CONTROL DE UNA MAQUINA ETIQUETADORA POR PLC INDICE Página CAPITULO I INTRODUCCIÓN

1.1 Objetivos 2 1.2 Justificación 2 1.3 Estado del Arte 3

CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

2.1 Arquitectura del PLC 5 2.1.1 Historia del Control Lógico Programable (PLC) 5 2.1.2 Elementos principales para programar un PLC 6

2.1.3 PLC SIEMENS S7-200 7 2.2 Motores de CA 32

2.2.1 Magnetismo 32 2.2.2 Corriente alterna (CA) 34 2.2.3 Operaciones básicas del motor de CA 35

2.3 Sensores 39 2.3.1 Sensor de presencia 41

2.4 Neumática 42 2.4.1 Cilindros Neumáticos 43 2.4.2 De simple efecto 43 2.4.3 De doble efecto 44

2.4.4 Características de los Cilindros Nemáticos 46 CAPITULO III METODOLOGÍA 51 CAPITULO IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 60 BIBLIOGRAFÍA 61

CAPITULO I. INTRODUCCIÓN El control de los procesos industriales tiene su origen en los sistemas eléctricos de control que eran de gran tamaño, lentos, de difícil mantenimiento y costosos provocando que el proceso sea complejo, con interrupciones y con ciertas deficiencias. Debido al desarrollo tecnológico, el control moderno en los procesos industriales ha mejorado por los requerimientos de optimización de recursos, eficiencia, rapidez y mantenimiento por lo cual se emplea el sistema de control lógico programable (PLC), en la mayoría de las industrias como por ejemplo: las textiles, metalmecánica, alimenticia, cementeras, automotriz, entre otras. El control lógico programable esta basado en la teoría del control electromecánico donde la técnica de automatización se basa en la interconexión de los elementos eléctricos para cumplir una instrucción determinada. La programación se realiza a través de diagramas de escalera, diagrama de bloques, lenguaje ensamblador. Las aplicaciones de estos sistemas se utilizan en las instalaciones eléctricas, funcionamiento de motores eléctricos y para este caso particular nos enfocaremos a la industria envasadora que emplea procesos de etiquetado de botellas plásticas mejorando el proceso en todos los aspectos. 1.1 Objetivos Puesta en marcha de la etapa de etiquetado dentro del proceso de producción de envasado minimizando el costo de operación y mantenimiento utilizando el sistema de control lógico programable (PLC). 1.2 Justificación Este proyecto ha sido desarrollado para ofrecer una alternativa de modernización a empresas manufactureras dedicadas a los procesos de embasado y en este caso en particular de etiquetado para sus productos, utilizando la programación de PLC como herramienta para el control del sistema. Otro aspecto importante al que se enfrentan las empresas es que la mayoría de las maquinas etiquetadoras que existen en el mercado son de costo elevado (tanto en refacciones como en soporte técnico), logrando adecuar el sistema a un PLC mas económico, accesible y dimensionado a nuestro proceso. Teniendo como característica principal una Arquitectura Abierta; esto es que cualquier individuo con conocimientos básicos en el tema pueda adecuarlo a sus necesidades. La flexibilidad de esta maquina permite ajustarla a un proceso mas complejo alcanzando así su introducción a las pequeñas y medianas empresas.

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1.3 Estado del arte En ninguna época histórica el hombre ha logrado un proceso tan acelerado como en últimos 100 años. Los avances científicos y tecnológicos que ha generado la humanidad del siglo XX han resultado sorprendentes. Hace apenas unas décadas el hombre desarrollo los sistemas de control programables y mas se asombro cuando otros sistemas de control moderno aparecieron. Tanto que los científicos y tecnólogos de hace tiempo calificarían estos hechos como asombrosos. Esto no es para menos ya que en el presente contamos con sistemas de realidad virtual, ingeniería genética, telefonía celular, Internet, computadoras por mencionar algunos otros ejemplos. Los procesos industriales también han cambiado favorablemente debido a las necesidades y demandas del consumidor. Dentro de las empresas alimenticias principalmente, encontramos una de las partes fundamentales del proceso de producción es el etiquetado de botellas y su principal objetivo, es el de identificar e informar acerca del producto contenido. Para desarrollar esta labor se usan diversos métodos de identificación y diversos materiales. En un principio la habilidad manual era una técnica que se usaba para adherir la etiqueta a cada envase ya que no se contaba con algún sistema correspondiente para este fin, pero este proceso requería mucho esfuerzo, gran numero de trabajadores, por lo cual su costo era alto. Debido a esta situación surgieron los sistemas etiquetadores, que son las máquinas más comunes para solucionar los problemas de identificación, marcaje y etiquetado de todo tipo de productos que necesiten ser etiquetados por algún motivo. Estos sistemas son equipos cuya función es colocar etiquetas en envases. Los sistemas etiquetadores tienen gran polivalencia al poder ser utilizados con diferentes formatos y medidas de productos y con diferentes substratos (vidrios, plásticos, metálicos...). Todas las etiquetadoras de adhesivo frío destacan por una buena accesibilidad y un rápido cambio de formato. Dependiendo del concepto de etiquetado se aplican etiquetas de cuerpo, collarines, contraetiquetas o etiquetas de seguridad. Las máquinas se ajustan óptimamente al espacio disponible y existen opcionalmente en disposición lineal, paralela o angular. Además es posible formar un Bloc con la llenadora y la taponadora. Estos equipos pueden ser semiautomáticos o automáticos. Los sistemas semi-automáticos representan los sistemas de etiquetaje más prácticos y económicos para aplicar una o dos etiquetas en envases cilíndricos. Los sistemas automáticos en línea se caracterizan por una eficiente relación entre costes y calidad. En estos modelos existe la posibilidad de memorizar diferentes formatos de etiquetas permitiendo cambios rápidos de series y productos a etiquetar sin ningún elemento complementario. En los años 90 las maquinas etiquetadotas adhesivas de tipo lineal ofrecían las características de etiquetar, contraetiquetar y capsulado de PVC, con una producción de 1200 botellas por hora (marca CLEMENS). En la actualidad se ha rebasado la calidad, cantidad de producción y mantenimiento de las maquinas etiquetadotas. Permitiendo etiquetar, contraetiquetar, capsulado de PVC y Complex con una producción de botellas según sean los requerimientos de cada

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empresa en particular. Hay procesos donde una compleja maquina puede etiquetar 66 000 botellas por hora esto solo por mencionar un ejemplo en comparación con las maquinas etiquetadoras de hace algunos años. Observamos que la creciente optimización de las maquinas etiquetadoras ha sido relevante y ahora podemos manejar sistemas muy eficientes y muy grandes. En cada caso de aplicación se tiene que hacer un estudio de producción para implementar la solución adecuada y rentable de maquinas de etiquetado.

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CAPITULO II FUNDAMENTOS TEORICOS 2.1 Arquitectura del PLC 2.1.1 Historia del Control Lógico Programable (PLC) Apareció con el propósito de eliminar el enorme costo que significaba el reemplazo de un sistema de control basado en relés a finales de los años 60. La empresa Bedford Associates (Bedford, MA) propuso un sistema al que llamó Modular Digital Controller o MODICON a una empresa fabricante de autos en los Estados Unidos. El MODICON 084 fue el primer PLC producido comercialmente. Con este sistema cuando la producción necesitaba variarse, entonces se variaba el sistema y ya. En el sistema basado en relés, estos tenían un tiempo de vida limitado y se necesitaba un sistema de mantenimiento muy estricto. El alambrado de muchos relés en un sistema muy grande era muy complicado, si había una falla, la detección del error era muy tediosa y lenta. Este nuevo controlador (el PLC) tenía que ser fácilmente programable, su vida útil tenía que ser larga y ser resistente a ambientes difíciles. Esto se logró con técnicas de programación conocidas y reemplazando los relés por elementos de estado sólido. A mediados de los años 70, la AMD 2901 y 2903 eran muy populares entre los PLC MODICON. Por esos tiempos los microprocesadores no eran tan rápidos y sólo podían compararse a PLC´s pequeños. Con el avance en el desarrollo de los microprocesadores (más veloces), cada vez PLC más grandes se basan en ellos. La habilidad de comunicación entre ellos apareció aproximadamente en el año 1973. El primer sistema que lo hacía fue el Modbus de Modicon. Los PLC podían incluso estar alejados de la maquinaria que controlaban, pero la falta de estandarización debido al constante cambio en la tecnología hizo que esta comunicación se tornara difícil. En los años 80 se intentó estandarizar la comunicación entre PLCs con el protocolo de de automatización de manufactura de la General Motors (MAP). En esos tiempos el tamaño del PLC se redujo, su programación se realizaba mediante computadoras personales (PC) en vez de terminales dedicadas sólo a ese propósito. En los años 90 se introdujeron nuevos protocolos y se mejoraron algunos anteriores. El último estándar (IEC 1131-3) ha intentado combinar los lenguajes de programación de los PLC en un solo estándar internacional. Ahora se tiene PLCs que se programan en función de diagrama de bloques, listas de instrucciones, lenguaje C, etc. al mismo tiempo. También se ha dado el caso en que computadoras personales (PC) han reemplazado a PLCs. La compañía original que diseño el primer PLC (MODICON) ahora crea sistemas de control basados en PC. La creciente difusión de aplicaciones de la electrónica, la fantástica disminución del precio de los componentes, el nacimiento y el desarrollo de los microprocesadores y, sobretodo, la miniaturización de los circuitos de memoria permiten presagiar una introducción de los PLC, cuyo precio es atractivo incluso para equipos de prestaciones modestas, en una inmensa gama de nuevos campos de aplicación. El PLC satisface las exigencias tanto de procesos continuos como discontinuos. Regula presiones, temperaturas, niveles y caudales así como todas las funciones asociadas de temporización, cadencia, conteo y lógica. También incluye una tarjeta de comunicación adicional, el PLC se transforma en un poderoso satélite dentro de una red de control distribuida.

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El PLC es un aparato electrónico programable por un usuario programador y destinado a gobernar, dentro de un entorno industrial, maquinas o procesos lógicos secuenciales. 2.1.2 Elementos principales para programar un PLC Antes que nada hay que definir en sí lo que es un PLC. Un PLC (Controlador Lógico Programable) en sí es una máquina electrónica la cual es capaz de controlar máquinas e incluso procesos a través de entradas y salidas. Las entradas y las salidas pueden ser tanto analógicas como digitales. Los elementos importantes en un programa para PLC al igual que un alambrado lógico con elementos eléctricos como relevadores son: -Contactos normalmente abiertos y normalmente cerrados. - Bobinas. - Temporizadores. - Contadores. A continuación se muestran los símbolos de cada elemento a través de siemens:

SIMBOLO ELEMENTO

Contacto normalmente abierto

Contacto normalmente

cerrado

Bobina

Temporizadores

IN TON PT

Contadores

CU CTU R PV

Figura 2.1 Símbolos de cada elemento.

Contactos normalmente abiertos y normalmente cerrados

Un contacto es un elemento eléctrico el cual su principal y única función es abrir

y cerrar un circuito eléctrico ya sea para impedir el paso de la corriente o permitir el paso de la misma. Un contacto es un elemento de entrada. Así lo lee el PLC. Las entradas se representan por medio de la letra I. Cuando un contacto se activa y éste se cierra (contacto normalmente abierto) este pasa de un estado lógico 0 a un estado lógico de 1. Cuando un contacto se activa y este se abre (contacto normalmente cerrado) este pasa de un estado lógico 1 a un estado lógico 0.

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2.1.3 PLC SIEMENS S7-200

Crear una solución de automatización con un Micro-PLC Existen diversos métodos para crear una solución de automatización con un Micro-PLC. Las reglas generales siguientes se pueden aplicar a numerosos proyectos. No obstante, también deberá tener en cuenta las reglas de su empresa y su propia experiencia.

Estructurar el proceso o la instalación Divida el proceso o la instalación en secciones independientes. Estas secciones determinan los límites entre los diversos sistemas de automatización e influyen en las descripciones de las áreas de funciones y en la asignación de recursos.

Especificar las unidades funcionales Describa las funciones de cada sección del proceso o de la instalación. Considere los siguientes aspectos: entradas y salidas, descripción del funcionamiento de la operación, estados que se deben alcanzar antes de ejecutar funciones con cada uno de los actuadores (electroválvulas, motores, accionamientos, etc.), descripción de la interfaz de operador y de las uniones con otras secciones del proceso o de la instalación.

