Modulo para realizar practicas de laboratorio de PLC

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD DEL ZULIA

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA

CONSTRUCCIN DE UN MDULO INSTRUCCIONAL PARA EL

DESARROLLO DE PRCTICAS DE LABORATORIO DE AUTOMATIZACIN

INDUSTRIAL UTILIZANDO UN PLC SIEMENS S7-1200

Trabajo especial de grado presentado ante la ilustre Universidad del Zulia para

optar al ttulo de Ingeniero Electricista

Bracho Dik, Yimmy Jos

Rodrguez Caizales, Claudio Jos

Asesor acadmico:

Ramrez Urbina, Jacobo Antonio

Maracaibo, Mayo de 2015

FRONTISPICIO

CONSTRUCCIN DE UN MDULO INSTRUCCIONAL PARA EL

DESARROLLO DE PRCTICAS DE LABORATORIO DE AUTOMATIZACIN

INDUSTRIAL UTILIZANDO UN PLC SIEMENS S7-1200

Trabajo Especial de Grado para optar al Ttulo de Ingeniero Electricista

Presentado por:

Br. Bracho D., Yimmy J. CI: 20.584.944 ___________________

Correo Electrnico: [email protected]

Br. Rodrguez C., Claudio J. CI: 20.149.317 ___________________

Correo Electrnico: [email protected]

ASESOR ACADMICO

_______________

Ing. Jacobo Ramrez

i

APROBACIN

Este jurado aprueba el Trabajo Especial de Grado titulado Construccin

de un mdulo instruccional para el desarrollo de prcticas de automatizacin

industrial utilizando un PLC SIEMENS S7-1200 que Yimmy Bracho y Claudio

Rodrguez, C.I: 20584944 y 20149317 respectivamente, presentan ante la ilustre

Universidad del Zulia, como requisito para optar al Grado de Ingeniero Electricista.

________________________________

Presidente del jurado.

Jacobo Ramrez.

C.I:


________________________________

Jurado evaluador.

Claudio Bustos.

C.I:

________________________________

Jurado evaluador.

Francisco Parra.

C.I:

ii

Bracho Dik, Yimmy Jos, Rodrguez Caizales, Claudio Jos. Construccin de un

mdulo instruccional para el desarrollo de prcticas de laboratorio de

automatizacin industrial utilizando un PLC Siemens S7-1200. Trabajo especial

de grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniera. Escuela de Ingeniera

Elctrica. Marcaibo, Venezuela, 2015.

RESUMEN

El desarrollo de la presente investigacin permiti la construccin de un mdulo

instruccional para la realizacin de prcticas de laboratorio en el rea de

automatizacin industrial y de la creacin de las correspondientes guas para

dicho propsito. Se realiz primeramente un diseo conceptual en el que se

determin tras la revisin de material bibliogrfico que el criterio principal para la

construccin era que el mdulo deba de ser portable para facilitar su traslado y

que adems deba poseer diversos elementos que permitieran el manejo de los

diferentes tipos de seales de entrada y salida del PLC SIEMENS S7-1200. En

funcin del mdulo construido y de los elementos que se dispusieron sobre l, se

elaboraron guas prcticas que permitiesen la adquisicin de destrezas en la

programacin de PLC usando la programacin en lenguaje de escalera y en

diagrama de bloque

Palabras clave: PLC S7-1200, programacin, automatizacin, mdulo instruccional

[email protected], [email protected]

iii

Bracho Dik, Yimmy Jos, Rodrguez Caizales, Claudio Jos. Construccin de un

mdulo instruccional para el desarrollo de prcticas de laboratorio de

automatizacin industrial utilizando un PLC Siemens S7-1200. Trabajo especial

de grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniera. Escuela de Ingeniera

Elctrica. Marcaibo, Venezuela, 2015.

ABSTRACT

The realization of this investigation allowed the construction of an instructional

module for the realization of laboratory practices in the subject of industrial

automation and also the creation of the correspondent material consistent of

laboratory guides for such purpose. Firstly a conceptual design was done in which

it was determined after the revision of bibliographic material that the principal

criteria for the construction of the module was that it needed to be portable for the

ease of its transport and that it also needed to have different devices that allowed

the access of the PLC SIEMENS S7-1200 input and output signals. In accordance

to the constructed module and the elements that were disposed on it, practice

guides that allowed the acquisition of skills in the programming of PLC using ladder

logic and function block diagram were made

Keywords: PLC S7-1200, programming, automation, instructional module

[email protected], [email protected]

