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1. ITST Tec Magazine Vol 2 No 1 pp 185 196 Mayo 2011 INSTITUTO TECNOL GICO SUPERIOR DE TEPEACA Instituto Tecnol gico Superior de Tepeaca Tec Magazine Creatividad Tecnol gica y Calidad Educativa Pilares para la excelencia Humana sac Tablero Did ctico de PLC Guzm n A ITS Tepeaca e mail guba7401 Ohotmail com Volumen 2 N mero 1 Recibido Marzo 2011 Revisado Abril 201 1 Publicado Mayo 2011 185 Instituto Tecnol gico Superior de Tepeaca Av Tecnol gico S N San Pablo Actipan Tepeaca Tels 01 223 27 51 449 www 1tstepeaca edu mx platino3079 hotmail com ITST Tec Magazine Vol 2 No 1 pp 185 196 Mayo 2011 Instituto Tecnol gico Superior de Tepeaca Tec Magazine Creatividad Tecnol gica y Calidad Educativa Pilares para la excelencia Humana Tablero Did ctico de PLC Guzm n A ITS Tepeaca e mail guba7401 Ohotmail com Volumen 2 N mero 1 Resumen Este proyecto tiene como intenci n dise ar y construir un tablero did ctico basado en Controladores L gicos Programables PLC Hemos de utilizar el PLC LOGO de Siemens o bien el PLC STEP 7 de la misma marca Con este proyecto se dar inicio a la involucraci n de los alumnos a las m ltiples formas de automatizaci n existentes Palabras Clave PLC Automatizaci n Siemens LOGO STEP 7 186 Instituto Tecnol gico Superior de Tepeaca Av Tecnol gico S N San Pablo Actipan Tepeac2. a Tels 01 223 27 51 449 www itstepeaca edu mx platino3079 hotmail com ITST Tec Magazine Vol 2 No 1 pp 185 196 Mayo 2011 1 Introducci n El desarrollo del trabajo surge como respuesta a la necesidad de implementar una celda de manufactura integrando un tablero de PLC Controladores L gicos Programables para el Laboratorio de ingenier a industrial del Instituto Tecnol gico Superior de Tepeaca Automatizaci n industrial manejo de motores y bandas transportadoras entre otros muchos procesos industriales son llevados a cabo por estos controladores a diario en los diferentes estamentos de la industria por tanto los estudiantes no pueden estar fuera de este conocimiento y deben poseer bases que les permitan interactuar en el momento que lo requieran con estos dispositivos Dicho tablero did ctico presenta todos los elementos necesarios para realizar y o simular procesos industriales 2 Justificaci n Es de gran importancia el conocimiento b sico de PLC para cualquier Ingeniero estos dispositivos manejan gran parte de la funci n de control en los procesos industriales La r pida evoluci n de la industria es un factor por el cual se requiere mejorar el rea de Laboratorios de Ingenier a Industrial en el Instituto Tecnol gico Superior de Tepeaca mediante la implementaci n de una celda de manufactura basada en PLC Con la construcci n de estos tableros se robustece entre otros el laboratorio de control y es posible implemen
3. do y afianzando as sus competencias a la hora de enfrentarse al mundo laboral Mediante el desarrollo de este proyecto se ayuda a la docencia contribuyendo en forma directa brindando herramientas de conocimiento y aplicaci n que incrementan notoriamente la calidad de la formaci n profesional en la facultad Los tableros de PLC utilizan tecnolog a que est a la vanguardia del mundo industrial y sus necesidades lo cual es de gran importancia para la formaci n y preparaci n de los ingenieros de hoy 7 Bibliograf a BETANCUR J Patricia Redise o y Montaje de los Tableros de Control Industrial para el Laboratorio de Ingenier a El ctrica y Electr nica Medell n 1998 118p Trabajo de Grado Ingeniero Electricista U P B 195 Instituto Tecnol gico Superior de Tepeaca Av Tecnol gico S N San Pablo Actipan Tepeaca Tels 01 223 27 51 449 www 1tstepeaca edu mx platino3079 hotmail com ITST Tec Magazine Vol 2 No 1 pp 185 196 Mayo 2011 Facultad de Ingenier a El ctrica BOLTON W Instrumentation and control systems New York Elsevier 2004 ESCOBAR ZULUAGA Antonio Aut matas Programables o PLC En Electr nica y Computadores Pereira Vol 1 No 4 1994 LEMA RESTREPO Jos Entrenador para PLC Medell n 2003 126p Trabajo de Grado Ingeniero Electricista U P B Facultad de Ingenier a El ctrica LOVATO Cat logos Fabricante RAMOS R Guillermo Los PLC En Electr nica y Computadores Pereira Vo
