UNIVERSIDAD VERACRUZANA VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA
MANUAL DE PRÁCTICAS PARA LA EXPERIENCIA EDUCATIVA DE AUTOMATIZACIÓN
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TRABAJO PRÁCTICO EDUCATIVO Que para obtener el título de: INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA PRESENTA: LUCERO BONILLA CÓRDOBA DIRECTOR: MTRO. SIMÓN LEAL ORTIZ
XALAPA, VER.
Febrero 2013
DEDICATORIA
A la mujer Que con la sangre de su vida Me ha alimentado A ti mamá
ÍNDICE
INTRODUCCION ................................................ 1 CAPITULO I Generalidades de los PLC´s ....................... 3 1.1 Definición ................................................. 3 1.2 Campos de aplicación ....................................... 4 1.3 Ventajas y desventajas del PLC ............................. 6 1.4 Estructura de los PLC´S .................................... 7 1.5 Componentes de hardware del PLC ............................ 9 1.6 Modo de funcionamiento de un PLC .......................... 15 1.7 Neumática ................................................. 19 1.7.1 Componentes de un sistema neumático .................. 21
CAPÍTULO II Manejo del PLC
FC-440 de Festo ................ 23
2.1 Entradas .................................................. 23 2.2 Salidas ................................................... 23 2.3 Banderas .................................................. 23 2.4 Temporizadores ............................................ 24 2.5 Contadores ................................................ 25
CAPITULO III Estructura de programación .................... 27 3.1 ... Diagrama en escalera (“Ladder-diagram” LDR ó“Kantakt” Plan KOP) ......................................................... 227
3.1.1 Funciones lógicas básicas ......................... 30 3.2 Lista de instrucciones (StatementList o Anweisungs Liste AWL) .............................................................. 31 3.3 Manejo del software Win FST 4.10.50 ....................... 34
CAPITULO
IV Prácticas de Automatización ................... 46
PRACTICA Nº 1 Funciones lógicas basicas ....................... 47 PRACTICA Nº 2 Dispositivo estampador .......................... 54 PRACTICA Nº 3 Mando bimanual ................................. 57 PRACTICA Nº 4 Fresadora ....................................... 60 PRACTICA Nº 5 Dispositivo de llenado de piedras de ignición ... 64 PRACTICA Nº 6 Relieve de piezas ............................... 68
PRACTICA Nº 7 Dispositivo estampador .......................... 71 PRACTICA Nº 8 Unidad de montaje ............................... 75 PRACTICA Nº 9 Arranque a tensión completa de un motor trifásico de inducción jaula de ardilla ................................. 79 PRACTICA Nº 10 Arranque a tensión reducida de un motor trifásico de inducción jaula de ardilla ................................. 83 PRACTICA Nº 11 Inversión de giro de un motor trifásico ........ 87
Anexos ..................................................... 91 A.1 Normas para el uso del equipo neumático ................... 91 A.2 Normas en el uso del equipo electro-neumático ............. 92
Bibliografía ............................................... 93
INTRODUCCIÓN
Los controladores lógicos programables PLC´s nacieron a finales de la década de los 60´s y principios de los 70´s como respuesta al deseo de la industria del automóvil de contar con cadenas de producción automatizadas que pudieran seguir la evolución de las técnicas de producción y permitieran reducir el tiempo de entrada en producción de nuevos modelos de vehículos. Ellas usaban sistemas industriales basadas en relevadores (relés), en sus sistemas de manufactura.
Buscando reducir los costos de los sistemas de control, la General Motors preparo ciertas especificaciones, definían un sistema de control por relevadores que podían ser asociados no solamente a la industria automotriz, sino prácticamente a cualquier industria de manufactura.
Así surgen equipos electrónicos sustitutos de los sistemas de control basados en relevadores, que se hacían más complejos los que arrojaban ciertas dificultades en cuanto a la instalación de los mismos. Los altos costos de operación y mantenimiento y la poca flexibilidad y confiabilidad de los equipos impulsaron el desarrollo del mismo. Poco a poco se fue mejorando la idea inicial convirtiéndose en lo que son ahora, sistemas electrónicos versátiles y flexibles.
Los actuales no solamente cumplen los requisitos que requería anteriormente sino que los superan. Ahora es dispositivo específico que proporciona una alternativa flexible y funcional para los sistemas industriales control automáticos.
se un más de
1
En el capítulo uno del presente trabajo se da una pequeña introducción al controlador lógico programable abarcando desde su definición, campos de aplicación, ventajas, componentes, funcionamiento y una explicación breve sobre la neumática.
En el capítulo dos se introduce a los identificadores usados por Festo ( por ser la marca de los que se dispone en el laboratorio) para referirse a los diferentes elementos del sistema. Estos identificadores (entradas, salidas, contadores, etc.) serán referenciados como operandos que son elementos contenidos en el controlador y pueden ser manipulados usando instrucciones de programa.
En capítulo tres se aborda la estructura de programación mediante el diagrama en escalera (LADDER DIAGRAM ó KOP)y el listado de instrucciones(STATEMENT LIST ó AWL) y el manejo del software Win FST 4.10.50 con un ejemplo como guía.
El capítulo cuatro abarca las aplicaciones del mismo, de éstas once prácticas, ocho son aplicadas a electro-neumática y tres al control de motores.
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CAPITULO I GENERALIDADES DE LOS PLC’S
1.1 Definición El término PLC’S cuyo significado del inglés es controlador lógico programable. También conocidos en Europa como autómatas programables. Según la norma IEC-1131, parte 1 el PLC lo define como: Un sistema electrónico de funcionamiento digital, diseñado para ser utilizado en un entorno industrial, que utiliza una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones orientadas al usuario, para la realización de funciones de: enlaces lógicos, secuenciación, temporización, recuento y cálculo, para controlar a través de entradas y salidas digitales o analógicas, diversos tipos de máquinas o procesos . “
”
Existen varias marcas comerciales de PLC’S como por ejemplo: Festo, Siemens, Mitsubishi, Philips, Allen Bradley, Modicón, Omron, etc.
Figura1.- Tipos de plc´s
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1.2 Campos de aplicación El PLC tiene un campo de aplicación muy grande, debido a la constante evolución del hardware y software que amplía éste, para satisfacer las necesidades que se presentan en el rango de sus posibilidades, se utilizan principalmente en la fabricación industrial, transformaciones industriales, control de instalaciones, en edificios inteligentes, casas habitación, a ésta ultima aplicación se denomina domótica. Algunos ejemplos de aplicaciones generales son:
Maniobra de máquinas:
Maquinaria Maquinaria Maquinaria Maquinaria Maquinaria Maquinaria
de la industria del plástico para madera de procesos de grava, arena y cemento de herramientas en procesos textiles y de confección de ensamblaje
Figura 2.- Maquinaria para plásticos
4
Maniobra de instalaciones:
Instalaciones Instalaciones Instalaciones Instalaciones
de de de de
aire acondicionado y calefacción seguridad plantas embotelladoras tratamientos térmicos
Figura 3.- Maquinaria para embotellado
Señalización y control:
Chequeo de programas Señalización del estado de procesos
Figura 4.- Aplicación a chequeo 5
Domótica
Control de iluminación Control del clima Control de diversos dispositivos.
Figura 5.- Aplicación a domótica
1.3 Ventajas y desventajas del PLC No todos los controladores ofrecen las mismas ventajas sobre la lógica cableada debido a la variedad que se encuentra en el mercado y a la innovación tecnológica; Ventajas:
1. Menor tiempo de elaboración de proyectos. 2. Se ofrece la posibilidad de realizar modificaciones sin la necesidad de cambiar cableado ni añadir aparatos. 3. Reducidas dimensiones de ocupación. 4. Reducir tiempos de producción. 5. Menor costo de mantenimiento. 6. Oportunidad de gobernar varias maquinas con un mismo PLC. 6
7. Se requiere un menor tiempo para poner en funcionamiento el proceso. 8. Menor tiempo de puesta en funcionamiento.
Desventajas
1. Se necesita de un programador, por lo que se requiere que se de capacitación a una persona 2. Alto costo inicial 3. Rechazo al cambio por parte del personal.
