República Bolivariana de Venezuela. Ministerio de Educación Superior. Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre”. Vicerrectorado Puerto Ordaz. Cátedra: Laboratorio de PLC. Sección: M2.
Profesor:
Integrantes:
Borjas, José.
C.I: 18077739
Naranjo, Jhonny.
C.I: 17339168
Carranza, José.
Ciudad Guayana; 16-07-2009. Introducción
En la mayoría de las diversas aplicaciones en las cuales se hace uso del PLC es muy común común la pres presenc encia ia de señale señales s analó analógi gicas cas,, a través través de las las cual cuales es es posib posible le tene tenerr un
completo panorama acerca del comportamiento de las distintas variables de un proceso. Es por esta esta razón razón que que los PLC's PLC's incluy incluyen en entra entrada das s y salid salidas as analó analógic gicas as,, ya sea sea en forma forma integrada o modular. De esta manera el PLC está en la capacidad de generar acciones de contro controll en func función ión de las señal señales es analó analógic gicas as que que ingre ingresan san,, e inclu incluso so envi enviar ar seña señales les analógicas para el accionamiento de una gran diversidad de elementos transductores. El rango de las señales analógicas (intensidad, voltaje) que pueden ser procesadas por un PLC es limitado; estos rangos se indican en el transcurso del presente laboratorio, el cual está enfocado en el aprendizaje acerca del manejo de las entradas analógicas del PLC Siemens S7-300. Para tal efecto, se llevará a cabo la automatización de un sistema para controlar el nivel de líquido en un tanque. Muy comúnmente, cuando ingresan señales analógicas de intensidad o voltaje al PLC, es deseable un escalamiento de dichas señales para posteriormente procesar la información que contienen en el transcurso del programa cargado en el PLC; este es otro aspecto que será tratado a lo largo de la práctica.
Investigar las características eléctricas de las entradas analógicas integradas de la CPU 314 IFM. o
Conversión Conve rsión de valores val ores analógico anal ógicos s:
La CPU sólo puede procesar los valores analógicos en forma binaria. Los módulos de entradas analógicas convierten una señal del proceso analógica en una señal digital. Los módulos de salidas analógicas convierten un valor de salida digital en una señal analógica. o
Representación de valores analógicos con resolución de 16 bits : Un valor analógico digitalizado de un mismo margen nominal es idéntico tanto si se trata de un valor de entrada como de salida. Los valores analógicos se representan como cifra de coma fija en forma de complemento de 2. De ello resulta la correspondencia siguiente:
o
Signo : El signo de un valor analógico se codifica siempre con el bit número 15: “0” (+).
o
“1” (-).
Resolución inferior a 16 bits: Si un módulo analógico tiene una resolución inferior a 16 bits, los valores analógicos se registran en el módulo comenzando por la izquierda. Los dígitos insignificantes no ocupados se rellenan con ”0”. En el ejemplo siguiente se muestra cómo están rellenadas con ”0” las posiciones libres en caso de una resolución inferior.
o
Representación de valores analógicos para canales de entrada analógica : Las tablas (4-7,4-8) que se muestran a continuación contienen la representación binaria de los valores medidos. En dichas tablas se definen los márgenes de entrada representados mediante complementos de 2:
o
Características de las entradas analógicas de la CPU 314 IFM :
o
Esquema de conexiones de la CPU 314 IFM :
Las entradas analógicas se leen directamente de la periferia (PEW).
Una entrada analógica es una señal de entrada que tiene una señal continua (ininterrumpida). Las entradas analógicas típicas varían de 0 a 20 mA, 4 a 20 mA, o de 0 a 10 V. El autómata incorpora un convertidor analógico digital (A/D), en cada ciclo muestrea un valor analógico y después lo traduce a bit. Cuantos más bits, más definición y precisión. Estos valores van a ser un número entero, con la siguiente resolución máxima:
En un proceso de medición de nivel en el cual interviene un autómata, se sigue la siguiente secuencia:
Direccionamiento de señales analógicas. La CPU accede directamente a las entradas y salidas de módulos de entradas/salidas analógicas. En el direccionamiento de periferia (acceso directo), las entradas y salidas disponen de su propia área de direcciones. La dirección de un canal de entrada o salida analógico es siempre una dirección de palabra. La dirección de canal depende siempre de la dirección inicial del módulo.
