Sede San Joaquín
Lógica de Control para Grúa Programación de Equipos de Control Industrial Informe N° 1
Alumno: Docente: Sección: Carrera:
2016 1
Patricio Figueroa Retamal Cristóbal Carreño Mosqueira 009V Técnico en Electricidad y Automatización Industrial
Índice 1.- Introducción ................................................................................................................................... 3 2.- Lógica de Control del Proceso ........................................................................................................ 4 3.- Identificación de Entradas y Salidas ............................................................................................... 5 4.- Diagrama de Estados de la Operación ........................................................................................... 6 5.- Código Ladder ................................................................................................................................ 8 6.- Resultado de la Simulación en software WPLsoft ....................................................................... 12 7.- Falencias del sistema de control .................................................................................................. 17 8.- Conclusión .................................................................................................................................... 18
2
1.- Introducción A través del presente informe se describirán: el proceso de una grúa de movimientos verticales y horizontales y dos ciclos o sentidos de movimiento (izquierda-derecha y viceversa), considerando el proceso de programación en el PLC, reconociendo las variables de entrada, salida y estados necesarios para lograr el control de los movimientos verticales y horizontales, tanto de avance como de retroceso. Se analizará la lógica de control para la operación del montacargas, identificando y estableciendo la cantidad y tipos de E/S a utilizar y a la vez se elaborará la tabla de estos. Se confeccionará el diagrama de estados, se presentará el código Ladder y se demostrará la simulación de la programación realizada en software WPLsoft Por último se analizarán las falencias encontradas en el sistema y las conclusiones obtenidas en el proceso. Todo esto según lo requerido en la entrega de la actividad por el docente.
3
2.- Lógica de Control del Proceso
Figura N°1. Esquema estructural y diagrama PI&D del proceso
El mecanismo a controlar trata de una grúa con un desplazamiento vertical y uno horizontal con el fin de manipular un policarpo. Comienza en la posición de reposo (1) y debe realizar el camino indicado en la figura 1, hasta llegar a la posición de reposo (2), luego la grúa debe realizar el ciclo 2. El proceso consta de dos ciclos: Ciclo 1: El sistema parte en posición de reposo con el policarpo abajo y los fines de carrera 1 y 3 activados. Para comenzar la operación se debe presionar un botón que activa el movimiento vertical ascendente a través de un motor, que denominaremos MT-01, al mismo tiempo que el sensor 1 se desactiva, cuando la grúa llega al límite superior se activa el sensor 2 y se detiene el motor MT-01; posteriormente se acciona un segundo motor denominado MT-02 que otorga el movimiento horizontal de la grúa y causando que se desactive el sensor 3 y al terminar el recorrido se active el 4 para finalmente detener el motor MT-02. el último paso es volver a activar el motor MT-01 pero esta vez para lograr un movimiento vertical descendente. Ciclo 2: Este ciclo consta de los mismos estados que el ciclo 1, sólo que se usa un switch de permiso diferente. Desde la posición de reposo 2 (sensores 1 y 4 activos) el motor Llamados fines de carrera. Cuando esos sensores entregan un estado lógico 1, se sabe que la posición de la grúa se encuentra en dicho sensor. El sistema de movimiento de la grúa consta de dos motores que pueden girar en ambos sentidos. Un motor permite el movimiento vertical y otro el desplazamiento horizontal. 4
3.- Identificación de Entradas y Salidas Tabla N°1. Identificación de Entradas
ENTRADAS TAG PIV PFV PIH PFH SMC01 SMC02
Descripción Sensor de posición inferior Sensor de posición superior Sensor de posición izquierda Sensor de posición derecha Switch de movimiento ciclo N°1 Switch de movimiento ciclo N°2
Tipo D/I D/I D/I D/I D/I D/I
Rango N/A N/A N/A N/A N/A N/A
Dirección X0 X1 X2 X3 X4 X5
Tipo D/O D/O D/O
Rango N/A N/A N/A
Dirección Y0 Y1 Y2
D/O
N/A
Y3
Tabla N°2. Identificación de Salidas
SALIDAS TAG MT-01-VA MT-02-HD MT-01-VD MT-02-HI
Descripción Motor vertical ascenso Motor horizontal sentido derecha Motor vertical descenso Motor horizontal sentido izquierda
Como se puede apreciar en la Tabla N°1, se identifican como las entradas del sistema a los sensores discretos (fines de carrera), dos verticales y dos horizontales, al inicio y al final de cada recorrido; y la botonera, compuesta por dos switch, uno por cada ciclo de movimiento de la grúa. Las salidas (Tabla N°2 ) están compuestas por dos motores, uno para el movimiento vertical y otro para el movimiento horizontal; como los movimientos de esta máquina son ascendente-descendente y avance-retroceso, es indispensable definir cada uno de estos movimientos como salidas distintas, para que así el sistema pueda identificar cada uno de los estados, sin tender a error. En resumen contamos con 6 entradas discretas y 4 salidas discretas.