1.4 Estructura de los PLC´S El término estructura externa o configuración externa de un controlador se refiere al aspecto físico exterior del mismo, bloques o elementos en que está dividido, también conocida como parte tangible. Desde su inicio hasta la actualidad se han tenido varias condiciones no solo por el fabricante si no también por el lugar geográfico, como es el caso de América o Europa. Dependiendo de cómo se encuentre conectada la unidad central a los módulos de entrada y salida, se pueden distinguir entre:
Estructura compacta
Figura 6.- Tipo compacto
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Estructura modular
Figura 7.- Tipo modular
Estructura compacta
Se distingue por presentar en un mismo bloque todos sus elementos que son: fuente de alimentación, unidad central de procesos o CPU, memorias, entradas y salidas, etc. Existen tres versiones de su unidad de programación: unidad fija o conectada directamente con el PLC, conectada mediante cable y conector y la posibilidad de las dos conexiones. Este tipo se utiliza cuando el proceso a controlar no es demasiado complejo y no se requieren de un gran número de entradas y/o salidas o de algún modulo especial.
Estructura modular
Tal como su nombre lo indica se divide en módulos o partes del mismo que realizan funciones específicas. Se puede realizar una división entre las que se denominan estructura americana y estructura europea. Estructura americana: se caracteriza por separar las entradas y salidas (E/S) del resto del mismo, de forma que en un 8
bloque compacto están reunidas las CPU, memoria de usuario y fuente de alimentación y separadas las unidades de E/S en los bloques o tarjetas necesarias ya sean de tipo digital ó analógico. Estructura europea: su característica principal es que existe un módulo para cada función, fuente de alimentación, CPU, entradas/salidas, etc. La unidad de programación se une mediante cable y conector.
1.5 Componentes de hardware del PLC Unidad central de proceso.
Consiste en un microordenador. El sistema operativo del fabricante hace que esté optimizado específicamente para tareas de control.
Figura 8.- Unidad central de proceso Memorias de trabajo
Los programas desarrollados para determinadas aplicaciones requieren una memoria de programa, de la cual puedan ser leídos por la unidad central.
Figura 9.- Memorias digitales Actualmente, se utilizan tres tipos de memoria:
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RAM
EPROM
EEPROM
RAM
Es una memoria rápida y económica. Las RAMs son memorias de lectura/escritura y pueden programarse y modificarse fácilmente. La desventaja de una RAM es que es volátil, es decir, el programa almacenado en la RAM se pierde en el caso de un fallo de tensión. Esta es la razón por la cual deben ser respaldadas por una batería ó pila.
EPROM
Es una memoria rápida y de bajo costo, en comparación con la RAM tiene la ventaja añadida de que no es volátil, es decir, es remanente. Por ello el contenido de la memoria permanece constante e inalterable incluso ante un fallo de tensión. A efectos de modificar un programa, debe borrarse primero toda la memoria y tras un tiempo, reprogramarse completamente. El borrado requiere de un método especial y para su programación se utiliza un dispositivo similar.
EEPROM
La EEPROM es especial, es ampliamente utilizada como memoria de aplicación en PLCs. La EEPROM es una memoria borrable eléctricamente, que puede reescribirse de manera parecida a la de la EPROM.
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Modulo de entradas.
El modulo de entradas del PLC es mediante el cual están conectados los elementos sensores del proceso. Las señales de los sensores deben pasar a la unidad central. Las funciones importantes de un módulo de entradas son las siguientes:
Detección fiable de la señal Ajuste de la tensión, desde la tensión de control a la tensión lógica Protección de la electrónica sensible de los voltajes externos Filtrado de las entradas
El principal componente de los actuales módulos de entrada, que cumple con los requerimientos de aislamiento eléctrico es el opto-acoplador u optoaislador.
Figura 10.- Opto-acopladores
Éste transmite la información del sensor por medio de la luz, creando así un aislamiento eléctrico entre el control y los circuitos lógicos, protegiendo con ello a la sensible electrónica de las tensiones indeseables externas. El ajuste de la tensión de control y de lógica, en el caso usual de una tensión de mando de 24 V, puede realizarse con la ayuda de un circuito diodo/resistencia. En el caso de 220 V AC, se conecta un rectificador en serie. 11
El filtrado de la señal emitida por el sensor es crítica en automatización industrial. En la industria, las líneas eléctricas están generalmente muy cargadas debido a tensiones de inducidas, que producen mucha interferencia en las señales. Las líneas de las señales pueden protegerse con apantallamientos, canaletas metálicas o alternativamente el modulo de entradas realiza un filtrado por medio de un retardo en la entrada. Esto necesita que la señal de entrada sea aplicada un periodo de tiempo suficientemente largo, antes de que sea reconocida como una entrada. Dado que, debido a su naturaleza inductiva, los impulsos de interferencia son principalmente señales transitorias, es suficiente un retardo de la señal de entrada relativamente corto, del orden de milisegundos, para filtrar la mayor parte de los impulsos parásitos. El retardo de la entrada se realiza principalmente por hardware, es decir, a través de un circuito RC. Sin embargo, en casos aislados, también es posible producir un retardo por software. La duración de un retardo es de aproximadamente entre 1 y 20 milisegundos, dependiendo del fabricante y del tipo. Cuando se conectan sensores a las entradas del PLC, debe distinguirse entre conexiones de conmutación positiva y de conmutación negativa, es decir, hay que distinguir entre entradas que representan un consumo ó una fuente de corriente. Conmutación positiva significa que la entrada del PLC representa un drenaje de corriente. El sensor suministra la tensión de funcionamiento o tensión de control a la entrada en forma de señal 1 lógico. Si se utiliza tierra de protección, la tensión de salida del sensor es cortocircuitada hacia los 0 voltios o se funde el fusible en caso de cortocircuito en la línea de señal. Esto significa que se aplica un0lógica en la entrada del PLC. 12
Ejemplos de sensores:
Figura 11.- Tipos de sensores
Módulo de salida
Los módulos de salida llevan las señales de la unidad central a los elementos finales de control, que son activados según la tarea. Principalmente, la función de salida vista desde la aplicación del controlador incluye lo siguiente:
Ajuste del voltaje respectivo desde la tensión lógica a la de control Protección de la electrónica sensible de tensiones indeseables hacia el control Amplificación de potencia suficiente para el accionamiento de elementos finales de control Protección de cortocircuito y sobrecarga de los módulos de salida
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En el caso de la salida, hay disponibles dos métodos fundamentales para conseguir lo indicado: el uso de relés o de electrónica de potencia. El opto-acoplador, forma de nuevo la base para la electrónica de potencia y asegura la protección de la misma y posibilita también el ajuste de la tensión. Un circuito de protección formado por diodos debe proteger el transistor de potencia de los picos de tensión. Actualmente, contra cortocircuito, sobrecarga y amplificación de potencia, se ofrecen a menudo como módulos completamente integrados. Las medidas estándar de protección ante cortocircuito miden el flujo de corriente a través de una resistencia para desconectar en caso de ocurrir, un sensor de temperatura proporciona protección a sobrecargas. La potencia admisible de salida se utiliza específicamente de forma que permita una distinción entre la suministrada y la acumulada permisible de un módulo. Si se utilizan relés para las salidas, entonces el relé puede asumir prácticamente las funciones de un módulo. Las salidas por relé, tienen ventaja de que pueden utilizarse para diferentes tensiones de salida. En contraste las tensiones electrónicas tienen velocidades de conmutación considerablemente más elevadas y una vida útil más larga que la de los relés. En muchos casos la potencia de relés muy pequeños utilizados en los PLC, corresponden a las de la potencia de las salidas electrónicas. En el caso de un cortocircuito de la línea de señal de salida a tierra, la salida se cortocircuita si se utilizan medidas normales de puesta a tierra de protección. La electrónica conmuta a protección de cortocircuito o se funde el fusible, es decir, el dispositivo consumidor no puede drenar corriente por lo que se desconecta y queda en estado seguro. Si se utilizan salidas de conmutación negativa, es decir, la salida representa un drenaje de corriente, deben adoptarse medidas de protección de tal forma que el dispositivo 14
consumidor quede en estado seguro en el caso de cortocircuito en la línea de señal. De nuevo una tierra de protección con supervisión del aislamiento o la neutralización de la tensión de control positiva son prácticas estándar en este caso.