Diseñar los circuitos de seguridad Determine qué aparatos requieren un cableado permanente por motivos de seguridad. Si fallan los sistemas de automatización, puede ocurrir un arranque inesperado o un cambio en el funcionamiento de las máquinas. En este caso, pueden producirse lesiones graves o daños materiales. Por tanto, es preciso utilizar dispositivos de protección contra sobrecargas electromecánicas que funcionen independientemente del S7-200, evitando así las condiciones inseguras. Para diseñar los circuitos de seguridad: - Defina el funcionamiento erróneo o inesperado de los actuadores que pudieran causar peligros. - Defina las condiciones que garanticen un funcionamiento seguro y determine cómo detectar esas condiciones, independientemente del S7-200. - Defina cómo el S7-200 y los módulos de ampliación deberán influir en el proceso cuando se conecte y desconecte la alimentación, así como al detectarse errores. Estas informaciones se deberán utilizar únicamente para diseñar el funcionamiento normal y el funcionamiento anormal esperado, sin poderse aplicar para fines de seguridad. - Prevea dispositivos de parada de emergencia manual o de protección contra sobrecargas electromagnéticas que impidan un funcionamiento peligroso, independientemente del S7-200. - Desde los circuitos independientes, transmita informaciones de estado apropiadas al S7-200 para que el programa y las interfaces de operador dispongan de los datos necesarios.

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- Defina otros requisitos adicionales de seguridad para que el proceso se lleve a cabo de forma segura y fiable.

Definir las estaciones de operador Conforme a las funciones exigidas, cree planos de las estaciones de operador considerando los aspectos siguientes: - Panorámica de la ubicación de todas las estaciones de operador con respecto al proceso o a la instalación. - Disposición mecánica de los componentes (pantalla, interruptores y lámparas) de la estación de operador. - Esquemas eléctricos con las correspondientes entradas y salidas de la CPU S7-200 o de los módulos de ampliación.

Crear los planos de configuración Conforme a las funciones exigidas, cree planos de configuración del sistema de automatización considerando los aspectos siguientes: - Panorámica de la ubicación de todos los PLC´s S7-200 con respecto al proceso o a la instalación. - Disposición mecánica de los PLC´s S7-200 y de los módulos de ampliación (incluyendo armarios, etc.) - Esquemas eléctricos de todos los S7-200 y de los módulos de ampliación (incluyendo los números de referencia, las direcciones de comunicación y las direcciones de las entradas y salidas).

Crear una lista de nombres simbólicos (opcional) Si desea utilizar nombres simbólicos para el direccionamiento, elabore una lista de nombres simbólicos para las direcciones absolutas. Incluya no sólo las entradas y salidas físicas, sino también todos los demás elementos que utilizará en el programa.

Elementos básicos de un programa Un bloque de programa incluye el código ejecutable y los comentarios. El código ejecutable comprende el programa principal, así como subrutinas y/o rutinas de interrupción (opcionales). El código se compila y se carga en el S7-200, a excepción de los comentarios del programa. Las unidades de organización (programa principal, subrutinas y rutinas de interrupción) sirven para estructurar el programa de control. El programa de ejemplo siguiente incluye una subrutina y una rutina de interrupción. Este programa utiliza una interrupción temporizada para leer el valor de una entrada analógica cada 100 ms.

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Figura 2.2 Elementos básicos de control.

Programa principal Esta parte del programa contiene las operaciones que controlan la aplicación. El S7-200 ejecuta estas operaciones en orden secuencial en cada ciclo. El programa principal se denomina también OB1.

Subrutinas

Estos elementos opcionales del programa se ejecutan sólo cuando se llaman desde el programa principal, desde una rutina de interrupción, o bien desde otra subrutina. Las subrutinas son elementos opcionales del programa, adecuándose para funciones que se deban ejecutar repetidamente. Así, en vez de tener que escribir la lógica de la función en cada posición del programa principal donde se deba ejecutar esa función, basta con escribirla sólo una vez en una subrutina y llamar a la subrutina desde el programa principal cada vez que sea necesario. Las subrutinas tienen varias ventajas: - La utilización de subrutinas permite reducir el tamaño total del programa. - La utilización de subrutinas acorta el tiempo de ciclo, puesto que el código se ha extraído del programa principal. El S7-200 evalúa el código del programa principal en cada ciclo, sin importar si el código se ejecuta o no. Sin embargo, el S7-200 evalúa el código en la subrutina sólo si se llama a ésta. En cambio, no lo evalúa en los ciclos en los que no se llame a la subrutina.

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- La utilización de subrutinas crea códigos portátiles. Es posible aislar el código de una función en una subrutina y copiar ésta a otros programas sin necesidad de efectuar cambios o con sólo pocas modificaciones.

Rutinas de interrupción

Estos elementos opcionales del programa reaccionan a determinados eventos de interrupción. Las rutinas de interrupción se pueden programar para gestionar eventos de interrupción predefinidos. El S7-200 ejecuta una rutina de interrupción cuando ocurre el evento asociado. El programa principal no llama a las rutinas de interrupción. Una rutina de interrupción se asocia a un evento de interrupción y el S7-200 ejecuta las operaciones contenidas en esa rutina sólo cada vez que ocurra el evento en cuestión.

Otros elementos del programa

Hay otros bloques que contienen información para el S7-200. A la hora de cargar el programa en el S7-200, es posible indicar qué bloques se deben cargar también.

Bloque de sistema

El bloque de sistema permite configurar diversas opciones de hardware para el S7-200.

Bloque de datos

En el bloque de datos se almacenan los valores de las diferentes variables utilizadas en el programa. Este bloque se puede usar para introducir los valores iniciales de los datos.

Utilizar STEP 7-Micro/WIN para crear programas

Para iniciar STEP 7-Micro/WIN, haga doble clic en el icono de STEP 7-Micro/WIN o elija los comandos Inicio > SIMATIC > STEP 7 Micro/WIN 32 V4.0. Como muestra la figura 2.3. NO TAG, STEP 7-Micro/WIN ofrece una interfaz de usuario cómoda para crear el programa de control. Las barras de herramientas incorporan botones de método abreviado para los comandos de menú de uso frecuente. Estas barras se pueden mostrar u ocultar. La barra de navegación comprende iconos que permiten acceder a las diversas funciones de programación de STEP 7-Micro/WIN. En el árbol de operaciones se visualizan todos los objetos del proyecto y las operaciones para crear el programa de control. Para insertar operaciones en el programa, puede utilizar el método de “arrastrar y soltar” desde el árbol de operaciones, o bien hacer doble clic en una operación con objeto de insertarla en la posición actual del cursor en el editor de programas. El editor de programas contiene el programa y una tabla de variables locales donde se pueden asignar nombres simbólicos a las variables locales temporales. Las subrutinas y las rutinas de interrupción se visualizan en forma de fichas en el borde inferior del editor de programas. Para acceder a las subrutinas, a las rutinas de interrupción o al programa principal, haga clic en la ficha en cuestión.

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Figura 2.3 Ventana de programación.

STEP 7-Micro/WIN incorpora los tres editores de programas siguientes: Esquema de contactos (KOP), Lista de instrucciones (AWL) y Diagrama de funciones (FUP). Con algunas restricciones, los programas creados con uno de estos editores se pueden visualizar y editar con los demás.

Funciones del editor AWL El editor AWL visualiza el programa textualmente. Permite crear programas de control introduciendo la nemotécnica de las operaciones. El editor AWL sirve para crear ciertos programas que, de otra forma, no se podrían programar con los editores KOP ni FUP. Ello se debe a que AWL es el lenguaje nativo del S7-200, a diferencia de los editores gráficos, sujetos a ciertas restricciones para poder dibujar los diagramas correctamente. El S7-200 ejecuta cada operación en el orden determinado por el programa, de arriba a abajo, reiniciando después arriba. AWL utiliza una pila lógica para resolver la lógica de control. El usuario inserta las operaciones AWL para procesar las LD I0.0 //Leer una entrada A I0.1 //AND con otra entrada = Q0.0 //Escribir en el valor en //la salida 1 operaciones de pila. Considere los siguientes aspectos importantes cuando desee utilizar el editor AWL: - El lenguaje AWL es más apropiado para los programadores expertos. - En algunos casos, AWL permite solucionar problemas que no se podrían resolver fácilmente con los editores KOP o FUP. - El editor AWL soporta sólo el juego de operaciones SIMATIC. - En tanto que el editor AWL se puede utilizar siempre para ver o editar programas creados con los editores KOP o FUP, lo contrario no es posible en todos los casos. Los editores KOP o FUP no siempre se pueden utilizar para visualizar un programa que se haya creado en AWL.

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Funciones del editor KOP

El editor KOP visualiza el programa gráficamente, de forma similar a un esquema de circuitos. Los programas KOP hacen que el programa emule la circulación de corriente eléctrica desde una fuente de alimentación, a través de una serie de condiciones lógicas de entrada que, a su vez, habilitan condiciones lógicas de salida. Los programas KOP incluyen una barra de alimentación izquierda que está energizada. Los contactos cerrados permiten que la corriente circule por ellos hasta el siguiente elemento, en tanto que los contactos abiertos bloquean el flujo de energía. La lógica se divide en segmentos (”networks”). El programa se ejecuta un segmento tras otro, de izquierda a derecha y luego de arriba a abajo.

Figura 2.4 Programa de ejemplo KOP

La figura 2.4 muestra un ejemplo de un programa KOP. Las operaciones se representan mediante símbolos gráficos que incluyen tres formas básicas. Los contactos representan condiciones lógicas de entrada, tales como interruptores, botones o condiciones internas. Las bobinas representan condiciones lógicas de salida, tales como lámparas, arrancadores de motor, relés interpuestos o condiciones internas de salida. Los cuadros representan operaciones adicionales, tales como temporizadores, contadores u operaciones aritméticas. Considere los siguientes aspectos importantes cuando desee utilizar el editor KOP: - El lenguaje KOP les facilita el trabajo a los programadores principiantes. - La representación gráfica es fácil de comprender, siendo popular en el mundo entero. - El editor KOP se puede utilizar con los juegos de operaciones SIMATIC e IEC 11313. - El editor AWL se puede utilizar siempre para visualizar un programa creado en KOP SIMATIC.

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Funciones del editor FUP El editor FUP visualiza el programa gráficamente, de forma similar a los circuitos de puertas lógicas. En FUP no existen contactos ni bobinas como en el editor KOP, pero sí hay operaciones equivalentes que se representan en forma de cuadros.

Figura 2.4 Programa de ejemplo FUP

La figura 2.4 muestra un ejemplo de un programa FUP. El lenguaje de programación FUP no utiliza las barras de alimentación izquierda ni derecha. Sin embargo, el término “circulación de corriente” se utiliza para expresar el concepto análogo del flujo de señales por los bloques lógicos FUP. El recorrido “1” lógico por los elementos FUP se denomina circulación de corriente. El origen de una entrada de circulación de corriente y el destino de una salida de circulación de corriente se pueden asignar directamente a un operando. La lógica del programa se deriva de las conexiones entre las operaciones de cuadro. Ello significa que la salida de una operación (por ejemplo, un cuadro AND) se puede utilizar para habilitar otra operación (por ejemplo, un temporizador), con objeto de crear la lógica de control necesaria. Estas conexiones permiten solucionar numerosos problemas lógicos. Considere los siguientes aspectos importantes cuando desee utilizar el editor FUP: - El estilo de representación en forma de puertas gráficas se adecua especialmente para observar el flujo del programa. - El editor FUP soporta los juegos de operaciones SIMATIC e IEC 1131-3. - El editor AWL se puede utilizar siempre para visualizar un programa creado en SIMATIC FUP.