4. e ayuda online muy efectivo tal como ya se conoce de otras aplicaciones Windows Mediante el men Ayuda recibe informaciones entre otras sobre el Contenido o los Juegos de operaciones de STEP 7 Micro W IN Si se dispone de acceso a Internet en la opci n S7 200 en el Web del men Ayuda podr consultar y descargar a trav s de Internet informaciones datos de cat logo ejemplos y consejos 4 Resultados Listado de materiales Para la realizaci n de este trabajo fue necesario utilizar componentes tanto de car cter el ctrico como materiales constructivos a continuaci n se presenta un listado detallado de ambos 192 Instituto Tecnol gico Superior de Tepeaca Av Tecnol gico S N San Pablo Actipan Tepeaca Tels 01 223 27 51 449 www 1tstepeaca edu mx platino3079 hotmail com ITST Tec Magazine Vol 2 No 1 pp 185 196 Mayo 2011 Elementos El ctricos Dispositivos el ctricos utilizados en el montaje PLC Siemens Simatic 57 200 CPU 226 DC j o f 2 E o 1 Tabla 2 Elementos El ctricos Instituto Tecnol gico Superior de Tepeaca Av Tecnol gico S N San Pablo Actipan Tepeaca Tels 01 223 27 51 449 www itstepeaca edu mx platino3079 hotmail com 43 193 ITST Tec Magazine Vol 2 No l pp 185 196 Mayo 2011 Elementos Adicionales Materiales accesorios y dem s componentes necesarios para la sujeci n de elementos y cableado del tablero Se excluye de este listado los element
5. ente moderna de un software especial que depende de la marca y del modelo de cada PLC o en su defecto de una programadora manual la cual es similar a una calculadora Tambi n se requiere que estos elementos est n conectados f sicamente a trav s de un cable PPI que se conectan a los puertos de comunicaciones de cada elemento 189 Instituto Tecnol gico Superior de Tepeaca Av Tecnol gico S N San Pablo Actipan Tepeaca Tels 01 223 27 51 449 www 1tstepeaca edu mx platino3079 hotmail com ITST Tec Magazine Vol 2 No 1 pp 185 196 Mayo 2011 Cable PC PPI Figura 4 Elementos necesarios para programar un PLC Extra do de Sistemas de automatizaci n S7 200 Edici n espa ola Los lenguajes empleados en la programaci n de los PLC son distintos y variados luego la norma IEC 1131 los estableci en cinco lenguajes espec ficos los cuales son Diagrama de funciones secu nciales FBD Diagrama de bloques Diagramas de escalera LD Lenguajes estructurados Lista de instrucciones Siendo dentro de estos los m s comunes y utilizados actualmente los que se utilizaran en el laboratorio AWL Lista de instrucciones Similar a Assembler KOP Esquema de contactos Editor LD Diagrama de escalera FUP Diagrama de funciones Editor FBD Diagrama de bloques funcionales Editor AWL Lista de instrucciones El editor AWL Lista de instrucciones permite crear programas de control int
6. icas Como parte de un sistema de comunicaciones el PLC se puede comunicar con otros a su vez mediante el empleo de redes locales Como elemento de un sistema de inteligencia artificial se puede ver a un PLC f cilmente detectando fallas y generando diagn stico Funcionamiento b sico Un controlador l gico programable consiste en m dulos de entradas una CPU o procesador y m dulos de salidas Una entrada acepta una gran variedad de se ales anal gicas o digitales de diversos dispositivos como sensores pulsadores entre otros y los convierte en una se al l gica que puede usar la CPU la cual toma las decisiones y ejecuta las instrucciones de control basadas en las instrucciones del programa de la memoria en la cual se almacena Los m dulos de salida convierten las instrucciones