1.6 Modo de funcionamiento de un PLC Los programas para el procesamiento convencional de datos, generalmente se procesan una sola vez. A diferencia de estos, el programa de un PLC se procesa continua y cíclicamente. Un PLC una vez conectado a la red eléctrica tiene dos modos de funcionamiento:
RUN. En este tipo de funcionamiento el programa de control se esta ejecutando de manera indefinida o bien el PLC pasa a modo de stop o se desconecta de la alimentación. STOP. En este tipo de funcionamiento no se ejecuta el programa de control.
Cuando el PLC se encuentra en modo RUN el programa de control que está grabado en su memoria se ejecuta cíclicamente describiendo lo que se llama “ciclo de scan”
Un ciclo scan consiste en cuatro pasos:
Lectura de las entradas del PLC
Ejecución del programa de control
Escritura de las salidas del PLC
Tareas internas del PLC
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Figura 12.- ciclo scan
Lectura de entradas
Al comienzo de cada ciclo, el sistema operativo comprueba el estado en el que se encuentran todos y cada uno de los elementos de entrada que están conectados a los distintos módulos. Si un sensor está activado, el controlador pondrá un “1” lógico en una posición determinada de una zona de memoria especial llamada “memoria de entradas” o “imagen del proceso de entradas”
Si por el contrario ese sensor no está activado, entonces pondrá un “0” lógico en la posición de memoria de entradas asignada para tal. Si es de tipo analógico en vez de escribir un
“1”
o
un
“0”,
se
convertiría
el
valor
de
la
magnitud
física a un valor numérico que también se depositaría en una zona de la memoria de entradas analógicas.
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Esta operación de lectura de las entradas conlleva un cierto tiempo para ejecutarse totalmente, el cuál debe ser tenido en cuenta a la hora de calcular la duración del ciclo. En cualquier caso, este tiempo suele ser despreciable con respecto a la duración de la ejecución del programa de control. El requerido por el PLC para una simple ejecución de un programa, incluyendo la actualización de las salidas y la imagen del proceso, se denomina tiempo de ciclo o tiempo de scan. Los tiempos reales del ciclo varían aproximadamente entre 1 y 100 milisegundos.
Ejecución del programa de control
Una vez que la memoria de entradas ha sido totalmente actualizada el sistema operativo, comenzará a ejecutar las instrucciones del programa almacenado en su memoria del mismo. Lo hará secuencialmente comenzando por la primera instrucción del módulo de programa que se considere el principal. La ejecución secuencial no implica ejecución lineal, es decir, que un programa puede contener instrucciones especiales que permitan hacer saltos hacia delante y hacia atrás, e incluso es posible que haya subrutinas, módulos de programa ó de funciones e interrupciones. Pero en cualquier caso, la ejecución seguirá siendo secuencial siendo posible alterar esa secuencia de forma dinámica. Esa misma acabará teniendo una última instrucción que tras ser ejecutada pondrá fin a este paso del ciclo de scan.
Escritura de salidas
Cuando el sistema operativo del PLC detecta que se ha ejecutado la última instrucción del programa de control, éste comienza a revisar una por una todas las posiciones de su memoria de salidas. Si en una posición lee un “1” lógico, el
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PLC activará salidas.
la
salida
correspondiente
en
el
Al ser activada una salida se lleva a cabo correspondiente sobre algún elemento del proceso.
módulo la
de
acción
Si el programa de control tras su ejecución genera señales analógicas en forma de valores digitalizados en la memoria de salidas analógicas, en esta fase son convertidas en valores determinados de corriente y tensión por medio de los módulos de salidas analógicas correspondientes. Estos valores de corriente y tensión provocarán una acción proporcional sobre algún componente del proceso.
Tareas internas
Antes de comenzar un nuevo ciclo de scan, necesita realizar ciertas tareas internas como por ejemplo comprobar si se han producido errores, almacenar la duración del ciclo, actualiza valores internos de sus tablas de datos, etc. Una vez que ésta fase ha terminado el sistema operativo comenzará a ejecutar uno nuevo.
Perro guardián (Watchdog)
La suma de la duración de las cuatro fases de un ciclo de scan determina su duración. Es de destacarse que para el correcto funcionamiento de un sistema automatizado, la duración de un ciclo deba ser la adecuada. Lo ideal sería que esta duración fuese la menor posible, pero a medida que se vayan añadiendo instrucciones al programa de control su duración se verá incrementada pudiendo llegar a provocar el desfase del equipo de control con respecto al proceso. Este mecanismo de control cíclico funciona correctamente siempre y cuando la velocidad de evolución del PLC sea superior a la del proceso. Si esto no fuese así podría llegar
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a suceder que una variable del proceso por ejemplo un sensor, se activase y desactivase en el mismo ciclo de scan. Teniendo
en
cuenta
cómo
funciona
el
controlador, esto provocaría que esa señal se “perdería” es decir, el mismo no sería consciente de que ese sensor ha cambiado dos veces de estado (porque la fase de lectura de entradas ya se habría ejecutado) por lo que el programa de control no daría una respuesta adecuada a esa nueva situación y el proceso se descontrolaría. El sistema operativo proporciona una herramienta para tratar de disminuir esta situación denominada “perro guardián” o “watchdog”. Éste se puede configura con un valor de tiempo dado. Si un ciclo cualquiera dura más que el tiempo para el que el perro guardián está configurado, entonces el controlador lo detecta y da una señal de error que el programador deberá tratar adecuadamente.
1.7 Neumática Es la parte de la mecánica que se encarga del estudio de los gases sometidos a presión para la realización de un trabajo. Ésta juega un papel importante en la mecánica, por lo tanto está presente cada vez más en el desarrollo de aplicaciones automatizadas. En este sentido la neumática es utilizada para llevar a cabo las siguientes funciones: a) Detección de estados mediante sensores b) Procesamiento de información mediante procesadores c) Accionamiento de actuadores mediante elementos de control d) Ejecución de trabajo mediante actuadores
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La neumática cuenta con ventajas las cuales inician desde el momento en que se utiliza al aire como transmisor de energía, éste se encuentra en cantidades ilimitadas en cualquier lugar, e igualmente es muy fácil de transportar a través de grandes distancias. Los cambios de temperatura ya sean a través de las tuberías por las cuales viaja el aire comprimido, o en los lugares donde éste es almacenado no lo afectan. En cuanto a la seguridad que es una parte muy importante, el aire no presenta riesgo alguno, ya que no alberga riesgos en relación con fuego o alguna explosión. La sencillez de los elementos con los cuales se trabaja ayuda a que tengan un precio relativamente bajo. El aire comprimido no contamina al medio ambiente lo cual es de suma importancia. Hablando de la velocidad y sobrecarga de los elementos de trabajo, se pueden obtener grandes velocidades y tiempos de conmutación cortos y funcionar hasta que éstos estén completamente detenidos, es decir, que no serán sobrecargados. No obstante, para evaluar correctamente los campos de aplicación de la neumática es necesario conocer también sus desventajas, las cuales van desde que el aire utilizado tiene que ser previamente acondicionado para evitar un desgaste anticipado de los elementos de trabajo, pasando por la falta de homogeneidad en las velocidades de los émbolos. Incluyendo que sólo se puede llegar hasta ciertos niveles de fuerza y que el aire de escape produce mucho ruido, el cual es el menor de los problemas pues puede ser resuelto satisfactoriamente utilizando materiales que lo atenúan.
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1.7.1 Componentes de un sistema neumático Los sistemas neumáticos están conformados de diversos grupos de elementos, los cuales conforman una vía para la transmisión de señales, desde el lado de emisión (entrada) hasta el lado de realización de trabajo (salida). Los elementos de maniobra se encargan de controlar a los de trabajo en función de las señales recibidas por los de procesamiento (Croser P, 1991). Un sistema de control neumático siguientes grupos de elementos:
está
compuesto
de
los
1. Grupo de abastecimiento de energía 2. Elementos de entrada (sensores) 3. Elementos de procesamiento (procesadores) 4. Órganos de maniobra y accionamiento (actuadores)
Dentro del grupo de abastecimiento de energía tenemos a los compresores, acumuladores, reguladores de presión y a la unidad de mantenimiento.
