC 24 V

AC 120a240V

8xDC24

'-~-----"~''''-'''''''._,''''~, • AC 120a240V

14xDC24

24xDC24V

226XM

'24xDC • __ • v.,.'.

V •. ""'

226XM

Figura

5.15.

V

. 24x DC24V

..... PU 226 -

V

14x DC24 V

226

1,..

x DC 24 V

DC 24 V

Tabla con especificaciones

•. _M',WA"".

""."

."'~

•••

24 V

: 4 x DC 24 V 1'4

~~lld~;dt3 r;;;"'~"r

... ~.".,,_.~.- ~~.j. 6 x DC 24 V

A~~"~~.".._

de alimentación

~4

6 salidas de relé

>

10x·ciC 24-\/',,·--t ,-

".~.~ _.,._._'

1 O salidas

de relé

._- ~._ ..;,

,

16xDC24 V 16 salida~ ..•

d~-r~i¡-T ·_·.,·_ .•1

16xDC24V

'.'

;24XDC24V

1

16

¡ i _ i

sai¡d~~ d~r~It;--

para la familia de PLCs 5IEMENS U 57-200


142

La alimentación de la U pue e ser continua de 24V o alterna de 110/220VAC. La alimentación de los circuitos E/S puede realizarse según el tipo en alterna a 48/110 /220VAC o continua a 12/24/48VDC (observe la tabla de la figura 5.15) Una única fuente incorporada en el PLC alimenta a la U con sus interfaces de E/S incluyendo a los sensores y actuadores.

5.4.

Fundamentos

Continuando con el estudio del PLC, es necesario recordar algunos aspectos fundamentales que fueron estudiados en cursos anteriores de digitales. En un esquema eléctrico rializan usando os ver qué estado de señal poder decir al PLC lo que adecuado.

las combinaciones lógicas de las entradas y salidas se mate_ NA y NC. En cambio, un autómata consulta las entradas para tienen, es decir, si hay tensión aplicada o no en ellas. Para debe hacer es preciso aprender el lenguaje de programación

Con un lenguaje de programación ocurre lo mismo que con cualquier idioma; en él se especifican las palabras (en este caso se denominan instrucciones), la ortografía y la gramá_ tica. Usando instrucciones se escribe un programa que se deposita en la memoria del PLC. Este va ejecutando el programa paso a paso: al llegar a su fin comienza nueva_ mente desde el principio. Así, el PLC sabe lo que tiene que hacer. Dependiendo del programa, el PLC conecta y desconecta los actuadores. Los estados CONy DES describen con los conceptos siguientes: Estado O = tensión no presente = DES Estado 1 = tensión presente = CON

Una señal cuyo estado queda definido exclusivamente por dos valores constituye una señal binaria y se designa como bit (bit = Binary Dígit). El BIt es la unidad de una señal binaria, es la menor unidad de información y puede adoptar los estados 1 Ó O. Un Byte está formado por 8 caracteres binarios sucesivos. Así pues, un byte tiene una longitud de 8 bits. En un PLC permite agrupar en un byte de entrada (ES), un byte de salida (AS) los estados de señal de 8 entradas u 8 salidas. De la misma manera que para las entradas/salidas, se tiene byte de marca interna (MS) y de byte de memoria especial (vs). Si se agrupan 2 bytes (es decir, 16 bit) formando una unidad, entonces las 16 posiciones binarias forman una palabra. En el PLC los estados de señal de 16 entradas o 16 sali_ das se agrupan en una palabra de entrada (EW), una palabra de salida (AW), una palabra de marca interna (MW), Ó en una palabra de memoria variable (vw) (Observar la figura 5.15A).

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO 5. Controlador Lógico Prog G ~. <:

1011

L

"' palabra = 2 by1e = 16 bit

143

1

I I I .'.

III~ Byte 2

1 dobl~ palabra = 4 byte = 32 bit

Palabra

----Palabra Figura 5.15A.

2

a

.1

Formato de los distintos códigos numéricos

Si finalmente agrupamos 2 palabras, obtenemos una doble palabra que estará formada por 32 bits. Los PLCs permiten trabajar con dobles palabras de entradas (ED), dobles pala_ bras de salidas (AD), dobles palabras de marcas internas (MW), y dobles palabras de memo_ ria de variables (vw).

5.4.1.

Sistemas Numéricos

La característica de los sistemas de numeración decimal es la disposición lineal de los dígitos. Por ejemplo, el número 1996 puede representarse como: 1996d = 1 x 103 + 9 X 102 + 9 X 101 + 6 x 10° La base del sistema decimal es la disponibilidad de 10 dígitos diferentes; se puede contar de o a 9 y para un número mayor, se corre un lugar a la izquierda. El dígito del extremo derecho se conoce como el dígito menos significativo y el dígito del extremo izquierdo es el dígito más significativo. La base del sistema es 10x. El sistema de numeración binado, conformado por dos dígitos tiene las mismas reglas que el sistema decimal; fue Leibnílz quien aplicó por primera vez las estructuras del siste_ ma decimal a cálculo con dos dígitos. Estos dos valores se representan en forma de dos dígitos: o y 1. El sistema numérico binario está limitado a dos dígitos por posición, así que la posi_ ción significativa se calcula con la base 2x; por ejemplo, el número binario 1001011 se puede expresar como:'

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL; TEORÍA Y LABORATORIO

144


Por tener sólo dos dígitos este sistema se conoce como sistema binario o dual. Por ejemplo, el número binario: 111111112 equivale al número decimal: 1X

27

+ 1X

26

+ 1X

25

+ 1X

24

+ 1X

23

+ 1X

22

+ 1X

21

+ 1 x 2° = 25510

Que es lo mismo que: 28 - 1 = 255. Este número binario con ocho posiciones recibe el nombre de 1 BYTE. Así que un BYTE es un número binario de 8 BITs. El código decimal codificado en binario (SCD: Binary Coded Decima~ es una representación numérica de más fácil lectura, es decir, una notación decimal codificada de un núme_ ro binario; en este código cada dígito decimal se representa con un número binario de 4 BITs (4 BITs es un nibble)

Sd - 0101b 6d - 0110b 7d - 0111b 3d -1000b 9d -1001b

Od -OOOOb

ld -OOOlb

2d -0010b

3d-OOllb 4d -0100 b

Por ejemplo el número decimal: 2006 se representa en BCD como: 2006d = 0010000000000110 BCD Otros dos sistemas numéricos bastante utilizados en los hexadecimal. En el sistema hexadecimal

PLCs

son el sistema octal y

la base es 16, así que su sistema tiene los siguientes dígitos:

1, 2, ..., 9, A, B, C, D, E, F, en donde: A = 10d, B = 11d, C = 12d, D = 13d, E = 14d, F = 15d. Por

ejemplo, el número hexadecimal 3A5Dh es equivalente al número decimal: 3 x 163 + 10 X 162 + 5

X

161 + 13 x 16° = 14941d F-

En el sistema octal la base es 8, así que los dígitos van del o al 7, entonces el número 83450 no es posible, pero el número 73450 si y su equivalente en decimal es: 7x

83

+ 3

X

82

+ 4

X

81

+ 5 x 8° = 3813d

Los números tratados hasta ahora son enteros y positivos. Para los números negativos se decidió establecer que el BIT más significativo de un número binario se utilice para representar el signo, así: o corresponde al + y 1 corresponde a -. Entonces el número binario: 1111 11l1b equivale al decimal -127d y el binario: 0111111b es el decimal +127d. Para un número binario de 16 BITs (2 BYTEs), se tiene:

Jnteger

Range of vaJues

unsigned signed

Figura 5.16.

