INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TANTOYUCA DIVISIÓN DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA.
TRABAJO: INTRODUCCIÓN A LOS PLCs DE SIEMENS SIEMENS
CATEDRÁTICO: ING. LEODEGARIO G. AGUILERA ASIGNATURA: CONTROLADORES LÓGICO PROGRAMABLES ALUMNO: JORGE LUIS HERNÁNDEZ BAUTITA GRUPO: E–7 Tantoyuca, Ver a 30 de Agosto de 2010
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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TANTOYUCA DIVISIÓN DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA INTRODUCCIÓN Un autómata programable industrial (API) o Programable logic controller (PLC), es un equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales. Un PLC trabaja en base a la información recibida por los captadores y el programa lógico interno, actuando sobre los accionadores de la instalación. Hoy en día, los PLC no sólo controlan la lógica de funcionamiento de máquinas, plantas y procesos industriales, sino que también pueden realizar operaciones aritméticas, manejar señales analógicas para realizar estrategias de control, tales como controladores PID. Los PLCs actuales pueden comunicarse con otros controladores y computadoras en redes de área local, y son una parte fundamental de los modernos sistemas de control distribuido. Existen varios lenguajes de programación. Tradicionalmente los más utilizados son el diagrama de escalera LADDER, preferido por los electricistas, lista de instrucciones y programación por estados, aunque se han incorporado lenguajes más intuitivos que permiten implementar algoritmos complejos mediante simples diagramas de flujo más fáciles de interpretar y mantener. Un lenguaje más reciente, preferido por los informáticos y electrónicos, es el FBD (en inglés Function Block Diagram) que emplea compuertas lógicas y bloques con distintas funciones conectados entre sí. En la programación se pueden incluir diferentes tipos de operandos, desde los más simples como lógica booleana, contadores, temporizadores, contactos, bobinas y operadores matemáticos, hasta operaciones más complejas como manejo de tablas (recetas), apuntadores, algoritmos PID y funciones de comunicación multiprotocolo que le permitirían interconectarse con otros dispositivos. Siemens es una empresa alemana, con participación en sectores muy diversos. Dentro del ámbito de tecnologías de automatización, Siemens ofrece de acuerdo a su categorización: • • • •
Sistemas de automatización. Interfaces hombre-máquina (HMIs). Comunicación Industrial. PCs industriales.
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Control Industrial (bajo voltaje). Sistemas de ejecución de manufactura (MES). Sistemas de manufactura electrónica. Fuentes de poder. Software de gestión de ciclo de producto. Sensores.
Y dentro de los sistemas de automatización, tenemos entre otros los PLCs. Los PLCs son agrupados en las siguientes familias, todas con apellido SIMATIC: • • • •
S7-200. Aplicaciones pequeñas. S7-300. Aplicaciones medianas. S7-400. Aplicaciones grandes o complejas. C7. Sistema integrado de HMI con S7-300.
SIMATIC S7-200
El SIMATIC S7-200 es un microPLC al máximo nivel: es compacto y potente con respuesta en tiempo real, rápido, ofrece todo tipo de facilidades en el manejo del software y del hardware, responde a una concepción modular consecuente que permite soluciones a la medida que no quedan sobredimensionadas hoy y, además, pueden ampliarse en cualquier momento. El SIMATIC S7-200 está plenamente orientado a maximizar la rentabilidad. En efecto, toda la gama ofrece: • Alto nivel de prestaciones. • Modularidad óptima. • Alta conectividad.
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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TANTOYUCA DIVISIÓN DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Características • • • •
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Es un PLC para el máximo efecto de automatización al mínimo coste. Montaje, programación y uso particularmente fáciles. De alta escala de integración, requiere poco espacio, potente. Aplicable tanto para los controles más simples como también para tareas complejas de automatización. Aplicable aislado, interconectado en red o en configuraciones descentralizadas. Con destacadas prestaciones de tiempo real y potentes posibilidades de comunicación (PPI, PROFIBUS-DP, AS-Interface). Puerto estándar RS-485 con velocidad de transferencia de datos comprendida entre1.2 y 187.5 kbits/s. Protocolo PPI en calidad de bus del sistema para interconexión sin problemas. Modo libremente programable con protocolos personalizados para comunicación con cualquier equipo. Rápido en la comunicación por PROFIBUS vía módulo dedicado, operando como esclavo. Potente en la comunicación por bus AS-Interface, operando como maestro. Accesibilidad desde cualquier punto gracias a comunicación por módem (para tele mantenimiento, tele servicio o telecontrol). Conexión a Industrial Ethernet vía módulo dedicado. Con conexión a Internet mediante módulo correspondiente. S7-200 PC ACCESS, servidor OPC para simplificar la conexión al mundo del PC.