Figura 13.- Compresor
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Los elementos de entrada son las válvulas de vías con accionamiento mecánico, válvulas de vías con accionamiento manual, detectores de proximidad y las válvulas que funcionan como barreras de aire.
Figura 14.- Válvula neumática Los elementos de procesamiento son válvulas de vías, válvulas de presión, temporizadores, contadores, válvulas de estrangulamiento y las válvulas de estrangulamiento y anti retorno.
Figura 15.- Regulador de caudal En el grupo de órganos encuentran los cilindros motores neumáticos.
de maniobra y accionamiento se neumáticos, bombas giratorias y
Figura 16.- Actuador neumático 22
CAPÍTULO II MANEJO DEL PLC FC-440 DE FESTO 2.1 Entradas Ésta modelo de PLC de Festo poseen 16 entradas (0 a 15), cada una agrupadas en grupos de 16 bits, pueden ser direccionados como bits o como palabras. Las entradas son el medio por el cual recibe las señales del sistema, dichas señales pueden ser sensores, retro avisos de elementos magneto-térmicos, botoneras, etc.
2.2 Salidas Poseen 8 salidas (0 a 7), pueden ser direccionados como bits o como palabras. Las salidas son el medio por el cual comanda a los diferentes elementos que van a realizar un trabajo en la máquina, por ejemplo, la bobina de un contactor ó relevador, la bobina de una electroválvula neumática o hidráulica o un indicador luminoso, una alarma, etc.
2.3 Banderas Tienen 10,000 banderas (0 a 9999), cada una de un bit ó mediante palabra de bandera (FLAG WORD) de 16 bits (0 a 15), éstas pueden ser direccionados como F0.0 Ó FW0. Dichas son localidades de memoria del controlador en las cuales se pueden almacenar información.
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2.4 Temporizadores Los temporizadores se realizan en forma de módulos de software y están basados en la generación digital de un tiempo. Son parte esencial de un programa, ya que con ellos logramos poner en sincronía los diferentes movimientos que ejecuta una máquina, bien es cierto que se puede prescindir de su uso, pero esto incrementa el uso de sensores. La norma IEC 1131-3 define tres tipos de bloques de función para temporizador:
TP timing-pulse - Temporizador de impulso
TON
on-delaytiming
-
Temporizador
de
retardo
a
la
de
retardo
a
la
conexión
TOF Off-delaytiming desconexión
-
Temporizador
Éste modelo puede manejar hasta 256 temporizadores (T0 a T255) de cualquiera de los tres tipos mencionados.
Temporizador de impulso
El bloque de función TP es un temporizador, que se pone en marcha por una señal -1 larga o corta en la entrada. En la salida aparece una señal -1 por un tiempo especificado en su entrada PT (tiempo preestablecido). Por ello, la salida tiene una duración fija, que es especificada en PT. El temporizador no puede activarse nuevamente mientras este activo el tiempo de pulso. El valor actual del temporizador de pulso está disponible en la salida ET (tiempo estimado).
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Temporizador de retraso a la conexión
Un bloque de función TON se utiliza para señales retardadas respecto al momento de la aparición de una señal. Cuando se aplica una señal 1 a la entrada, la salida no asume el valor 1 lógico hasta que no haya transcurrido el tiempo especificado en la entrada TP (timer preselector), y mantiene ese estado hasta que la señal de entrada pase de nuevo a 0. Si la duración de la señal de entrada es mas corta que el tiempo especificado TP, el valor de salida permanece en 0.
Temporizador de retraso a la desconexión
Un bloque de función TOF se utiliza para generar señales retardadas respecto al momento de la ausencia de una señal. El temporizador se pone en marcha al aplicar una señal que cambia de 1 a 0 lógico en la entrada. Al mismo tiempo, la señal se salida ha vuelto a pasar a 0, la señal de salida permanece en 1 durante un tiempo especificado por TP y no pasa a 0 hasta que no haya expirado este tiempo.
2.5 Contadores Los contadores se utilizan para regular cantidades ó número de eventos. De acuerdo con la norma IEC 1131-3 se distingue entre tres diferentes módulos de contador:
CTU - Contador incremental
CTD
CTUD
– Contador – Contador
decremental incrementa/decremental
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Estos módulos de función se utilizan para detectar conteos estándar, no críticos en el tiempo. Contador incremental
El contador incremental se conoce como CTU. En él se establece al valor inicial 0 por una señal de reset en la entrada R. El estado actual del mismo esta disponible en la salida CV (valor actual). El valor se incrementa en una unidad a cada flanco positivo en la entrada CU del contador. Al mismo tiempo el valor actual se compara en el bloque de función con el valor preseleccionado PV. En el momento en que el valor actual de CV es igual o mayor que el valor preseleccionado, la señal de salida asume el valor 1. Antes de alcanzar este valor, la salida tiene señal 0.
Contador decremental
Un bloque de función CTD incremental.
representa lo opuesto del contador
El decremental con valor de preselección PV se activa con una señal -1 en la entrada LD. Durante el funcionamiento normal, cada flanco positivo en la entrada CD reduce el valor. El actual está también disponible en la salida CV en este caso. La salida del bloque de función CTD es 0, hasta que la magnitud CV del mismo es igual o menor que 0.
Contador incremental/decremental
El bloque de función CTUD, combina las características del incremental y el decremental.
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CAPITULO III ESTRUCTURA DE PROGRAMACIÓN 3.1 Diagrama en escalera (“Ladder-diagram ” ó“Kantakt” Plan KOP)
LDR
El diagrama en escalera es un lenguaje de programación gráfico derivado de los esquemas de circuitos de los mandos por relés directamente cableados. Tiene dos líneas verticales, la de la izquierda puesta a una fuente de tensión y la de la derecha puesta a tierra. Entre estas se tienen líneas de alimentación de derecha a izquierda, entre ellas están conectados los renglones conocidos como escalones ó peldaños que son la parte más simple del esquema. Se leen siempre de izquierda a derecha, se componen de contactos, bloques de comparación, elementos de bobina, temporizadores, contadores, bloques o módulos de función y de programa. Las entradas se representan con los siguientes símbolos:
Figura 17.- Contacto normalmente abierto
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Figura 18.- Contacto normalmente cerrado
Las salidas son representadas por el símbolo de bobina en el extremo derecho de la línea respectiva.
Figura 19.- Salida memorizada
Bobinas
Son utilizadas para modificar el estado de los operandos del bit en la parte ejecutiva del escalón.
Ejemplo:
Al accionar un pulsador, que se ilumine una lámpara, al soltarlo se apaga.
Figura 20.- Programa en escalera 28
Existen cuatro instrucciones de bobina:
SET
RESET
Asignación
Asignación negada
SET
Energiza retentivamente a una bobina (salida), en el momento en que en el escalón se cumplen las condiciones la instrucción SET coloca en valor 1 ó activa la salida, y aunque posteriormente se deje de cumplir alguna de las condicionantes ésta queda memorizada con el valor de 1. La manera de colocar 0es utilizando la instrucción RESET.
RESET
Cuando previamente una bobina fue puesta en valor 1 mediante la instrucción SET, la función de RESET se hace necesaria para lograr desactivarla. Si no se utiliza la instrucción de RESET quedará siempre con el valor de1, por que ésta se memoriza. Las funciones SET y RESET son utilizados cuando es necesario memorizar el estado momentáneo del escalón, como cuando se utiliza una electroválvula monoestable.
Asignación
A diferencia de SET que memoriza el estado del escalón cuando este se hizo verdadero. Si las condiciones se cumplen la salida asignada toma valor de 1, por el contrario si no el valor es 0. Solo debe existir una asignación por bobina (SET y RESET simultáneo para un mismo operando absoluto), no se permite dos al mismo tiempo. 29
Asignación negada
La negada es similar a la anterior, con la diferencia de que si las condiciones de entrada se cumplen la salida toma el valor de 0, caso opuesto se asigna 1. Al igual que en la asignación solo se permite una simultánea.
3.1.1 Funciones lógicas básicas Función NOT (negación)
Son asignadas para señales de entrada, la función NOT similar a utilizar un contacto normalmente cerrado de relevador eléctrico. Cuando el valor del operando es 1 controlador cambia la condición asociada, si es 0 éste conmuta al contacto.
es un el no
Función AND (conjunción)
Ésta se obtiene mediante la colocación de contactos en serie, se deben de cumplir las condiciones de todos para que pueda ejecutar una acción de salida. Si una de ellas es inválida no se podrá llevar a cabo lo programado para la tal.