Juegos de operaciones SIMATIC e IEC 1131-3 La mayoría de los sistemas de automatización ofrecen los mismos tipos básicos de operaciones. No obstante, existen pequeñas diferencias en cuanto al aspecto, al funcionamiento, etc. de los productos de los distintos fabricantes. Durante los últimos años, la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) o International Electrotechnical Commission (IEC) ha desarrollado una norma global dedicada a numerosos aspectos de la programación de autómatas programables (denominados “sistemas de automatización” en la terminología SIMATIC). El objetivo de esta norma es que los diferentes fabricantes de autómatas programables ofrezcan operaciones similares tanto en su aspecto como en su funcionamiento. El S7-200 ofrece dos juegos de operaciones que permiten solucionar una gran variedad de tareas de automatización. El juego de operaciones IEC cumple con la norma IEC

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1131-3 para la programación de autómatas programables (PLC´s), en tanto que el juego de operaciones SIMATIC se ha diseñados especialmente para el S7-200. Existen algunas diferencias básicas entre los juegos de operaciones SIMATIC e IEC: - El juego de operaciones IEC se limita a las operaciones estándar comunes entre los fabricantes de autómatas programables. Algunas operaciones incluidas en el juego SIMATIC no están normalizadas en la norma IEC 1131-3. Éstas se pueden utilizar en calidad de operaciones no normalizadas. No obstante, en este caso, el programa ya no será absolutamente compatible con la norma IEC 1131-3. - Algunos cuadros IEC soportan varios formatos de datos. A menudo, esto se denomina sobrecarga. Por ejemplo, en lugar de tener cuadros aritméticos por separado, tales como ADD_I (Sumar enteros), ADD_R (Sumar reales) etc., la operación ADD definida en la norma IEC examina el formato de los datos a sumar y selecciona automáticamente la operación correcta en el S7-200. Así se puede ahorrar tiempo al diseñar los programas. - Si se utilizan las operaciones IEC, se comprueba automáticamente si los parámetros de la operación corresponden al formato de datos correcto (por ejemplo, entero con signo o entero sin signo). Por ejemplo, si ha intentado introducir un valor de entero en una operación para la que se deba utilizar un valor binario (on/off), se indicará un error. Esta función permite reducir los errores de sintaxis de programación. Considere los siguientes aspectos a la hora de seleccionar el juego de operaciones (SIMATIC o IEC): - Por lo general, el tiempo de ejecución de las operaciones SIMATIC es más breve. Es posible que el tiempo de ejecución de algunas operaciones IEC sea más prolongado. - El funcionamiento de algunas operaciones IEC (por ejemplo, temporizadores, contadores, multiplicación y división) es diferente al de sus equivalentes en SIMATIC. - Las operaciones SIMATIC se pueden utilizar en los tres editores de programas disponibles (KOP, AWL y FUP). Las operaciones IEC sólo se pueden utilizar en los editores KOP y FUP. - El funcionamiento de las operaciones IEC es igual en las diferentes marcas de autómatas programables (PLC´s). Los conocimientos acerca de cómo crear un programa compatible con la norma IEC se pueden nivelar a lo largo de las plataformas de PLC´s.

Convenciones utilizadas en los editores de programas En todos los editores de programas de STEP 7-Micro/WIN rigen las convenciones siguientes: - Si un nombre simbólico (por ejemplo, #var1) va antecedido de un signo de número (#), significa que se trata de un símbolo local. - En las operaciones IEC, el símbolo % identifica una dirección directa. - El símbolo de operando “?.?” ó “????” indica que el operando se debe configurar. Los programas KOP se dividen en segmentos denominados “networks”. Un segmento es una red organizada, compuesta por contactos, bobinas y cuadros que se interconectan

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para formar un circuito completo. No se permiten los cortocircuitos, ni los circuitos abiertos, ni la circulación de corriente inversa. STEP 7-Micro/WIN ofrece la posibilidad de crear comentarios para cada uno de los segmentos del programa KOP. El lenguaje FUP utiliza el concepto de segmentos para subdividir y comentar el programa. Los programas AWL no utilizan segmentos. Sin embargo, la palabra clave NETWORK se puede utilizar para estructurar el programa.

Convenciones específicas del editor KOP En el editor KOP, las teclas de función F4, F6 y F9 sirven para acceder a los contactos, los cuadros y las bobinas. El editor KOP utiliza las convenciones siguientes: - El símbolo “--->>” representa un circuito abierto o una conexión necesaria para la circulación de corriente. - El símbolo “ ” indica que la salida es una conexión opcional para la circulación de corriente en una operación que se puede disponer en cascada o conectar en serie. - El símbolo “>>” indica que se puede utilizar la circulación de corriente.

Convenciones específicas del editor FUP En el editor FUP, las teclas de función F4, F6 y F9 sirven para acceder a las operaciones AND y OR, así como a las operaciones con cuadros. El editor FUP utiliza las convenciones siguientes: - El símbolo “--->>” en un operando EN es un indicador de circulación de corriente o de operando. También puede representar un circuito abierto o una conexión necesaria para la circulación de corriente. - El símbolo “ ” indica que la salida es una conexión opcional para la circulación de corriente en una operación que se puede disponer en cascada o conectar en serie. - Los símbolos “<<” y “>>” indican que se puede utilizar bien sea un valor, o bien la circulación de corriente. - Símbolo de negación: La condición lógica NOT (la condición invertida) del operando o la corriente se representa mediante un círculo pequeño en la entrada. En la figura 2.5 Q0.0 5, es igual al NOT de I0.0 AND I0.1. Los símbolos de negación sólo son aplicables a las señales booleanas, que se pueden indicar en forma de parámetros o de circulación de corriente. - Indicadores directos: Como muestra la figura 2.5, el editor FUP visualiza una condición directa de un operando booleano mediante una línea vertical en la entrada de una operación FUP. El indicador directo causa una lectura directa de la entrada física indicada. Los indicadores directos sólo son aplicables a las entradas físicas. - Cuadro sin entradas ni salidas: Un cuadro sin entradas ni salidas indica que la operación no depende de la circulación de corriente.

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Figura 2.5 Convenciones FUP

Convenciones generales para programar el S7-200

Definición de EN/ENO

EN (entrada de habilitación) es una entrada booleana para los cuadros KOP y FUP. Para que la operación se pueda ejecutar, el estado de señal de la entrada EN deberá ser “1” (ON). En AWL, las operaciones no tienen una entrada EN, pero el valor del nivel superior de la pila deberá ser un “1” lógico para poder ejecutar la operación AWL correspondiente. ENO (salida de habilitación) es una salida booleana para los cuadros KOP y FUP. Si el estado de señal de la entrada EN es “1” y el cuadro ejecuta la función sin errores, la salida ENO conducirá corriente al siguiente elemento. Si se detecta un error en la ejecución del cuadro, la circulación de corriente se detendrá en el cuadro que ha generado el error. En AWL no existe la salida ENO, pero las operaciones AWL correspondientes a las funciones KOP y FUP con salidas ENO activarán un bit ENO especial. A este bit se accede mediante la operación AND ENO (AENO), pudiendo utilizarse para generar el mismo efecto que el bit ENO de un cuadro.

Tabla 2.1 Operaciones y tipos de datos EN/ENO para KOP y FUP

Entradas condicionadas e incondicionadas

En KOP y FUP, un cuadro o una bobina que dependa de la circulación de corriente aparecerá conectado a algún elemento a la izquierda. Una bobina o un cuadro que no dependa de la circulación de corriente se mostrarán con una conexión directa a la barra de alimentación izquierda. La tabla 2.2 muestra dos entradas: una condicionada y otra incondicionada.

Tabla 2.2 Representación de entradas condicionadas e incondicionadas

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Operaciones sin salidas

Los cuadros que no se puedan conectar en cascada se representan sin salidas booleanas. Estos cuadros incluyen las llamadas a subrutinas, JMP y CRET. También hay bobinas KOP que sólo se pueden disponer en la barra de alimentación izquierda, incluyendo las operaciones Definir meta, NEXT, Cargar relé de control secuencial, Fin condicionado del relé de control secuencial y Fin del relé de control secuencial. Estas operaciones se representan en FUP en forma de cuadros con entradas sin meta y sin salidas.

Operaciones de comparación Las operaciones de comparación se ejecutan sin tener en cuenta el estado de señal. Si el estado es “0” (FALSO), el estado de señal de la salida también será “0” (FALSO). Si el estado de señal es “1” (VERDADERO), la salida se activará dependiendo del resultado de la comparación. Las operaciones de comparación FUP (SIMATIC), LD (IEC) y FBD (IEC) se representan con cuadros, aunque la operación se ejecute en forma de contacto.

Utilizar asistentes para facilitar la creación del programa

STEP 7-Micro/WIN incorpora diversos asistentes para facilitar y automatizar algunas funciones de programación.

Eliminar errores en el S7-200

El S7-200 clasifica los errores en errores fatales y no fatales. Para visualizar los códigos generados por los errores, elija el comando de menú CPU > Información. La figura 5 muestra el cuadro de diálogo “Información CPU”. Allí se visualizan el código y la descripción del error. El campo “Último fatal” muestra el último código de error fatal generado por el S7-200. Al desconectarse la alimentación, este valor se conservará si se respalda la RAM. El valor se pondrá a 0 si se efectúa un borrado total del S7-200 o si la RAM no se respalda tras un corte prolongado de la alimentación. El campo “Total fatales” muestra el contaje total de los errores fatales generados por el S7-200 desde la última vez que se efectuó un borrado total de la memoria. Al desconectarse la alimentación, este valor se conservará si se respalda la RAM. El valor se pondrá a 0 si se efectúa un borrado total del S7-200 o si la RAM no se respalda tras un corte prolongado de la alimentación.

Errores no fatales

Los errores no fatales indican problemas en relación con la estructura del programa de usuario, con la ejecución de una operación en el programa de usuario o con los módulos de ampliación. STEP 7-Micro/WIN permite visualizar los códigos generados por los errores no fatales. Hay tres categorías básicas de errores no fatales.

Errores de compilación del programa

Al cargar un programa en el S7-200, éste lo compila. Si durante la compilación se detecta una violación de las reglas, el proceso de carga se suspenderá, generándose entonces un código de error. (Si ya se ha cargado un programa en el S7-200, seguirá

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existiendo en la memoria permanente, por lo que no se perderá). Una vez corregido el programa, se podrá cargar de nuevo.

Errores de E/S

Al arrancar, el S7-200 lee la configuración de E/S de todos los módulos. Durante el funcionamiento normal, el S7-200 comprueba periódicamente el estado de todos los módulos y lo compara con la configuración obtenida durante el arranque. Si el S7-200 detecta una diferencia, activará el bit de error de configuración en el registro de errores del módulo. El S7-200 no leerá datos de las entradas ni escribirá datos en las salidas de ese módulo hasta que la configuración concuerde de nuevo con la obtenida durante el arranque. La información de estado del módulo se guarda en marcas especiales (SM). El programa puede observar y evaluar estas marcas. SM5.0 es la marca global de errores de E/S, permaneciendo activada mientras exista una condición de error en un módulo de ampliación.

Errores de programación en el tiempo de ejecución

El programa puede crear condiciones de error mientras se está ejecutando. Estos errores pueden ocurrir debido al uso incorrecto de una operación, o bien si una operación procesa datos no válidos. Por ejemplo, un puntero de direccionamiento indirecto que era válido cuando se compiló el programa puede haber cambiado durante la ejecución del programa, señalando entonces a una dirección fuera de área. Este es un ejemplo de un error de programación en el tiempo de ejecución. La marca especial SM4.3 se activa al ocurrir este error y permanece activada mientras que el S7-200 se encuentre en modo RUN. La información de los errores de ejecución del programa se guarda en marcas especiales (SM). El programa puede observar y evaluar estas marcas. El S7-200 no cambia a modo STOP cuando detecta un error no fatal. Tan sólo deposita el evento en la marca especial en cuestión y continúa ejecutando el programa. No obstante, es posible programar que el S7-200 cambie a modo STOP cuando se detecte un error no fatal. El siguiente programa de ejemplo muestra un segmento de un programa que observa las dos marcas globales de errores no fatales, cambiando el S7-200 a STOP cuando se active una de esas marcas.

Figura 2.6 Ejemplo de error no fatal.