-32758

()

-::2767

Números enteros con signo¡ sin signo

145

Para representar un número real en notación binaria, el número se descompone en dos grupos, una potencia de 10 y un factor de multiplicación. Es la notación científica de números. I I ! .

Para los PLCs, los números reales (o números en coma flotante) se representan como número de 32 BITS (palabra doble) de precisión sencilla, conforme al formato descrito en la norma ANSIjIEEE 754-1985. V.GE

31 ~~

Io I

25 22

"

Figura 5.17.

I

Mant:r,.;.

Formato para los números reales

La lEC 1131-3 define un número de tipos de datos para diferentes tareas. Una de ellas se conoce como BOOL, ya mencionada como BIT. Una variable BOOL asume el valor o o el valor 1. La tabla de la figura 5.18 presenta todos lo datos numéricos con que traba_ jan los PLCs.

o-32768 -128 127 SIGNO -21474836482147483647 ENTER DOBLE SIN SIGNO CON ENTERO SECUENCIA 1 65535 8BITs 32767 16O 32 4294967295 255 42949677295 BIT BITs CORTO DE 8 16 SON SIN BITs BITs SIGNO SIGNO CARACTER REAL. 32 CON BITs DE PUNTO LONGITUD FLOTANTE LÍMITE INFERIOR SIGNIFICADO PALABRA NÚMER O BOOLEANO DOBLE, 32 BITs +1-2.9E-39 +!-3.4E+38 ESPACIO LÍMITE SUPERIOR DE TIPO VARIABLE

Figura 5.18.

5.4.2.

NO RANGO

Tablas con los distintos tipos de números utilizados en los PLCs

Señales Digitales y Análogas

Todos los PLCs funcionan utilizando señales digitales o binarias. Se entiende por binaria, una señal que sólo reconoce dos valores: o, 1, o bajo, alto. Estas señales pue_ den obtenerse fácilmente con dispositivos de conmutación, así, un interruptor cerrado corresponde a una señal binaria «alta», y si el interruptor está abierto, la señal binaria correspondiente es «baja». Por esta razón hay que establecer ciertos niveles de tensión que definan estos dos estados.


146


•j

(A)

-J..

Figura 5.19.

~

(A) Señal

Señales binarias y digitales:

(B)

binaria

(S) Niveles de voltaje para señal digital

IECl131-2¡ define un margen de valores de -3V a 5V como señal de lógica cero y de llV a 30V como señal de lógica uno (observela figura 5.19). Estos niveles son obligatorios para los PLCsque se acojan a la norma. En algunos PLCs¡se establece como lógica cero un nivel de voltaje desde -30Va +5V y para lógica uno¡ desde +13V a +30V. Para las señales de entrada/salidas análogas¡ aquellos PLCsque están en capacidad de manipular ese tipo de señales¡ incorporan ciertas funciones de software específicas para tratarlas y permiten controlar valores máximos y mínimos de ciertas variables del proceso¡ realizar cálculos aritméticos¡ desarrollar funciones complejas para control PID(Proporcional-Integral-Derivativo) aplicables a servo válvulas¡ servo-motores¡ control de temperatura¡ presión etc. Entonces¡ para el tratamiento de señales análogas¡ el primer paso es convertirlas a señales digitales¡ bien sea en forma binaria o codificada en BCD; si el PLC debe suministrar al proceso variables o señales de regulación continuar se hará interna_ mente la conversión contrariar es decir; de binario a análogo. Este proceso¡ se realiza al interior del PLCcomo se ilustra en el diagrama de la figura 5.20.

PLC V>

'"

~ o 0-+ ..J

D-

~ r -, <

'c:{ ti)

o'"

I

u tO

-o ..J '" Z '" V> '"

CONVERTIDOR MUlTIPLEXOR

. ANALOGICO

~

,

AtO

U

~

DIGITAL

1__

L._.I

~0-

Cl

~ '" V>

SELECCIÓN

Figura 5.20.

DEL CANAL

Tratamiento

de las señales análogas en el

PLC

Las señales proporcionadas por el proceso a las entradas del PLCson diversas¡ con rangos de variación diferentes y deberán aplicarse en la salida a distintos tipos de reguladores; esto implicaría disponer de un número grande y variado de interfaces¡ especiales para cada caso.


147


Con objeto de poder disponer de interfaces estandarizadas, parte de la manipulación de la señal se realiza exteriormente al PLC mediante adaptadores de señal específicos y de uso más o menos estandarizado dentro del campo de la instrumentación, de manera que la señal del sensor se convierte en una señal de tipo normalizado que suele ser de uno de los siguientes tipos: -

señalesde Oa lOV señales de O a 5V señales de O a 20mA señalesde 4 a 20mA.

Una de las variables más comunes, o interfaces específicas es la detección de tempe_ ratura. Esa detección se realiza por procedimientos muy diversos, pero, en general, en forma indirecta, midiendo el cambio de alguna propiedad física, como resistencia o dilatación, cuyo cambio se produce por temperatura. Los sensores más utilizados son los termoparesy las termo-resistencias PtlOO. INTERFAZ DE

DI.GITAL: CONTR.OL ON/OFF ANAlOGO: CONTROL PIO

ALARMAS .~~

FUERA

•

ROTURA HILO

DE

RANGO

Figura 5.21.

Lazo para el control de temperatura

Los termopares (recordando el curso de instrumentación) están basados en el efecto Seebeck, que consis_ te en la generación de una tensión de o que aparece entre dos metales unidos por un extremo (unión caliente) cuando se somete este extremo a una cierta temperatura, mientras que los otros extremos (unión fría) se mantienen a una temperatura inferior. Metales típicos utilizados en la construcción del termopar: NiCr-Constantan, Fe-Constantan, NiCr-Ni, MTRH-Pt, Cu-Constantan. La tensión de o que se genera en el termopar depende de la diferen_ cia de temperatura entre las dos uniones:

v = f(Tc - Tf) Las termo-resistencias PtlOO están basadas en el aumento de resistencia que presenta un conductor con la temperatura, según una ley del tipo: Rt = Ro[l

+ ()«(Tt - To)]

Con ()(denominado el coeficiente térmico de resistencia.

AUTO MATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEO

y LABORATORIO

148


Siendo las termo-resistencias elem os paso os, necesitan una tensión exterior para suministrar una señal variable según la temperatura a e estén sometidas. Esta alimentación puede consistir en una fuente de corriente constante, de forma q e la tensión leída en extremos de la resistencia se convierte en una medida directa de la temperatura (conexión a cuatro hilos), o una tensión medida en un puente de Wheatstone, con la Pt100 colocada en uno de sus ramas.

