UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL ING. OLGA LUCIA RAMOS SANDOVAL
“Secuencia de cinco cilindros con temporizadores” Julián Enrique Bolaño 1801884, Daniel Estean !alle 1801888
Resumen- Este
informe describió el desarrollo de la práctica de laboratorio dónde se realizó realizó una comunicación por IBH OPC que conecta el software Automation Studio con el software !"a Portal del P#C SIE$E%S& para controlar secuencias neumáticas dadas por el docente usando temporizadores ' contadores& para despu(s )isualizarlas en Automation Studio* I. INTROD INTRODUCC UCCIÓN IÓN
En la industria, la automatización es un factor necesario de desarrollo que busca mejorar la eficiencia de procesos, aumentar el nivel de producción y disminuir gastos. Por lo cual se hará uso del dispositivo S!"#$ S%&'()) que es un controlador lógico programable *P+$. Para el desarro arrolllo de esta prác ráctica tica,, se impl implem emen enta tará rá el uso uso de temp tempor oriz izad ador ores es y contadores. +os temporizadores son dispo disposit sitiv ivos os que que manej manejan an bases bases de tiempo tiempo e-actas, mediante el cual, podemos regular la cone-ión o descone-ión de un sistema desde que se da la orden o despus de un tiempo. " diferencia de los sensores, los temporizadores tienen como ventaja la reducción de costos, reducción de cableado, fácil mantenimiento y menor deterioro, pero su desventaja es que no son de acción instantánea como los sensores. +os +os cont conta adore dores, s, por por otro otro lado lado,, perm permit iten en efect efectuar uar una cuent cuenta a de pulso pulsos. s. Se puede pueden n programar en forma ascendente o descend descendente ente.. +a diferen diferencia cia entre entre contador contador y temp tempor oriz izad ador or,, es que que el cont contad ador or cuen cuenta ta pulsos o factores, que cuando llegan a un valor o a un rang rango o determi ermin nado ado, rea realiza iza otra cond condic ició ión n y el temp tempor oriz izad ador or cond condic icio iona na al sist sistem ema a para para que que real realic ice e las las tare tareas as en un determinado tiempo. Para la práctica práctica,, se usa el P+$ S!"# S!"#$ S%& '()), '()), que es un disposi dispositiv tivo o de estado estado sólido, sólido,
dise/ado para controlar procesos secuenciales que se ejecutan en un ambiente industrial. Es decir, que van asociados a la maquinaria que desarrolla procesos de producción y controlan su trabajo. 0'1 2n beneficio del P+$ que lo distingue frente otro otros s cont contro rola lado dore res, s, es que que pued pueden en ser ser programados para controlar cualquier tipo de sistema, en a diferencia de otros controladores, que sólo pueden programar un tipo tipo de siste sistema ma espec3 espec3fic fico. o. "dicion dicional almen mente te facilita la automatización de procesos debido la cantidad de entradas análogas y digitales que posee, y los módulos de comunicación. Para Para progr programa amarlo rlo,, se usó usó el prog program rama a #" #" Porta Portall *#o *#otally tally nteg ntegra rated ted "utomat utomatio ion, n, un siste sistema ma de ingen ingenier ier3a 3a de 4ltima 4ltima gene generac ración ión que ha desarro desarrollad llado o la compa/3a compa/3a SE!E5 SE!E5S S para que los usuarios puedan llevar a cabo la ingeni ingenier er3a, 3a, puest puesta a en march marcha, a, opera operaci ción ón y monitorización de todos los componentes de automatización y accionamientos a travs de una 4nica plataforma de control 061.
2 7igura '. magen #omada del #ia Portal 8'9
II-B. Objetivos Específicos
Se implementó el lenguaje gráfico +adder, este es un lenguaje derivado de rels. !ediante s3mbolos representa contactos, bobinas, etc. Su principal ventaja es que los s3mbolos básicos están normalizados seg4n el estándar E$ y son empleados por todos los fabricantes. 091 +os s3mbolos básicos son:
'. Aealizar programa usando el lenguaje gráfico +adder de #3a Portal e implementado en el P+$ SE!E5S para visualizado en "utomation Studio=. 6. mplementar una comunicación en >? @P$, para comunicar "utomation Studio= con #ia Portal. 9. Elegir caracter3sticas de los cilindros necesarios para la aplicación requerida. B. mplementar contadores.
