I
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
Guía de Prácticas Laboratorio de Controladores Lógicos Programables PLCs
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
Controladores Lógicos Programables PLCs Periodo 2017-A
II
Ricardo Soto
[email protected] Jefe de Laboratorio
Linda Capito
[email protected] Profesora
Guía de Prácticas
Escuela Politécnica Nacional Facultad de Ingeniería Mecánica Laboratorio de Automatización Industrial de Procesos Mecánicos 2976300 / 3728 Facultad de Ingeniería Mecánica, Primer Piso M110 Oscar Gonzáles, Linda Capito Autores
Tercera edición 2017
III
CONTENIDO PRÁCTICA 1: INTRODUCCIÓN AL LABORATORIO DE PLCS ...................................................... 4 PRÁCTICA 2: LENGUAJE LADDER .............................................................................................. 11 PRÁCTICA 3: MEMORIAS (MARCAS), ENCLAVAMIENTOS SR Y DETECTORES DE FLANCO .. 18 PRÁCTICA 4: TEMPORIZADORES ............................................................................................... 24 PRACTICA 5: EJERCICIOS COMBINADOS I .............................................................................. 32 PRACTICA 6: EJERCICIOS COMBINADOS II ............................................................................. 39
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
Página 4 de 63
LABORATORIO DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL DE PROCESOS MECÁNICOS LABORATORIO DE PLCs
REVISIÓN N˚ 1
LPLC-DIM-FIM-EPN
ÚLTIMA REVISIÓN 30/04/2017
PRÁCTICA 1: INTRODUCCIÓN AL LABORATORIO DE PLCS 1. OBJETIVOS
Conocer los equipos a utilizar en el laboratorio de PLCs.
Conocer la forma de conectar y programar PLCs
Conocer la forma de cablear elementos eléctricos a los puertos de entrada y salida de un PLC.
Al inicio de la práctica habrá coloquio, estudiar todo el contenido de la guía y sus anexos.
2. REVISIÓN TEÓRICA 2.1. CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES (PLCs)
Los PLCs se conocen como computadores industriales, debido a que su espacio de utilización siempre ha sido la industria en general. Estos controladores son el cerebro en todo proceso de automatización, sea este de pequeña o gran escala. Aplicaciones como: movimiento de bandas transportadoras, sistemas de empacado, estaciones de almacenamiento y despacho, robots, etc; son algunos de los vastos ejemplos en los cuales interactúa un PLC con uno o varios sistemas de manufactura. Cuando se habla de la automatización, esta se presentó hace varias décadas a través del uso de relés o contactores los cuales realizaban mandos a distancia de elementos eléctricos. Sin embargo, existían desventajas tales como el uso de excesivos sistemas de cableado y el espacio requerido para almacenar los relés o contactores era grande a través de armarios de extensas dimensiones. Otro inconveniente que no se debe pasar por alto es la no flexibilidad en el cambio de la lógica de control de los procesos, porque esto implicaba un cambio en el cableado de los elementos electromecánicos. Estas necesidades hicieron que
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
Página 5 de 63
LABORATORIO DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL DE PROCESOS MECÁNICOS LABORATORIO DE PLCs
REVISIÓN N˚ 1
LPLC-DIM-FIM-EPN
ÚLTIMA REVISIÓN 30/04/2017
se busquen soluciones eficientes a través del uso de elementos electrónicos. Los PLCs presentan mejoras sustanciales en comparación a los elementos electromecánicos tales como: menor cantidad de cableado, menor cantidad de espacio físico y versatilidad de programación para implementar diferentes secuencias de control. Con el pasar de los años, se incorporaron funcionalidades como el uso de variables analógicas en los puertos de entrada y salida, dando comienzo a la aplicación del control digital y algoritmos de control inteligente como los PID y sistemas Fuzzy, respectivamente. Finalmente, en esta descripción corta sobre los PLCs se debe añadir su robustez en el campo industrial. Estos controladores presentan ventajas que contemplan capacidad de trabajo en condiciones de: altas temperaturas, vibraciones, polvo ambiental y ruido eléctrico lo cual hace a un PLC la primera opción al momento de elegir un controlador electrónico sobre una amplia gama de equivalentes existentes en la actualidad. Los PLCs que se utilizarán en el laboratorio son de las marcas Allen Bradley (Figura 1) y Siemens (Figura 2 y Figura 3).