Función OR (disyunción)
No es más que tener contactos en paralelo, en ésta con que uno de los operandos sea igual a 1, se ejecuta la salida programada. Para que la función sea igual a 0, todos los operandos no deberán cumplirse ó ser igual a 0.
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3.2 Lista de instrucciones (StatementList o Anweisungs Liste AWL) El listado de instrucciones es un lenguaje textual tipo “assembler ”, caracterizado por un modelo de maquina simple, no es una representación grafica, describe literalmente el programa. Ésta se formula a partir de instrucciones consistentes en un operador y un operando.
de
control
Consta de líneas y en cada una de éstas figura una instrucción individual. Cada una puede llevar, a la derecha, un comentario textual en lenguaje normal en el que se especifiquen exactamente los elementos de conmutación. Comienza por un número de orden. El conjunto engloba diversas instrucciones de operación y ejecución, son anotadas con abreviaturas. Elementos utilizados en el listado de instrucciones:
Step (paso)
Frase
-Parte condicional -Parte ejecutiva
Step
1. Es opcional, la mayoría de los programadores la utiliza. 2. Se usa para marcar el comienzo de un bloque lógico de código de programa. 3. Cada programa puede tener un máximo de 255 pasos. 4. Cada paso puede tener una o varias frases. 5. Se le puede asignar un nombre o una etiqueta (máximo 8 caracteres)
31
Frases
1. La
frase
forma
el
nivel
más
básico
dentro
de
la
organización del programa. 2. Cada una esta compuesta de una parte condicional y una ejecutiva.
a) Parte
condicional
Para listar una o más condiciones que tienen que evaluarse
al
momento
de
la
ejecución,
ya
sean
verdaderas o falsas.
Comienza regularmente con la palabra IF y continua con una o varias frases las cuales describen las condiciones que serán evaluadas.
Si las condiciones son cumplidas entonces serán llevadas a cabo todas las acciones programadas en la parte ejecutiva.
b) Parte ejecutiva
Esta es la sección de la frase donde se ejecutan las salidas programadas siempre que la parte condicional haya sido cumplida.
Comandos estándar utilizados en AWL
Los siguientes comandos son los más utilizados en la lista de instrucciones:
32
STEP SET AND CMP INC SHL INV NOP
IF RESET OR CFM DEC SHR CPL ---
THEN LOAD EXOR WITH SWAP ROL BID ----
OTHRW TO N JMP TO SHIFT ROR DEB OPERAND
Lista de comandos más comunes:
STEP Se utiliza para marcar el comienzo de un bloque lógico de un código de programa. IF Instrucción que marca el inicio de la parte condicional de la frase THEN Marca el inicio de la parte ejecutiva de la frase. SET Se utiliza para cambiar al estado lógico operandos uni-bit de salida. RESET Se utiliza para cambiar al estado lógico operandos uni-bit de salida.
a “1” de
“0”
los
de los
JMP TO Hace que la ejecución del programa continúe al paso cuya etiqueta se ha especificado. NOP Una instrucción especial, la cual es siempre verdadera en la parte condicional de la frase. En la parte ejecutiva es equivalente a “no hagas nada”.
33
OTHRW Permite continuar con la ejecución del programa cuando la parte condicional de la frase sea falsa ó equivale a que las condicionantes no se cumplieron.
3.3 Manejo del software Win FST 4.10.50 Actividades: 1. Nombre del proyecto 2. Descripción del programa 3. Configuración E/S digitales 4. Declaración de variables 5. Programa 6. Cargar el proyecto 7. Monitoreo en línea
1.- Nombre del proyecto
Se crea un nuevo proyecto, de la barra de menú : opción new
Project
Figura 21.- Seleccionar project 34
Se le asigna un
“nombre
no mayor a 8 caracteres
”
Figura 22.- Escribir un nombre
En la ventana de Project Settings, seleccionar el ” que es el tipo a utilizar, a controlador “FEC Standard continuación se oprime en OK.
Figura 23.- Escribir comentario
35
2.- Descripción del programa
Esto se basa en la documentación del programa, sin embargo no es necesario.
En la ventana Project Tree (árbol de proyecto) en la opción Project Documentation dar doble clic.
Figura 24.- Árbol de proyecto
En la ventana emergente se escribe la descripción del programa
Figura 25.- Documentar proyecto
36
3. - Configuración de entradas y salidas E/S
Mediante un doble clic en la opción dentro de la ventana FST Project.
I/O Configuration
Figura 26.- Configuración de I/O
En la misma ventana se despliega (I/O Configuration) mediante un clic derecho se elige la opción Insert I/O Module
Figura 27.- Insertar módulo de I/O 37
En la ventana IO Module Entry se elige el PLC que se está utilizando en este caso es FC 440 y configuramos las demás, se acepta la operación y se cierra la ventana de IO Configuration.
Figura 28.- Selección de tipo de PLC
4.- Declaración de variables
En la ventana Project Tree damos doble clic en la opción Allocation List y luego con un clic derecho elegimos la opción Insert Operand y se insertan las variables necesarias.
Figura 29.- Alta de asignaciones
38
En la opción Absolute Operand se debe utilizar Ix.x para entradas:
Figura 30.- Alta de entradas
Y Ox.x para salidas.
Figura 31.- Alta de salidas El valor de x va del 0 al 7
39
5.- Programa
Para generar los programas dentro del software en la ventana FST Project damos clic derecho opción Programs y en la ventana New Program
Figura 32.- Alta de programas
Se escoje el programa a realizar en la ventana emergente New Program
Figura 33.- Selección de tipo 40
Se puede utilizar programa mediante listado de instrucciones (statement list) ó diagrama de contactos (ladder diagram):
Statementlist (listado de instrucciones)
Junto con la ventana de programación aparece una barra llamada STL Shortcuts que puede auxiliarnos en la escritura del programa. Se pueden introducir los comandos por teclado o utilizar la barra de STL Shorcuts .
Figura 34.- Programa en STL
41
Ladder Diagram
Utilizando la barra de LDR Shorcuts se dibujan los peldaños, se insertan las condicionantes y las salidas respectivas; quedando como sigue:
Figura 35.- Programa en escalera
42
Cargar proyecto
Para cargar el proyecto es necesario haber compilado el programa y que no tenga errores de sintaxis, esto se hace dando clic en el icono de Compile (Ctrl) + (F7)
Figura 36.- Compilación del programa
Posteriormente se carga el proyecto ejecutando el comando Make Project (F7) es diferente a compilar ya que construye todo el programa con todos los drivers etc.
Figura 37.- Haciendo el proyecto
43
Finalmente se descarga el proyecto al PLC ejecutando Download Project ó pulsando F5
Figura 38.- Descargando al PLC
Monitoreo en línea
Puede ir a la opción Online para monitorear el programa que se esté ejecutando o para monitorear los operandos. Para ir a modo en línea y ver los operandos dar clic en el icono Online Display
En la ventana desplegada dentro de la pestaña inputs se puede observar el estado de los sensores u operandos de entrada conectados a la tarjeta, en la pestaña outputs
44
las señales generadas, las cuales pueden ser forzadas directamente desde el software en la tabla obtenida.
Figura 39.- Visualización de operandos en línea
45
CAPITULO
IV
PRÁCTICAS DE AUTOMATIZACIÓN
46
UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA XALAPA, VER.
LABORATORIO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL
NOMBRE: MATRICULA: . MATERIA: GRUPO:. BRIGADA No. SEMESTRE: FECHA: .
PRACTICA Nº 1 NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
FUNCIONES LÓGICAS BÁSICAS OBJETIVO: Ser capaz de realizar las funciones lógicas de: asignación, NOT , AND y la OR con un PLC. EXPOSICIÓN:
Las funciones son parte de las unidades de organización del programa y por lo tanto representan un medio para configurar programas de PLC. La función de asignación permite que el estado de una señal de entrada sea transmitido directamente al estado de una salida del PLC.