de control de la CPU en una se al digital o anal gica dependiendo del m dulo de salida que se puede usar para controlar diversos dispositivos como contactores pilotos y muchos actuadotes m s Estas instrucciones especifican lo que debe hacer el PLC seg n una entrada especifica gt CPU ALO el e Unidad de Proceso entradas Central M dulo de salidas Pulsadores sensores Dispositivo de Interface programaci n operador Figura 1 Estructura b sica de un PLC Actuadores En la figura 2 visualizamos un ejemplo m s pr ctico en el cu l los pulsadores conectados a las entradas del PLC pueden usarse para arrancar y parar un motor conec
7. l 4 No 3 1997 p 45 48 SIEMENS Cat logos Fabricante SIEMENS Manual de referencia del PLC Siemens S7 200 CPU 226 Alemania SIEMENS S A 2000 520p SIEMENS TD 200 Manual del usuario Alemania SIEMENS S A 2000 134p SIEMENS Manual de referencia del PLC Siemens S7 200 CPU 226 Espa a SIEMENS S A 2000 320p TELEMECANIQUE VALENCIA GALL N Hern n Fundamentos de los Sistemas de Control El ctricos 2001 320p Trabajo de Grado Ingeniero Electricista U P B Facultad de Ingenier a El ctrica 196 Instituto Tecnol gico Superior de Tepeaca Av Tecnol gico S N San Pablo Actipan Tepeaca Tels 01 223 27 51 449 www 1tstepeaca edu mx platino3079 hotmail com
8. nto por segmento de izquierda a derecha y luego de arriba a abajo Tras alcanzar la CPU el final del programa comienza nuevamente en la primera operaci n del mismo Network 1 10 0 10 1 Q5 0 f Y A 12 0 a r M 1 Netvork 2 n e A L Figura 5 Esquema de programaci n en KOP Extra do del Manual del sistema de automatizaci n del SIMATIC S7 200 SIEMENS Las operaciones se representan mediante s mbolos gr ficos que incluyen tres formas b sicas Como muestra la figura 5 se pueden conectar en serie incluso varias operaciones de cuadros Contactos representan condiciones l gicas de entrada tales como interruptores botones condiciones internas etc Bobinas representan condiciones l gicas de salida tales como l mparas contactores rel s interpuestos condiciones internas de salida etc Cuadros representan operaciones adicionales tales como temporizadores contadores u operaciones aritm ticas Editor FUP Diagrama de funciones El editor FUP Diagrama de funciones permite visualizar las operaciones en forma de cuadros l gicos similares a los circuitos de puertas l gicas En FUP no existen contactos ni bobinas como en el editor KOP pero s hay operaciones equivalentes que se representan en forma de cuadros La l gica del programa se deriva de las conexiones entre dichas operaciones de cuadro La figura 6 muestra un ejemplo de un programa creado con el editor FUP Figura 6 Programa en FUP Ext
9. os se realiz la prueba final observando el normal funcionamiento de bobinas y contactos de contactores as como de elementos de protecci n fusibles breaker y rel t rmico diferentes pulsadores y pilotos luminosos 6 Conclusiones El dise o la implementaci n y la posterior verificaci n de los cuatro tableros simuladores para PLC fueron realizados teniendo como base los preceptos adquiridos a trav s del pregrado Materias tales como M quinas El ctricas Laboratorio de M quinas El ctricas Control Industrial Laboratorio de Control Industrial Fundamentos de Programaci n y Microprocesadores entre otras aportaron los elementos necesarios para realizar el cableado de los tableros y la programaci n de los PLC Esto supone una adquisici n de elementos importantes y valederos a lo largo de la carrera de Ingenier a Electr nica Los tableros realizados presentan todas las condiciones funcionales est ticas y la robustez que demanda cualquier trabajo para los Laboratorios de Ingenier a El ctrica Electr nica de la U P B Elementos de la mejor calidad conforman dichos tableros Contactores y Rel s Lovato PLC Siemens Pulsadores Telemecanique entre otros fueron proporcionados por la Universidad Pontificia Bolivariana Las pruebas realizadas a los cuatro tableros fueron de entera satisfacci n facilidad en las conexiones posteriores facilidad en el desplazamiento funcionamiento normal de todos los elementos el ctricos y com