CPU 221 • • •
La solución compacta inteligente. Con 10 entradas/salidas a bordo. No ampliables.
CPU 222 • • •
La solución compacta más elegante. Con 14 entradas/salidas a bordo. Ampliable con hasta un máx de 2 módulos de ampliación.
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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TANTOYUCA DIVISIÓN DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA CPU 224 • • •
La CPU compacta de alto rendimiento. Con 24 entradas/salidas a bordo. Ampliable con hasta un máx de 7 módulos de ampliación.
CPU 224XP • • •
La CPU de alta potencia. Con 24 entradas/salidas digitales y 3 analógicas integradas. Ampliable con hasta un máx. de 7 módulos de ampliación.
CPU 226 El más potente para ejecutar tareas técnicas de envergadura Con puerto PPI adicional que proporciona más flexibilidad Y posibilidades de comunicación. Con 40 entradas/salidas a bordo. Ampliable con máx. 7 módulos de ampliación.
Módulos digitales •
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Entradas/salidas digitales para complementar la periferia integrada de las CPUs. Para adaptar flexiblemente el autómata a la tarea respectiva. Para ampliar posteriormente la instalación con entradas/salidas adicionales.
Módulo de entrada digital SIPLUS EM 221 (rango de temperatura ampliado) para CPU 222/224/224 XP/226 •
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8 entradas, 24 V DC, con aislamiento galvánico, tipo p/m A) 6AG1 2211BF22-2XB0. 16 entradas, 24 V DC, con aislamiento galvánico, tipo p/m A).
Módulo de salida digital SIPLUS EM 222 (rango de temperatura ampliado) para CPU 222/224/224 XP/226 •
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8 salidas, 24 V DC; 0,75 A, con aislamiento galvánico A) 6AG1 222-1BF222XB0. 8 salidas, 24 V DC/ 24 a 230 V AC; 2 A, con aislamiento galvánico, salidas de relé A).
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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TANTOYUCA DIVISIÓN DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Módulo de entrada/salida digital SIPLUS EM 223 (rango de temperatura ampliado) para CPU 222/224/224 XP/226 •
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4 entradas 24 V DC, 4 salidas 24 V DC; 0,75 A, con aislamiento galvánico A) 6AG1 223-1BF22-2XB0. 8 entradas, 24 V DC, 8 salidas, 24 V DC; 0,75 A, con aislamiento galvánico A) 6AG1 223-1BH22-2XB0. 16 entradas, 24 V DC, 16 salidas, 24 V DC; 0,75 A, con aislamiento galvánico A) 6AG1 223-1BL22-2XB0.
Módulo de entrada/salida digital SIPLUS EM 223 (rango de temperatura ampliado) para CPU 222/224/224 XP/226 • • •
4 entradas 24 V DC, 4 salidas, relés. A) 6AG1 223-1HF22-2XB0 8 entradas 24 V DC, 8 salidas, relés. A)6AG1 223-1PH22-2XB0 16 entradas 24 V DC, 16 salidas, relés
Módulos analógicos • • •
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Entradas/salidas analógicas para SIMATIC S7-200. Con tiempos de conversión extremadamente cortos. Para conectar, sensores analógicos y actuadores sin necesidad de amplificador adicional. Para solucionar incluso tareas de automatización complejas.
Modulo EM231. Para la captación confortable de temperaturas con una alta precisión. • • •
Aplicables 7 tipos de termopares convencionales. También para la medición de señales analógicos de nivel bajo (0.80 mV). Reequipable fácilmente en la instalación existente.
Fuentes de alimentación La CPU 221 dispone de: •
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fuente de alimentación integrada de 24 V para sensores / carga: para la conexión directa de sensores y encoders. Con 180 mA también sirve de fuente de alimentación para carga. 2 variantes de aparato: con distintas tensiones de alimentación y de mando.