7igura 6. magen tomada http:;;<<<.educacionurbana.com;apuntes;ladder.pdfl .
temporizadores
y
de
"dicionalmente posee entradas lógicas de temporizadores, multiplicadores y contadores entre otros, que son representados como bloques. #ambin se deben conocer las propiedades y el funcionamiento de los componentes que se van a implementar en el proceso, para luego simular el sistema en el soft
? @P$, con el que se controlan las variables de entrada y de salida.
III. PROCEDIMIENTO
Para realizar la práctica de laboratorio se debe implementar los siguientes pasos:
•
•
•
•
II. OBJETIVOS •
Se escogió el cilindro que cumpliera con las caracter3sticas deseadas. Se implementó un circuito hidráulico en "utomation Studio=. Se relacionaron las condiciones del cilindro con las gráficas dadas por el docente. Se realizó el diagrama en +adder para programar el P+$. ntegración final.
II-A. Objetivo General III-A. Elección del cilindro Aealizar un programa que logre recrear las curvas de fase deseadas, usando cilindros hidráulicos.
+a primera consideración al momento de escoger el cilindro, fue la condición má-ima
3
de peso, que en este caso fue de má-imo 9 toneladas. Se buscó un catálogo de cilindros hidráulicos industriales de la empresa A@E!?E+C, el cilindro que cumpliera con las caracter3sticas deseadas. En el catálogo, no se especifica la fuerza má-ima del cilindro, sino que especifica la presión má-ima de servicio, por lo cual, con la siguiente ecuación se determinó la fuerza má-ima que brinda el cilindro. F = P∗ A F =20 MPa∗0.0019635 m
2
Se utilizó la ecuación para esfuerzos de tracción y el análisis de falla para materiales d4ctiles por 8on !ises. σ 1=
F A
σ = √ σ 1+ σ 2+ σ 3− σ 1 σ 2−σ 1 σ 3 −σ 2 σ 3 '
'
σ =
2
2
2
Sy n
Ce donde asumiendo que no hay esfuerzos de torsión, ni producidos por momentos la anterior ecuación resulta: '
F =39268.9 N m
=
39268.9 N 9.8
m
σ = σ 1
Ga que la mayor carga propuesta es de 9 toneladas se tomó esta como base.
2
s
m = 4007.133 Kg
m= 4 Toneladas
El área con la que se calculó el esfuerzo es el área transversal del vástago a la que la carga es aplicada a compresión. 2
El cilindro escogido fue Aef. '6D&''&'6)), con las siguientes caracter3sticas: - Ciámetro de pistón: )mm. - Ciámetro de vástago: ()mm. - $arrera m3nima: )mm. - $arrera má-ima: '6))mm. - $on juntas 7F! sin amortiguación. - 8ástago en "cero >onificado. $on estas caracter3sticas se verifico si el vástago es f3sicamente apto para soportar la carga aplicada sobre este, sin generar fracturas o pandeos. Para asegurar esto se calculó el factor de seguridad teniendo en cuenta el material del vástago, el diámetro y la carga má-ima aplicada.
A = 2 π ∗r 2 A = 2 π ∗(0.025 ) −3 2 A =3.9264 ∗10 m
+a fuerza es el producto de la carga en Filogramos y la gravedad: F = M ∗g F =3000 Kg∗9.89
m s
2
F =24.4 KN
III-B. Diseño esquea circuito !idr"ulico
4
7igura 9. magen tomada "utomation Studio=, circuito hidráulico .
Se seleccionaron válvulas de dirección B;9, cilindros hidráulicos de doble efecto que se modificaron con los valores tomados del catálogo y válvulas estranguladoras. Se posiciona un tanque, dónde se almacena el l3quido hidráulico, este l3quido será bombeado a los cilindros que pasaran por una válvula estranguladora que regulará el nivel de flujo que les llegue a los cilindros y generando as3 el movimiento del embolo del cilindro.
7igura B. magen tomada "utomation Studio=, propiedades del cilindro.
Para el actuador ": P1=0 cm;F 1−2=3.5 P2=10 cm;F 2−3=11 P3= 40 cm;F 3−4=15 P4 =80 cm;F 4−5=3.5 P5=90 cm;F 5 6 =−11 P6=60 cm;F 6 7 =−7.2 P7= 40 cm;F 7 8=0 P8= 40 cm;F 8−9=−7.2 P9=20 c m ; F9 −10=7.2 P10=40 c m ; F10 −1=−15 −
−
−
III-#. $elación de las condiciones del cilindro con las %r"ficas dadas por el docente
Primero, se relacionaron las gráficas con la distancia que debe moverse el cilindro, tomando a 9 como la má-ima distancia alcanzada por el cilindro, que en este caso es de '6)cm y ) como )cm. +uego, utilizando la ecuación de flujo y volumen de un cilindro, se relacionó con la ecuación que describe la estrangulación de la válvula usada en el soft
7igura B. Hráfica del actuador " .