La interfaz entre el adaptador al PLC y el sensor (figura 5.21) incluye todos los elemen_ tos auxiliares necesarios para su conexión tales como: compensación de unión fría para entrada del termopar o puente diferencial/fuente de corriente para la conexión de la puoo a tres o cuatro hilos. Además, el tratamiento de las señales comprende: la Iinealización de la respuesta segun el tipo de sensor, la vigilancia de los valores límites de rango de entradas y la conversión de la medida al código binario que se entrega a la U. Las tarjetas señalizan los defectos de funcionamiento (señales fuera de rango o rotura de hilo), mediante LEDs incorporados, además de activar ciertos BFTs internos que son enviados a la U junto con la conversión A/D realizada. f""-

5.5.

Programas de Control

Los Programas de control representan un componente importante en un sistema de automatización; deben ser diseñados sistemáticamente, bien estructurados y completamente documentados, para que sean: • • •

Libres de errores Fáciles de mantener Económicos.

Una propuesta para el desarrollo de un programa en

PLC

se muestra en la tabla de la

figura 5.22.

1

- VERBAL DESCRIPTION

SPECIFICATION

DESIGN

3 REAUZATION

4

.

- PROGRAf-1MING IN LD, FBD, IL, ST ANO SFC - SIMULATION OF SUBPROGRAMS ANO OVERALL PROGRAM

- DESIGN

COMMI'SSIONING

5.22.

TASK

- FUNCTION CHART TO lEC 843 - FUNCTION DIAGRAMS SUCH AS DISPLACEMENT STEP DIAGRAM - FUNCTION TABLA - DEFINITION OF SOFTWARE MODULES - PART UST ANO CIRCUIT DIAGRAM

2

Figura

OF CONTROL

-TECHNOLOGY, POSITIONAL SKETCH - MACROSTRUCTURE OF CONTROL PROGRAM

- TESTING - TESTING

OF SYSTEM OF SUBPROGRAl'15 OF OYERALL PROGRAM

Modelo de las fases para el desarrollo de un programa en PLC


149


La división en secciones definidas, conduce a un funcionamiento sistemático y objeti_ vo y proporciona una disposición de resultados que puede verificarse respecto con la tarea realizada. El modelo de fases consiste en las siguientes secciones: 1. Especificación: Descripción de la tarea 2. Diseño: Descripción de la solución 3. Realización: Puesta en práctica de la solución 4. Integración/puesta a punto: Incorporación en el entorno y verificación de la solución, que básica_ mente pueden aplicarse a todos los proyectos técnicos. Se producen diferencias en los métodos y herramientas utilizados en las fases individuales.

El modelo de fases se puede aplicar a programas de control de cualquier complejidad. A continuación se describe cada una de las fases. 1. Fase de especificación: Fase en donde se formula el problema. descripción detallada y precisa de la tarea de control a realizar.

En esta fase, se presenta una

La descripción específica de la función del sistema de control, formalizada al máximo, revela cualquier requerimiento conflictivo, especificaciones incompletas o equivocadas. Al final de la fase se dispone de: • • •

Descripción escrita de la tarea de control Estructura y distribución Macro estructuración del sistema o proceso y una vista de la estructura de la solución.

2. Fase de diseño: Se formaliza el concepto de la solución. Un concepto de solución se desarrolla basándose en las definiciones establecidas en la fase 1. El método utilizado para describir la solución debe proporcionar un gráfico y una descripción orientada al proceso, a la función y comportamiento del sistema de control y debe ser independiente de la realización técnica. Estos requerimientos se cumplen con el diagrama de funciones según se define en la norma lEC 848: se empieza con una representación de una visión de conjunto del control (esbozo de la estructura de la solución), la solución puede perfeccionarse paso a paso hasta que se obtenga un nivel de descrip_ ción que contenga todos los detalles de la solución. En el caso de tareas de control complejas, la solución es estructurada en paralelo, en módulos de software individuales. Estos módulos de programa realizan las etapas de trabajo del sistema de control y pueden ser funciones especiales tales como: interfaces para la visualización del proceso, sistemas de comunicación, etapas de trabajo recurrentes permanentemente, etc. 3. Fase de realización: Se realiza la programación del concepto de solución. Este concepto de solu_ 'ción en un programa de control, se realiza a través de los lenguajes de programación definidos por la norma IECl131-3. Pueden ser: diagramas de funciones secuencia les, diagrama en bloques de función, diagrama de os, lista de instrucciones y texto estructurado. En la medida en que los sistemas de programación de los PLCs lo permitan, los programas de controlo parte de ellos, deberían ser simulados antes de la implementación real. Esto permite la detección y eliminación de errores. 4. Fase de puesta a punto: fase de construcción y verificación de la tarea de control. Esta fase verifica la interacción del sistema de automatización y la planta conectada. Para tareas complejas, es recomendable poner a punto el conjunto de forma sistemática, paso a paso. Los fallos, tanto en el sistema de control como en el programa de control pueden hallarse y eliminarse fácilmente.

AUTOMATIZACIÓN

5. Controlador

INDUSTRIAL: TEORÍA Y lABORATORIO

150

Lógico Programable

Documentaciórr. Un componente im nte y crucial de un sistema es la documentación, ya que es un requerimiento esencial para el man-enimiento y ampliación de un sistema. La documentación, incluyendo los programas de control, debería estar disponible tanto en papel como en un soporte de almacenamiento de datos. La documentación consiste en la información sobre las fases individuales, listados del programa de control y de cualquier información adicional posible concerniente al programa de control. La documentación mínimo debe contener: • • • • • • •

5.6.

Descripción del problema Croquis de situación Esquema del circuito Esquema técnico listados del programa de control en SFC, FBD, etc. Lista de asignaciones de entradas y salidas Documentación adicional

Lenguajes

de Programación

del PLC

define seis lenguajes de programación para los PLCs. Aunque la funcionalidad y estructura de estos lenguajes es muy diferente, sin embargo, son tratados como una sola familia, con elementos de estructura (por ejemplo: declaración de variables, funciones y bloques de función, ete.) y elementos de configuración comunes. IEC1131-3

Los lenguajes son: 1. Diagrama de escalera o diagrama ladderLD (LD: Ladder Diagram) 2. Diagrama de bloques de función (FBD: Function Block Diagram) 3. Listado de instrucciones (IL: Instruction List) 4. Diagrama de funciones secuencíal(SFC: Sequential Function Chart) 5. Texto estructurado (ST: Structured Text) 6. Diagrama de funciones continuas (CFC: Continuous Functions Chart) Una descripción rápida de estos lenguajes (posteriormente siguiente:

1. El Diagrama de os

o Diagrama

se profundiza en cada uno de ellos) es la

en escalera (Ladderdiagram)

LO

El Diagrama de os es un lenguaje de programación gráfico derivado de los esquemas de circuL tos de los mandos por relés directamente cableados. El diagrama de os contiene líneas de alimentación a derecha e izquierda del diagrama; a estas líneas están conectados los regiones, que se componen de os (normalmente abiertos y normalmente cerrados) y de elementos de bobina.

2. Diagrama de bloques de función (Function block diagram)

FBD

En el diagrama de bloques de función, las funciones y los bloques de función están representados gráficamente e interconectados en redes. El diagrama de bloques de función tiene su origen en el diagrama lógico que se utiliza en el diseño de circuitos electrónicos digitales.

3. Lista de Instrucciones (Statement list o Instruction Líst)

IL

La lista de instrucciones es un lenguaje textual tipo assembler, caracterizado por un modelo de máquina simple (procesador con un sólo registro). La lista de instrucciones se formula a partir de instrucciones de control consistentes en un operador y un operando.

