Abstract.
A lo largo de esta práctica el alumno genera conocimientos sobre
la configuración adecuada del PLC así como la programación de un sistema
sencillo en el cual se aplican Timers y Counters para ejecutarlo.
Objetivo
- A lo largo de esta práctica se espera que el alumno:
- Conozca e identifique los diferentes módulos del PLC S7 300
- Aprenda la configuración básica de un PLC S7 300
- Sea capaz de programar un PLC y configurar una estación para que logre operar 2 pistones.
- Aprenda a utilizar contadores y temporizadores con su debida aplicación.
- Logre generar una ecuación de estados y su correcta programación en PLC basados en un diagrama de estados.
Lista de Materiales
- 1 PLC S7300.
- 1 Estación de trabajo.
- 4 Cable Banana-Banana.
- 1 Manguera.
- 2 Cilindros neumáticos de doble efecto eléctrico.
- 2 Sensores capacitivos.
- 2 Sensores inductivos.
- 1 Botonera.
- 1 Computadora.
Marco Teórico.
Con la necesidad de la industria por automatizar los procesos con
el fin de elevar la producción y satisfacer la demanda que la sociedad de hoy
en día requiere, se han desarrollado tecnologías que permiten facilitar el
control de las máquinas y con ello mejorar los procesos de producción.
Una de las herramientas desarrolladas con este fin es el PLC o Programable
Logic Computer, que son equipos que han sido creados específicamente con el fin
de controlar procesos secuenciales, mediante programación en lenguaje no
informático, con el fin de hacer que un dispositivo o máquina opere de manera
automática. Estos equipos tienen la característica de ser lo suficientemente
robustos para soportar los diversos ambientes de trabajo que las industrias
presentan.
Antiguamente para controlar y alimentar las máquinas se requería
de mucho cableado y componentes electrónicos que facilitaran esa tarea, por lo
que el gasto en cables era elevado. Los PLCs han hecho posible que se reduzca
la cantidad de cable utilizado en la industria, llevándolo a un mínimo con las
nuevas tecnologías de comunicación inalámbrica y sobretodo generando ambientes
más seguros de trabajo.
Dependiendo del número de entradas y salidas que presentan, la
capacidad de memoria y las funciones que puede desempeñar, los PLCs se
clasifican en:
- PLC Nano: Manejan menos de 100 I/O, tienen la fuente, el CPU y las I/O compactadas en un solo módulo.
- PLC Compacto: Son similares a los PLC nano en la cuestión de tener todo compactado en un solo módulo, pero estos tienen una mayor capacidad de I/O pudiendo soportar hasta 500 en promedio.
- PLC Modular: Cada componente está separado del otro en diferentes módulos que se montan sobre un riel o rack que indica la capacidad máxima de módulos que se pueden interconectar. Los diferentes módulos son:
o
PS-Power Source Module: es el
módulo al cual le llega la alimentación y alimenta los diferentes módulos y
componentes del sistema. Cabe mencionar que los PLCs operan a 5A
o
CPU: Es el módulo que
contiene el procesador y la computadora del PLC
o
IM-Interphase Module: Es un
módulo que permite expandir el máximo de módulos de un rack. Envía corriente de
1.2 A.
o
FM-Function Module: Es un
componente especializado en llevar a cabo funciones complejas o que requieren
una alta frecuencia. Éstas las desarrolla de manera independiente al CPU para
no ocupar tanta memoria.
o
SM- Signal Module: Es el módulo
del cual salen o entran las señales de salida y entrada del sistema. Puede ser
de diferentes tipos, cada uno depende del tipo de entrada o salida que recibe.
o CP-Communication process: Se encarga de comunicar la computadora
con el PLC y demás componentes del sistema.
Con el fin de simplificar los lenguajes de programación de los
PLC, la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC, por sus siglas en inglés)
ha generado un estándar de los diferentes lenguajes y sus características bajo
una normativa internacional denominada IEC 61131-3.
Esta norma establece los 5 diferentes tipos de lenguajes de
programación existentes clasificados en dos categorías:
1.
Gráficos:
a.
Diagrama Escalera (Ladder
Diagram o LD): Simula una escalera que va de arriba hacia abajo. En cada nivel
se ponen contactos que responden a señales de las entradas o a memorias del
programa, y bobinas que se activan cuando las condiciones de los contactos se
cumplen.
b.
Diagrama de Bloque de
Funciones (Function Block Diagram o FBD): Es similar a un diagrama de circuito
electrónico con compuertas lógicas, en las cuales se introducen las entradas a
las compuertas (que responden a funciones AND y OR) y son marcas de memoria o
señales de sensores.
c.
Esquema de Funciones
Secuenciales (Grafcet): Es parecido a un diagrama de flujo en el que se ponen
bloques denominados ‘etapas’, en las que se indican las acciones que hará el
sistema; seguidos de transiciones, los cuales sirven de tope del programa y no
lo permite avanzar hasta que las condiciones indicadas por la transición se
cumplan.
2.
Literales:
a.
Lista de Instrucciones
(Instruction List o IL): Similar a Ensamblador, sigue un orden lógico Booleano.
b. Texto Estructurado (Structured Text o ST): Es un lenguaje basado
en Pascal y C que permite al programador introducir funciones While, For, If,
etc. facilitando la estructuración en caso de requerir programas muy complejos.
A lo largo de estas prácticas se utilizarán los PLC SIMATIC S7 300
de Siemens.
Desarrollo
Configuración del
Hardware
1.
Al
abrir el Administrador Simatic dar un clic en Equipo SIMATIC 300 e ingresar al
ícono hardware.