5
4.- Diagrama de Estados de la Operación
Figura N°2. Diagrama de Pessen o de Estado
Como se demuestra la Figura N°2, se han logrado identificar 11 Estados para que la programación logre cumplir el circuito completo (avance y retroceso), considerando los dos switch, uno para cada ciclo del sistema.
Descripción de los estados M0: posición de reposo N° 1 con los sensores PIV y PIH activados. M1: primer movimiento vertical de la grúa desde el sensor PIV hasta PFV
(ascenso), se activa MT-01-VA. M2: posición de reposo en sensor PIH, sensor PFV se mantiene activado. M3: primer movimiento horizontal de la grúa desde el sensor PIH hasta PFH, PFV se mantiene activo, se activa MT-02-HI. M4: posición de reposo en sensor PFH, sensor PFV se mantiene activado. M5: segundo movimiento vertical de la grúa desde el sensor PFV hasta PIV (descenso), se activa MT-01-VD. M6: posición de reposo en sensor PIV, sensor PFH se mantiene activado. 6
M7: inicio del Ciclo N° 2. Segundo movimiento vertical de la grúa desde el sensor
PIV hasta PFV (ascenso), se activa MT-01-VA. M8: posición de reposo en sensor PFV, sensor PFH se mantiene activado. M9: segundo movimiento horizontal de la grúa desde el sensor PFH hasta PIH, PFV se mantiene activo, se activa MT-02-HD. M10: posición de reposo en sensor PFV, sensor PIH se mantiene activado. M11: tercer movimiento vertical de la grúa desde el sensor PFV hasta PIV (descenso), se activa MT-01-VD. Final del proceso, sensores PIV y PIH vuelven a estar activos. Si no se han detectado errores es posible reiniciar el proceso completo.
7
5.- Código Ladder A continuacion procedo a demostar la programación realizada con algunas instrucciones para su mejor comprención. Para lograr una vizualizacion óptima del proceso se presentarán imágenes, por separado del código. Cabe destacar que la duración del ciclo total del PLC (leer la entrada, evaluar la programación y escribir la salida) s e llama “tiempo de exploración”, El PLC mide su propio tiempo de exploración y almacena el valor (0.1ms); ademas puede procesar ciertos artículos más rápido que el tiempo de exploración, algunos de estos interrumpen y detienen el tiempo de exploración. Con más entradas y salidas o un programa más largo, se extiende el tiempo de exploración.
Figura N°3. primera linea de instrucción permite energizar los Relés, proceso de ascenso de la grúa.
La edición del programa debe iniciar desde la línea bus de izquierda hacia la derecha, y de arriba hacia abajo. Una sola fila puede tener un máximo de 11 contactos en ella. Si hay más de 11 contactos conectados, se generará automáticamente un símbolo continuo “0” y el contacto 12 se colocará en el inicio de la siguiente fila. Los mismos puntos de entrada (X, M, etc.) se pueden usar repetidamente. Ver figura N°3. Ademas la primera linea de instrucción directa permite energizar los Reles X y M, contacto NC
8
.
Figura N°4. Movimiento a la derecha y Descenso de la grúa.
En la siguiente secuencia (Figura N°4) se presenta el movimiento a la derecha y descenso de la grúa. Tal como se detalla en el diagrama de estados, para que se active un estado específico de nuestra grúa deben permanecer siertas entradas (y estados anteriores) en ON. Para lograr este resultado se deben conectar los contactos necesarios en Serie (Instrucción AND). Ejemplo, para activar M3, se deben energizar simultaneamente M2, X1 y , X4. Un inconveniente con el uso de pulsadores es que, a diferencia de un interruptor, hay que
mantenerlo presionado el tiempo que dura el proceso, en nuestro caso mientras se mueva la grúa. Esto se resuelve mediante de uso de enclavamientos, es decir, con solo activar una entrada por un instante, el PLC captura la señal y la deja permanente dentro del programa, aunque dicha señal haya desaparecido. Un enclavamiento puede activarse con un pulso a través de su entrada set, y desactivarse por medio de su entrada reset. Ejemplo, para enclavar M3 se utiliza el estado ON (NO) del mismo estado M3 y se desactiva con el estado ON de M4 (NC).
9
Figura N°5. Ciclo N° 2 completo
En esta secuencia ( Figura N°5) se presenta el ciclo N°2 de la grúa, completo. Se mantiene la misma logica de programación de la Figura N°4, pero aquí aparece la entrada X5, Switch del Ciclo N°2 y desaparece la entrada X4, Switch Ciclo N°1, se mantienen la conexión de contactos en serie y el enclavamiento de los estados.
10
Figura N°6. Salidas lógicas.
En esta última secuencia (Figura N°6) se presentan los circuitos de salida (alimentacion de bobinas del PLC) y el fin de la programación, definido por la instrucción . En esta programación se puede apreciar una coneccion que se podría confundir con el enclavamiento, pero que en realidad es muy distinto, y se trata de la conexión en paralelo (Instrucción OR), la cual indica que mientras una de las entradas se cumpla se activa la salida. Ejemplo, para la salida Y0 (Motor vertical ascenso), vasta con que el estado M1 o M7 este activado para que el Relé sea energizado.