10. os y el material utilizado para el armaz n como tal puesto que la construcci n de este fue delegada AAA Tornillos de 1 4 1 Y4 10 Terminal calibre 14 100 unidades 400 unidades a Terminales calibre 18 100unidades 400 unidades E Marcaciones AR1 diferentes s y letras Tabla 3 Elementos Adicionales 11 12 5 Pruebas y simulaciones Las pruebas efectuadas a los cuatro tableros para PLC para chequear su normal funcionamiento se resumen a continuaci n Verificaci n visual y el ctrica continuidad de las conexiones entre los diferentes dispositivos Verificaci n te rica y pr ctica de los requerimientos de corriente y voltaje y los valores nominales dE los conductores y las terminales empleadas Pruebas de esfuerzo f sico a la l mina y los materiales empleados en la construcci n del panel e 194 Instituto Tecnol gico Superior de Tepeaca Av Tecnol gico S N San Pablo Actipan Tepeaca Tels 01 223 27 51 449 www 1tstepeaca edu mx platino3079 hotmail com ITST Tec Magazine Vol 2 No 1 pp 185 196 Mayo 2011 Pruebas de movilidad con el fin de garantizar su versatilidad en la implementaci n de las pr cticas del Laboratorio Pruebas de protocolos y software entre el programador y el PLC mediante el cable de interfase Por medio de la Simulaci n de algunas de las pr cticas dise adas para el laboratorio en cada uno de los tabler
11. patibilidad con los elementos ya existentes en el Laboratorio proporcionan dicha conformidad Se constituyen entonces en un esfuerzo importante en aras de reforzar el rea de automatizaci n y el conocimiento b sico de manejo de PLC Las pr cticas planteadas en la gu a constituyen una f cil y adecuada instrucci n para los estudiantes presentando una escala ascendente en cuanto a complejidad se refiere niveles bajos conocimiento y manejo de PLC niveles medios manejo de contactores arranque y frenado de motores y niveles avanzados utilizaci n de sensores posibilitan el r pido aprendizaje La conjunci n del montaje f sico con las pr cticas esbozadas en esta tesis configuran la posibilidad de constituir un Laboratorio exclusivo para Automatizaci n Mediante el uso de los tableros de PLC la elaboraci n de las practicas propuestas y a trav s del trabajo dirigido se permitir al estudiante la comprensi n y entendimiento que necesita para afianzar sus conocimientos en estas aplicaciones tan importantes hoy en d a en el mbito del control industrial La construcci n de los tableros adem s de complementar la infraestructura establecida en los laboratorios de ingenier a el ctrica y electr nica le posibilita al estudiante aplicar los conocimientos y capacidades adquiridas en diversas materias de la ingenier a conjug ndolas y elaborando procesos de pensamiento estructurado cuando los ejercicios de aplicaci n sean realizados entrenan
12. ra do del Manual del sistema de automatizaci n del SIMATIC S7 200 191 Instituto Tecnol gico Superior de Tepeaca Av Tecnol gico S N San Pablo Actipan Tepeaca Tels 01 223 27 51 449 www 1tstepeaca edu mx platino3079 hotmail com ITST Tec Magazine Vol 2 No 1 pp 185 196 Mayo 2011 SIEMENS GUIA PRELIMINAR PARA EL LABORATORIO DE PLC Plc siemens s7 200 La gama S7 200 comprende diversos sistemas de automatizaci n peque os Micro PLC s que se pueden utilizar para numerosas tareas La figura 7 muestra un Micro PLC S7 200 Figura 7 PLC SIEMENS S7 200 Extra do de Sistemas de automatizaci n S7 200 Edici n espa ola Gracias a su dise o compacto su capacidad de ampliaci n su bajo costo y su amplio juego de operaciones los Micro PLC s S7 200 son especialmente apropiados para solucionar tareas de automatizaci n