ENTRADAS EXTERNAS: Byte de entrada de la periferia Palabra de entrada de la periferia Palabra doble de entrada de la periferia
PEB PEW PED
SALIDAS EXTERNAS: Byte de salida de la periferia Palabra de salida de la periferia Palabra doble de salida de la periferia
PAB [0 a 65535] PAW [0 a 65534] PAD [0 a 65532]
[0 a 65535] [0 a 65534] [0 a 65532]
Función de escalado de entradas analógicas (FC105). o
Función: FC105 “SCALE”. Está función se inserta de la siguiente manera, en STEP7: Menú Insertar Elementos de programa Librerías Standard Library TI-S7 Converting Blocks FC105. A continuación, se muestra la configuración del bloque de escalado FC105:
La función FC105 toma un valor entero a la entrada IN y lo convierte a un valor real, convirtiéndolo a escala entre un rango comprendido entre un límite inferior (LO_LIM) y un límite superior (HI_LIM). El resultado se escribe en la salida (OUT). La función FC105 se rige por la siguiente fórmula:
donde presentan los siguientes casos:
se
•
Modo bipolar :
•
Se supone que el valor entero de entrada deberá estar entre K1= –27648 y K2= 27648. Modo unipolar: Se supone que el valor entero de entrada deberá estar entre K1=0 y K2=27648.
A continuación, se describen los parámetros de la función (SCALE): Parámetros de entrada : •
•
IN (INT): Valor de entrada a escalar en valor real.
HI_LIM (REAL): Límite superior del rango de escala.
LO_LIM (REAL): Límite inferior del rango de escala.
BIPOLAR (BOOL): 1 para entrada bipolar, 0 para entrada unipolar.
Parámetros de salida :
OUT (REAL): Resultado de la conversión a escala. Como OUT es un número real, se debe guardar como una marca de doble palabra (MD).
RET_VAL (WORD): Código de retorno. Si devuelve el código W#16#0000 es que no se han producido errores. También devuelve otros códigos.
Realizar un programa que permita controlar el sistema que se muestra en la figura, según las especificaciones para su funcionamiento. Sistema a controlar: V1 S
100% 90%
TANQUE
V2 10%
S
0% LT 1
B1 4 - 20 mA
El sistema debe funcionar en modo manual y modo automático. Modo manual: - Colocar selector en modo manual. - Se pueden abrir V1 y V2 desde un control remoto. - Se puede arrancar y parar B1 desde un control remoto. - V1 no deberá estar abierta si el nivel actual supera 90%. - B1 no podrá estar arrancada si el nivel actual es menor que el 10 % o si V2 está cerrada. Modo automático: - Colocar selector en modo automático. - Arranque y parada en modo automático. - En este modo el PLC abrirá/cerrara V1 y V2 y arrancara/parara B1 según las siguientes condiciones: 1.-) Abrir V1 y V2 y en un tiempo prudencial arrancar B1 si el nivel actual es mayor a 10%. 2.-) Cerrar V1 si el nivel actual es mayor o igual a 90%. En condiciones normales B1 desaloja la misma cantidad de fluido que ingresa V1. o
Configuración de hardware :
En el PLC SIMATIC S7-300 viene integrado un mòdulo de entradas y salidas analògicas, el cual es empleado a lo largo de la pràctica.
o
o
Tabla de símbolos:
Programa realizado :
o
Prueba de funcionamiento del programa :
Para probar el funcionamiento del programa se ha hecho uso de la herramienta de simulación S7-PLCSIM, que se asemeja mucho a un PLC real en cuanto a las características de funcionamiento. Se han simulado varios casos: Modo manual: •
Primero se habilita el bloque de escalamiento FC-105 mediante la entrada ENABLE (E0.1). Gracias a la función de control deslizante (slider control) del simulador S7-PLCSIM es posible simular una variación del valor bruto en la entrada analógica PEW 128 del PLC SIMATIC S7-300. Para ello se ha empleado el formato “Regul: dec”, es decir, el de regulación en formato decimal, puesto que se está trabajando con valores brutos positivos (que oscilan en el rango de 027648). Entonces, para la función de control deslizante se ha establecido un valor mínimo de 0, y un valor máximo de 27648. A continuación, se muestra el comportamiento del sistema en modo manual cuando se intenta abrir la válvula de llenado del tanque V1 (A4.0) mediante la entrada “AR Y PAR V1” (E0.3), habiendo un nivel en el tanque mayor al 90% (que corresponde a 24883). En este caso se tiene 25000 (90,4225%). Como se puede observar, no es posible abrir la válvula V1 (A4.0) a pesar del intento. El modo manual se elige activando la entrada SELECTOR (E0.7).