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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TANTOYUCA DIVISIÓN DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Aplicación Automatización de viviendas y edificios. Gestión de alarmas técnicas: •
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fugas de agua: detección, corte de agua y aviso (panel, luces, llamada telefónica). fugas de gas : detección, corte de suministro y aviso. detección y aviso de incendios. detección y aviso de intrusos. Control de iluminación: gestión horaria, por presencia y por luminosidad de todas las luces de la vivienda. Control de cargas: gestión horaria, por presencia, temperatura, etc., de las tomas de red de la vivienda. Habitualmente se utiliza para programar el encendido y apagado de lámparas y electrodomésticos (horno, cafetera, calefactores, lavadora, ventilador, etc.).
SIMATIC S7-300
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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TANTOYUCA DIVISIÓN DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Características • •
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Permite aplicaciones centralizadas o distribuidas Su línea incluye: 7 procesadores estándar, 6 CPUs compactos, 6 CPUs tolerantes a fallas y 2 CPUs avanzados Es modular, pero no utiliza chasis, sino una conexión de módulo a módulo. Hasta 8 módulos directamente, o hasta 32 con unidades de expansión. En forma centralizada puede ir hasta 256 entradas/salidas, o hasta 1024 con módulos de expansión. Y en forma distribuida puede llegar hasta 65536 E/S utilizando la serie ET200M Lenguajes de programación. El S7-300 cumple la norma IEC 61131-3, y puede programarse en los siguientes lenguajes: lista de instrucciones (STL), diagrama de escalera (LAD), diagramas de bloque de función (FBD), Texto estructurado (ST) y diagramas de función secuencial (SFC). Todos se programan con el software SIMATIC STEP 7, pero para los dos últimos se requieren módulos opcionales: S7-SCL y S7-GRAPH Memoria desde 32 Kb hasta 1.4 Mb Amplia gama de módulos de entrada/salida : 36 de E/S discretas, 44 de E/S análogas, 5 de E/S fail-safe. Más opciones de otras series, que pueden integrarse por Profibus-DP Módulos de tecnología, que realizan localmente algunos cálculos complejos, liberando al CPU central de esa tarea. Existen 14 módulos. Comunicaciones. Algunos CPUs ofrecen puertas integradas, como Profibus DP, o incluso ethernet. Adicionalmente pueden utilizarse los siguientes módulos: As-Interface master, Profibus DP, Profibus FMS, Industrial ethernet PROFINET, enlaces punto a punto serial y enlaces a red WAN Tiene una tarjeta de memoria (Micro Memory) que no hace necesaria la batería. Almacena tanto el programa como datos, hasta 8 Mb. El S7-300 también puede utilizarse para aplicaciones de seguridad y control de movimiento También tiene versiones que están diseñados para soportar condiciones ambientales extremas (-25 a 60°C) Fuentes de alimentación de carga para el S7-300/ET 200M Para transformar la tensión de red en una tensión de empleo de 24 V DC Intensidad de salida de 2 A, 5 A ó 10 A
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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TANTOYUCA DIVISIÓN DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Aplicación Las áreas de aplicación del SIMATIC S7-300 incluyen: •
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Sistemas de transporte: Gracias a su sencillez, permite programar y monitorear rápidamente aplicaciones como por ejemplo cintas transportadoras. La programación basada en " arrastrar y soltar " ayuda a configurar lógica de marcha/paro para motores con mando por pulsador y permite asimismo seleccionar contadores para supervisar el número de piezas producidas. Controles de entrada y salida: Gracias a su diseño compacto, permite además una integración fácil en dispositivos de espacio reducido, como por ejemplo en barreras de aparcamientos o entradas. Como por ejemplo se puede detectar un vehículo tanto a la entrada como a la salida, abriendo o cerrando la barrera automáticamente. La cantidad de vehículos estacionados resulta fácil de comprobar programando simplemente un contador. Sistemas de elevación: El potente juego de instrucciones de un PLC, permite que controle una gran variedad de sistemas de elevación de material. La vigilancia de secuencias de control (arriba/abajo) así como la capacidad de tomar decisiones eficientes en cuanto a tareas de control complejas son algunas de las tareas asistidas por todas las instrucciones residentes en el PLC.
SIMATIC S7-400 EL PLC más avanzado de la familia de controladores Simatic, permite exitosas soluciones de automatización por medio de Totally Integrated Automation. El S7-400 es una plataforma de automatización para industrias de manufactura y de procesos que se distingue por su modularidad y desempeño.