sencillas Adem s los diversos tama os y fuentes de alimentaci n de las CPU s ofrecen la flexibilidad necesaria para solucionar las tareas de automatizaci n El PLC a utilizar en el laboratorio el S7 200 CPU 226 el cual consta de 24 entradas y 16 salidas digitales con posibilidad de adaptar m dulos de ampliaci n para entradas y salidas an logas Software El software utilizado para la elaboraci n de programas y programaci n del PLC es el STEP 7 Micro WIN 32 el cual es un programa de f cil manipulaci n y versatilidad a la hora de usarlo STEP 7 Micro W IN cuenta con un sistema d
13. roduciendo la nemot cnica de las operaciones Por lo general el editor AWL se adecua especialmente para los programadores expertos ya familiarizados con los sistemas de automatizaci n y con la programaci n l gica El editor AWL tambi n permite crear ciertos programas que de otra forma no se podr an 190 Instituto Tecnol gico Superior de Tepeaca Av Tecnol gico S N San Pablo Actipan Tepeaca Tels 01 223 27 51 449 www itstepeaca edu mx platino3079 hotmail com ITST Tec Magazine Vol 2 No 1 pp 185 196 Mayo 2011 programar con los editores KOP ni FUP Ello se debe a que AWL es el lenguaje nativo de la CPU a diferencia de los editores gr ficos en los que son aplicables ciertas restricciones para poder dibujar los diagramas correctamente Editor KOP Esquema de contactos El editor KOP Esquema de contactos permite crear programas con componentes similares a los elementos de un esquema de circuitos KOP es probablemente el lenguaje predilecto de numerosos programadores y encargados del mantenimiento de sistemas de automatizaci n B sicamente los programas KOP hacen que la CPU emule la circulaci n de corriente el ctrica desde una fuente de alimentaci n a trav s de una serie de condiciones l gicas de entrada que a su vez habilitan condiciones l gicas de salida Por lo general la l gica se divide en unidades peque as y de f cil comprensi n llamadas segmentos o networks El programa se ejecuta segme
14. s de entrada y salida que establecen la comunicaci n entre la CPU y el proceso cumpliendo funciones tales como filtrado adaptaci n y codificaci n de las se ales de entrada decodificaci n y amplificaci n de las se ales de salida que se han generado durante la ejecuci n del programa La Memoria que permite el almacenamiento de datos del programa RAM el sistema operativo ROM el programa de usuario RAM no vol til o EEPROM configuraci n de PLC ROM o RAM no vol til para par metros configurables rutinas de arranque ROM y rutinas de chequeo ROM El programador es el dispositivo mediante el cual es posible introducir al PLC el programa previamente ya elaborado con el fin de controlar el proceso o los procesos elegidos Este es interfase entre el procesador y el usuario Est constituido principalmente por un display un teclado con comandos l gicos y de servicio Los perif ricos en un PLC son empleados para hacer una supervisi n del proceso ninguno de estos forma parte del circuito interno del PLC algunos de estos son monitor de v deo impresora unidad de disco leds teclados etc Algunas ventajas brindadas por el PLC Menor tama o f sico que las soluciones de cableado La realizaci n de cambios es m s f cil y m s r pida Los aut matas llevan integradas funciones de diagn stico Programaci n del PLC Para una correcta y eficaz programaci n del PLC se debe contar con una computadora medianam