Errores fatales

Cuando ocurre un error fatal, el S7-200 detiene la ejecución del programa. Según la gravedad del error, es posible que el S7-200 no pueda ejecutar todas las funciones, o

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incluso ninguna de ellas. El objetivo del tratamiento de errores fatales es conducir al S7-200 a un estado seguro, en el que se puedan analizar y eliminar las condiciones que hayan causado el error. Cuando se detecta un error fatal, el S7-200 cambia a modo STOP, enciende los indicadores “SF/DIAG (Rojo)” y “STOP”, omite la tabla de salidas y desactiva las salidas. El S7-200 permanece en ese estado hasta que se haya eliminado la causa del error fatal. Tras remediar las condiciones que causaron el error fatal, re-arranque el S7-200 utilizando uno de los métodos siguientes: - Desconecte la alimentación y vuelva a conectarla luego. - Cambie el selector de modos de RUN o TERM a STOP. - En STEP 7-Micro/WIN, elija el comando de menú CPU > Reset al arrancar. Ello obliga al S7-200 a efectuar un re-arranque y a borrar todos los errores fatales. Al re-arrancar el S7-200 se borra la condición de error fatal y se ejecuta un diagnóstico de arranque para verificar si se ha corregido el error. En caso de detectarse otro error fatal, se encenderá de nuevo el indicador “SF”. De lo contrario, el S7-200 comenzará a funcionar con normalidad. Algunas condiciones de error incapacitan al S7-200 para la comunicación. En esos casos no es posible visualizar el código de error del S7-200. Estos errores indican fallos de hardware, por lo que es necesario reparar el S7-200. No se pueden solucionar modificando el programa ni borrando la memoria del S7-200.

Asignar direcciones y valores iniciales en el editor de bloque de datos

El editor de bloques de datos permite asignar datos iniciales sólo a la memoria (memoria de variables). Se pueden efectuar asignaciones a bytes, palabras o palabras dobles de la memoria V. Los comentarios son opcionales. El editor de bloques de datos es un editor de texto de libre formato. Por tanto, no hay campos específicos definidos para un tipo determinado de información. Tras introducir una línea, pulse la tecla INTRO. El editor formatea la línea (alinea las columnas de direcciones, los datos y los comentarios; pone las direcciones de la memoria en mayúsculas) y la visualiza de nuevo. Si pulsa CTRL-INTRO, tras completar una línea de asignación, la dirección se incrementará automáticamente a la siguiente dirección disponible. El editor asigna una cantidad suficiente de la memoria, en función de las direcciones que se hayan asignado previamente, así como del tamaño (byte, palabra o palabra doble) del (de los) valor(es) de datos. La primera línea del bloque de datos debe contener una asignación de dirección explícita. Las líneas siguientes pueden contener asignaciones de direcciones explícitas o implícitas. El editor asignará una dirección implícita si se introducen varios valores de datos tras asignarse una sola dirección o si se introduce una línea que contenga únicamente valores de datos. En el editor de bloques de datos se pueden utilizar mayúsculas y minúsculas. Además, es posible introducir comas, tabuladores y espacios que sirven de separadores entre las direcciones y los valores de datos.

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Utilizar la tabla de símbolos para el direccionamiento simbólico de variables.

En la tabla de símbolos es posible definir y editar los símbolos a los que pueden acceder los nombres simbólicos en cualquier parte del programa. Es posible crear varias tablas de símbolos. La tabla de símbolos incorpora también una ficha que contiene los símbolos definidos por el sistema utilizables en el programa de usuario. La tabla de símbolos se denomina también tabla de variables globales. A los operandos de las operaciones se les pueden asignar direcciones absolutas o simbólicas. Una dirección absoluta utiliza el área de memoria y un bit o un byte para identificar la dirección. Una dirección simbólica utiliza una combinación de caracteres alfanuméricos para identificar la dirección. En los programas SIMATIC, los símbolos globales se asignan utilizando la tabla de símbolos. En los programas IEC, los símbolos globales se asignan utilizando la tabla de variables globales. Para asignar un símbolo a una dirección: 1. Haga clic en el icono “Tabla de símbolos” en la barra de navegación para abrir la tabla de símbolos. 2. En la columna “Nombre simbólico”, teclee el nombre del símbolo (por ejemplo, “Entrada1”). Un nombre simbólico puede comprender 23 caracteres como máximo. 3. En la columna “Dirección”, teclee la dirección (por ejemplo, I0.0). 4. Si está utilizando la tabla de variables globales (IEC), introduzca un valor en la columna “Tipo de datos” o seleccione uno del cuadro de lista. Es posible crear varias tablas de símbolos. No obstante, una misma cadena no se puede utilizar más de una vez como símbolo global, ni en una misma tabla ni en tablas diferentes.

Utilizar variables locales La tabla de variables locales del editor de programas se puede utilizar para asignar variables que existan únicamente en una subrutina o en una rutina de interrupción individual. Las variables locales se pueden usar como parámetros que se transfieren a una subrutina, lo que permite incrementar la portabilidad y la reutilización de la subrutina.

Utilizar la tabla de estado para observar el programa

La tabla de estado sirve para observar o modificar los valores de las variables del proceso a medida que el S7-200 ejecuta el programa. Es posible observar el estado de las entradas, salidas o variables del programa, visualizando para ello los valores actuales. La tabla de estado también permite forzar o modificar los valores de las variables del proceso. Es posible crear varias tablas de estado para visualizar elementos de diferentes partes del programa. Para acceder a la tabla de estado, elija el comando de menú Ver > Componente > Tabla de estado o haga clic en el icono “Tabla de estado” en la barra de navegación. Al crear una tabla de estado se deben introducir las direcciones de las variables del proceso que se desean observar. No es posible visualizar el estado de las constantes, ni de los acumuladores, ni tampoco de las variables locales. Los valores de los temporizadores y contadores se pueden visualizar en formato de bit o de

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palabra. En formato de bit, se visualizará el estado del bit del temporizador o del contador. En formato de palabra, se visualizará el valor del temporizador o del contador. Para crear una tabla de estado y observar las variables: 1. En el campo “Dirección”, introduzca la dirección de cada valor deseado. 2. En la columna “Formato”, seleccione el tipo de datos. 3. Para visualizar el estado de las variables del proceso en el S7-200, elija el comando de menú Test > Tabla de estado. 4. Para observar continuamente los valores o para efectuar una sola lectura del estado, haga clic en el botón correspondiente en la barra de herramientas. La tabla de estado también permite modificar o forzar los valores de las variables del proceso. Para insertar filas adicionales en la tabla de estado, elija los comandos de menú Edición > Insertar > Fila. Crear una librería de operaciones STEP 7-Micro/WIN permite crear librerías de operaciones personalizadas, o bien utilizar una librería creada por otro usuario. Para crear una librería de operaciones, es preciso generar subrutinas y rutinas de interrupción estándar en STEP 7-Micro/WIN y agruparlas luego. El código de estas rutinas se puede ocultar para que no sea modificado involuntariamente, o bien para proteger el know-how del autor. Para crear una librería de operaciones, proceda de la manera siguiente: 1. Introduzca el programa en forma de proyecto estándar en STEP 7-Micro/WIN y deposite en una subrutina o en una rutina de interrupción la operación que desea incluir en la librería. 2. Asigne nombres simbólicos a todas las direcciones de la memoria V contenidas en las subrutinas o en las rutinas de interrupción. Para reducir la cantidad de memoria V que necesita la librería, utilice direcciones consecutivas de la memoria V. 3. Cambie los nombres de las subrutinas o de las rutinas de interrupción, indicando cómo deben aparecer en la librería de operaciones. 4. Elija el comando de menú Archivo > Crear librería para compilar la nueva librería de operaciones. Para más información acerca de cómo crear librerías, consulte la Ayuda en pantalla de STEP 7-Micro/WIN Para acceder a una operación contenida en una librería, proceda de la manera siguiente:

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Figura 2.7 Árbol de operaciones con librerías

1. Para agregar el directorio “Librerías” al árbol de operaciones, elija el comando de menú Archivo > Agregar librerías. 2. Seleccione la operación deseada e insértela en el programa (de igual manera que al insertar una operación estándar). Si la rutina de la librería necesita memoria V, una vez compilado el proyecto STEP 7-Micro/WIN le indicará que debe asignar un bloque de memoria. Utilice el cuadro de diálogo “Asignar memoria a librería” para asignar bloques de memoria.

Funciones para comprobar el programa

STEP 7-Micro/WIN incorpora las siguientes funciones para comprobar el programa: - Los marcadores sirven para desplazarse fácilmente (hacia arriba y hacia abajo) por un programa extenso. - La tabla de referencias cruzadas permite comprobar las referencias utilizadas en el programa. - La edición en modo RUN se utiliza para efectuar cambios pequeños en el programa sin afectar demasiado a los equipos controlados. El bloque del programa también se puede cargar en la CPU durante la edición en modo RUN.

Convenciones utilizadas para describir las operaciones

La tabla 2.3 muestra una descripción típica de una operación y señala las diferentes áreas utilizadas para describir la operación y su funcionamiento. La ilustración de la operación muestra el formato en KOP (LD), FUP (FBD) y AWL. Tenga en cuenta que la terminología IEC difiere considerablemente de la terminología SIMATIC (tanto en

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cuanto a los nombres de las operaciones como al de los lenguajes de programación). Por ejemplo, en SIMATIC existe la operación Incrementar contador (CTU), en tanto que en IEC se hace referencia al bloque funcional Contador ascendente (CTU). Además, en SIMATIC se habla del lenguaje KOP (Esquema de contactos) que equivale en IEC al lenguaje LD (Diagrama de escalera). Igualmente, el lenguaje FUP (Diagrama de funciones) de SIMATIC se denomina FBD (Diagrama de bloques funcionales) en IEC. En la tabla de operandos figuran los operandos de la operación, así como los tipos de datos válidos, las áreas de memoria y los tamaños de cada uno de los operandos. Los operandos y los tipos de datos EN/ENO no figuran en la tabla de operandos de la operación, puesto que son idénticos para todas las operaciones KOP y FUP. - En KOP: EN y ENO son conductores de corriente y su tipo de datos es BOOL. - En FUP: EN y ENO son I, Q, V, M, SM, S, T, C, L o conductores de corriente y su tipo de datos es BOOL.

Áreas de memoria y funciones del S7-200

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Tabla 2.3 Áreas de memoria y funciones de las CPU´s S7-200

Tabla 2.4 Rangos de operaciones de las CPU´s S7-200

Operaciones lógicas con bits Contactos estándar

Las operaciones Contacto normalmente abierto (LD, A y O) y Contacto normalmente cerrado (LDN, AN y ON) leen el valor direccionado de la memoria (o bien de la imagen del proceso, si el tipo de datos es I o Q). El Contacto normalmente abierto se cierra (ON) si el bit es igual a 1, en tanto que el Contacto normalmente cerrado se cierra (ON) si el bit es igual a 0. En FUP, la cantidad

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de entradas de los cuadros AND y OR se puede incrementar a 32 como máximo. En AWL, el Contacto normalmente abierto carga, o bien combina con Y u O el valor binario del bit de dirección en el nivel superior de la pila. El Contacto normalmente cerrado carga, o bien combina con Y u O el valor negado del bit de dirección en el nivel superior de la pila.

Contactos directos

Los contactos directos no dependen del ciclo del S7-200 para actualizarse, sino que se actualizan inmediatamente Las operaciones del Contacto abierto directo (LDI, AI y OI) y del Contacto cerrado directo (LDNI, ANI y ONI) leen el valor de la entrada física cuando se ejecuta la operación, pero la imagen del proceso no se actualiza. El Contacto abierto directo se cierra (ON) si la entrada física (bit) es 1, en tanto que el Contacto cerrado directo se cierra (ON) si la entrada física (bit) es 0. El Contacto abierto directo carga, o bien combina con Y u O directamente el valor de la entrada física en el nivel superior de la pila. El Contacto cerrado directo carga, o bien combina con Y u O directamente el valor binario negado de la entrada física en el nivel superior de la pila. NOT La operación NOT cambia el estado de la entrada de circulación de corriente (es decir, modifica el valor del nivel superior de la pila de “0” a “1”, o bien de “1” a “0”).

Detectar flanco positivo y negativo

El contacto Detectar flanco positivo (EU) permite que la corriente circule durante un ciclo cada vez que se produce un cambio de “0” a “1” (de “off” a “on”). El contacto Detectar flanco negativo (ED) permite que la corriente circule durante un ciclo cada vez que se produce un cambio de “1” a “0” (de “on” a “off”). Cuando se detecta un cambio de señal de “0” a “1” en el primer valor de la pila, éste se pone a 1. En caso contrario, se pone a 0. Cuando se detecta un cambio de señal de “1” a “0” en el primer valor de la pila, éste se pone a 1. En caso contrario, se pone a 0. Para poder editar el programa durante el tiempo de ejecución (es decir, en modo RUN) es preciso introducir un parámetro para las operaciones Detectar flanco positivo y Detectar flanco negativo.