47
La función NOT se utiliza para convertir señales binarias a su valor opuesto. Cuando todas las señales conectadas en AND están en 1, el resultado es 1. Si una sola de las señales conectadas es 0, entonces el resultado también es 0. MATERIAL A UTILIZAR: Descripción Controlador lógico programable Unidad de conexión Unidad de mantenimiento Distribuidor Cilindro de doble efecto Electroválvula 5/2 vías de una bobina Entrada de señales eléctricas Interruptor de proximidad inductivo Dispositivo indicador
Ejercicio 1 1
Ejercicio 2 1
Ejercicio 3 1
Ejercicio 4 1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
-
-
1
-
-
-
1
-
-
-
1
1
1
1
1
-
-
-
1
1
1
1
-
48
EJERCICIO # 1 Circuito de una lámpara
“
”
La función asignación Descripción del proyecto:
Al accionar un botón pulsador (S1), se encienda una lámpara (H1). La lámpara debe permanecer iluminada mientras el pulsador está accionado. Plano de situación:
Diagrama de pulsos:
49
EJERCICIO # 2 Alarma antirrobo “
”
La función NOT
Descripción del proyecto:
Detrás del cristal de un escaparate se ha incorporado un hilo de cable muy fino; este se parte al romper el cristal e interrumpe el circuito cerrado. En este caso deberá activarse una alarma sonora (zumbador) y un indicador visual (lámpara), estas se desactivarán al colocar el vidrio nuevo.
Plano de situación
Diagrama de pulsos
50
EJERCICIO #3 Prensa con barra protectora
“
”
La función AND Descripción del proyecto:
Una prensa de estampación 1.0 debe avanzar solamente si se presiona el pulsador S1 y la barrera protectora se halla cerrada. Si una de estas condiciones no se cumple, la prensa debe retroceder inmediatamente. La posición de la barrera protectora cerrada B1 es detectada por un sensor de proximidad B1. La herramienta de la prensa avanza o retrocede por medio de una electroválvula con retorno por muelle.
Plano de situación
Diagrama espacio-fase
51
Ecuación de movimientos:
EJERCICIO #4 Sistema de timbre
“
”
La función OR Descripción del proyecto:
El timbre debe sonar tanto si se presiona pulsador S1 como si se presiona el pulsador S2.
el
Plano de situación
Diagrama de pulsos:
52
AUTOEVALUACIÓN
1.¿Cuál es el comportamiento de una salida programada como no-memorizada, si deja de aplicarse la señal de entrada?
2.En el ejercicio número dos la salida se activa como no-memorizada. ¿Cuál es el efecto en la señal de salida, si el cable se rompe y debe ser reparado?
3.En el ejercicio número tres la salida Y1 ¿Debe activarse como memorizada o como no memorizada?
53
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LABORATORIO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL
NOMBRE: MATRICULA:
.
MATERIA: GRUPO: ……………………………………. BRIGADA No. SEMESTRE: FECHA:
.
PRACTICA Nº2 NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
DISPOSITIVO ESTAMPADOR (FUNCIONES LÓGICAS: AND/OR/NOT) OBJETIVO: Ser capaz de realizar combinaciones de conexiones lógicas con un PLC. Comprender las elementales en programación.
prioridades de los operadores cada uno de los lenguajes de
EXPOSICIÓN: Casi todas las tareas de control requieren la programación de una combinación de conexiones lógicas. Para diseñar una solución es necesario hacer lo siguiente: 54
Establecer una ecuación booleana que describa la lógica de la tarea de control. Tener en consideración las prioridades de los operandos utilizados para la programación.
MATERIAL A UTILIZAR:
Descripción Controlador lógico programable Unidad de mantenimiento Cilindro de doble efecto Electroválvula 5/2 vías de una bobina Interruptor de proximidad inductivo Interruptor de proximidad capacitivo Interruptor de proximidad óptico
Cantidad 1 1 1 1 1 1 1
EJERCICIO Descripción del proyecto:
Un dispositivo estampador puede hacerse funcionar desde tres lugares. Se inserta una pieza a través de una guía, con lo que se activan dos de los tres sensores de proximidad B1, B2 y B3. Esto hace avanzar el cilindro 1.0 por medio de la electroválvula y se corta un rebaje en la pieza. El ciclo de estampado solo debe dispararse si existen dos de las señales. Por razones de seguridad, debe evitarse que el cilindro avance si están activados los tres sensores de proximidad.
55
Plano de situación
Diagrama espacio-fase 1
2
3=1
A
Ecuación de movimientos:
Diagrama de potencia neumático:
Autoevaluación
1.¿Por qué el elemento negado tiene que intervenir en cada paréntesis?
56
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LABORATORIO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL
NOMBRE: MATRICULA: . MATERIA: GRUPO:. BRIGADA No. SEMESTRE: FECHA: .
PRACTICA Nº3 NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
MANDO BIMANUAL DE SEGURIDAD (SISTEMAS DE SEGURIDAD POR MANDO BIMANUAL) OBJETIVO: Operar dispositivos utilizando el mando bimanual EXPOSICIÓN:
El sistema de mando bimanual es un modulo de seguridad que permite generar una señal neumática “S”
siempre
que
las
señales
de
entrada
“A”
y
“B”
aparezcan simultáneamente o con un desfase en tiempo de pocos segundos.
57
MATERIAL A UTILIZAR: Descripción Controlador lógico programable Unidad de mantenimiento Cilindro de doble efecto Electroválvula 5/2 vías de una bobina Interruptor de proximidad inductivo Interruptor de proximidad capacitivo Botonera
Cantidad 1 1 1 1 1 1 1
EJERCICIO Descripción del proyecto:
En una máquina se van a estampar piezas, se colocan manualmente; por seguridad el cilindro neumático deberá salir solo si se oprimen dos botones simultáneamente o con una diferencia de tiempo de 0.5 segundos y está activado el sensor de cilindro retraído. Si el operador trata de dejar activado uno de los dos por alguna forma, deberá desbloquearlo y presionarlos simultáneamente para que pueda actuar el cilindro. El cilindro regresa si se suelta uno ó los dos botones ó se detecta sensor de final de carrera. Plano de situación
58
Diagrama espacio-fase
Ecuación de movimientos:
Diagrama de potencia neumático:
AUTOEVALUACIÓN
1.¿Por qué se utiliza el mando bimanual?
59
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LABORATORIO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL
NOMBRE: MATRICULA: . MATERIA: GRUPO:. BRIGADA No. SEMESTRE: FECHA: .
PRACTICA Nº 4 NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
FRESADORA (METODOLOGÍA DE BANDERA) OBJETIVO: Realizar programas con superposición usando la metodología de bandera.
de
señales
EXPOSICIÓN:
Las banderas, también llamadas memorias, recordadores, marcas o relevadores internos, son esenciales sobre todo cuando deseamos hacer ligar 60
diferentes multitarea. Metodología:
programas
cuando
utilizamos
la
1. Identificar los peldaños que tienen condiciones similares. 2. Al primer escalón se le llama peldaño base, colocar un contacto normalmente cerrado de una bandera. 3. Encender la bandera un peldaño después del paso anterior. 4. Colocar un contacto normalmente abierto en el peldaño que se parece. 5. Apagar la bandera un peldaño después del paso cuatro. MATERIAL A UTILIZAR:
Descripción Controlador lógico programable Unidad de mantenimiento Cilindros de doble efecto Electroválvulas 5/2 vías de una bobina Electroválvulas 5/2 vías de dos bobinas Entrada de señales eléctricas Sensor de proximidad inductivo Botonera
Cantidad 1 1 2 1 2 1 1 1
EJERCICIO Descripción del proyecto:
Mediante ésta máquina se realiza el fresado de ranuras en marcos de madera, éste es sujetado mediante el cilindro A; el avance de la mesa de fresado se hace con una unidad neumática-hidráulica B. 61
Plano de situación
Diagrama espacio-fase
Ecuación de movimientos:
Diagrama de potencia neumático:
62
AUTOEVALUACIÓN
1.¿Cuándo es necesario usar la metodología de bandera?
2.Describa los pasos de la metodología banderas
63
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NOMBRE: MATRICULA: . MATERIA: GRUPO:. BRIGADA No. SEMESTRE: FECHA: .