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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TANTOYUCA DIVISIÓN DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Las siguientes características convierten al SIMATIC S7-400 en el PLC más potente: •
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El S7-400 es ideal para tareas de muchos datos de la industria de procesos; la gran velocidad de procesamiento y los tiempos de reacción determinísticos reducen los tiempos de ciclo de las máquinas rápidas en la industria manufacturera. El rápido bus de fondo del S7-400 posibilita una conversión eficaz de los módulos periféricos centrales. El S7-400 se utiliza preferentemente para coordinar instalaciones completas y para controlar las líneas de comunicación subordinadas con estaciones esclavas; de ello se ocupan las interfaces integradas y la gran capacidad de comunicación. Las presentaciones del S7-400 se pueden ampliar gracias a una gama escalonada de CPU; la capacidad para periferia de E/S es prácticamente
ilimitada.
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Los recursos disponibles de las CPU permiten integrar nuevas funciones sin necesidad de invertir en más hardware, p. ej., procesamiento de datos de calidad, cómodo diagnóstico, integración en soluciones MES de nivel superior o rápida comunicación a través del sistema de bus. El S7-400 se puede configurar de forma modular, sin necesidad de observar ninguna regla de asignación de slots; hay una amplia gama de módulos disponibles, tanto para estructuras centralizadas como para estructuras descentralizadas. La configuración de la periferia descentralizada del S7-400 puede modificarse durante el funcionamiento. Además, es posible insertar y extraer los módulos de señales bajo tensión (hot swapping). De esta forma resulta muy sencillo realizar ampliaciones de la instalación o cambios de módulos en caso de error. El almacenamiento de todos los datos del proyecto, incluidos símbolos y comentarios, en la CPU facilita y simplifica las labores de mantenimiento y servicio técnico. En un S7-400 se pueden integrar funciones de seguridad y automatización estándar; la disponibilidad de la instalación se puede mejorar usando un S7-400 con configuración redundante. Muchos de los componentes S7-400 también están disponibles como versión SIPLUS para condiciones ambientales extremas; por ejemplo, para uso en atmósfera agresiva / condensación.
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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TANTOYUCA DIVISIÓN DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA El SIMATIC S7-400 está concebido para soluciones de sistema en el ámbito de la automatización manufacturera y de procesos. Los procesadores de comunicaciones permiten integrar directamente los controladores SIMATIC S7400 en Industrial Ethernet. Los procesadores de comunicaciones son aptos para múltiples protocolos: •
Comunicación PG/OP
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Comunicación S7
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Comunicación compatible con S5 (SEND/RECEIVE, FETCH/WRITE
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PROFINET (sólo CP 443-1 Advanced)
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IT (sólo CP 443-1 Advanced)
Fuentes de alimentacion En cada rack está enchufada una CPU y una fuente de alimentación (PS). Es posible montar dos fuentes de alimentación redundante cuando se requiere una disponibilidad muy alta. La separación entre ambos racks no debe superar los 10 km.
Aplicaciones •
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Industria Automotriz Construcción de maquinas Industria de Papel e Impresión
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Industria de Bebidas y Comida
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Industria Química y Petroquímica Ingeniería de Procesos
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Industria Acerera
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Generación de Potencia
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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TANTOYUCA DIVISIÓN DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA SIMATIC C7 PLC con Panel de Operación integrado en la misma unidad: esto define lo que es SIMATIC C7. También se incluyen las entradas, salidas y puertos de Los SIMATIC C7 son los equipos completos para la gama baja.
comunicación, lo que nos permite definirlo como un sistema de automatización completo.
El SIMATIC C7 se integra dentro de la línea líder de PLCs Simatic S7 300 pero además lleva integrado un genuino Panel de Operación Simatic HMI con su completa funcionalidad. Gracias a sus dimensiones compactas, el control completo de una máquina de gran prestación se puede implementar en el espacio más limitado y exigido.
La plena integración del C7 dentro del concepto Automatización Totalmente Integrada, garantizan la más alta performance en tareas como: • • •
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Intercambio de datos Reducción de ingeniería, montaje, puesta en servicio y diagnóstico. Variedad de CPUs para adaptarse a cada aplicación en particular. Panel de operador con específicas funciones tecnológicas para optimizar la tarea de control y monitorización de la máquina.
Son características típicas del PLC que definen su performance. Memoria de usuario: de 32KB a 64KB según el modelo. Cantidad de bloques de programa: desde 128 hasta 380 Marcas internas 1024. Tiempos de procesamiento: de 0,3 a 0,6us en instrucciones binarias; 12us en instrucciones de Word; máxima 50us en la ejecución de instrucciones de punto flotante.