Para el actuador >:
5
P1=20 cm;F 1−2=−7.1 P2=0 c m ; F2 3=27 P3=80 cm;F 3 4 =3.5 P4 =60 cm;F 4 5=−7.1 P5=60 cm;F 5−6= 0 P6=20 c m ; F6 −7 =−15 P7=20 c m ; F7 −8 =0 P8=80 c m ; F8 −9 =21.5 P9=60 c m ; F9 −10=−7.1 P10=20 cm;F 10−1=−15 −
−
−
7igura I. Hráfica del actuador $ .
Para el actuador C: P1=100 cm;F 1 2=−15 P2=60 cm;F 2−3=−21.5 P3=0 c m ; F3 −4 =0 P4 =0 cm;F 4−5= 30 P5=80 c m ; F5 −6 =−7.2 P6=60 cm;F 6 7 =−7.2 P7= 40 cm;F 7 8=18.6 P8=90 cm;F 8 −9=0 P9=90 cm;F 9 10 =−11 P10=60 cm;F 10 1=15 −
7igura (. Hráfica del actuador > .
−
−
Para el actuador $:
−
P1=20 cm;F 1−2=22.8 P2=80 cm;F 2−3= 0 P3=80 cm;F 3 4 =3.5 P4 =70 cm;F 4−5=−10.8 P5= 40 cm;F 5 6=−15 P6=0 cm;F 6 −7 =15 P7= 40 cm;F 7 8=0 P8= 40 cm;F 8−9=−7 P9=20 c m ; F9 −10=22.8 P10=80 cm;F 10−1=−22.8
−
−
−
−
7igura %. Hráfica del actuador C .
Para el actuador E:
6
P1=40 cm;F 1 2= 0 P2= 40 cm;F 2−3 =−7.1 P3=20 cm;F 3−4 =7.1 P4 =40 cm;F 4 5 =15 P5=80 c m ; F5 −6 =0 P6=80 c m ; F6 −7 =−21.5 P7=20 c m ; F7 −8 =−7.2 P8=0 c m ; F8 −9=15 P9= 40 cm;F 9 10=−15 P10=0 cm;F 10−1=15 −
−
−
7igura D. magen #omada del #ia Portal 8'9
Su usó de igual manera el #P, ya que para que el #@5A se mantenga activo se necesita un impulso con un poco más del tiempo programado en el temporizador. Cebido a que la secuencia "*JC*J>*JE*J$ que fue brindada por el docente, se decidió que se tomar3a como base el actuador $. $ada segmento de las gráficas se tomó como una etapa, usando como base de tiempo 6 segundos para el actuador más interno K$L.
7igura . Hráfica del actuador E .
III-D. $eali&ación dia%raa 'adder Para el diagrama en +adder se tuvo en cuenta #@5, #@77, #@5A y #P para el correcto funcionamiento de las secuencias. Se usó el #@5A, debido a que, si se cae la se/al de entrada, el temporizador guardará el 4ltimo tiempo en que se encontraba al momento de la descone-ión.
En la secuencia del actuador $, se inició poniendo temporizadores que asegurar3an la duración de 6 segundos de cada etapa.
7 7igura ''. magen #omada del #ia Portal 8'9, secuencia $.
Se colocó el contador $#2, que es un contador ascendente, que contará el n4mero de repeticiones dadas por el usuario. El contador se reiniciará cuando la siguiente secuencia finalice. Este proceso se realizó de la misma manera para los actuadores restantes, con la 4nica diferencia de que el tiempo var3a seg4n el n4mero de repeticiones dadas.
7igura '). magen #omada del #ia Portal 8'9, secuencia $.
+os temporizadores se reinician cuando se acaba el total de las nueve etapas, con el fin de volver a comenzar la secuencia.
7igura '6. magen #omada del #ia Portal 8'9, secuencia ".
