PLC Control de Brazo Neumatico

UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD DE COLIMA FACULTAD DE INGENÍERIA ELECTROMECÁNICA INGENIRÍA EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA ELECTRONICA

PRÁCTICA: “Brazo neumático con lista de instrucciones” instrucciones ”

MATERIA:

Laboratorio de PLC’S

SEMESTRE:

7° “B” PROFESOR:

M.C Carlos Flores Bautista

ALUMNO:

Luis Fernando Delgadillo Corona Katia Judith Solano Pita

Manzanillo, Colima. 6 de diciembre del 2017

BRAZO NEUMÁTICO CON LISTA DE INSTRUCCIONES

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1. INTRODUCCIÓN En la presente práctica los alumnos aplicarán sus conocimientos teóricos respecto al uso del lenguaje Lista de instrucciones para controlar las entradas y salidas de un PLC. Esto se realizará mediante el automatismo de un brazo neumático de la marca FESTO. El mecanismo tendrá un botón de arranque (NA) y un botón de paro (NC), así como sensores finales de carrera para que se pueda detectar la salida y el regreso de los pistones y el motor neumático. El PLC a utilizar es el FC21, el cual posee suficientes canales de entrada y salida para realizar la práctica. A continuación, se describen los conceptos más importantes para comprender la práctica. Después, se dan los diagramas de conexión y de programación de la práctica. En el punto 5 se desarrollan los pasos que se siguieron para realizar de manera correcta la práctica. Le sigue la exposición de resultados y al finalizar se dan las conclusiones individuales de la experiencia obtenida en la práctica. 2. OBJETIVO Comprender el comportamiento y los componentes (pistón, gripper, válvula, etc.) del brazo neumático a través de un programa realizado en FESTO y a la vez trabajar con un PLC conectando las entradas y salidas del brazo neumático.

3. MARCO TEÓRICO 

PLC.

Un Controlador Lógico Programable (PLC) (figura 1), es una computadora de grado industrial con la capacidad de ser programada para funciones de control. El PLC ha reemplazado gran parte de la lógica de control de relé electromagnética, los relés siguen siendo utilizados como dispositivos auxiliares para conmutar 110 dispositivos de campo. El controlador programable está diseñado para reemplazar los pequeños relés de control que hacen lógica y decisiones, pero no están diseñados para fuerte o alta tensión. Además, incomprensión del funcionamiento electromagnético y la terminología es importante para conversión de diagramas esquemáticos a escalera programas lógicos.


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Figura 1. Controlador Lógico Programable



LISTA DE INSTRUCCIONES (STL).

La lista de instrucciones es un lenguaje de programación textual que puede ser usado para crear secciones de código de bloques lógicos. Su sintaxis es muy similar al lenguaje ensamblador y consiste en una serie de instrucciones seguidas de direcciones en las que el comando actúa. En la figura 2 se puede apreciar que casa fabricante utiliza sus propios códigos y una nomenclatura distinta para nombrar las variables del sistema. (Automation Forum, 2016).

Figura 2. Ejemplo de programa en lista de instrucciones.

GRAFCET.



El Grafo Funcional de Control Etapa-Transición es una secuencia de etapas que tienen asociadas unas determinadas acciones a realizar sobre el proceso junto con las condiciones o transiciones que provocan que se produzca el paso de una


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etapa. Un ejemplo de GRAFCET se puede observar en la figura 3. Es una de las mejores herramientas para representar automatismos secuenciales. Está normado por la IEC 848 (International Electrotechnical Commision) (Pereuzella, 2005).

Figura 3. GRAFCET

RELÉS.



Es un interruptor cuyo control corre cuneta por un circuito eléctrico, a través de una bobina y un electroimán que incide sobre uno o varios contactos para la apertura o cierre de otros circuitos, que funcionan de manera independiente. Lo que hace la bobina es crear un campo magnético que lleva los contactos a establecer una conexión. De esta forma, el relevador actúa como un interruptor que puede fomentar el paso de la corriente eléctrica o su interrupción, permitiendo así desarrollar conmutación a distancia (contactos secos). Un relevador y su diagrama puede ser analizado en la figura 4 (Rashid, 2004).

Figura 4. Relevador


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

VÁLVULAS NEUMÁTICAS.

Son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por una bomba neumática. Las posiciones de las válvulas distribuidoras se representan por medio de cuadrados. La cantidad de cuadrados indican la cantidad de posiciones de la válvula distribuidora y mediante líneas verticales se indican las vías. Un ejemplo de ello se puede observar en la figura 5 (Guillén, 1988). 