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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TANTOYUCA DIVISIÓN DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Comunicación El SIMATIC C7 dispone de puerto serie y puede del S7-300 que ofrecen más interfaces de comunicación.
ampliarse con módulos
El SIMATIC C7 tiene integrados los interfaces de comunicación siguientes: •
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Puerto MPI; la solución económica para conectar simultáneamente PG/PC, sistemas HMI y otros sistemas de automatización SIMATIC S7/M7/C7. Acoplamiento a bus; AS-Interface en el C7-621 ASi, PROFIBUS en el C7633/-634/-626. Interfaces de comunicación a través de módulos S7-300, aplicables para todos los C7. Módulos de comunicaciones para conexión a los buses AS-Interface, PROFIBUS e Industrial Ethernet. Módulos de comunicaciones para conexiones punto a punto. Para configurar las funciones de comunicación se dispone del cómodo interface de usuario STEP 7 que simplifica sensiblemente todas estas labores.
La CPU integrada del SIMATIC C7 soporta los tipos de comunicación siguientes: •
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Comunicación de proceso; para el acceso cíclico a módulos periféricos (intercambio de imágenes de proceso) a través de un bus (AS-Interface o PROFIBUS-DP). La comunicación de datos de proceso es llamada desde los niveles de ejecución cíclica. Comunicación de datos; para el intercambio de datos entre sistemas de automatización o entre estaciones HMI y varios autómatas. El intercambio de datos se realiza de forma cíclica o, controlada por evento, lanzada desde el programa de usuario utilizando bloques al efecto.
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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TANTOYUCA DIVISIÓN DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Ampliación Si para realizar la tarea de automatización se exige un mayor número de entradas/ salidas que las integradas en el equipo, el SIMATIC C7 puede ampliarse con: •
C7-621, C7-621 ASi:
Módulos S7-300: el C7 puede ampliarse con un máx. de 4 módulos de la gama SIMATIC S7-300 a través del módulo de interface IM 621. •
C7-633 DP, -633/P, -634 DP, -634/P, -623/P, -626/P, -626/P DP:
Módulos S7-300: un máx. de 24 módulos en 3 bastidores pueden conectarse al SIMATIC C7. Por cada bastidor es posible enchufar 8 módulos. Enlace vía módulos de interface; bastidores de ampliación se conectan a través de los módulos de interface IM 361. El IM 360 ya está integrado en los equipos C7. Instalaciones separadas espacialmente; los diferentes bastidores pueden instalarse a gran distancia entre sí (máx. 10 m entre dos bastidores). Flexibles posibilidades de montaje; los bastidores pueden montarse de forma vertical u horizontal. De esta forma pueden adaptarse a las condiciones de espacio reinantes. Tarjetas de entrada/salida C7/P; para ampliar con 16 entradas digitales y 16 salidas digitales así como 4 entradas analógicas y 4 salidas analógicas. Esta tarjeta se monta directamente en el lado posterior de la caja del C7. •
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Cantidad de entradas y salidas combinan un controlador de la familia S7-300 con entradas/salidas integradas y un panel SIMATIC en un solo Los equipos completos SIMATIC C7
equipo. De este modo es posible implementar controles de máquina completos, pero a la vez ampliables, en un espacio mínimo y con bajos costes (en versiones de hardware y de ingeniería).
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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TANTOYUCA DIVISIÓN DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Periferia integrada • • •
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Entradas digitales Salidas digitales Entradas analógicas Salidas analógicas
Fuente de alimentación de 24 volts La fuente de alimentación AS-i sirve en primer lugar para suministrar energía a las estaciones conectadas al cable AS-i. Para actuadores con gran demanda de energía se requiere además la conexión de una fuente de alimentación de corriente de carga adicional (p. ej. a través de módulos de usuario especiales). Fuente estándar de 24V DC para alimentación externa de actuadores estándar
Aplicaciones • • • •
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Maquinaria embotelladora Maquinaria de taponamiento presurizado Automatización de viveros Inyectoras de goma y plástico Lavadoras industriales Sistemas de pesaje
Bibliografía http://www.grupdap.es/ficheros/descrip-tecnicas/Simatic_Abril_2007.pdf http://automatizacion.bligoo.com/content/view/296093/Siemens-y-susPLCs.html#content-top http://www.siemens.com.ar/sites/internet/legacy/sie-pe/pe/automatizacion.htm
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