Figura 1. PLC Micrologix 1100 de Allen Bradley [1]
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
Página 6 de 63
LABORATORIO DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL DE PROCESOS MECÁNICOS LABORATORIO DE PLCs
REVISIÓN N˚ 1
LPLC-DIM-FIM-EPN
ÚLTIMA REVISIÓN 30/04/2017
Figura 2. PLC S7-200 de Siemens [2]
Figura 3. PLC S7-1200 de Siemens [3]
2.2. ENTRADAS Y SALIDAS
En cada etapa de diseño de procesos automatizados, es necesario dimensionar un PLC de acuerdo a las necesidades de conexión de periféricos de entrada y salida. Como entradas se podrán necesitar: pulsadores, sensores, interruptores, etc.; mientras tanto, en cuanto a salidas los requerimientos pueden ser: relés, contactores, motores, bombas, ventiladores, entre otros. El siguiente paso será ver si los elementos de entrada y salida seleccionados serón analógicos o
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
Página 7 de 63
LABORATORIO DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL DE PROCESOS MECÁNICOS LABORATORIO DE PLCs
REVISIÓN N˚ 1
LPLC-DIM-FIM-EPN
ÚLTIMA REVISIÓN 30/04/2017
digitales tomando en cuenta conocimientos anteriores en donde una variable analógica se presenta en un rango de trabajo (0-10 psi, 20-1500°C, 0-10 m) y una variable digital solo podrá tomar dos valores (encendido-apagado, 1L-0L, setreset, activado-desactivado, etc.). 2.3. MÓDULOS DE EXPANSIÓN
Los módulos de expansión son dispositivos que permiten al diseñador incorporar un número de entradas y salidas(analógicas o digitales) especificadas por el fabricante. Estos dispositivos se convierten en una gran ayuda en procesos automatizados que se encuentran en etapa de ampliación. Sin embargo, no siempre se pueden necesitar módulos de expansión debido a otras soluciones como adquirir un PLC con mayor número de entradas y salidas o un PLC de una marca distinta con mejores prestaciones, todo dependerá de un análisis costobeneficio. 2.4. CABLEADO DE ELEMENTOS A UN PLC
Para conectar los elementos de entrada, salida y la fuente a un PLC, se debe tomar en cuenta las especificaciones del fabricante en lo que respecta a los valores de voltaje. Un PLC puede ser alimentado con una fuente de corriente continua o de corriente alterna, esto depende de las especificaciones del fabricante. En esta práctica, se trabajará con la marca Allen Bradley la cual presenta los siguientes bornes de conexión para el PLC Micrologix 1100 en la Figura 4:
Figura 4. Bornes de conexión
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
Página 8 de 63
LABORATORIO DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL DE PROCESOS MECÁNICOS LABORATORIO DE PLCs
REVISIÓN N˚ 1
LPLC-DIM-FIM-EPN
ÚLTIMA REVISIÓN 30/04/2017
En general, los elementos de entrada y salida se conectan de la siguiente manera (Figura 5 y Figura 6):
Figura 5. Conexión de entradas [4]
Figura 6. Conexión de salidas [4]
3. MATERIALES
Un PLC Allen Bradley Micrologix 1100
Cable RS-232 con interfaz USB
Computador
4. PROCEDIMIENTO
1. Atender la explicación acerca del funcionamiento y conexión de los PLCS. 2. Realizar la conexión del PLC con el computador. 3. Realizar la prueba de carga y descarga de un programa al PLC. 4. Realizar el diagrama de entradas y salidas, y la conexión respectiva que se indique en la práctica.
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
Página 9 de 63
LABORATORIO DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL DE PROCESOS MECÁNICOS LABORATORIO DE PLCs
REVISIÓN N˚ 1
LPLC-DIM-FIM-EPN
ÚLTIMA REVISIÓN 30/04/2017
5. INFORME
En el informe NO incluir teoría, solo resolver los numerales planteados a continuación: 5.1. Procedimiento
Descripción del proceso implementado en la práctica, lo que se realizó con el PLC y sus elementos y con qué objetivo. 5.2. Cuestionario
Consultar y resumir los siguientes conceptos: Variable analógica Variable digital Entradas de un PLC Salidas de un PLC Modo de operación Memoria interna de un PLC.
Indicar mediante un gráfico la conexión de los PLCS del laboratorio, incluyendo fuente, borneras y alimentación del PLC.
Indique las diferencias entre salidas tipo relé, tipo MOSFET y tipo TRIAC.
Indique los valores estándar de salidas analógicas en voltaje y corriente.
Realice una tabla comparativa entre los PLCS: Micrologix 1100, Siemens S7-200 y Siemens S7-1200. Indique número de entradas digitales, entradas analógicas, salidas digitales, salidas analógicas, cantidad de módulos de expansión de entradas/salidas, programa a utilizar
Explicar qué es un diagrama de entradas/salidas. Dibujar el diagrama de la conexión implementada en la práctica.
Consultar y resumir los tipos de lenguaje que existen para programar un PLC. (Sugerencia: buscar los lenguajes ladder, diagrama de funciones, lista de instrucciones y grafcet).
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
Página 10 de 63
LABORATORIO DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL DE PROCESOS MECÁNICOS
LABORATORIO DE PLCs
REVISIÓN N˚ 1
LPLC-DIM-FIM-EPN
ÚLTIMA REVISIÓN 30/04/2017
Consultar y resumir el funcionamiento de los siguientes elementos utilizados en procesos de automatización: pulsador NO, pulsador NC, lámparas piloto, relés, contactores.
5.3. Conclusiones y Recomendaciones
Son individuales y respecto a lo realizado en la práctica, cada integrante del grupo debe aportar al menos con 3 conclusiones y las recomendaciones que sean convenientes. 5.4. Bibliografía
Textos, páginas web o cualquier material de consulta utilizado para la resolución del informe. No escribir bibliografía ambigua, ejemplo: www.google.com. Utilizar
el
formato
IEEE
para
citar
referencias
(https://www.ieee.org/documents/ieeecitationref.pdf).
bibliográficas