ACTUADORES NEUMÁTICOS.

Son los receptores de un sistema neumático, también llamados elementos de trabajo, cuya función es la de transformar la energía neumática del aire comprimido en trabajo mecánico (Guillen, 1988).

Figura 5.Válvulas neumáticas de 2 y 3 posiciones y de 2 a 5 vías.



CILINDROS NEUMÁTICOS.

Los cilindros neumáticos son los elementos que realizan el trabajo. Su función es la de transformar la energía neumática en trabajo mecánico de movimiento rectilíneo, que consta de carrera de avance y carrera de retroceso. Se distinguen dos tipos de cilindro: los de simple efecto y los de doble efecto:


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

Simpe efecto (figura 6): Estos cilindros tienen una sola conexión de aire comprimido. No pueden realizar trabajos más que en un sentido. Se necesita aire sólo para un movimiento de traslación. El vástago retorna por el efecto de un muelle incorporado o de una fuera externa (Guillén, 1988).

Figura 6. Cilindro de simple efecto.



Doble efecto (figura 7): la fuerza ejercida por el aire comprimido anima al émbolo a realizar un movimiento de traslación en los dos sentidos. Se dispone de una fuerza útil tanto en la ida como en el retorno (Guillén, 1988).

Figura 7. Cilindro de doble efecto.


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4. MATERIALES Y EQUIPO. 1 PLC (FC21)  Adaptador USB – Serial  Adaptador Serial – rj11  Módulo de brazo neumático de FESTO  Manguera neumática  Compresor neumático  4 sensores finales de carrera  1 botón NA  1 botón NC  Computadora con FST 4.10 instalando más driver de adaptador usb – serial  1 multímetro  Cables de conexiones  Clavija para alterna  Pinzas pelacable  Desarmador 


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5. DIAGRAMA ELÉCTRICO, DIAGRAMA NEUMÁTICO Y DATOS TEÓRICOS En la siguiente figura 8 se observa el diagrama eléctrico de las conexiones de entrada y salida (dispositivos de campo) al PLC FC21.

Figura 8. Diagrama de conexiones de la práctica.

En dicho diagrama se puede observar que el común de la primera sección de entradas del PLC se conectó a 24 V, por lo que se trabajó en campo con tierra o 0V. La entrada I0.0 se utilizó para el botón de arranque, la entrada I0.1 para el botón de paro, la entrada I0.2 para el sensor del giro del motor neumático, la entrada I0.3 para el sensor límite de carrera de la retracción del pistón horizontal, la entrada I0.4 para el sensor límite de carrera de salida del pistón horizontal, la entrada I0.5 para el sensor de la retracción del pistón vertical. Así mismo, en el diagrama se observan las conexiones para las salidas del PLC: la salida O0.0 se utilizó para el relé que controla al motor neumático, la salida O0.1


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para el relé que controla al pistón horizontal, la salida O0.2 para el relé que controla al pistón vertical, y la salida O0.3 para el relé que controla al gripper. Cada uno de los relés acciona la válvula neumática del actuador, así como una luz piloto. La fuente que los energiza se alimenta con 127 VCA y los transforma a 24 VCD. Para activar al relé se le debe envía un negativo a la bobina. Éste posee en su contacto normalmente abierto la conexión hacia +24 V, mientras que su contacto normalmente cerrado lo tiene flotado. En la figura 9 se observa el diagrama de conexiones neumático. En donde se pueden apreciar 4 válvulas de 5 vías y dos posiciones. Cada una de ellas se encuentra pilotada neumáticamente tanto el accionamiento como el regreso, y a su vez el regreso está accionado por muelle y el accionamiento por electroimán (relé).

Figura 9. Diagrama neumático.


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La válvula 1.1 se encuentra conectada al motor neumático que hace girar al brazo 180°, en un principio la presión se encuentra en la salida 2 y que, al accionar el electroimán, la salida de aire cambia al 4 y el 2 se va a la purga. Lo mismo ocurre con las válvulas 2.1, 3.1 y 4.1, con la diferencia de que ellas manipulan la salida y retracción del vástago de pistones de doble efecto. Dichos pistones son manipulados neumáticamente tanto la salida como el regreso. Así mismo, en la tabla 1, se observan los datos técnicos de los dispositivos a utilizar.