,

,.


151


En lo que se refiere a filosofía de lenguaje, el diagrama de os, el diagrama de bloques de función y la lista de instrucciones han sido definidos en la forma en que son utilizados en la actual tecnología de PLC. Sin embargo, están limitados a las funciones básicas en lo que concierne a sus elementos. Esto los aparta esencialmente de los dialectos que las empresas utilizan en la actualidad. La competitividad de estos lenguajes es mantenida debido al uso de bloques y bloques de función.

4. Diagrama de funciones secuencia/ (Sequentia/ function ehart) SFC El diagrama de funciones secuencial (casi idéntico al GRAFCET francés) es un recurso de lenguaje para la estructuración de los programas de control orientados a secuencias. Los elementos del diagrama de funciones secuencial son las etapas, las transiciones y las derivaciones alternativas y en paralelo. Cada etapa representa un estado del proceso de un programa de control, que se halla activo o inactivo. Una etapa consiste en acciones que, al igual que las transiciones, están formuladas en los lenguajes lEC 1131-3. Las propias acciones pueden contener de nuevo estructuras secuencia les. Esta característica permite la estructura jerárquica del control. Por lo tanto el diagrama de funciones secuencial es una herramienta excelente para el diseño y la estructuración de programas de control.

5. Texto estructurado (Structured text) ST El texto estructurado es un lenguaje de alto nivel basado en Pasea!, que consiste en expresiones e instrucciones. Las instrucciones pueden definirse principalmente como: Instrucciones de selección, tales como IF ...THEN ... ELSE, etc., instrucciones de repetición tales como FOR, WHILE etc., y llamadas a bloques de función. El texto estructurado permite la formulación de numerosas aplicaciones, mas allá de la pura tecnología de funciones, tales como algoritmos (algoritmos de regulación de nivel superior, etc.) y manejo de datos (análisis de datos, procesamiento de estructuras de datos complejas, etc.).

6. El diagrama de funciones continuas (Continuous Functions Chart) CFC El editor de la carta de funciones continuas no opera como un diagrama de bloques de función FBO; este editor permite que las redes interconectadas tengan realimentación. En las secciones siguientes se detalla cada uno de estos lenguajes. Los tres primeros lenguajes (LO, FBO, IL) se explican en esta sección. En las siguientes secciones se estudian los lenguajes SFC, STo

5.7.

Lenguajes: Ladder, de Bloques Funcionales y Listado de Instrucciones

Son los lenguajes más comunes que se encuentran en la mayoría de los PLCs (más particularmente el /adder y listado). Como se mencionó, el /adder es un lenguaje gráfico que se utilizó en los primeros PLCs por su equivalencia con los relés electro_ mecánicos; aún actualmente se utilizan, y en algunos PLCs, es el único lenguaje dispo_ nible. En el capítulo anterior se utilizaron estos diagramas, así que no se profundizará más en su estudio. El diagrama de bloques funcionales es una representación de los circuitos digitales, sólo que presentados en bloques.

152


La figura 5.23(A) muestra un ejemplo sencillo de un circuito eléctrico con un pulsador de inicio, pulsador de parada, o para sostenimiento y la carga. La figura 5.23(B) muestra el diagrama laddeí. la expresión algebraica de ese circuito es: CARGA = (INICIA

PARA.

o CARGA) y

NO(PARA)

[

N:(~I

l!""

CAHGA

INIClA~R

PARA

ANO

CARGA o;'

CARGA

Figura 5.23.

(e)

(B)

(A)

Ejemplo con

(A) Diagrama

eléctrico (B) Ladder

(C) Bloques

de funciones

El funcionamiento del circuito se explica así: tal como aparece en la figura 5.23(A), la CARGA está desenergizada. Cuando acciona el pulsador INICIA se establece corriente entre las fases de alimentación y la CARGA se energiza, cerrando el o propio del or CARGA. Este o cumple la función de autosostenimiento de energía; es así que al liberar el pulsador INICIA, la carga permanece energizada. Para desconectar la carga, se acciona el pulsador PARA, interrumpiendo la corriente entre fases y desconectando la carga. Entonces, el pulsador INICIA es un accionamiento de arranque y el pulsador PARE es un acciona miento de parada de proceso y de emergencia (cumple las dos funciones)

El diagrama en bloque de funciones expresa exactamente la función algebraica, pero en bloques, como se muestra en la figura 5.23(C). Como se mencionó, el lenguaje listado de instrucciones es del tipo assemblery se com_ pone de dos partes básicas: un operador que es una expresión en inglés y el operan_ do y, si se desea, un comentario. Para el circuito de la figura 5.23(A), el listado de instrucciones queda:

~--f i ! l

Label

Slart

¡( J

modifiorand Operator

LD OR ANDN

ST

Comment

[ Opé:~rnl1 INICIA CARGA PARACARGA

I/Lee (lO) l/Hace

la

entrada IMelA

OR con CARGA

l/Resultado.

hace A ••••• 'O negada con PARA la almacena

/ ¡la opcración anterior I/(Sr)

en CARGA

En la operación ANDN, N es un modificador que indica un o negado. En la figura 5.24 se presenta la simbología utilizada por los PLCs Siemens y ASB, en donde se incluyen los símbolos normalizados por IEC1131-3 para los lenguajes Ladder (en el PLC Siemens se reconoce como lenguaje KOP), bloques de funciones (identificado en Siemens como FUP) y listado de instrucciones (en ambos PLCs se identifica como lenguaje AWL).

'"-"


Lógico

KOP

fUf !<.1

PLCSIEMENS

-j

Bít-D-

fSi<

fUP

KOP

Sit

-{)

PLC ABB

-j/f-

Mod.IL Store Load N value aclual var1 to in var1 buffer Bitwise exclusive OR OR Bilwise ANOofresull Deseription Bitweise NOT Sel boolean operand Set boolean opernnd bool"ar boo)var exactly ex¿¡ctly then then to N.( N,( inAWL FALSE.when \Vllenlhe theactual "clual result resuil;s TRUE TRUE. ls TRUE

Bi,

ANO ST LO var1 R boolvar boolvar S NOT XOR OR

BitrC}-

-j1f-

Si,

Bit

-{ ! )

-j /1 f-

Bit

-{ Ns

153

Programable

Bi'tD-

1

Bit

-{ SIl N}

-jNfRWL

Lo

Bit

LOl

BIt

A

Bit

(1

Bit

81

Bit

LDNI 8N{ ONl

Bit Bil Bit

01

LOI1 8il RWL

fiN

Bil

Bit

Bit

=1 Bit

QN

IlIt.N 8i1.11

SI Bi,,11 Po! Bit. H

NOT

Bil

EU

E~

Figura

5.24.

Simbología de operaciones básicas en lenguaje LADDER, FBD, IL, para los PLCs SIEMENS

y ABB

Ejemplo 5.1 Al siguiente circuito eléctrico expresarlo en lenguajes ladder, listado y bloques de funciones.

'J=¡' [~

n Fl S3

j--"J

t-J

KM]~

.1"J

,~,\h i

i

l",fl I

KM3

KAÓ

I

I

10

Figura

5.25.