15. stema requer a grandes cambios en los componentes y su recableado Lo mismo adem s de tareas m s complejas se puede hacer con un PLC El cableado entre dispositivos y los contactos entre rel s se hacen en un programa que se almacena en el la memoria del PLC Aunque todav a se requiere el cableado para conectar los dispositivos actuadores sensores y dem s ste es menos intensivo La modificaci n de la aplicaci n y la correcci n de errores son m s f ciles de realizar Es m s f cil crear y cambiar un programa en un PLC que cablear y recablear un circuito 187 Instituto Tecnol gico Superior de Tepeaca Av Tecnol gico S N San Pablo Actipan Tepeaca Tels 01 223 27 51 449 www itstepeaca edu mx platino3079 hotmail com ITST Tec Magazine Vol 2 No 1 pp 185 196 Mayo 2011 Como controlador digital es capaz de tomar decisiones l gicas realizar funciones combinatoriassecu nciales contar llevar control de tiempo ejecutar operaciones con operandos de uno o m s bits convertir c digos comparar y transferir informaci n de diferentes tipos etc Como controlador anal gico puede controlar procesos de una o m s variables siguiendo algoritmos de control cl sico o de dise o especial puede procesar variables anal gicas de entrada y de salida y puede realizar control no lineal Como dispositivo de interfase el PLC permite capturar informaci n del mundo real discreto y an logo y devolver se ales de ambas caracter st
16. tado a trav s de un actuador a la salida en este caso un contactor PROGRAMA lt _ R Entrada Pulsadores Marchal Paro Sensores Figura 2 Muestra c mo se lleva a cabo un proceso en un PLC Extra do de El PLC lee el estado de las entradas Pulsadores 188 Instituto Tecnol gico Superior de Tepeaca Av Tecnol gico S N San Pablo Actipan Tepeaca Tels 01 223 27 51 449 www 1tstepeaca edu mx platino3079 hotmail com ITST Tec Magazine Vol 2 No 1 pp 185 196 Mayo 2011 El programa almacenado en el PLC utiliza las entradas para evaluar la l gica Durante la ejecuci n del programa el PLC actualiza los datos El PLC escribe los datos en las salidas y arranca el motor mediante el contactor Estructura interna Al igual que la mayor a de los sistemas que se basan en procesadores los PLC cuentan con elementos internos similares como lo son Procesador o CPU memorias internas memorias de programas interfaces de entrada y salida buses de direccionamiento y de datos puertos perif ricos y fuente El secuenciador en este caso estar conformado por las interfaces tanto de entrada como de salida al igual que por la CPU o procesador En el siguiente diagrama se muestra de forma m s detallada cada una de las partes constitutivas de un PLC La CPU realiza operaciones de tiempo ya sea trabajando con retardos o temporizando de secuencia de combinaci n de automantenimiento y retenci n Interface
17. tar pr cticas que equiparen a los estudiantes con el manejo y la programaci n de PLC 3 Generalidades de los PLC La presi n existente por bajar los costos la complejidad y los tiempos en los procesos de control y producci n hace que los PLC est n cada vez m s difundidos en las aplicaciones de automatizaci n Tambi n la r pida evoluci n de la industria es un factor que requiere de estos dispositivos para resolver las tareas de automatizaci n Justamente el PLC que se maneja en ste trabajo SIEMENS 57 200 conquista cada vez m s campos de aplicaci n puesto que es muy potente su precio es sumamente atractivo y es f cil de usar Qu es un PLC El PLC controlador l gico programable tambi n llamado aut mata programable es un dispositivo electr nico programable utilizado para cumplir funciones de automatismos l gicos y control de procesos de manufactura en ambiente industrial y tiempo real Anteriormente muchas de las tareas de control se solucionaban mediante rel s y contactores Esto con frecuencia era bastante engorroso y se denominaba control mediante l gica cableada Se ten an que dise ar los diagramas de circuito especificar e instalar los componentes el ctricos y crear listas de cableado Entonces se deb a cablear los componentes necesarios para realizar una tarea espec fica Si se comet a un error los cables ten an que volver a conectarse correctamente Un cambio en su funci n o una ampliaci n del si
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