Tabla 1. Datos técnicos de los dispositivos a utilizar.


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6. METODOLOGÍA Se comenzó con el diseño del GRAFCET, con el fin de tener una base de las etalas del programa, de las acciones a realizar en cada una de las etapas y de las condiciones que se deberán cumplir para realizarlas. En la figura 10 se observa el GRAFCET de la práctica.

Figura 10. GRAFCET del programa


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Se dividió en 12 etapas, en donde cada una posee condiciones para poder saltar a la siguiente acción. Para representar dichas condiciones se utilizaron compuertas lógicas AND, OR y NOT, así como las entradas del PLC con nombres abreviados: SFC_M_1 (Sensor final de carrera del motor activo), SFC_P1_1 (Sensor final de carrera del pistón horizontal salido), SFC_P1_0 (Sensor final de carrera del pistón horizontal retraído), SFC_P2_0 (Sensor final de carrera del pistón vertical retraído). Después, se realizó el diseño del programa en lista de instrucciones. Para ello, se abrió el programa FST 4.10 y se creó un nuevo proyecto en Project -> New. Una vez escrito el nombre (con no más de 8 caracteres), se crea un nuevo programa en New Program -> Statement List -> Ok. Debido a que es un programa nuevo “Number” se escribe “0” y en “Versión” se escribe 1, si se desea colocar un

comentario del programa, se realiza en este paso. Se da OK. Una vez creado el nuevo programa, se procede a ingresar las variables a utilizar. Para ello se va a la pestaña View -> Allocation List. Se da clic derecho y después se selecciona “Insert operand”, hasta agregar todas las entradas y salidas a

utilizar, como se observa en la figura 11.

Figura 11. Lista de asignación en FST 4.10.

Los Steps programados se presentan en la figura 12. Básicamente se tradujeron las acciones y condiciones del GRAFCET realizado. Sin embargo, se agregó 1 paso más con el fin de poder realizar el ciclo en el programa FST 4.10.


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STEP 0 THEN RESET

CICLO

'Enclavamiento de la entrada-ciclo

""PASO INICIAL, ESPERANDO AL BOTON DE ARRANQUE PARA ACCIONAR AL PISTON 1 Y ACTIVAR EL TIMER DE LA SALIDA DEL PISTON 1 STEP 1 IF B_A 'Boton de arranque OR CICLO 'Enclavamiento de la entrada-ciclo AND SFC_M_1 'Sensor del motor activo THEN SET V1_P1 'Valvula 1 que acciona al piston 1 SET Timer1 'Timer ON de salida del piston 1 WITH 5s "" ESPERANDO AL SENSOR DE PISTON 1 ACTIVO PARA SETEAR AL PISTON 2, DESACTIVA AL TIMER 1 Y ACTIVA AL TIMER 2 STEP 2 IF B_P 'Boton de paro AND ( SFC_P1_1 'Sensor del piston 1 salido AND Timer1 'Timer ON de salida del piston 1 ) AND SFC_M_1 'Sensor del motor activo THEN SET V2_P2 'Valvula 2 que acciona al piston 2 RESET Timer1 'Timer ON de salida del piston 1 SET Timer2 'Timer ON de salida del piston 2 WITH 5s

""ESPERANDO A QUE EL TIMER 2SE ACTIVE PARA SETEAR AL GRIPER, DESACTIVA EL TIMER 2 Y ACTIVAR EL TIMER3 STEP 3 IF B_P 'Boton de paro AND Timer2 'Timer ON de salida del piston 2 AND SFC_M_1 'Sensor del motor activo THEN

SET RESET SET WITH

V3_G Timer2 Timer3 5s

'Valvula 3 que acciona al griper 'Timer ON de salida del piston 2 'Timer ON de contraccion gripper

""ESPERANDO A QUE EL TIMER 3 SE ACTIVE PARA REGRESAR EL PISTON2, DESACTIVAR EL TIMER 3 Y ACTIVAR EL TIMER 4 STEP 4 IF B_P 'Boton de paro AND Timer3 'Timer ON de contraccion gripper AND SFC_M_1 'Sensor del motor activo THEN

RESET RESET SET WITH

V2_P2 Timer3 Timer4 5s

'Valvula 2 que acciona al piston 2 'Timer ON de contraccion gripper 'Timer ON de contraccion piston 2