Circuito eléctrico para el ejemplo

11

12

5.1

Solución El circuito eléctrico contiene tres cargas principales (KM1, KM2 Y KM3), tres relés auxiliares (KA1, KA2 Y KA3), seis pulsadores abiertos (51, 52, ..., 56) Y un pulsador de parada SO. Al analizar el funcionamiento del circuito, se deduce que el orden de arranque y apagado de los ores es estricto, siguiendo el siguiente orden: Arranque: KM1, KM2, KM3. Apagado: KM3, KM2, KM3. (Dibujar la carta de estados del proceso). Los gráficos de la figura 5.26 están basados en el PLC Siemens.


154

Lógico Programable

NC!hliO,k

1

KM1

= (51 + Kr~1) So KA3

'~I

SI

LO

o

<MI

'" '"

S'

t~,rS:t-1'~"~W)

Sl9[JN'lOrJAl YA)

Nerwo,k:!

KM2

SO

,~, '''"'3

= (52 + KM2) KM1 KA2 lO

!:'-l2:

KM3

'''"''

AN

,...,

Netwo,k3

'''''

..

S:9D.~m ~"

t:r·'~7f-<-'

S2 KM'

O rJ.41

KM'

= (53 + KM3) KM2 KA1 S3

lO

t:,r<M2t-1

';1 ~

.~') = (KM3 54 + KA1) KM1 KMZ

KA1

t:~·'~-f-<~l

lO

KM'

A O

S<

,.

lO"

A

Y.M:¡'

'''"'' f;,l,l

Nel'olo,k5"

KA2

= (KMZ KA1 55 + KAZ) KM 1

1~1

~ f~

r.MZqqQ0 OR

KI.41

KAl

:2

A

1:...'111

-

A

00

diagrama FBD (centro),

DR

so

Ustado

KM2 ,'.Al

= (KAZ 56 + KA3) so

~

""~o

.l>.

~

/.ND 1:A2l[1 KA3

Diagrama ladder (izquierda),

1~2 ""

KM]

Nl!twor"~

Figura 5.26.

YJO

O A

'"

ANO

¡;,toJ

S6

o

A.>l

rA3 so

LD •

KA2 AA3

IL(derecha)

para el circuito del ejemplo 5.1

Fin ejemplo 5.1

Algunos aspectos que se deben tener en cuenta al desarrollar un programa en el lenguaje gráfico Ladder: 1. El diagrama se subdivide en segmentos. En algunos PLCs se denomina Network, en otros se les indica como RUNG. En cada segmento debe haber una carga con su respectivo circuito lógico 2. El nombre de una carga debe aparecer en un solo segmento. debe aparecer una vez como carga, no repetirse. 3.

Por ejemplo, la carga KM1 sólo

No puede haber dos cargas en serie en un segmento.

4. Generalmente en un circuito, se consideran los relés auxiliares o marcas. Estas marcas se pueden utilizar como cargas y como os. En el circuito analizado las marcas se indicaron como KA. En los PLCs Siemens, las marcas se identifican como M (ejemplo: MO.5) en los PLCs ABB y Telemecanique se identifican como %M (ejemplo %M10.5), en los PLCs FESTO se conocen como F (ejemplo F2.3). Igual que con las cargas principales, una marca colocada como carga no se puede declarar más de una vez. 5. Considerando el ancho de un segmento como un 100%, la zona de os se ubica en el 75% de ese ancho a la izquierda (zona de comprobación), mientras que la carga ocupa un 25%, siempre colocada a la derecha (zona de acción). Cuando la carga es la bobina de un relé o ar, por ejemplo %QO.1, algunos os de este dispositivo se utilizan. Cuando el circuito requiere más os de los que posee el ar, es· necesario recurrir a los relés virtuales (las marcas), ya que para este tipo de «carga virtual» el número de os es ilimitado.

155


Lógico Programable

°IÓID.l

/----+

11-----------------< ZONA DE ACCION

ZONA DE COMPROBACION

Figura 5.27.

5.7.1.

Zonas de trabajo en el diagrama Ladder

Combinaciones AND-OR Considerar la situación ilustrada en la figura 5.28.

Figura 5.28.

La expresión algebraica es:

Combinación

AND-OR

HOT = Si S2 + Si S2

Se observa en la ecuación una combinación de funciones combinación se dispone de dos técnicas. 1. Utilizando paréntesis, el listado de instrucciones o

3421

IL

ANO

y

ORo

Para resolver esta

queda:

LD ANDN i>,l.TD ST S1 ) OR(N 52 [Vl0T

5

En la línea 2, al hacer la operación

OR

abre paréntesis. En la línea 4 se cierra.

2. Otra técnica es utilizar algunas instrucciones especiales. Para el instrucciones se identifican como: ALDy OLD. LD

A MI OLD LDN

PLC Siemens

estas

51 52 MOT

El método consiste en separar las dos líneas que tienen la operación unen con la instrucción OLO.

ANO

y luego se


156


El diagrama de bloques funcional para el /adder analizado, se muestra en la figura 5.29. Sl S2

Figura 5.29.

OF,

M-.JD ,ANO

tvl0T

81

Diagrama FBD para el diagrama de os de la figura 5.27

Ejemplo 5.2 Escribir el listado de instrucciones para el diagrama /adderde la figura 5.30.

Figura 5.30.

Ladder para el ejemplo 5.2

Solución La Figura 5.31 muestra los listados de instrucciones utilizando la técnica de los paréntesis (arriba) y la técnica de las instrucciones especiales (abajo). Se tiene la expresión algebraica del segmento. En la Figura 5.32 se muestra el diagrama bloque de funciones para el /adder analizado.

11 78 35 421

.~.NDKI'.il P4 p.Nn !
10 14 15 12 i3 69

KA2 = Pl (KAl KMl P2 + KA2) (P3 KA3 + KM2) (P4 + KA4 KA5)

lo

I~~ LD A

L1l.1 YHl

j

1'.