•
•
A continuación, se intenta abrir la válvula V1 (A4.0) mediante la entrada “AR Y PAR V1” (E0.3), ahora con un nivel actual del tanque menor al 90% (24883). En este caso probamos con un nivel al 30,9606% (8560). Ahora sí se abre V1 (A4.0).
Se intenta abrir la válvula de vaciado V2 (A4.1) mediante la entrada “AR Y PAR V2” (E0.4), siendo el nivel del tanque menor al 10% (2764). En este caso suponemos un nivel de 7,59549% (2100). Como se puede observar, no es posible abrir la válvula V2 (A4.1) a pesar del intento. Luego, se intenta encender la bomba B1 (A4.2) mediante la entrada MAN_BOMB (E1.0), pero no es posible debido a que la válvula V2 está cerrada.
•
A continuación, se intenta abrir la válvula V2 (A4.1) mediante la entrada “AR Y PAR V2” (E0.4), ahora con un nivel actual del tanque mayor al 10% (2764). En este caso probamos con un nivel al 12,2975% (3400). Ahora sí se abre V2 (A4.1), y enciende la bomba B1 (A4.2).
•
Ahora se muestra el sistema con las válvulas V1 (A4.0) y V2 (A4.1) abiertas, y la bomba B1 encendida (A4.2). El nivel del tanque se encuentra al 65,8275% (18200).
Modo automático : •
A continuación, se muestra el comportamiento del sistema en modo automático. Este modo se elige desactivando la entrada SELECTOR (E0.7). En este caso suponemos un nivel del tanque menor al 10% (2764). Probamos con un nivel de 6,1487% (1700). Se activa la entrada “arranque_aut” (E0.5), tras lo cual únicamente se abre en forma automática la válvula de llenado V1 (A4.0), y no se enciende la bomba B1 (A4.2).
•
Ahora, suponemos un nivel del tanque entre el 10% (2764) y el 90% (24883). Probamos con un nivel de 35,8073% (9900). En el instante en el cual se activa la entrada “arranque_aut” (E0.5), se abren las válvulas V1 (A4.0) y V2 (A4.1), y comienza la temporización (T1) de 5s para el encendido de la bomba B1 (A4.2).
Luego de transcurrida la temporización (T1) de 5s, se enciende la bomba B1 (A4.2).
•
Como continuación del caso previo, ahora suponemos que el nivel del tanque se eleva a más del 90% (24883). Probamos con un nivel de 95,486% (26400). La válvula V1 (A4.0) se cierra automáticamente, mientras que V2 (A4.1) permanece abierta y la bomba B1 (A4.2) se mantiene encendida.
Realizar los planos eléctricos del sistema automatizado.
Conclusión
Luego de automatizar mediante el PLC Siemens S7-300 un sistema para controlar el nivel de líquido en un tanque, se ha demostrado la importancia de que el autómata programable tenga la capacidad de procesar señales analógicas. También se ha evidenciado lo fácil que puede ser controlar un proceso mediante el uso de un PLC. Para efectos de la simulación de la señal de salida del transmisor de nivel, se ha empleado una señal analógica de voltaje en el rango de 0 a 10V, generada por una fuente de tensión variable. Una vez que dicha señal analógica llega al PLC, en este caso a través de la entrada PEW 128, es convertida en un dato binario que varía en el rango de 0 a 27648 (modo unipolar). Este dato entero posteriormente es procesado por el bloque de escalamiento FC105 para obtener un porcentaje (en formato tipo real) del nivel en el tanque. En este momento se puede notar la utilidad del bloque FC105, pues ha permitido convertir valores brutos del proceso en unidades de ingeniería que luego son procesadas por el programa de usuario cargado en el PLC para ejercer la acción de control, que en este caso está referida a la apertura y cierre de dos válvulas (V1, V2) y el accionamiento de una bomba (B1), para asegurar un nivel en el tanque entre 10 y 90%. Esta es solo una de las muchísimas aplicaciones con señales analógicas en las que tiene cabida el PLC. Como recomendación, siempre hay que estar al tanto de si el margen de variación de la señal analógica que se desea ingresar al PLC se encuentra dentro del rango permitido por el mismo. Además, hay que tener precaución al momento de hacer las conexiones en la tarjeta I/O analógica, a fin de evitar cortocircuitos y consecuentes daños al PLC.