""ESPERANDO A QUE EL SENSOR DETECTE EL REGRESO DEL PISTON 2 O BIEN QUE EL TIMER 4 SE ACTIVE, PARA REGRESAR EL PISTON1 STEP 5 IF B_P 'Boton de paro AND ( SFC_P2_0 'Sensor del piston 2 retraido


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THEN

AND AND

Timer4 SFC_M_1



)

'Timer ON de contraccion piston 2 'Sensor del motor activo 'Valvula 1 que acciona al piston 1 'Timer ON de contraccion piston 2 'Timer ON de contraccion piston 1

""ESPERANDO A QUE EL SENSOR DETECTE EL REGRESO DEL PISTON 1 O BIEN QUE EL TIMER 5 SE ACTIVE, PARA ACTIVAR AL MOTOR STEP 6 IF B_P 'Boton de paro AND ( SFC_P1_0 'Sensor del piston 1 retraido AND Timer5 ) 'Timer ON de contraccion piston 1 AND N SFC_M_1 'Sensor del motor activo THEN

SET RESET SET WITH

V0_M Timer5 Timer1 5s

""ESPERANDO A QUE EL SENSOR DETECTE TIMER 1 SE ACTIVE, PARA ACCIONAER AL STEP 7 IF B_P AND ( SFC_M_1 AND Timer1 ) THEN

SET RESET SET WITH


'Valvula 0 que acciona al motor 'Timer ON de contraccion piston 1 'Timer ON de salida del piston 1

LA SALIDA DEL PISTON 1 O BIEN QUE EL PISTON 2 'Boton de paro 'Sensor del motor activo 'Timer ON de salida del piston 1 'Valvula 2 que acciona al piston 2 'Timer ON de salida del piston 1 'Timer ON de salida del piston 2

""ESPERANDO A QUE TIMER 2 SE ACTIVE, PARA RESETEAR AL GRIPPER, DESACTIVAR EL TIMER 2 Y ACTIVAR AL TIMER 3 STEP 8 IF B_P 'Boton de paro AND Timer2 'Timer ON de salida del piston 2 THEN


V3_G Timer2 Timer3 5s

'Valvula 3 que acciona al griper 'Timer ON de salida del piston 2 'Timer ON de contraccion gripper

""ESPERANDO A QUE TIMER 3 SE ACTIVE, PARA SUBIR EL PISTON2, DESACTIVAR EL TIMER 3 Y ACTIVAR EL TIMER 4 STEP 9 IF B_P 'Boton de paro AND Timer3 'Timer ON de contraccion gripper THEN



'Valvula 2 que acciona al piston 2 'Timer ON de contraccion gripper 'Timer ON de contraccion piston 1


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""ESPERANDO A QUE EL SENSOR DETECTE LA CONTRACCION DEL PISTON 1 O BIEN QUE EL TIMER 5 SE ACTIVE, PARA REGRESAR AL MOTOR STEP 10 IF B_P 'Boton de paro AND AND THEN


(

SFC_P1_0 Timer5 V0_M Timer5 Timer7 5s

)

'Sensor del piston 1 retraido 'Timer ON de contraccion piston 1 'Valvula 0 que acciona al motor 'Timer ON de contraccion piston 1 'Timer ON de regreso del motor

""ESPERANDO A QUE EL TIMER DEL REGRESO SE ACTIVE, PARA ACTIVAR LA BANDERA "CICLO" Y ENCLAVAR LA ENTRADA. DESPUES SE REGRESA STEP 11 IF B_P 'Boton de paro AND Timer7 'Timer ON de regreso del motor THEN SET CICLO 'Enclavamiento de la entrada-ciclo RESET Timer7 'Timer ON de regreso del motor JMP TO 1 IF N B_P 'Boton de paro THEN RESET CICLO 'Enclavamiento de la entrada-ciclo

Figura 12. Lista de instrucciones de la práctica


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El primer paso (Step 0) se utiliza básicamente para reiniciar la bandera llamada “CICLO”, la cual enclava la entrada del botón de arranque y por lo tanto, el