F2

¡

I1ID --P-1 ~ i 1

¡ o

12

13

17

1516

114115

19110

1 rel="nofollow">~r-1 1t<=-X<::r ) L

w

~

P2

la

~

L

~

~

t2

In

~

KJ>.2

I ztD

I A

¡ ~LD I

11

LD

I

~D l OLD

P3 KA3 KM2 P4

F.LD

---->

~~~

I¡rrn=D

L~D A OflLO .'. o I KA2 = Pl (KAl KM1 P2 + KA2) (P3 KA3 + KM2) (P4 + KA4 KAS)

!

ALD 1..~:: __

~~.~ ..".J

Figura 5.31.

listados

para el diagrama Ladder de la figura 5.30 utilizando las dos técnicas:

Cuadro de arriba: listado usando paréntesis.

Cuadro de abajo: listado usando las instrucciones

ALD y OLD

INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO Controlador Lógico Programable

157

AUTOMATIZACIÓN

5.

Pl K"".l

ANO

KA2

OR

,A.NO

Ktv11

P2 K"".2

OR

P3 KA3 Kt,,12

P~

OR

KA4 KA5

Figura 5.32.

Diagrama FBD para el Ladder de la figura 5.30

Fin ejemplo 5.2

Ejercicio 5.1 1. Escribir el listado de instrucciones y dibujar el diagrama FBD para los siguientes diagramas /adder (por ahora no tener en cuenta los nombres que se han asignado a los os y cargas): 1.1. MO.O

10.0

/

MO.l

:c;' 10.3

:t;' T M1.1

MO.2

1---1/

I

V4.6

10.5

SMO.3

/1I__

I

I-(END)

1.2. M1.7

I

MO.7

QO.1

f--{ )

MOJ,100- T37¡,AO.O-

AUTO MATIZACIÓN

INDUSTRIAL:

TEORÍA

159

Y LABORATORIO

5. Controlador Lógico Progra a e 2..2.

LD

%10.1

AND( ANDN

%10.2

A..l\'D

%1'1'13

oR(

%1'1'12

A!'l"D(N

%103

A.l"i"D

%1'1'14

%l\fl

oR(

O/oQO.I

A..ND(N

l!kl103

oR(

%IOA

.'\NDN

0/'111'1'11

) )

) )

) ) ST

°/ÓQO.l

3. Los siguientes son diagrama de bloques de funciones. Deducir los listados de instrucciones y el diagrama /adder correspondientes. 3.1.

---

f-f--

ANO .ANO OP, OR ~OR ANO OR ANO .A.I'-JO OR ANO SI..,13.6 <: 00.2<) 1..,10.100.1MO.2<:

<: 811'10.5Sh~5.0
00.2 10.2

MOA V4.5 1',·10.0

;1011.7
10.0-

001

AUTOMATlZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO

160


3.2. 10.0

OR 1,10.6 MO.7

1·,00

10.i 1,10.3 1,,10.1 00.2

Ai'JO

00.2

OR

ANO

OR

IvfO.6

ANO

1,,10.5

vo.o

OR

OR

ANO

10.1

M1.1

ANO

1v11.0

V200.7 10.~

Fin ejercicio

5.7.2.

5.1

Operaciones de Pila Interna Considere el diagrama /adderde la Figura 5.33.

I O~IO.l

%102

°hID3

l' ~L:r~ ~ H"IO·1

I

l:!·'ÓMl

o/OQ~

f-1 Io-----
1-rtJ------

";10.1

~"IO.2

Figura 5.33.

OA>h>1

r¡-rL:rW r---1 r¡----< -'

~"IO.2

l' ~ ~"h~·

OA>M2

0/oM3

~"M2

CIRcurrol

CIRCUITO 2

OA>Q~

I

CIRCUIT03

Diagrama Ladder con circuito común para varias cargas

Tiene tres segmentos y en cada uno finaliza en una carga, que es lo normal. Observe que cada uno de los segmentos tiene tres os que tienen igual disposición. El listado para esos tres os en las dos formas: con instrucción y con paréntesis

es:

AUTO MATIZACIÓN

5.

INDUSTRIAL:

TEORÍA

Y LABORATORIO

158

Controlador Lógico Programable

1.3. 10.0

IDA

00.1

M04

1:

"""11-----.1

MO.6

002

f---{ )

10.1

0~2

HO.l

I

I

1

1--1

M 1.1

---<

\1200.7

2.

Los siguientes son listado AWL, dibujar el diagrama ladder y FBD correspondiente.

2.1.

....

A

OlD AlD

A HO.2 10.2 A AlD O V200.5 HO.J lDN ~;HO.1 lDH HO.5 AlD In H2.6 H2.2 U.1 HO.O H2.5 lD HO.4 HO.1 10.0 lD OlD OlD 10.1 00.1 00.2 00.1 ()(I ..1 O 1.

lD

OlD lDH lDN AlD

In. O

SHO.3

111 . J

AN OlD AlD OlD

H5.2

lD

H6.1 SHO.O SHO.1 H5.3 H5.1 H6.2 00.3 HO.1 l4.1 H6.3

AN OlD AN A

H2.J H2.4

lD

10.1 10.0

lD

H2.5 H1.3 1-12 . 3

10.1 00.2

H4.0 H4.1 H5.1

lDN AN A

OlD AlD AN OlD AlD AN

(~ (",


OR LO LO %IO.2 OR ALD %Ml %IO.l %Ml %IO.l ANO( %IO.2 1 LO

423

161

)

Entonces, se pueden colocar las 5 líneas, adicionar los os restantes y terminar en cada una de las cargas, o la otra alternativa es, unir las cuatro líneas comunes y de allí derivar las tres cargas. Esto es posible utilizando algunas instrucciones espe_ ciales. El nombre de las instrucciones depende del PLC, así, para el PLC Siemens las instruc_ ciones se conocen como: LP5, LRD, LPP. En PLCs Telemecanique, Mitsubishi las instruccio_ nes se identifican como: MP5, MRD, MPP. Estas memorias intermedias se denominan pilas y se aplican en la siguiente forma: Se desarrolla el circuito lógico que es común a todos los circuitos. Para el ejemplo considerado, la operación lógica común a los circuitos va desde la línea O a la línea 3 del listado de instrucciones (observe el listado de instrucciones anotada en la figura 5.34). Aquí se llama la instrucción MPS; entonces esta instrucción almacena la operación lógica común a los circuitos y además indica que se inicia la aplicación de memoria inter_ media.

18 ~.ND( 4 •

CARGA 12 . PRII\1ERA OR%1<1 CIRCUITO COrvlúN ~.ND %1<3 %1<2 ST MPP ST %10.2 %10. o 6 511 MPS ANO OR%10.2 %H2 MRD %10.3 %QO.2 CARGA ~.NO( r-AND( %QO.1 ) %1<1 SEGUNDA )-AND%1<1 ) CARGA TERCERA

. corv¡ú~

OR

400.2

.~~1 ,1. .

~IRCUITO

~l:~~ :~I 14 CIRCUITO ( 9

PRIMERA

MPS

8

%QO.1 (

LD

7

CARGA

Figura

5.34.

Diagrama Ladder y el uso de las instrucciones

MPS, MRD, MPP.

Lo que se hace a continuación es (seguir la figura 5.34): Para el primer circuito, se opera lo que tiene almacenado la memoria MPS y se desa_ rrolla la operación lógica que sigue para terminar en la primera carga. En el ejemplo, esta operación va de la línea 5 a la línea 7.


162

Lógico Programable

Para el segundo circuito, se utiliza la segunda instrucción MRD y lo que hace la instrucción es traer lo que tiene almacenado la instrucción MPS y luego se efectúa la operación lógica del circuito 2 para terminar en la segunda carga. Esta instrucción indica que se tiene un circuito intermedio. En el ejemplo, esta instrucción va desde la línea 9 a la línea 12. Para el tercer circuito, se utiliza la instrucción MPP y lo que hace esta instrucción es traer lo que tiene almacenado la instrucción MPS y luego se efectúa la operación lógica para terminar en la última carga. Esta instrucción indica que se fina/iza el uso de la memoria intermedia y en el ejemplo, la instrucción va desde la línea 14 a línea 18. En resumen (Observe la Figura 5.35 en donde se muestra un diagrama en el que se ilustra una disposición de las memorias intermedias o pilas):

Figura 5.35.

Diagrama que explica el uso de la memoria de pila

1.

Las instrucciones MP5, MRD Y MPP se utilizan cuando se tienen varias cargas con un circuito lógico común.

2.

Estas instrucciones son memorias intermedias que se denominan pilas.

3.