Para determinar el tiempo de la secuencia ", se utilizó el siguiente mtodo: t = x
n
∗t b t =2 ∗2 seg t =32 seg 4
Cónde: x =número de repeticiones t b=tiempo base n =número de secuecia
7igura '9. magen #omada del #ia Portal 8'9, control de tiempo.
8
la marca "N o "&, que produce la acción del cilindro. Para determinar el tiempo de las secuencias restantes, se utilizó el mismo mtodo anterior, pero teniendo en cuenta que para la n =2 , lo que dio secuencia >, se usó como resultado el tiempo de t =8 seg M para C, se usó n =3 , lo que dio como resultado el tiempo de t 16 seg M para E, se usó n =1 , lo que dio como resultado el tiempo n =0 , de t =4 seg y para $, se usó dando como resultado el tiempo de t =2 seg M.
Para cada segmento se utilizó el mismo mtodo anterior, e-ceptuando que la estrangulación enviada al "utomation Studio= var3a dependiendo el n4mero de repeticiones definidas.
=
Para poder controlar los actuadores en "utomation Studio=, se creó un segmento de potencia para cada secuencia. 7igura '(. magen #omada del #ia Portal 8'9, relación tiempo.
Esta relación resulta de dividir el tiempo de la etapa de cada secuencia por el n4mero de repeticiones. =
t e
x Cónde: x =número de repeticiones t e= tiempode la etapa
=16 M para el Para el actuador ", actuador >, = 4 M para el actuador $, =1 M para el actuador C, = 8 y para el actuador E, =2 .
Por cada variable que se utilizaba, se guardaba en una tabla de variables. 7igura 'B. magen #omada del #ia Portal 8'9, segmento potencia ".
El segmento de potencia funciona al activarse las marcas de las salidas de los temporizadores, activando un bloque de multiplicación, dónde se env3a la variable de estrangulación a la válvula y a su vez activa
9
7igura '%. magen #omada del #ia Portal 8'9, bloque principal.
III-E. #ounicación de Autoation (tudio) con el soft*are +ia ,ortal
7igura 'I. magen #omada del #ia Portal 8'9, tabla de variables.
2na vez realizado todo el proceso en +adder, se procedió a crear un bloque de datos que fue llamado @P$, dónde se almacenarán las variables de entra y de salida que conectarán "utomation Studio= con el soft
Para comunicar el soft? @P$, en el cual se ingresan las variables ya utilizadas en #ia Portal para la comunicación .
7igura 'I. magen #omada del #ia Portal 8'9, tabla de variables @P$.
El procedimiento se hizo con subrutinas, por lo que se crearon diferentes bloques para cada secuencia.
7igura '. magen #omada de >? @P$.
10
7igura 6). magen tomada "utomation Studio=, circuito hidráulico final.
7igura 'D. magen #omada de >? @P$, declaración de variables.
+uego se conectó a dos redes de Oi&7i, una de al soft
Cespus de realizar la comunicación, se realizan las pruebas para verificar que los resultados sean los esperados. Para facilitar el procedimiento se creó un s
7igura 6'. magen tomada "utomation Studio=, visualización de gráficas en ejecución.
+os cilindros recrearon las curvas correctamente, con algunos errores producto de peque/os retrasos al usar temporizadores.
11 7igura 6'. magen tomada "utomation Studio=, visualización de
configuración y de dise/o requeridos delos componentes de cada uno de los elementos como el cilindro, para no generar conflictos.
gráficas completadas dos repeticiones .
$omo se puede visualizar en la gráfica, la secuencia "*JC*J>*JE*J$, fue recreada con -ito. IV. CONCLUSIONES
V. REFERENCIAS •
•
•
+os resultados fueron los esperado, los cilindros hidráulicos representaron bien la secuencia sin la necesidad de usar sensores, ya que los temporizadores cumplieron con satisfacción lo requerido, teniendo en cuenta que al usar temporizadores anidados los peque/os retrasos que se generan en uno se van a ir aumentando en las siguientes repeticiones provocando un error que puede llegar a ser justificativo +os temporizadores #@5A brindan la ventaja de poder controlar con precisión el tiempo en el cual se requiere reiniciarse, y no es necesario esperar hasta el desbordamiento del mismo. " nivel industrial, se tiene que tener en cuenta los parámetros de
0'1 http:;;recursostic.educacion.es;observatorio;
http:;;<<<.infoplc.net;noticias;item;6(B& siemens&e-plica&el&concepto&tia&portal&a&sus& clientes 091 http:;;<<<.educacionurbana.com;apuntes;la dder.pdfl