PRACTICA Nº 5 NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
DISPOSITIVO DE LLENADO DE PIEDRAS DE IGNICIÓN (SEÑAL CON RETARDO A LA CONEXIÓN)
OBJETIVO: Ser capaz de realizar un retardo a la conexión de una señal utilizando el bloque de función estándar TON. EXPOSICIÓN:
El bloque de función estándar TON se utiliza para generar un retardo a la conexión.
64
MATERIAL A UTILIZAR: Descripción Controlador lógico programable Unidad de mantenimiento Cilindro de simple efecto Cilindro de doble efecto Electroválvula de 5/2 vías de una bobina Electroválvula de 5/2 vías de dos bobinas Entrada de señales eléctricas Sensor de proximidad inductivo Sensor de proximidad capacitivo Botonera
Cantidad 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1
EJERCICIO Descripción del proyecto:
En una tolva hay piedras de ignición, que deben ser distribuidas en dos puestos de montaje a un ritmo determinado. El cilindro A abre y cierra la compuerta del depósito. Al accionar el pulsador “marcha”, abre el cilindro A, el cierre. Las piedras de ignición caen al depósito de la cinta 1. Al cerrar la tolva, el cilindro B lleva el depósito de la cinta 2 debajo de la tolva. Nuevamente se realiza la apertura y cierre de la compuerta. Mientras tanto el depósito de la cinta 1 pasa al primer lugar del montaje conducido por la cinta transportadora. En la mesa corredora se ha colocado ya, otro depósito vacío. Después de ser cerrada la compuerta por el cilindro A retrocede el vástago del cilindro B a la posición inicial. El depósito de la cinta 2 se transporta al segundo lugar del montaje conducido por la cinta transportadora. Al accionar nuevamente el pulsador “marcha”, se realiza un nuevo proceso.
65
Plano de situación
Diagrama espacio-fase
Ecuación de movimientos:
Diagrama neumático de potencia:
66
AUTOEVALUACIÓN
1.¿Por qué no se puede utilizar en ladder diagram un timer ON DELAY?
2.¿Por qué en AWL si se puede programar con un instantáneo?
67
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LABORATORIO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL
NOMBRE: MATRICULA: MATERIA: GRUPO:
.
.
BRIGADA No. SEMESTRE: FECHA:
.
PRACTICA Nº 6 NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
RELIEVE DE PIEZAS (SEÑAL CON RETARDO A LA DESCONEXIÓN)
OBJETIVO: Ser capaz de realizar una temporización a la desconexión utilizando el bloque de función estándar TOF. EXPOSICIÓN:
El bloque de función estándar TOF, se utiliza para generar retardos de señales a la desconexión.
68
MATERIAL A UTILIZAR: Descripción Controlador lógico programable Unidad de mantenimiento Cilindro de simple efecto Cilindro de doble efecto Electroválvulas de 5/2 vías de una bobina Electroválvulas de 5/2 vías de dos bobinas Entrada de señales eléctricas Sensor de proximidad inductivo
Cantidad 1 1 1 1 1 1 1 4
EJERCICIO Descripción del proyecto:
Una pieza de trabajo se sujeta mediante la activación del botón de arranque S1 por medio del cilindro A, cuando se encuentra sujetada el cilindro B se extiende y hace el relieve a la pieza de trabajo. La pieza de trabajo requiere tiempo para enfriarse, se mantiene sujeta por medio de un periodo de tres segundos. Este tiempo es iniciado con el avance del cilindro A. Se utiliza cilindro A de doble efecto controlado por electroválvula monoestable y B de doble efecto controlado por biestable. Plano de situación
69
Diagrama espacio-fase
Ecuación de movimientos:
Diagrama neumático de potencia:
AUTOEVALUACIÓN
1.¿A través de que señal empieza a contar el temporizador con retardo a la desconexión?
2.¿Cómo se lleva a cabo la operación del contacto asociado al temporizador?
70
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PRACTICA Nº7 NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
DISPOSITIVO DE ESTAMPADO DE N PIEZAS (CICLOS DE CONTEO) OBJETIVO: Poder realizar ciclos de conteo por medio de la utilización de los módulos de función estándar CTU o CTD. EXPOSICIÓN:
Los ciclos de conteo forman parte de las operaciones básicas de un PLC. IDE 1131-3 define tres bloques de función estándar: CTU y CTD para la realización de estas tareas. 71
Bloque de función CTU realiza un contador incremental. Su interface esta definido por medio de tres parámetros de entrada y dos de salida. Bloque de función CTD siendo un contador decremental funciona de forma opuesta al bloque de función CTU. MATERIAL A UTILIZAR: Descripción Controlador lógico programable Unidad de mantenimiento Cilindro de simple efecto Cilindro de doble efecto Electroválvula 5/2 vías de una bobina Electroválvula 5/2 vías de dos bobinas Entrada de señales eléctricas Sensor de proximidad inductivo Sensor de proximidad capacitivo Sensor de proximidad óptico Sensor de proximidad Botonera
Cantidad 1 1 1 2 2 1 1 2 2 2 1 1
EJERCICIO Descripción del proyecto:
En una maquina se estampan piezas en ciclos de 10 piezas. El ciclo del programa es iniciado por medio de un botón pulsador S1. La señal de un detector de proximidad S2 en el almacén indica si todavía hay piezas a procesar, si no hay piezas se detienen el proceso. La pieza se alimenta hacia la maquina por medio de un cilindro A y se sujeta. A continuación se estampa a través del cilindro B y posteriormente es expulsada por medio del cilindro C.
72
Plano de situación
Diagrama espacio-fase
Ecuación de movimientos:
Diagrama neumático de potencia:
73
AUTOEVALUACIÓN
1.¿Cuándo cambia el estado del contador?
2.¿Qué pasa si se mantiene oprimido el botón de inicio?
3.¿Cómo se bloquea la acción del botón de inicio en el contador?
74
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NOMBRE: MATRICULA: . MATERIA: GRUPO:. BRIGADA No. SEMESTRE: FECHA: .
PRACTICA Nº 8 NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
UNIDAD DE MONTAJE (PROGRAMACIÓN EN MODO MULTIBIT)
OBJETIVO: Aplicación de la programación en modo multibit. EXPOSICIÓN:
Tanto en las entradas como en las salidas tienen el valor que esta dado de la forma base 2 elevado a la potencia de la posición que ocupa, en donde la posición empieza 0, 1,2,3, n. Puede ser 2 n donde n puede ir desde 0 hasta 15.
75
Dependiendo de las condiciones de entrada se hace una sumatoria. El PLC hace una sumatoria de las condiciones para que se ejecute la acción. MATERIAL A UTILIZAR: Descripción Controlador lógico programable Unidad de conexión Unidad de mantenimiento Distribuidor Cilindros de doble efecto Electroválvulas de 5/2 vías ,monoestable Electroválvulas de 5/2 vías ,biestable Sensor de proximidad inductivo Sensor de proximidad capacitivo Botonera
Cantidad 1 1 1 1 2 1 2 2 2 1
EJERCICIO Descripción del proyecto:
Los bloques alimentados el contenedor, son provistos de casquillos que son alimentados por otros dos contenedores respectivos. Al oprimir botón de inicio el cilindro A desplaza el bloque y lo mantiene sujetado, a continuación, sale el cilindro B y coloca a presión un casquillo, seguido el cilindro C sale para colocar el segundo casquillo. Una vez realizado esto los cilindros A y C regresan simultáneamente a la posición retraídos, y luego el cilindro B se retrae y el bloque terminado pasa a una banda transportadora.
76
Plano de situación
Diagrama espacio-fase
Ecuación de movimientos:
Diagrama de potencia neumático:
77
AUTOEVALUACIÓN
1.¿Qué sucede si hay repetición de valores del input Word?
2.¿Qué valores se le pueden asignar al output Word?
78
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PRACTICA Nº9 NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
ARRANQUE A TENSIÓN COMPLETA DE UN MOTOR TRIFÁSICO DE INDUCCIÓN JAULA DE ARDILLA (CONTROL DE MOTORES) OBJETIVO: Conocer las funciones de los diferentes dispositivos de control que se utilizan en el desarrollo de los diferentes circuitos de control de motores. Aprender la conexión y arreglo de los diferentes dispositivos de control para el arranque de un motor de inducción jaula de ardilla. EXPOSICIÓN: El concepto de control es extraordinariamente amplio, abarcado desde un simple interruptor que 79
gobierna el encendido de una bombilla o el grifo que regula el paso del agua en una tubería, o el piloto automático de un avión. Control de motores El control de motores se puede dar de la siguiente forma: Control manual. Cuando el operador realiza todas las operaciones como pulsar el botón de arranque, el paro de emergencia, para efectuar cambios en el funcionamiento de la maquina. Control semi-automático. Utilizan un arrancador electromagnético y pilotos manuales como pulsadores. Se emplea para tener mayor flexibilidad. Control automático. Esta controlado por un arrancador electromagnético que controla todas sus funciones de manera automática.