Para el uso de esas instrucciones seguir el siguiente proceso: 3.1. Se efectúa la operación lógica que es común a todos los circuitos. 3.2. Se llama la instrucción MPS para iniciar el uso de la memoria intermedia, esta instrucción almacena la operación lógica común a todos los circuitos; además, con lo almacenado en esta instrucción se efectúa la operación lógica para terminar en la primera carga. 3.3. Para el siguiente circuito, se utiliza la instrucción MRD cuya función es traer lo que tiene alma_ cenado la memoria MPS para efectuar la operación lógica que termina en la segunda carga. Se puede disponer desde ninguna instrucción MRD hasta el máximo de instrucciones MRD permitido por el PLC.

.~

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: TEORÍA Y LABORATORIO S. Controlador Lógico Programable

163

3.4. El último circuito debe contener la instrucción MPp' que trae lo que tiene almacenado la instrucción MPSpara efectuar la operación lógica que culmina con la última carga; entonces esta instrucción indica que termina el uso de la memoria intermedia. 4.

La memoria intermedia siempre debe iniciar con la instrucción MPS que indica el primer circuito.

5.

La memoria intermedia debe terminar con la instrucción MPp' indicando el último circuito.

6. Entre las instrucciones MPS y MPP se tienen las instrucciones MRD que indica que se tienen tres o más cargas. 7. Un circuito puede tener solo dos cargas, lo que indica el uso de memoria intermedia instrucciones MPSy MPP únicamente, sin tener instrucción MRD. 8. El número máximo de circuitos que utiliza memoria dependen del PLC. 9.

intermedia

y que tienen

con las

instrucción

MRD

Se pueden anidar memorias intermedias en otras memorias intermedias.

Ejemplo 5.3 En el siguiente diagrama ladder se combinan operaciones AND-OR y memoria de pila. Se presenta el listado de instrucciones correspondiente. Siga el desarrollo. MOO

101

00.0

MO.3

10.4

Ml.1

"",;~<~>
001 LD

f-( 10.3

) MO,

M15

MO.

o

AN

10.1

o

SMI. o QO. o

LD A LO

MO.3 MO. 2

i>.

HO.6

OLO i>.LD

LPS

":'~ 00.1

f-( Ml.l

) M2.1

f----1 I

f--(

LDN

10.4

o

QO.2

QO.l

LDN ON ALO A

LO

M!. 2

LPP

A

10.3

i>.

ON

M!. 5

LD

QO.l SM!. 2

LD

M!.6

AN OLO ALO

QO.2

i>.LD

l'. 00.2

)

M!. 1

A

HO.6 M!.5

LRD LO

11.0

f----1

f--(

00.3

)

M3.2 M3. 4 M3.3 M3.4

LRO

ALD

001

LPP

QO.l

LD

H!.l

P. OLD ALD LPS

QO. 2

LPS ·AN

QO.2 QO. S

LPP A

P.

M!. 1

AN

M2.1

QO. 5 QO.6

QO.2 LRD

LO Ol,

10.4 M2.2

ALO

M2.2 LRD

A

A

QO.l

Il. o QO.3

Fin ejemplo

5.3


164

Lógico Programable

Ejercicio 5.2 1. Para 1.1.

los siguientes diagramas ladder, escribir el listado de instrucciones y dibujar el diagrama FBD.

10..0.

SMo.o.

Qo..o.

~~I

Ho..2

Mo..o.

/ f--{

'-1 ~I

MD.3

'1

f--{)

Ho..1

)

Qo..1

1.2. 51<41JO

MO.2

000

'~/T) I

MI}~

"00

)

1--{ )

MO.O

Q02

Q03

)

¡-J

I~ /0114

SM1,3

I~I

";OE::~::~QOO~";' ~ MíA

003

Fin ejercicio 5.2

5.7.3.

Funciones de Temporización Al igual que con los dispositivos eléctricos, en todos los PLCs se dispone de

dos tipos de temporizadores: Temporizador con retardo a la conexión o TON Temporízador con retardo a la desconexión o TOF

Temporízador TON: Cuando se energiza, inicia la temporización y al transcurrir el tiempo progra_ mado, sus os actúan y permanecen en el nuevo estado, mientras se mantenga energizado el temporizador. Al desenergizarlo, sus os retornan al reposo. Al conectar una carga en su terminal Q, actuará después de pasar el tiempo programado del tempori_ zador y se desactiva cuando se desenergiza la entrada del temporizador.

f,"


165

Lógico Programable

Telllll Q

IN

~r-

TON Q

~~

.-Tl

TI

(1)

Figura 5.36.

Temporizador

"

'-T1~

(2)

(3)

con retardo a la conexión. Izquierda:

(4)

'-Tl~ (5)

(6)

(7)

Bloque del temporizador.

En la figura 5.36 se muestra un bloque del temporizador (izquierda) (derecha). El temporizador tiene una entrada (IN) y una salida (Q).

Derecha: Diagrama de tiempos

y el diagrama

de tiempos

Los temporizadores responden al flanco de subida del pulso en la entrada; así, en el punto (1) se aplica el pulso en la entrada, se energiza el temporizador y se inicia el tiempo programado Ti. Cuando transcurre ese tiempo, en el punto (2), los os del temporizador actúan (los os NA se cierran y los NCse abren) y permanecen en ese estado mientras se mantenga el pulso aplicado en la entrada y, obviamente el temporizador energitado. En el punto (3) se suprime el pulso de entrada, así que el temporizador se desenergiza y sus os retornan al reposo (estado inicial). En el punto (4) se vuelve a aplicar pulso en la entrada, se energiza el temporizador y comienza a transcurrir el tiempo, pero antes de completar el tiempo programado Ti, se desconecta la entrada en el punto (5), así que el temporizador no alcanza a completar el tiempo Ti y sus os no cambian. Nuevamente en el punto (6) se activa la entrada, se energiza el temporizador y comienza a transcurrir el tiempo; cuando transcurre el tiempo Ti, se activan sus os (7) y permanecerán indefinida_ mente así, mientras esté la entrada activada.

Temporizador TOF. Cuando se energiza, sus os actúan instantáneamente así como la carga que se conecte en su salida Q y permanecerá en ese estado mientras esté energizado. Cuando se desenergiza, comienza a temporizar manteniendo sus os en el estado actual y luego de transcurrir el tiempo programado, sus os vuelven al reposo y la carga conectada en su salida se desactivará. En la figura 5.37 se muestra el bloque del temporizador y un diagrama de estados.

IN

Q

IN TOF

STem TI

Q

..

Figura 5.37.

Temporizador

(i)

(2)

con retardo a la desconexión.

(3) Izquierda:

(4) (5)

(6)

(7)

Bloque del temporizador

(8) Derecha: Diagrama de tiempo

En el instante (1) del diagrama de estados, se activa la entrada, se energiza el temporizador y sus os cambian de estado instantáneamente. En el instante (2) se desconecta la entrada, los os del temporizador se mantienen en el estado anterior y se inicia el tiempo programado Ti; cuando transcurre este tiempo, en el punto (3), los os del temporizador retornan a su posición de reposo. En el punto (4) se vuelve a activar la entrada, el temporizador se energiza cambiando de estado sus os. En el momento (5) se interrumpe la entrada, desenergiza el temporizador y se inicia la temporización;