programa se cicla. El segundo paso (Step 1) es la condición de arranque, en donde se evalúa si el botón de arranque está activo o bien la bandera del ciclo está en ALTO, además de que el final de carrera del motor neumático esté inactivo (N SFC_M_1), si todo lo anterior se cumple, la válvula del pistón horizontal se activará y por lo tanto saldrá el vástago. Así mismo, el temporizador ON DELAY del paso siguiente se activa. Cabe aclarar que el sistema trabaja ya sea con los sensores finales de carrera o bien, con temporizadores de 5 segundos. Es decir que, si alguno de los botones no llegara a accionarse, el proceso continuaría debido a los temporizadores. El tercer paso (Step 2) evalúa si el botón de paro está activo (debido a que es NC), además de que el timer 1 se cumpla (pues no existe un sensor que detecte la salida del pistón), además de que el final de carrera del motor neumático esté inactivo (N SFC_M_1), si todo lo anterior se cumple, la válvula del pistón vertical se activará y por lo tanto saldrá el vástago. Así mismo, el temporizador ON DELAY del paso siguiente se activa (timer 2), mientras que el timer 1 es reseteado. El cuarto paso (Step 3) evalúa si el botón de paro está activo (debido a que es NC), además de que el timer 2 se cumpla (pues no existe un sensor que el cierre del gripper), además de que el final de carrera del motor neumático esté inactivo (N SFC_M_1), si todo lo anterior se cumple, la válvula del gripper se activará y por lo tanto se cerrará para tomar la pieza. Así mismo, el temporizador ON DELAY del paso siguiente se activa (timer 3), mientras que el timer 2 es reseteado. El quinto paso (Step 4) evalúa si el botón de paro está activo (debido a que es NC), además de que el timer 3 se cumpla, así mismo que el final de carrera del motor neumático esté inactivo (N SFC_M_1), si todo lo anterior se cumple, la válvula del pistón vertical se desactivará y por lo tanto el vástago se retraerá. El temporizador ON DELAY del paso siguiente (timer 4) se activa, mientras que el timer 3 se resetea. El sexto paso (Step 5) evalúa si el botón de paro está activo (debido a que es NC), y, ya sea que el sensor final de carrera del regreso del vástago vertical (SFC_P2_0) o bien que el timer 4 se active, así mismo que el final de carrera del motor neumático esté inactivo (N SFC_M_1); si todo lo anterior se cumple, la válvula del pistón horizontal se desactivará y por lo tanto el vástago se retraerá. El temporizador ON DELAY del paso siguiente (timer 5) se activa, mientras que el timer 4 se resetea. El séptimo paso (Step 6) evalúa si el botón de paro está activo (debido a que es NC), y, ya sea que el sensor final de carrera del regreso del vástago horizontal (SFC_P1_0) o bien que el timer 5 se active, así mismo que el final de carrera del motor neumático esté inactivo (N SFC_M_1); si todo lo anterior se cumple, la BRAZO NEUMÁTICO CON LISTA DE INSTRUCCIONES

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válvula del motor 1 se activará y por lo tanto el robot girará. El temporizador ON DELAY del paso siguiente (timer 6) se activa, mientras que el timer 5 se resetea. El octavo paso (Step 7) evalúa si el botón de paro está activo (debido a que es NC), y, debido a que la fuente de las válvulas no puede soportar a 4 válvulas activas al mismo tiempo, no se realiza la salida del pistón horizontal, y se brinca a la salida del pistón vertical, el cual está condicionado con el final de carrera del motor neumático (SFC_M_1) o bien con el timer anterior; si todo lo anterior se cumple, la válvula del pistón vertical se activará y por lo tanto saldrá el vástago. El temporizador ON DELAY del paso siguiente (timer 1) se activa, mientras que el timer 6 se resetea. Del noveno al onceavo paso, se realiza el movimiento de dejar la pieza (RESET V3_G) y subir el vástago del pistón vertical (RESET V2_P2). En el doceavo paso se resetea el motor neumático (V0_M). En el treceavo paso se realiza el ciclo: si el botón de paro sigue activo (porque es NC) la bandera CICLO se cambiará a 1, de lo contrario será un 0. De ser 1, el programa brincará al STEP 1 gracias a la instrucción JMP TO. Una vez realizado la lista de instrucciones, se procede a comunicarse con el PLC, para ello (con el cable usb – serial – r11 previamente instalado y conectado). Se abre la pestaña de extras y en Preferences, se selecciona el puerto COM del adaptador (cuyo puerto se puede observar en Panel de control -> administrador de dispositivos). Para saber si el PLC se encuentra correctamente comunicado con la computadora, se da clic en Login, dentro de la pestaña Online (donde se debe mostrar la versión y el kernel del programa). El programa se cambia de editor a Online en la pestaña Online, se compila el programa y, si no existe algún error se descarga el proyecto al PLC, asegurándose que el mismo se encuentre en modo STOP.


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