En el control de motores se cambia la parte tradicional de funcionamiento por un programa que controla el arranque y paro de un motor. La parte de potencia no cambia. El programa gobernado por el PLC controla todo el funcionamiento del motor. MATERIAL A UTILIZAR: Descripción Modulo de motor de inducción jaula de ardilla Modulo de fuentes de alimentación Relevador de sobrecarga Interruptor de circuito Lámpara roja Lámpara verde Botón start Botón stop Botón paro de emergencia
Cantidad 1 1 1 1 1 1 1 1 1
80
EJERCICIO Descripción del proyecto:
Arranque de un motor trifásico jaula de ardilla a tensión completa, al oprimir botón de arranque se enciende un motor de inducción a tensión completa, se apaga una lámpara roja y se enciende una lámpara verde. Si se detecta una sobrecarga del motor este se deberá detener y se enciende una lámpara roja y se apaga la lámpara verde o si se activa el botón de paro de emergencia por alguna causa. Diagrama de fuerza
Diagrama en escalera
81
AUTOEVALUACIÓN
1.¿Qué es y para sobrecarga (OL)?
qué
sirve
un
relevador
2.Explique brevemente el funcionamiento relevador de sobrecarga (OL)
de
de
un
3.¿Cómo interacciona el paro de emergencia?
4.¿Por qué se dibujan los contactos de los OL del botón de stop y paro de emergencia en la línea de contactos normalmente cerrados?
82
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PRACTICA Nº10 NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
ARRANQUE A TENSIÓN REDUCIDA DE UN MOTOR TRIFÁSICO DE INDUCCIÓN JAULA DE ARDILLA (CONTROL DE MOTORES)
OBJETIVO: Conocer las ventajas y aplicación de un motor de arranque a tensión reducida. EXPOSICIÓN:
Arranque a tensión reducida es reducir la corriente que demanda un motor en el momento de arranque ya que su valor puede aumentarla varias veces su corriente nominal. 83
En el arranque con resistencias se intercalan resistencias en serie con la alimentación durante el arranque. A medida que el motor aumenta la velocidad, se disminuye el valor de las resistencias y finalmente se cortocircuitan. MATERIAL A UTILIZAR: Descripción Modulo de motor de inducción jaula de ardilla Modulo de fuentes de alimentación Modulo de resistencias Relevador de sobrecarga Interruptor de circuito Lámpara roja Lámpara verde Botón start Botón stop Botón paro de emergencia
Cantidad 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
EJERCICIO Descripción del proyecto:
Al oprimir botón de arranque se pone en marcha un motor de inducción a tensión reducida durante esta forma de operación se mantiene encendida una lámpara verde, transcurrido un tiempo determinado el modo de operación cambia a tensión completa, de esta forma se enciende una lámpara roja y se apaga la lámpara verde, si se detecta sobrecarga se activa paro de emergencia o se oprime botón de paro, se detiene la marcha del motor.
84
Diagrama de fuerza
Diagrama en escalera
85
AUTOEVALUACIÓN
1.¿Qué sucede si se presenta una sobrecarga en el motor y se dispara el OL? 2.¿Qué cuidados se debe tener en el programa para el freno magnético? 3.¿Qué función tienen diagrama de fuerza?
las
resistencias
4.¿Qué tipo de temporizador se arranque a tensión reducida?
utiliza
en
el
en
el
86
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NOMBRE: MATRICULA: . MATERIA: GRUPO:. BRIGADA No. SEMESTRE: FECHA: .
PRACTICA Nº11 NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
INVERSIÓN DE SENTIDO DE GIRO DE UN MOTOR TRIFÁSICO JA (CONTROL DE MOTORES) OBJETIVO: Aprender el control de la inversión de sentido de giro de un motor trifásico. EXPOSICIÓN:
Para invertir el sentido de rotación de un motor de inducción se debe invertir el sentido del campo magnético giratorio generado por sus bobinas. Al invertir dos fases de alimentación lo que se hace en realidad es invertir la secuencia de fases de la línea trifásica de alimentación. 87
MATERIAL A UTILIZAR: Descripción Modulo de motor de inducción jaula de ardilla Modulo de fuentes de alimentación Relevador de sobrecarga Interruptor de circuito Lámpara roja Lámpara verde Botón start Botón stop Botón paro de emergencia Freno magnético
Cantidad 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
EJERCICIO Descripción del proyecto:
Se tienen dos botones para seleccionar giro a la derecha o a la izquierda de un motor de corriente alterna trifásico, jaula de ardilla, una lámpara verde indica giro a la izquierda una lámpara roja indica giro a la derecha. Deberá detenerse el motor girando en cualquier sentido antes de hacer la inversión. Si se detecta sobrecarga o paro de emergencia el motor se detiene sin importar el sentido del giro. Se agrega un freno magnético acoplado al motor para detenerlo en menor tiempo.
88
Diagrama de fuerza
Diagrama en escalera
89
AUTOEVALUACIÓN
1.¿Qué 1. ¿Qué se necesita para invertir el giro de un motor?
2.
¿Qué pasa si se energiza al mismo tiempo la bobina A y la bobina B?
3.
¿Qué sucede si se invierten las tres fases de alimentación del motor?
90
Anexos A.1 Normas para el uso del equipo neumático El objeto de estas normas es evitar situaciones de riesgo y/o daño del equipo. Para garantizar la seguridad, atenerse a las normas ISO 4414, y JIS B 8370 y otros reglamentos de seguridad. También puede obtener información más detallada de las normas de seguridad de los manuales de FESTO DIDACTIC de neumática y electro-neumática TP101, TP102, TP201 y TP202.
Periódicamente I. II. III.
Purgar el depósito de aire del compresor. Purgar la trampa de agua de la unidad de mantenimiento. Revisar el nivel de lubricador del aire y requiere.
aceite del depósito suministrarle más si
en así
el lo
En cada práctica I.
Cerciorarse que la unidad de mantenimiento tiene la presión requerida para el funcionamiento del equipo, y que ésta presión esté dentro del rango de operación de los elementos neumáticos que se utilizarán en la práctica.
II.
Sacar de los cajones únicamente el equipo necesario para la práctica.
III.
Quitar la alimentación de aire en el cabezal para hacer cualquier conexión o desconexión en el circuito. La energía de la presión en las mangueras el liberada velozmente. La presión es tal, que las tuberías se mueven incontroladamente poniendo en peligro a los practicantes.
IV.
Asegurarse de insertar bien las mangueras, hasta el fondo y escuchar un clic al conectar cada una de éstas.
91
V. VI. VII.
Poner el seguro a cada una de las conexiones de las mangueras. No colocar elementos donde éstos puedan ser alcanzados por algún cilindro. No tratar de detener con la mano el recorrido de los cilindros.
A.2 Normas en el uso del equipo electro-neumático I. II.
III. IV. V.
Asegurarse de cumplir con las normas del equipo neumático. Cerciorarse que el contacto, donde está conectado el equipo, suministra el voltaje requerido (24 Volts) para el funcionamiento del regulador. Sacar de los cajones únicamente el equipo necesario para la práctica. Asegurarse que los cables utilizados no tengan falsos contactos ni partes sin aislamiento. Para desconectar los cables, hacerlo tomándolo de la parte aislada de la conexión, “nunca hacerlo jalando de los cables”.
VI.
Apagar el regulador, o preferentemente desconectarlo, para realizar cualquier conexión o desconexión en el circuito, “jamás realizar conexiones o desconexiones con el circuito energizado”.
VII. VIII. IX.
Asegurarse que la polaridad es correcta para cualquier conexión que realicemos. Antes de energizar el circuito, revisar que las conexiones de bobinas y sensores sean correctas. Por último, pedirle al instructor que revise el circuito
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