11
6.- Resultado de la Simulación en software WPLsoft
Figura N°7. Estado M0.
Estado M0:
posición de reposo N° 1 con el sensor de posición inferior (PIV) y el sensor de posición izquierda PIH, activados.
Figura N°8. Estado M1.
Estado M1:
Primer movimiento vertical de la grúa desde el sensor de posición inferior (PIV) hasta el sensor de posición superior (PFV), se activa el Motor vertical ascenso (MT01-VA).
12
Figura N°9. Estado M2.
Estado M2:
Posición de reposo, en sensor de posición izquierda (PIH), y el sensor de posición superior (PFV) se mantienen activados.
Figura N°10. Estado M3.
Estado M3:
Primer movimiento horizontal de la grúa desde el sensor de posición izquierda (PIH) hasta el sensor de posición derecha (PFH), el sensor de posición superior (PFV) se mantiene activo, se activa el motor horizontal de sentido a la izquierda (MT-02-HI).
Figura N°11. Estado M3.
13
Estado M4: Posición de reposo en sensor PFH, sensor PFV se mantiene activado.
Figura N°12. Estado M5.
Estado M5:
Segundo movimiento vertical de la grúa desde el sensor de posición superior (PFV) hasta el sensor de posición inferior (PIV), se activa el motor vertical de descenso MT-01-VD.
Figura N°13. Estado M6.
Estado M6:
Posición de reposo en sensor de posición inferior (PIV), sensor de posición derecha (PFH) se mantiene activado.
14
Figura N°14. Estado M7.
Estado M7:
Inicio del Ciclo N° 2. Segundo movimiento vertical de la grúa desde el sensor de posición inferior (PIV) hasta el sensor de posición superior (PFV), se activa el motor vertical, sentido de ascenso MT-01-VA.
Figura N°15. Estado M8.
Estado M8:
Posición de reposo en sensor de posición superior (PFV), sensor de posición derecha (PFH) se mantiene activado.
Figura N°16. Estado M9.
15
Estado M9: Segundo movimiento horizontal de la grúa desde el sensor de posición derecha
(PFH) hasta el sensor de posición izquierda PIH, el sensor de posición superior (PFV) se mantiene activo, se activa el motor horizontal sentido derecha MT-02-HD.
Figura N°17. Estado M10.
Estado M10:
Posición de reposo en sensor de posición superior (PFV), el sensor de posición izquierda (PIH) se mantiene activado.
Figura N°18. Estado M11.
Estado M11: Tercer movimiento vertical de la grúa desde el sensor de posición superior
(PFV) hasta el sensor de posición inferior (PIV), se activa el motor vertical descenso (MT-01VD). Final del proceso, sensores PIV y PIH vuelven a estar activos. Si no se han detectado errores es posible reiniciar el proceso completo.
16
7.- Falencias del sistema de control La falencia detectada en el sistema es que al pasar de un estado “con la grúa en movimiento” a un estado “en reposo”, si el sensor del estado anterior, por algún motivo queda en ON, el sistema pasa directamente al siguiente estado “en movimiento”. Por ejem plo si pretendemos movernos de M1 a M2 y el sensor X2 queda en ON la programación salta M2 y da un salto hasta M3, es decir arriba y a la derecha. Es ideal implementar un sistema de Stop en los sensores para que la grúa tenga un tiempo determinado de pausa en los estados de reposo y así evitar movimientos bruscos en el Policarpo y desgaste prematuro en los equipos. Se recomienda implementar un sistema de temporizador.
M3 X1 = 1 X4 = 1 Y1 = 1
Figura N°18. Salto de Estado M1 a M3.
Figura N°19. Salto de Estado M6 a M11.
17
8.- Conclusión Es importante hacer hincapié en la necesidad de ejecutar todos los pasos en una programación de equipos de control industrial autónomos, ya que cualquier mala decisión u omisión en un proceso puede afectar en el resultado final de la implementación del equipo o planta, esto queda demostrado con la simple puesta en marcha de nuestra grúa. No considerar una variable de entrada o salida (los dos sentidos de los motores por ejemplo) u omitir un estado del proceso nos provocó un funcionamiento ineficiente o peor aún, el no funcionamiento del sistema. Los códigos, Finalmente, es importante señalar que la implementación de esta programación me permitió conocer importantes aspectos de la filosofía de programación de los PLC, conocer sus partes lógicas (entradas, salidas, Estados, compuertas lógicas, ordenes) e incluso físicas (relés, transistores, bobinas). Me permitió comprender lo necesario que es implementar una metodología clara y estructurada a la hora de aplicar la lógica de Control del Proces, de identificar claramente todas las E/S y de crear los diagramas de estados de la operación, indispensables para que la programación sea eficaz y cumpla a cabalidad el objetivo propuesto. Logre familiarizarme con el código Ladder y la simulación en el software WPLsoft, y comenzar a comprender su lógica. Todo lo anteriormente señalado, además de permitir completar la programación me permitió identificar fallas del sistema. Dando un paso importante en mi camino de programación de equipos industriales.
18