Tabla 2.5 Operaciones válidas para las funciones lógicas con bits de entrada

El S7-200 utiliza una pila lógica para resolver la lógica de control (v. fig. 2.8). En estos ejemplos, los valores iniciales de la pila se denominan “iv0” a “iv7”. Los nuevos valores se representan mediante “nv”, en tanto que “S0” es el valor calculado que se almacena en la pila lógica.

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Figura 2.8 Funcionamiento de las operaciones con contactos

Bobinas

Asignar La operación Asignar (=) escribe el nuevo valor del bit de salida en la imagen del proceso. Cuando se ejecuta la operación Asignar, el S7-200 activa o desactiva el bit de

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salida en la imagen del proceso. En KOP y FUP, el bit indicado se ajusta de forma equivalente a la circulación de la corriente. En AWL, el primer valor de la pila se copia en el bit indicado.

Asignar directamente

La operación Asignar directamente (=I) escribe el nuevo valor tanto en la salida física como en la correspondiente dirección de la imagen del proceso. Cuando se ejecuta la operación Asignar directamente, la salida física (bit) se ajusta directamente de forma equivalente a la circulación de la corriente. En AWL, la operación copia el primer valor de la pila directamente en la salida física indicada (bit). La “I” indica que la operación se ejecuta directamente. El nuevo valor se escribe entonces tanto en la salida física como en la correspondiente dirección de la imagen del proceso. En cambio, en las operaciones no directas, el nuevo valor se escribe sólo en la imagen del proceso.

Poner a 1 y Poner a 0

Las operaciones Poner a 1 (S) y Poner a 0 (R) activan (ponen a 1) o desactivan (ponen a 0) el número indicado de E/S (N) a partir de la dirección indicada (bit). Es posible activar o desactivar un número de entradas y salidas (E/S) comprendido entre 1 y 255. Si la operación Poner a 0 indica un bit de temporización (T) o un bit de contaje (C), se desactivará el bit de temporización o de contaje y se borrará el valor actual del temporizador o del contador, respectivamente. Condiciones de error que ponen ENO a 0: " 0006 (direccionamiento indirecto) " 0091 (operando fuera de rango)

Poner a 1 directamente y Poner a 0 directamente

Las operaciones Poner a 1 directamente (SI) y Poner a 0 directamente (RI) activan (ponen a 1) o desactivan (ponen a 0) directamente el número indicado de E/S (N) a partir de la dirección indicada (bit). Es posible activar o desactivar directamente un número de entradas y salidas (E/S) comprendido entre 1 y 128. La “I” indica que la operación se ejecuta directamente. El nuevo valor se escribe tanto en la salida física como en la correspondiente dirección de la imagen del proceso. En cambio, en las operaciones no directas, el nuevo valor se escribe sólo en la imagen del proceso. Condiciones de error que ponen ENO a 0: " 0006 (direccionamiento indirecto) " 0091 (operando fuera de rango)

Tabla 2.6 Operaciones válidas para las funciones lógicas con bits de salida

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Figura 2.9 Funcionamiento de las operaciones con bobinas.

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Operaciones de temporización Operaciones de temporización (SIMATIC) Temporizador como retardo a la conexión Temporizador como retardo a la conexión con memoria Las operaciones Temporizador como retardo a la conexión (TON) y Temporizador como retardo a la conexión con memoria (TONR) cuentan el tiempo al estar activada (ON) la entrada de habilitación. El número de temporizador (Txx) determina la resolución del mismo. Ésta se visualiza entonces en el cuadro de la operación.

Temporizador como retardo a la desconexión

El Temporizador como retardo a la desconexión (TOF) se utiliza para retardar la puesta a “0” (OFF) de una salida durante un período determinado tras haberse desactivado (OFF) una entrada. El número del temporizador (Txx) determina la resolución del mismo.

Tabla 2.7 Operaciones válidos para las operaciones de temporización SIMATIC

Como muestra la tabla 2.8, los tres tipos de temporizadores ejecutan diferentes tareas de temporización: - Los temporizadores como retardo a la conexión se utilizan para temporizar un solo intervalo. - Los temporizadores como retardo a la conexión con memoria se utilizan para acumular varios intervalos temporizados. - Los temporizadores con retardo a la desconexión se utilizan para ampliar el tiempo después de un cambio a OFF, por ejemplo, para enfriar un motor tras haber sido desconectado.

Tabla 2.8 Funcionamiento de las operaciones de temporización

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El valor actual del temporizador como retardo a la conexión con memoria se selecciona para que quede memorizado cuando se interrumpa la alimentación. Las operaciones TON y TONR cuentan el tiempo al estar activada (ON) la entrada de habilitación. Si el valor actual es mayor o igual al valor de preselección, se activará el bit de temporización (bit T). - Cuando la entrada de habilitación está activada (OFF), el valor actual se borra en el temporizador TON. En cambio, se conserva en el temporizador TONR. - El temporizador TONR sirve para acumular tiempo cuando la entrada se activa (ON) y se desactiva (OFF). Utilice la operación Poner a 0 (R) para borrar el valor actual del temporizador TONR. - Tanto el temporizador TON como el temporizador TONR continúan contando tras haberse alcanzado el valor de preselección y paran de contar al alcanzar el valor máximo de 32.767.La operación TOF se utiliza para retardar la puesta a “0” (OFF) de una salida durante un período determinado tras haberse desactivado (OFF) una entrada. Cuando la entrada de habilitación se activa (ON), el bit de temporización se activa (ON) inmediatamente y el valor actual se pone a 0. Cuando la entrada se desactiva (OFF), el temporizador cuenta hasta que el tiempo transcurrido alcance el valor de preselección. - Cuando se alcanza el valor de preselección, el bit de temporización (bit T) se desactiva y el valor actual no se incrementa más. Sin embargo, si la entrada se activa de nuevo antes de que el temporizador TOF alcance el valor de preselección, el bit de temporización permanecerá activado (ON). - La entrada de habilitación debe cambiar de ON a OFF para que el temporizador TOF comience a contar intervalos de tiempo. - Si un temporizador TOF se encuentra dentro de una sección SCR y ésta se encuentra desactivada, el valor actual se pone a 0, el bit de temporización se desactiva (OFF) y el valor actual no se incrementa.

Determinar la resolución de los temporizadores

Los temporizadores cuentan intervalos de tiempo. La resolución (o base de tiempo) del temporizador determina el lapso de tiempo de cada intervalo. Por ejemplo, un temporizador TON con una resolución de 10 ms cuenta el número de intervalos de 10 ms que han transcurrido desde que se habilitó el TON. Un valor de contaje de 50 en un temporizador de 10 ms equivale a 500 ms. Se dispone de temporizadores SIMATIC con tres resoluciones, a saber: 1 ms, 10 ms y 100 ms. Como muestra la tabla 2.9, el número del temporizador determina su resolución.

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Tabla 2.9 Temporizadores y sus resoluciones

Efecto de la resolución en la actividad del temporizador

En los temporizadores con una resolución de 1 ms, el bit de temporización y el valor actual se actualizan de forma asíncrona al ciclo. En ciclos que duren más de 1 ms, el bit de temporización y el valor actual se actualizan varias veces durante el ciclo. En los temporizadores con una resolución de 10 ms, el bit de temporización y el valor actual se actualizan al comienzo de cada ciclo. El bit de temporización y el valor actual permanecen constantes durante el ciclo. Los intervalos de tiempo que se acumulan durante el ciclo se suman al valor actual al comienzo de cada ciclo. En los temporizadores con una resolución de 100 ms, el bit de temporización y el valor actual se actualizan cuando se ejecuta la operación. Por consiguiente, vigile que el programa ejecute la operación de un temporizador de 100 ms sólo una vez por ciclo para que el temporizador conserve el valor correcto.

Figura 2.10 Funcionamiento de las operaciones con temporizador.

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2.2 Motores de CA El desarrollo del motor eléctrico nos ha dado los medios más eficientes y más eficaces para realizar un trabajo. Con el motor eléctrico hemos podido reducir notablemente el trabajo que realiza el hombre. El motor eléctrico es un dispositivo simple en principio, convierte energía eléctrica en energía mecánica. Al paso de los años, los motores eléctricos han cambiado substancialmente en diseño, no obstante los principios básicos de operación han seguido siendo iguales. Mencionaremos los principios básicos del motor, los fenómenos del magnetismo, operación actual y básica de los motores de CA. 2.2.1 Magnetismo Antes de describir los principios básicos del motor, daremos una revisión del magnetismo. Todos sabemos que un imán permanente atraerá objetos de metal cuando el objeto está cerca o en de contacto con dicho el imán. El imán puede hacer esta función permanente debido a su fuerza magnética inherente, referida como "campo magnético". En la Figura 1, el campo magnético de dos imanes permanentes es representado por las "líneas del flujo". Estas líneas del flujo nos ayudan a visualizar el campo magnético de cualquier imán aunque representan solamente fenómenos invisibles. El número de líneas del flujo varía a partir de un campo magnético a otro. Cuanto más fuerte es el campo magnético, mayor es el número de las líneas del flujo que se dibujan para representar el campo magnético. Las líneas del flujo se dibujan con una dirección indicada puesto que debemos visualizar estas líneas y el campo magnético que representan movimientos que van del polo N al polo S, según lo demostrado en la Figura 2.11. Un campo magnético similar, se produce alrededor de un conductor eléctrico, cuando circula corriente eléctrica a través de él. Estas líneas del flujo definen el campo magnético y están en la forma de círculos concéntricos alrededor del alambre. La vieja "regla de la mano izquierda". indica que sí usted señala con el pulgar de su mano izquierda la dirección de la corriente, sus dedos señalarán la dirección que presenta el campo magnético.

Figura 2.11 Las líneas del flujo de un campo magnético viajan del polo N al polo S.

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Figura 2.12 Las líneas magnéticas que circulan alrededor de un conductor salen del

polo N y entran al polo S. Cuando el alambre forma una bobina (Figura 2.12), todas las líneas individuales del flujo producidas por cada sección del alambre forman un gran campo magnético alrededor de la bobina. Como con el imán permanente, estas líneas del flujo dejan el norte de la bobina y vuelven a entrar la bobina por el polo sur. El campo magnético de una bobina de alambre es mucho mayor que el campo magnético generado alrededor de un simple conductor antes de ser formada en una bobina. Este campo magnético alrededor de la bobina puede ser consolidado aún más colocando una base de hierro o de metal similar en el centro de la base. La base del metal presenta menos resistencia a las líneas del flujo que al aire, de tal modo la fuerza del campo puede aumentar. (así es como se realiza la bobina del estator, bobina de alambre con base de acero). La ventaja de un campo magnético que sea producido por una bobina, es que cuando se invierte la corriente, los postes cambian de dirección debido al cambio de dirección flujo magnético (Figura 2.13). Si este fenómeno magnético no se presentara, el motor de CA no existiría.

Figura 2.13 Los polos de una bobina electromagnética cambian cuando la dirección

del flujo actual cambia.

El principio de operación de los motores se puede demostrar fácilmente usando dos electroimanes y un imán permanente. La corriente se pasa a través de la bobina No. 1 en dirección al polo Norte establecido y a través de la bobina No. 2 en dirección al polo Sur. Un imán permanente con un polo Norte y Sur es la pieza móvil de este motor

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simple. En la figura 2.14A el polo Norte del imán permanente está enfrente del polo Norte del electroimán. De manera semejante, los polos Sur están uno enfrente del otro. Como los polos magnéticos iguales se rechazan, empieza a girar el imán permanente. Cuando la fuerza de atracción entre los polos opuestos llega a ser lo suficientemente fuerte, el imán gira permanente. El imán rotativo continúa cambiando de dirección hasta que los polos opuestos se alinean. En este punto el rotor normalmente se detendría por la atracción entre los polos diferentes (Figura 2.14B).

Figura 2.14 Propulsión magnética del motor

Sí la dirección de corrientes en las bobinas electromagnéticas fue invertida repentinamente, por consiguiente se invierte la polaridad de las dos bobinas, entonces, los polos otra vez sería opuestos y se repelerían entre ellos (Figura 2.14C). Por lo tanto, el imán permanente continuaría rotando. Si la dirección actual en las bobinas electromagnéticas fuera cambiada todo el tiempo, el imán daría vuelta 180 grados a medio camino, entonces el imán continuaría rotando. Este dispositivo sencillo es un motor en su forma más simple. Un motor real es más complejo, sin embargo, el principio es igual. 2.2.2 Corriente Alterna (CA) La diferencia entre la Corriente Directa (CD) y la Corriente Alterna (CA) es que con la CD la corriente fluye solamente en una dirección, mientras que con la CA la dirección del flujo de corriente actual cambia periódicamente de dirección. En el caso de la CA , el flujo actual cambia de dirección 120 veces por segundo. Esta corriente se refiere a la “CA de 60 o ciclos" o "CA de 60 Hertz" en honor del Sr. Hertz que fue la primera persona que concibió el concepto de la corriente alterna. Otra característica del flujo de corriente actual es que puede variar en cantidad, es decir, podemos tener un flujo de 5, 10 ó 100 Amperes, por ejemplo. Con la CD absoluta, esto significa que el flujo actual sería de 5, 10 ó 100 Amperes continuos (Figura 2.15).