en el instante (6) se cierra la entrada, así que el temporizador vuelve a energizarse, sus


166

5. Controlador Lógico Programable os continúan en el estado que tenían, pero ya no está temporizando. En el instante (7) desconecta la entrada, desenergiza el temporizador y se inicia el tiempo programado Ti, tiempo que se alcanza en el punto (8), en donde los os del temporizador retornan al estado de reposo. Se observa que mientras la entrada activados, pero no está temporizando.

esté activa, el temporizador

está energizado,

sus os

La figura 5.38 ilustra los temporizadores TON y TOF para tres PLCs de diferente fabrican_ te. En todos los diagramas, se observa la semejanza en la información que contiene el bloque: el tipo de temporizador (TON, TOF), terminal de entrada (IN), el valor de selección del tiempo (PT). En el PLC Siemens (gráfico de la figura 5.38(A»), con el nombre del temporizador, que es T38, se pueden colocar la cantidad de os que se requieran en el circuito. Para el PLC Te/emecanique, se puede colocar carga o circuito lógico en la salida Q, o con el nombre del temporizador (%TMO), se pueden colocar los os que se requieran en el circuito. Igual se aplica al PLC ABB.

T38

FBD .~~~~~

Ta

LADDER

3

TONI

LD l~;~: nI 11l'LO 10.0 T3B. BlY. ::mlO :~IO.O TON 8m_BLR yalln

(A) (B) LADDER

TYPE

n.

ILIN

%11ol0.P 9999

%TMO

o

Example in IL

LD

TONlnsl(IN := Var800L TONlnsl.Q

sr

VarBOOL2

Example

ADJ %iO.O

~

Example in IL CAL

2

1, PT := T#5s)

CAL

TOFlnsl(IN:=

LD

TOFlnsl.Q

ST

in FBD

VarBOOL 1, PT:= T#5s)

VarBOOL2

Example in

T0N!nSI

FBD TüF!nst

(e)

Figura 5.38.

Presentación de temporizadores

TON y TOF para distintos PLCs

(A) PLC Siemens (B) PLC Telemecanique

5.7.4.

Temporizadores

(C) PLC ABB

Especiales

Cada PLC dispone de algún tipo de temporizador TON y TOF. Uno de ellos es el temporizador TP. SU

funcionamiento:

diferente de los clásicos

cuando se energiza, actúan sus os instantáneamente

y, luego de trans_

currir el tiempo programado, sus os vuelven al reposo, estando el temporizador figura 5.39

ilustra un bloque temporizador y un diagrama de tiempo.

energizado. La


167

S. Controlador Lógico Programable

0/011\-1

Q

IN TP

Q

TI

(2) (3) (4) (5)

(1) Figura 5.39.

Temporizador

TP. Izquierda:

(6)

Bloque Ladder. Derecha: Diagrama de tiempo

En el evento (1) del diagrama, se activa la entrada IN, entonces se energiza el temporizador, actúan sus os instantáneamente y se inicia la temporización; cuando transcurre el tiempo programado Ti, los os del temporizador retornan al reposo (2), Pero observe que la entrada se mantiene activa. En el evento (3), se activa la entrada, energiza el temporizador, activa sus os y se inicia la temporización y en el punto (4) se desenergiza la entrada, entonces el temporizador también se desenergiza y sus os retornan al reposo, dejando de temporizar. En el evento (5) nuevamente se activa la entrada, se energiza el temporizador, activa sus os y se inicia la temporización; al transcurrir el tiempo programado Ti, en el punto(6), los os del temporizador retornan al reposo. Aunque se mantenga la entrada activada y el temporizador en reposo, como se observa del punto (6) en adelante.

energizado, sus os permanecerán

En la figura 5.40 se muestra la ventana de edición de los tres temporizadores dispone el PLC Te/emecanique TX07.

XTHO IN

o

TemP0rizador:

U

Pceseleccion: I

TiPo de temporizador @TON T"fPE TON TB Mi n ADJ ,. xTHO.P 9999

i

OTOF

OTP

TEMPORIZAOORES Símbolo:

1

_

9999 I Base de tiempo

01 ms OlE! ms

OlElE! ms Olseg

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mín

QK

Figura 5.40.

que

II

Bloque Ladder y ventana de edición para los temporizadores

flnular

del PLC Telemecanique

TSX07

Como se observa en la figura 5.40, se puede seleccionar: tipo de temporizador, la base de tiempo; en el espacio temporizador se escribe el número del temporizador y en la ventana de preselección se escribe un número, que al multiplicarlo con la base de tiempo resulta en el tiempo de temporización. El PLC Siemens dispone del temporizador a la conexión con memoria TONR. namiento se comprende observando el diagrama de la figura 5.41.

SU

funcio_


168


Txxx

:l-

IN Txxx

PT

T1

~ 'M TOMRI

: •• T1

Figura 5.41.

,T2

.

T3P_ :

TIEMPO T3 = PROGRAMADO 110

+

T2

+

:

:--:

TEMPORIZADOR EN CERO

Temporizador a la conexión con memoria

Inicialmente se programa el tiempo requerido. Luego, almacena los tiempos en que la entrada permanece en alto, hasta que completa el tiempo programado, instante en que los os cambian. Observe el diagrama de estados de la figura 5.41: inicial_ mente la entrada tarda Ti en alto, así que se almacena ese tiempo. Posteriormente, la entrada vuelve a quedar en alto durante T2, entonces este tiempo se suma al anterior y queda almacenado el resuL tado. Finalmente, cuando la entrada permanece en alto el tiempo T3, la suma total de tiempos comple_ ta el tiempo programado, y el temporizador opera cambiando el estado de sus os.

Para los PLCs Siemens, la base de tiempo se fija de acuerdo al nombre del temporL zador. En la siguiente tabla se aprecia esta codificación. Ternporizador

Resolución

TON, TOF

Temporizador

N° de temporizador

s

32,767

W rns

327,67 s

100 rns

3276,7

Resolución 1 ms 10 ms 100 ms

TOI'JR

Valor máximo

1 rns

Txxx

D2, T96 D3-D6,

s

T97-T100

D7-T63, T101-T255

Valor máximo 32 ,767 s

N° de temporizador lD, 164

327,67

s

T1-T4,T65-T68

3276,7

s

T5-T31,T69-T95

El tiempo de temporización de cualquiera de los tipos se obtiene multiplicando valor de preselección PTpor la base de tiempo (resolución).

Ejemplo 5.4 El siguiente ejemplo ilustra el funcionamiento Ne'wOIk 1

TOF

LO

10. O

TOF

T37.

I VISU..L1Z~ LD

EL TEMP T38

T33 QO .1

+50

Network 2

Netwo,k 6

I TEMPORrZODOR

TON

LO TON

+ 10

T37 T38.

I VlSUAlIZUL LO

NelwOIk 3

TEMP TONR

T5 QO

2

Nelwork 7

I TEMPORIZbj)OR LO

T3B

TONR

T5.

TONR + 150

Netwmk .•

LO

para el PLC Siemens.

USO OE TEMPORlZADORES

I TEMPORIZbj)OR

I VlSUAUZA

de los temporizadores

I LIMPIA

EL TEMP TOF

LO

10.1

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T37.

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NetwOIk 8 EL TEMP 137

T37 QO. O

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