2.
Se
abrirá una nueva ventana, HW Configuration y primero se deberá seleccionar el
perfil donde irá montado el PLC junto con todos sus módulos.
3.
Después
se deberán anexar los diferentes módulos del S7-300 al perfil tal y como se ven
físicamente.
4.
En
el módulo 1 debe ir la fuente de alimentación (PS 307 5A), en el 2 el CPU (CPU
315-2 DP), el tercero se deja vacío ya que es de uso exclusivo para el módulo
de interface, que no se tiene, después se introducen los módulos de señales y
finalmente los de procesos de comunicación.
3. Programación en Lenguaje
Escalera
Una vez configurado el
hardware regresar al administrador, dar clic a Bloques de Programa y entrar a
OB1. Aquí se escribirá el código principal del PLC en el lenguaje deseado, este
programa soporta KOP, FUP, AWL y GRAFCET. El OB1 es el main del programa y para
que algo sea llamado debe estar relacionado de alguna manera con este bloque.
En esta ocasión se programó en Escalera (KOP), utilizando marcas, contadores,
temporizadores, entradas y salidas, cuales fueron renombradas en la tabla de
símbolos para facilitar la programación. Esta se encuentra a continuación.
4. Cableado e Instalación
del Equipo
5. Secuencia 1. Ciclo Continuo
En la gráfica se pueden
observar los tiempos y recorridos de los pistones A y B, los cuales realizarán
esta secuencia después de oprimirse el botón de marcha y hasta que se oprima el
botón de paro de fin de ciclo.
5.1
Programa
Se
utilizó una marca para arrancar el programa y dejarlo corriendo hasta que se le
indique lo contrario, no fueron necesarias más memorias ya que los estados no
se repiten en ningún momento del ciclo.
5.2
Video
6. Secuencia 2. Ciclo Único
Se observa la misma
secuencia que el ejercicio anterior pero en esta ocasión los pistones sólo la realizarán
una sola vez al oprimir el botón de marcha.
6.1 Programa
7. Secuencia 3. Ciclo con
Retardos Definidos
A la primera secuencia se le
introducen dos pausas de 2 segundos cada una, la nueva secuencia se observa en
la siguiente gráfica.
7.1 Programa
A la primera secuencia se le
agregaron 2 nuevos segmentos temporizadores de impulso programados para
activarse por 2 segundos. Estos se activaron con los estados correspondientes a
los retardos y ellos a su vez activaban marcas que aparecen negadas en las
ramas de las salidas, así, al terminar el tiempo de temporización las marcas se
desactivaban permitiendo que las válvulas pertinentes se encendieran.
Datasheet del Temporizador
(S_IMPULS)
7.2 Video
8. Secuencia 4. Ciclo
Repetido un Número Definido de Veces
Se le incorpora un contador
a la secuencia anterior, repitiéndola 3 veces.
8.1 Programa
Se introduce un contador
decremental y una marca nueva que desactiva la de inicio de ciclo al
completarse los primeros 3.
Conclusiones
-Alejandro Castañeda
La práctica me ayudó a recordar los
conceptos básicos de interacción con un PLC, como la programación en escalera,
conexiones eléctricas y neumáticas en las estaciones, así como también a repasar
la lógica de programación.
También aprendí a integrar nuevos
herramientas de programación como los timers y los contadores, que abren más
las posibilidades de programación y facilitan la elaboración del programa.
Espero seguir aumentando mi conocimiento
con respecto a los PLCs ya que son una herramienta muy útil para los procesos
de automatización.
-Jorge Mejía
El uso de PLC simplifica la manera de automatizar procesos de una manera impresionante, ya que evita el uso de compuertas lógicas cuyo cableado puede resultar tedioso e incluso inseguro cuando se le desea dar mantenimiento a los equipos.
Ayudó para recordar los conceptos básicos de la forma en la que se programan los PLCs e incluso se aprendieron nuevos conceptos como el uso y aplicación de timers y contadores, así como otros lenguajes de programación de programas.
Es importante también mantenerse al día con las diversas normativas internacionales que existen en relación a los lenguajes de programación y los códigos de seguridad tanto de los PLC como de los sistemas automatizados, todas reguladas por la IEC.
-Carlos Núñez
Esta práctica fue muy productiva ya que aprendimos a implementar diversos conceptos. Configuramos el hardware en Simatic Administrator y utilizamos nuevas funciones como contadores y temporizadores en nuestra programación. Esto es de gran ayuda ya que nos permiten realizar secuencias más complejas y apegadas a sistemas reales.
También aprendimos a utilzar los diferentes módulos del PLC S7-300, tanto las entradas y salidas que maneja como las redes y protocolos de comunicación que soporta lo cual nos permitirá hacer un uso más óptimo del mismo.
Referencias
Borger, Alexander (ND) “Controladores Lógicos Programables”
Recuperado de http://www.industriaynegocios.cl/Academicos/AlexanderBorger/Docts%20Docencia/Seminario%20de%20Aut/trabajos/trabajos%202002/PLC/plc.htm
Dorantes González, Dante j. et al (2004) Automatización y Control, Prácticas de Laboratorio. Editorial McGraw-Hill, México D.F.
SA. (ND) “IEC 61131-3”. Recuperado de http://isa.uniovi.es/~vsuarez/Download/IEC%2061131-3%20(Lenguajes).pdf
SA. (ND) “Introducción al estándar IEC 631131-3” Recuperado de http://www.infoplc.net/files/documentacion/estandar_programacion/infoPLC_net_Intro_estandar_IEC_61131-3.pdf