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Corriente

(A)

Tiempo (s) Figura 2.15 Visualización de la CD

Con la CA es diferente. Como usted puede imagínese, sería bastante difícil que la corriente fluya de desde el punto de vista de 100 amperios en una dirección positiva e inmediatamente después esté fluyendo con dirección negativa de igual intensidad. En lugar de eso, como la corriente se alista para cambiar de direcciones, primero disminuye hasta que alcanza el flujo cero y después se acumula gradualmente en la otra dirección (Figura 2.16). Observe que el flujo actual máximo (los picos de la línea) en cada dirección es más que el valor especificado (100 Amperes). Por lo tanto, el valor especificado se da como valor promedio. Realmente se llama "raíz cuadrada media", pero no se preocupe por recordar esto ya que no es de importancia. Lo que es importante en nuestro estudio de motores, es darse cuenta de que la fuerza del campo magnético producido por una bobina electromagnética de CA, aumenta y disminuye con el incremento y disminución del flujo de corriente alterna. Corriente (A)

Tiempo (s) Figura.2.16 Visualización de la CA

2.2.3 Operación básica del motor de CA Un motor de CA tiene dos partes eléctricas básicas: un "estator" y un "rotor", como se muestra en la figura 2.17. El estator está en el componente eléctrico estático. Consiste en un grupo de electroimanes individuales dispuestos de una manera tal que formen un cilindro hueco, con un polo de cada cara de los imanes hacia el centro del grupo. El término, "estator" se deriva de la palabra estática. El rotor es el componente eléctrico

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rotativo, el cual consiste en un grupo de electroimanes dispuestos alrededor de un cilindro, con los polos haciendo frente hacia los polos del estator. El rotor, está situado obviamente dentro del estator y montado en el eje del motor. El término "rotor" se deriva de la palabra rotar. El objetivo de estos componentes del motor es hacer que el rotor gire sobre el eje del motor. Esta rotación ocurrirá debido al fenómeno magnético previamente discutido que los polos opuestos se atraen y polos iguales se rechazan. Si cambiamos progresivamente la polaridad de los polos del estator de una manera tal que su campo magnético combinado rote, entonces el rotor seguirá girando con el campo magnético del estator.

Figura 2.17 Componentes eléctricos básicos de un motor de CA.

En la Figura 2.18 se muestra como van rotando los campos magnéticos del estator. De acuerdo con la figura, el estator tiene seis polos magnéticos y el rotor tiene dos polos. En el tiempo 1, los polos A-1 del estator y el C-2 son polos Norte y los polos opuestos, A-2 y C-1, son los polos sur. El polo S del rotor es atraído por los dos polos N del estator y el polo N del rotor es atraído por los dos polos del sur del estator. En el tiempo 2, la polaridad de los postes del estator se cambia de modo que ahora el C-2 y B-1 son los polos N y C-1 y B-2 son los polos S. Entonces el rotor se ve forzado a rotar 60 grados para alinearse con los polos del estator según lo demostrado en la figura. En el tiempo 3, B-1 y A-2 son los polos N. En el tiempo 4, A-2 y C-1 son los polos N. Mientras que se realiza cada cambio, los polos del rotor son atraídos por los polos opuestos en el estator. Así, como el campo magnético del estator rota, el rotor se ve forzado a rotar con él.

Figura 2.18 Rotación del campo magnético de un motor de CA.

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Una forma para producir un campo magnético que rota en el estator de un motor de CA es utilizar una fuente de alimentación trifásica para las bobinas del estator. Se preguntará. La figura 2.16 muestra la energía monofásica. El generador de CA asociado produce justamente un flujo de corriente eléctrica cuya dirección e intensidad descienden según lo indicado por la línea continua de la gráfica. Del tiempo 0 al tiempo 3, la corriente fluye en el conductor en dirección positiva. Del tiempo 3 al tiempo 6, la corriente fluye en dirección negativa. En cualquier tiempo, la corriente fluye solamente en una dirección. Pero algunos generadores producen flujos en tres fases separadas en el mismo circuito. A esto se refiere la energía trifásica. En ningún un instante, sin embargo, la dirección y la intensidad de cada flujo actual separado no es igual al de las otras fases (véase Figura 10). Las tres fases separadas (flujos actuales) se etiquetan A, B y C. En el tiempo 1, ponga en fase A está en los Amperes cero, la fase B está cerca de su amperaje máximo y fluye en dirección positiva, y la fase C está cerca a su amperaje máximo pero fluye en dirección negativa. En el tiempo 2, el amperaje de la fase A está aumentando y el flujo es positivo, el amperaje de la fase B está disminuyendo y su flujo sigue siendo negativo, y la fase C ha caído a los amperes cero. Un ciclo completo (a partir de cero al máximo en una dirección, de cero al máximo en la otra dirección, y de nuevo a cero) toma una revolución completa del generador. Por lo tanto, un ciclo completo, se dice que tiene 360 grados eléctricos. En la figura 2.20, vemos que cada fase está desplazada 120 grados a partir de las otras dos fases. Por lo tanto, decimos que son 120 grados fuera de fase.

Tiempo Corriente (A)

Grados eléctricos Figura 2.20 Patrón de fases separadas de la energía trifásica

Para producir un campo magnético que rota en el estator de un motor de CA trifásico, se necesita que las bobinas del estator estén correctamente conectadas a la fuente de alimentación de corriente. La conexión para un estator de 6 postes se muestra en la Figura 2.15. Cada fase de la fuente de alimentación trifásica está conectada con los polos opuestos y las bobinas asociadas se bobinan en la misma dirección. En la Figura 2.13, la polaridad de los polos del electroimán es determinada por la dirección de la corriente que circula por la bobina. Por consiguiente, si dos electroimanes opuestos del

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estator se bobinan en la misma dirección, la polaridad de los polos opuestos debe de estar enfrente. Por lo tanto, cuando el polo A1 es N, el polo A2 es S. Cuando el polo B1 es N, B2 es S y así sucesivamente.

Figura 2.21 Cuadro de método para conectar energía trifásica con un estator de seis

polos. En la Figura 2.22 muestra cómo se produce el campo magnético que rota. En el tiempo 1, el flujo actual en los polos de la fase "A" es positivo y el polo A-1 es N. El flujo actual en los polos de la fase "C" es negativo, haciendo C-2 un polo N y C-1 el polo S. No hay flujo actual en la fase "B", así que estos polos no se magnetizan. En el tiempo 2, las fases han cambiado de puesto 60 grados, haciendo los postes C-2 y B-1 N y C-1 y B-2 ambos polos S. Así, el flujo magnético produce el cambio de polaridad en las bobinas provocando que los polos resultantes N y S se muevan a la derecha alrededor del estator, lo que resulta en una rotación del campo magnético. Por lo tanto, el rotor actúa como un imán de barra arrastrado por el campo magnético que rota.

Figura 2.22. Cómo la energía trifásica produce un campo magnético que rota.

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En los ejemplos anteriores, se ha asumido que los polos del rotor son bobinas como los polos del estator provistos con CD para crear polos fijos en polaridad. Así es exactamente cómo funciona un motor de CA síncrono. Sin embargo, la mayoría de los motores de CA que son utilizados actualmente no son motores síncronos. En lugar de eso, los motores de inducción son los que prevalecen en la industria. ¿Cuál es la diferencia del motor de inducción? La gran diferencia es la manera en la que se provee la corriente al rotor. Ésta no es ninguna fuente de alimentación externa, en lugar de eso, se utiliza la técnica de inducción, la cual es un fenómeno natural que ocurre cuando un conductor (las barras de aluminio en el caso de un rotor, véase el Figura 2.23) se mueve a través de un campo magnético existente o cuando un campo magnético se pasa a un conductor. En cualquier caso, el movimiento relativo provoca que la corriente eléctrica circule por el conductor. Esto se refiere al flujo actual "inducido". En otras palabras, en un motor de inducción el flujo actual del rotor no es causado por cualquier conexión directa de los conductores a una fuente de voltaje, sino por la influencia de los conductores del rotor que provocan el corte de las líneas del flujo producidas por los campos magnéticos del estator. La corriente inducida que se produce en el rotor da lugar a un campo magnético alrededor de los conductores del rotor. Este campo magnético alrededor de cada conductor del rotor hará que cada conductor actúe como un imán permanente (véase Figura 2.18). Como el campo magnético del estator alterna debido al efecto de suministro de CA trifásica, el campo magnético inducido del rotor será atraído y seguirá la rotación. El rotor está conectado con el eje del motor, así que el eje rotará y conducirá la carga de la conexión. Así es como funciona un motor. Anillo final de aluminio Barras de aluminio Laminas de separación

Flecha

Figura 2.23. Construcción de un rotor del motor de inducción de la CA.

2.3 SENSORES Un sensor es un transductor que se utiliza para medir una variable física de interés. Algunos de los sensores utilizados con más frecuencia son los calibradores de tensión (utilizados para medir la fuerza y la presión), los termopares (temperaturas), los velocímetros (velocidad). Cualquier sensor necesita esta calibrado para ser útil como dispositivos de medida. Los sensores pueden clasificarse en dos tipos básicos, dependiendo de la forma de la señal convertida.

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Los dos tipos son: Sensores analógicos Sensores digitales Los transductores analógicos proporcionan una señal analógica continua, por ejemplo voltaje o corriente eléctrica. Esta señal puede ser tomada como el valor de la variable física que se mide. Los transductores digitales producen una señal de salida digital, en la forma de un conjunto de bits de estado en paralelo o formando una serie de pulsaciones que pueden ser contadas. En una u otra forma, las señales digitales representan el valor de la variable medida. Los sensores digitales suelen ofrecer la ventaja de ser más compatibles con las computadoras digitales que los sensores analógicos en la automatización y en el control de procesos.

Características deseables de los sensores

Exactitud: La exactitud de la medición debe ser tan alta como fuese posible. Se entiende por exactitud que le valor verdadero de la variable se pueda detectar sin errores sistemáticos positivos o negativos en la medición. Sobre varias mediciones de la variable, el promedio de error entre el valor real y el valor detectado tendera a ser cero. Precisión: La precisión significa que existe o no una pequeña variación aleatoria en la medición de la variable. La dispersión en los valores de una serie de mediciones será mínima. Rango de funcionamiento: El sensor debe tener un amplio rango de funcionamiento y debe ser exacto y preciso en todo el rango. Velocidad de respuesta: El sensor debe ser capaz de responder a los cambios de la variable detectada en un tiempo mínimo. Lo ideal sería una respuesta instantánea. Calibración: El sensor debe ser fácil de calibrar. El tiempo y los procedimientos necesarios para llevar a cabo el proceso de calibración deben ser mínimos. Además, el sensor no debe necesitar una re-calibración frecuente. El término desviación se aplica con frecuencia para indicar la pérdida gradual de exactitud del sensor que se produce con el tiempo y el uso, lo cual hace necesaria su re-calibración. Fiabilidad: El sensor debe tener una alta fiabilidad. No debe estar sujeto a fallos frecuentes durante el funcionamiento.

Clasificación de los sensores

Internos: información sobre la propia maquina Posición (potenciómetros, ópticos...) Velocidad (eléctricos, ópticos...) Aceleración Externos: información sobre lo que rodea a la maquina Proximidad (reflexión lumínica, láser, ultrasonido...) Tacto (varillas, presión, polímeros...)

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Fuerza (corriente en motores, deflexión...) Visión (cámaras de tubo) Según el tipo de magnitud física a detectar podemos establecer la siguiente clasificación: Posición lineal o angular. Desplazamiento o deformación. Velocidad lineal o angular. Aceleración. Fuerza y par. Presión. Caudal. Temperatura. Presencia o proximidad. Táctiles. Intensidad lumínica.

Sistemas de visión artificial.

Otro tipo de clasificación es diferenciar entre sensores activos o pasivos. Los sensores pasivos requieren de una alimentación para efectuar su función, mientras que los activos general la señal sin necesidad de alimentación externa Los sensores externos son los elementos que permiten a la maquina interactuar con su ambiente de una manera flexible. Aunque muchas maquinas actuales (sobre todo las industriales) trabajan de una forma preprogramada, el uso de los sensores externos como apoyo en la ejecución de tareas es cada día más amplio. Los sensores externos dan a la maquina mayor independencia del entorno concreto en el que se mueven, lo que se traduce en un mayor grado de "inteligencia". Existen tres tipos de sensores externos que suelen ser utilizados por las maquinas de forma general, para gran diversidad de tareas. Esto son los sensores táctiles, de proximidad o presencia y los de alcance. Los sensores táctiles son dispositivos que indican el contacto de algún objeto sólido con ellos mismos. Suelen ser empleados en los extremos de los brazos de robot (pinzas) para controlar la manipulación de objetos. A su vez se pueden dividir en dos tipos: de contacto y de fuerza. 2.3.1 Sensor de presencia. Son dispositivos que detectan señales para actuar en un determinado proceso u operación, teniendo las siguientes características: Son dispositivos que actúan por inducción al acercarles un objeto. No requieren contacto directo con el material a sensar. Son los más comunes y utilizados en la industria Se encuentran encapsulados en plástico para proveer una mayor facilidad de montaje y protección ante posibles golpees

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Aplicaciones:

Control de cintas transportadoras, Control de alta velocidad Detección de movimiento Conteo de piezas, Sensado de aberturas en sistemas de seguridad y alarma Sistemas de control como finales de carrera. (PLC´s) Sensor óptico.

Características.

• Son de confección pequeña, pero robustos • Mayor distancia de operación. • Detectan cualquier material. • Larga vida útil

Figura 2.24 Sensor de Presencia

Principio de operación

Figura 2.25 Funcionamiento de sensor

. Aplicaciones

Sistema de protección tipo barrera en rejillas de acceso en una prensa hidráulica, donde la seguridad del operario es una prioridad. Detección de piezas que viajan a muy alta velocidad en una línea de producción (industria electrónica o embotelladoras). Detección de piezas en el interior de pinzas, en este caso el sensor esta constituido por un emisor y un receptor de infrarrojos ubicados uno frente a otro, de tal forma que la

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interrupción de la señal emitida, es un indicador de la presencia de un objeto en el interior de las pinzas. 2.4ACTUADORES NEUMÁTICOS El trabajo de estudio de la automatización de una maquina no acaba con el esquema del automatismo a realizar, sino con la adecuada elección del receptor a utilizar y la perfecta unión entre este y la maquina a la cual sirve. En nuestro caso los receptores son los llamados actuadotes neumáticos o elementos de trabajo, cuya función es la de transformar la energía neumática del aire comprimido en trabajo mecánico. Los actuadotes neumáticos se clasifican en dos grandes grupos: - Cilindros - Motores 2.4.1 Cilindros Neumáticos Los cilindros neumáticos son, por regla general, los elementos que realizan el trabajo y 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. Generalmente, el cilindro neumático está constituido por un tubo circular cerrado en los extremos mediante dos tapas, entre las cuales se desliza un émbolo que separa dos cámaras. Al émbolo va unido un vástago que, saliendo a través de una o ambas tapas, permite utilizar la fuerza desarrollada por el cilindro en virtud de la presión del fluido al actuar sobre las superficies del émbolo. Los dos volúmenes de aire en que queda dividido el cilindro por el émbolo reciben el nombre de cámaras. Si la presión de aire se aplica en la cámara posterior de un cilindro, el émbolo y el vástago se desplazan hacia adelante (carrera de avance). Si la presión de aire se aplica en la cámara anterior del cilindro, el desplazamiento se realiza en sentido inverso (carrera de retroceso). Existen diferentes tipos de cilindros neumáticos, según la forma en que se realiza el retroceso del vástago, los cilindros se dividen en dos grupos: - Cilindros de simple efecto. - Cilindros de doble efecto. 2.4.2 Cilindros de simple efecto El cilindro de simple efecto sólo puede realizar trabajo en un único sentido, es decir, el desplazamiento del émbolo por la presión del aire comprimido tiene lugar en un solo sentido, pues el retorno a su posición inicial se realiza por medio de un muelle recuperador que lleva el cilindro incorporado o bien mediante la acción de fuerzas exteriores.

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Figura 2.26 Cilindro de simple efecto

Los más empleados son los cilindros de émbolo, el movimiento de trabajo es efectuado por el aire a presión que obliga a desplazarse al émbolo comprimiendo el muelle y, al desaparecer la presión, el muelle hace que regrese a su primitiva posición de reposo. Por eso los cilindros de simple efecto se utilizan cuando el trabajo debe realizarse en una sola dirección. Hay que tener presente que existe aire a la presión atmosférica en la cámara opuesta, pero puede escaparse a la atmósfera a través de un orificio de escape. Según la disposición del muelle, los cilindros de simple efecto pueden aplicarse para trabajar a compresión (vástago recogido en reposo y muelle en cámara anterior), o para trabajar a tracción (vástago desplazado en reposo y muelle en cámara posterior). Mediante el resorte recuperador incorporado, queda limitada la carrera de los cilindros de simple efecto; por regla general la longitud de la carrera no supera los 100 mm. Por razones prácticas, son de diámetro pequeño y la única ventaja de estos cilindros es su reducido consumo de aire, por lo que suelen aplicarse como elementos auxiliares en las automatizaciones. 2.4.3 Cilindros de doble efecto Al decir doble efecto se quiere significar que tanto el movimiento de salida como el de entrada son debidos al aire comprimido, es decir, el aire comprimido ejerce su acción en las dos cámaras del cilindro, de esta forma puede realizar trabajo en los dos sentidos del movimiento.

Figura 2.27 Cilindro de doble efecto

El campo de aplicación de los cilindros de doble efecto es mucho más extenso que el de los cilindros de simple efecto; incluso si no es necesario ejercer una fuerza en los dos sentidos, el cilindro de doble efecto es preferible al cilindro de simple efecto con muelle de retorno incorporado. El cilindro de doble efecto se construye siempre en forma de cilindro de émbolo y posee dos tomas para el aire comprimido situadas a ambos lados del émbolo. Al aplicar aire a presión en la cámara posterior y comunicar la cámara anterior con la atmósfera a través de una válvula, el cilindro realiza la carrera de avance.

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La carrera de retroceso se efectúa introduciendo aire a presión en la cámara anterior y comunicando la cámara posterior con la atmósfera, igualmente a través de una válvula para la evacuación del aire contenido en esa cámara de cilindro. Para una presión determinada en el circuito, el movimiento de retroceso en un cilindro de doble efecto desarrolla menos fuerza que el movimiento de avance, ya que la superficie del émbolo se ve ahora reducida por la sección transversal del vástago. Normalmente, en la práctica no se requieren fuerzas iguales en los dos movimientos opuestos. Los cilindros de doble efecto pueden ser: - Sin amortiguación. - Con amortiguación. En la práctica, el empleo de unos u otros depende de factores como la carga y la velocidad de desplazamiento. Por ejemplo, cuando la carga viene detenida por topes externos pueden aplicarse los cilindros sin amortiguación. Sin embargo, cuando la carga no viene detenida por tales topes se debe recurrir a la utilización de los cilindros con amortiguación. Los cilindros de doble efecto presentan las siguientes ventajas sobre los cilindros de simple efecto: - Posibilidad de realizar trabajo en los dos sentidos. - No se pierde fuerza para comprimir el muelle. - No se aprovecha toda la longitud del cuerpo del cilindro como carrera útil. Por el contrario, tienen el inconveniente de que consumen doble cantidad de aire comprimido que un cilindro de doble efecto.

Amortiguación Por la mecánica conocemos que la cantidad de energía cinética de un cuerpo viene determinada por su masa y velocidad. La expresión de la energía cinética de un cuerpo es:

Ec=1/2 m* V2

La velocidad aparece elevada al cuadrado, ya que es muy importante en la energía cinética. La fórmula anterior puede aplicarse al émbolo, al vástago y a toda la masa aplicada a él, en movimiento. Para analizar el efecto de la energía en un cilindro neumático hay que fijarse en la carrera.

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La carrera finaliza al chocar el émbolo con la tapa anterior o posterior. Para el émbolo significa liberar toda la energía cinética, igual que ocurre cuando un automóvil a toda velocidad se estrella contra un obstáculo. Si la fuerza desarrollada por el émbolo, el vástago y la masa aplicada a él, así como su velocidad, son grandes se libera una gran energía. La energía liberada intentará deformar la cabeza en cuestión o incluso romperla. A fin de evitarlo se debe disminuir la cantidad de energía que actúa contra las tapas. Esto se consigue mediante la amortiguación final de carrera. Esta amortiguación puede ser externa o interna al cilindro.

Figura 2.28 Cilindros con amortiguación interna. La amortiguación externa se logra mediante amortiguadores hidráulicos, muelles, sistemas de estrangulamiento de los conductos de escape que se conectan a partir de un determinado punto de la carrera, etc. La amortiguación interna más utilizada es la amortiguación neumática. Esta amortiguación se consigue de la siguiente manera: Se añade al émbolo un pistón de amortiguación que no cambia su área útil. Durante el movimiento del émbolo, el aire puede escaparse a la atmósfera normalmente, justo hasta antes del fin de carrera. En este momento el pistón de amortiguación cierra la salida libre y el aire escapa a la atmósfera a través de una restricción regulable. El aire remanente es comprimido por el émbolo aún en movimiento. Este aire comprimido produce una resistencia progresiva que se opone al movimiento del émbolo. Este cojín de aire absorbe el golpe. El tornillo de ajuste puede regularse externamente con objeto de controlar la amortiguación. En la práctica este tornillo se ajusta de forma que para una velocidad determinada del émbolo y para una carga dada no se oiga ningún golpe metálico. 2.4.4 Características técnicas para los cilindros neumáticos Los fabricantes de cilindros adoptan varios criterios sobre las dimensiones de los mismos, ya que, según las implicaciones geográficas o las licencias de fabricación que poseen, adoptan unas u otras normativas.

Fuerza del cilindro La transmisión de potencia mediante aire comprimido se basa en el principio de Pascal: Toda presión ejercida sobre un fluido se transmite íntegramente en todas direcciones. Por tanto, la fuerza ejercida por un émbolo es igual al producto de la presión por la superficie.

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En los cilindros de simple efecto debe reducirse la fuerza del muelle recuperador, y en los cilindros de doble efecto debe deducirse en la carrera de retroceso el área del vástago del área total del émbolo. Para el rozamiento o bien para el momento de arranque se descuenta de un 3 a un 100% de la fuerza calculada.

Consumo de aire Otra característica importante es la cantidad de aire a presión necesario para el funcionamiento de un cilindro. La energía del aire comprimido que alimenta los cilindros se consume transformándose en trabajo y, una vez utilizado, se expulsa a la atmósfera por el escape durante la carrera de retroceso. Se entiende por consumo teórico de aire de un cilindro, al volumen de aire consumido en cada ciclo de trabajo. Un ciclo de trabajo se refiere al desplazamiento del émbolo desde su posición inicial hasta el final de su carrera de trabajo, más el retorno a su posición inicial.

Velocidad del émbolo La velocidad media del émbolo en los cilindros estándar está comprendida entre 0.1 y 1.5 m/s. En los cilindros especiales la velocidad puede ser mayor. Nunca deben utilizarse los cilindros sin amortiguación para trabajar a grandes velocidades o bajo condiciones de choque. La velocidad del émbolo es función de la presión de trabajo en las secciones de las tuberías y también del diámetro nominal de la válvula de mando. Además, la velocidad del émbolo puede ser afectada por válvulas estranguladoras o por válvulas de escape rápido.

Carrera del cilindro En comparación con los cilindros de simple efecto con muelle de retorno, la carrera de los de doble efecto está menos limitada. Las principales razones para la limitación de las carreras son: a) La disponibilidad comercial de los materiales para la fabricación de piezas largas. b) La proporción entre la longitud del vástago y su diámetro. Como consecuencia de esto se tiene que una medida excesivamente larga en proporción a su diámetro, existe el riesgo de que en compresión se produzca el pandeo. Por esta razón es necesario calcular el valor del pandeo para el vástago y, consecuentemente, la longitud máxima permisible del vástago. Para el cálculo de la carga por pandeo permitida debe tomarse por base la fórmula de Euler.

Carga de pandeo KL

IEP ..2π=

Es decir, con esta carga el vástago se pandea.

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Máxima carga de servicio F=P / n Lk=Longitud libre de pandeo (cm) E = Módulo de elasticidad (kp/cm2) I = Momento de inercia (cm4) n. = Seguridad (aproximadamente 2,5 3,5)

Figura 2.29 Carrera de cilindro

Juntas empleadas en los cilindros

Uno de los componentes importantes en la construcción de los cilindros neumáticos son las juntas, cuya función es impedir las fugas de aire comprimido entre las piezas mecánicas que configuran el cilindro para que éste permanezca hermético. Las juntas, según la función que desarrollan, se clasifican en dos apartados: juntas estáticas y juntas dinámicas. Las juntas estáticas son las que se colocan entre piezas que no están en movimiento. Su función es cerrar herméticamente un volumen o proporcionar uniones perfectas. Las juntas dinámicas trabajan entre una superficie móvil y otra fija, debiendo, además, conservar las condiciones adecuadas para trabajar como juntas estáticas cuando el cilindro está parado. Existen diversos tipos de juntas, las más empleadas en neumática son las juntas planas, las juntas tóricas y las juntas de labios. Las juntas planas se usan únicamente para aplicaciones estáticas.

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Según su construcción, las juntas de estanqueidad se clasifican en:

Figura 2.30 Junta en forma de "anillo toroidal"

Figura 2.31 Junta cuadrada

Figura 2.32 Junta en forma de "mango de copa"

Figura 2.33 Junta en forma de "mango doble de copa"

Figura 2.34 Junta en forma de "L"

Figura 2.35 Junta preformada

Las juntas tóricas, cuya sección es circular, son las más difundidas por sus óptimas características de funcionamiento. Es preferible usarlas como juntas estáticas.

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Una vez montadas se adaptan a cualquier superficie irregular mejor que las planas. También se utilizan como juntas dinámicas, especialmente en aquellos casos en que las ventajas de las juntas tóricas se hacen evidentes y en cambio sus desventajas no son graves. En los cilindros neumáticos actúan como juntas estáticas y en las válvulas distribuidoras como juntas dinámicas. Las juntas de labios pertenecen al grupo de las dinámicas, estas juntas se utilizan para conseguir la estanqueidad en los émbolos. Además, en las mismas condiciones las juntas de labios duran más que las tóricas, y esto se debe a la forma de la junta. En el montaje el labio de la junta ya resulta pre-tensado, lo que proporciona un cierto cierre. Esta tensión es aumentada por la acción del aire comprimido sobre él. Debido al hecho de que el labio está pre-tensado, éste va ajustándose a medida que se desgasta.

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CAPITULO III.- METODOLOGIA

De acuerdo al proceso descrito desarrollamos el siguiente diagrama de flujo para posteriormente hacer el programa.

INICIO

SENSOR 4

NO HAY ETIQUETA

SI HAY ETIQ

SENSOR 1

UETA

SI HAY BOTELLA

NO HAY BOTELLA

BANDA TRANSPORTADORA

SENSOR 2 NO HAY BOTELLA

SI HAY BOTELLA

ENCIENDE MOTOR DE ETIQUETAS 5 seg

ENCIENDE MOTOR DE LA BANDA PARA COLOCAR LA ETIQUETA 10 seg

SENSOR 3 NO HAY BOTELLA

ENCIENDE ACTUADOR NEUMÁTICO 2 seg

FIN

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A continuación se muestra la fotografía de la maquina etiquetadota en la cual nos basamos para el desarrollo del proyecto, analizando la maquina y partiendo de suposiciones del proceso de etiquetado, proponemos la siguiente secuencia de control.

Fotografía 1 Maquina etiquetadota

Tomando en cuenta que la maquina consta de tres motores de corriente alterna, 4 sensores de presencia y un actuador neumático, tenemos el siguiente proceso: 1.- el sensor 4 comprobara que las etiquetas se han instalado y que están listas para usarse. 2.- el sensor 1 tiene la función de detectar la presencia de las botellas ya que sino hay botellas el proceso no comenzara, si hay botella se activara el motor 1 que es el encargado de hacer funcionar la banda transportadora. 3.- Cuando la botella llegue al sensor 2 entraran en función los motores 2 y 3. El motor 2 libera las etiquetas para su utilización, este motor funciona por un tiempo de 5 segundos y se detendrá, mientras que el motor 3 controla la banda que presionara a la botella contra la etiqueta para adherirla mejor, este motor funcionara por 10 segundos. 4.- finalmente el sensor 3 activara el actuador neumático para empujar la botella para que entre a otro proceso o simplemente sacarla y dar por terminado el proceso.

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Fotografía 2 Componentes de la etiquetadora

/WIN, el

Ahora explicaremos a detalle el procedimiento que se debe llevar a cabo desde la nstalación del software STEP 7-Micro/WIN V4.0.5.08 >STEP 7-Microi

desarrollo del programa de control y finalmente como cargarlo al PLC Paso 1.-se procede a instalar el software en la computadora el cual se inicializara automáticamente y siguiendo los pasos del mismo se obtendrá una instalación correcta, tras lo cual aparece una ventana fig. 3.1 que dice Ajustar interface PG/PC en la cual hay que seleccionar el parámetro utilizado en este seleccionaremos la opción PC/PPI cable (PPI) y se da aceptar.

Figura 3.1 Ventana para configurar la interfaz

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Con lo cual finalizara la instalación del programa. Paso 2.-para abrir el programa damos clic inicio>todos los programas>Simatic>STEP 7-Micro/WIN V4.0.5.08 >STEP 7-Micro/WIN y se abrirá el programa con un ventana como la fig.3.2

Figura 3.2 Venta principal de programación

OTA: En caso de no aparecer la ventana queNlas flecha y que es dond

dice KOP (SIMATIC) en la que aparecen e vamos a hacer los programas, dar clic en Bloque de Programa

Paso 3.- Se da clic en Ajustar interface PG/PC para comprobar que la interfaz este correcta (PC/PPI cable PPI) si es así dar en aceptar. Paso 4.- Abrir la ventana de trabajo para comenzar hacer el diagrama de escalera dando clic en Bloque de Programa. Para seleccionar los símbolos que vamos a ocupar se va a la columna donde se encuentra una lista de carpetas y si se habré cada carpeta se podrá observar diferentes símbolos para operaciones distintas, si se coloca el mouse encima da cada símbolo sin dar clic aparecerá la descripción de cada símbolo fig.3.3

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Figura 3.3 Bloque de programa

Paso 5.- para insertar los símbolos en la ventana de trabajo se coloca el mouse sobre el símbolo y se mantiene apretado el botón izquierdo y sin soltarlo se arrastra hasta la ventana de trabajo fig. 3.4 NOTA: cada línea (Network) representa un línea de la escalera. Cada símbolo pedirá datos que indicaran si se trata de una entrada (se denomina I y a continuación el bit de la dirección del elemento), una salida (se denomina con Q y a continuación el bit de la memoria si tiene duda acerca del funcionamiento de algún elemento dirigirse al menú ayuda>¿Qué es esto? y se da clic en el símbolo a describir.

la dirección del elemento) o una dirección de

Figura 3.4 Símbolos de componente en el bloque de programa

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Paso 6.- a continuación describimos el programa de control de la maquina etiquetadora, dividido por bloques de escalera

Diagrama de escalera.

1.- El inicio de este proceso comienza con el accionamiento del botón de arranque general que acciona al circuito de enclavamiento y además activa al sensor de botellas, sensor de etiqueta, sensor de arranque de motores de etiquetas y fijación de etiquetas y sensor final de banda principal.

2.- El sensor de botella es un transductor de presencia que actúa en conjunto con el sensor de etiqueta para iniciar la marcha de la banda principal.

3.- El sensor de etiqueta es otro transductor de presencia que funciona en conjunto con el sensor de botella para activar la marcha de la banda principal.

4.- El botón de arranque y las señales de los sensores de botella y etiqueta activan el motor de la banda principal. En caso de no existir alguna de estas condiciones no funcionara la banda principal.

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5.- El sensor de arranque detecta cuando la botella se acerca a la etiqueta y se adhiere por medio de contacto directo accionando los motores de etiqueta y fijación.

6.- El motor de la banda de etiquetas se ajusta al tiempo de operación deseado para el proceso a través de un temporizador.

7.- En esta etapa arranca el motor de etiqueta y detiene su operación por medio del temporizador.

8.- El motor de la banda de fijación de etiquetas se ajusta por medio de otro temporizador para la operación en el tiempo que sea requerido.

9.- En esta etapa arranca el motor de fijación de etiqueta y detiene su operación por medio del temporizador.

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10.- Cuando la botella ha sido etiquetada llega a la parte final de la banda donde esta ubicado el sensor de presencia para detectar las botellas.

11.- El sensor activa al temporizador para determinar el tiempo de operación de la siguiente función.

12.- En esta etapa el actuador neumático es puesto en marcha por medio del sensor de final de la banda de fijación para enviar la botella hacia otra parte del proceso.

rfaz PPI. Al terminar el programa se procede a cargar el programa de la computadora al PLC por medio de la inte

Figura 3.5 Ventana del programa en ejecución

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Paso 7.-Para comprobar si el diagrama no tiene errores se utiliza una herramienta llamada compilar en la barra de menú y se da clic en el icono compilar y luego en el icono de a lado que dice compilar todo Paso 8: después de compilar el siguiente paso es comprobar que el cable PPI este conectado de la computadora al PLC, y que el PLC este encendido, se cargar el programa en el PLC dando clic en el icono cargar en PG

Figura 3.6 Comunicación de la interfaz

Al terminar de cargar el programa se puede probar entonces ya en el PLC y comprobar que el programa este funcionando correctamente.

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CAPITULO IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones La culminación de este trabajo cumple satisfactoriamente con los objetivos fundamentales que a continuación se describen. Uno de ellos es la puesta en marcha de la etapa de etiquetado dentro del proceso de envasado de botellas. Esto se logro en base al funcionamiento de la maquina etiquetadora, observando el funcionamiento de cada elemento en particular, como son los motores de las bandas, los transductores de presencia, el actuador neumático y las bandas. Así mismo se realizo la programación del diagrama de escalera en base al control lógico programable (PLC). Además se verifico cada una de las etapas de funcionamiento del proceso de etiquetado comprobando la puesta en marcha. Es importante resaltar que el mantenimiento en este proceso es mínimo debido a su gran eficiencia. La etiquetadora opera a través del control lógico programable por lo cual se ofrece la ventaja de ajustar el programa del diagrama de escalera de acuerdo a las necesidades de cada usuario. El uso de este tipo de control es confiable, además de que su tiempo de respuesta es inmediato. El mantenimiento requiere solo de cuidados básicos como limpieza de polvo para evitar perjudicar el funcionamiento adecuado. Nosotros basamos el p iemens S7-200 por su

de utilización además de contar con los recursos para la comunicación entre la

Recomendaciones.

l sistema de control usado para esta maquina etiquetadora es de control lógico rogramable pero no es la única alternativa. Otra posibilidad de realizar el control es a avés de un microcontrolador y aprovechar sus características de operación para otras ecesidades.

e debe tomar en cuenta los manuales de usuario, guías, así como especificaciones del LC S7-200 para su funcionamiento correcto o bien la utilización de otro tipo de PLC ependiendo de las características que se necesiten para su uso.

a etapa de etiquetado es parte de todo un proceso de envasado útil para las industrias edicadas a esta rama. La maquina etiquetadora tendrá que ser programada de acuerdo los requerimientos del proceso de envasado para obtener el volumen de botellas tiquetadas.

royecto en la programación de PLC Sfacilidadcomputadora y el PLC.

Eptrn SPd Ldae

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Introducción a la neumática utor: Antonio Guillén Salvador

ontrol electroeumatico y electrónico

IEMENS

BIBLIOGRAFIA

AEditorial: Alfaomega CAutores: J. Hyde, J Regué, A. Cuspinera Editorial: Alfaomega Software de programación SIMATIC STEP7-Micro WIN V4.0.5.08 Marca: S Manual de instrucciones SIMATIC S7-200 Marca: SIEMENS

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