iv

NDICE GENERAL

INTRODUCCIN 1

CAPTULO I. 3

EL PROBLEMA.. 3

1.1. Planteamiento del problema 3

1.2. Objetivos. 5

1.3. Justificacin de la investigacin......... 5

1.4. Delimitacin de la investigacin.. 6

1.5. Alcance 6

CAPTULO II 7

MARCO TERICO. 7

2.1. Antecedentes de la investigacin... 7

2.2. Introduccin a los PLC. 9

2.2.1. Fuente de alimentacin 10

2.2.2. Unidad Central de Proceso (CPU).. 10

2.2.2.1. Funcionamiento de la CPU.. 10

2.2.3. Mdulos de Memorias.. 11

2.2.4. Sistema de Entradas y Salidas 12

2.2.5. Dispositivo de programacin 13

2.2.6. Lenguajes de programacin 14

2.2.6.1. Diagrama de escalera: LD.... 15

2.2.6.2. Diagrama de bloques de funciones: FBD.. 15

2.2.6.3. Lista de instrucciones: IL.. 16

2.2.6.4. Texto estructurado: ST.. 16

2.2.6.5. Diagrama de flujo de secuencia o SFC.. 16

2.3. Clasificacin de los PLC...... 16

2.3.1. Por su estructura externa................................................... 17

2.3.2. Por el tamao de los PLC.............................................................. 17

2.4. Campos de aplicacin............................................. 17

2.5. PLC Siemens S7-1200.............................. 18

2.6. Signal Board SB1232.............................................. 22

2.7. TIA Portal..................................................................................................... 23

v

2.8. STEP 7 Basic................................................ 24

2.8.1. Configuracin de dispositivos y red............................. 24

2.8.2. Programacin del controlador.................................. 25

2.8.3. Visualizacin.................... 25

2.8.4. Online y diagnstico........................................................ 25

2.9. Mdulo Instruccional............................................................................................................. 26

CAPTULO III............................................................... 27

MARCO METODOLGICO...................................................................... 27

3.1. Tipo de investigacin.......................................................... 27

3.2. Fases de la investigacin................................................... 26

CAPTULO IV............................................................... 30

ANLISIS E INTERPRETACIN DE LOS RESULTADOS................................. 30

4.1. Diseo conceptual del mdulo y criterios para la elaboracin................................... 30

4.2. Construccin del soporte y cableado del mdulo instruccional automatizado..................... 33

4.3. Creacin de las gua de prcticas de laboratorio........................................ 38

4.4. Resultados de la verificacin del funcionamiento del mdulo instruccional............. 40

4.4.1. Entradas analgicas............................................. 40

4.4.2. Salidas analgicas..................................... 40

4.4.3. Entradas y salidas digitales.................................................... 40

4.5. Anlisis de los resultados obtenidos en la verificacin........................ 41

CONCLUSIONES..................... 43

RECOMENDACIONES..................................... 44

BIBLIOGRAFA.............. 45

ANEXOS........................... 46

vi

ndice de Figuras

Figura 1. Estructura fundamental de un PLC... 9

Figura 2. Funcionamiento de la Unidad central de procesamiento (CPU). 11

Figura 3. Flujo de poder en un LD. 15

Figura 4. Controlador Lgico Programable Siemens S7-1200. 19

Figura 5. Partes Principales de PLC S7-1200. 20

Figura 6. Signal Board 1232... 22

Figura 7. Maleta adquirida.............................................................................. 32

Figura 8. Corriente en A vs corriente en mA.. 42

vii

ndice de Tablas

Tabla 1. Especificaciones de las diferentes CPUs del PLC S7-1200... 21

Tabla 2. Datos de la SB1232. 23

Tabla 3. Seales del PLC asociadas a dispositivos en el mdulo a construir 35

Tabla 4. Conexionado de los circuitos para la alimentacin y para las entradas

digitales

36

Tabla 5. Conexionado de los circuitos para las salidas digitales, entradas y

salidas analgicas

37

Tabla 6. Conexionado del circuito para la salida analgica. 38

Tabla 7. Esquema general de las prcticas propuestas 39

Tabla 8. Tensin de entrada vs valores de palabra.. 40

Tabla 9. Corriente en la salida vs tensin en la entrada analgica y valor de

palabra resultante en la salida analgica

40

viii

ndice de Anexos

Anexo. Practica No. 1 Aprendiendo el funcionamiento del mdulo de instruccin

automatizado PLC Siemens S7-1200

Anexo. Prctica No. 2 Programando al PLC Siemens S7-1200

Anexo. Prctica No. 3 Temporizadores

Anexo. Prctica No. 4 Contadores y comparadores

Anexo. Prctica No. 5 Datos analgicos y base de datos

Anexo. Alimentacin 120 VAC Conexionado de la alimentacin principal del mdulo

Anexo. Entradas digitales Conexionado de las entradas digitales

Anexo. Salidas digitales Conexionado de las salidas digitales

Anexo. Entrada analgica y

salida analgica

Conexionado de las entradas analgicas y de la salida analgica

1

INTRODUCCIN

La automatizacin de procesos mediante la utilizacin de autmatas

programables es una actividad bastante recurrente en gran parte de las industrias

modernas. Cada vez es mayor la gama de procesos que no se encuentran

realizados de forma manual sino que poseen una determinada instrumentacin de

campo que, mediante seales de control que recibe un determinado dispositivo

controlador que a su vez recibe otras seales de entrada asociadas a sensores, se

comporta de manera automtica. Debido a esto es de vital importancia que los

estudiantes de ingeniera adquieran destrezas en la programacin de dichos

controladores, ya que stos constituyen el cerebro de la ingeniera de procesos

moderna.

El propsito de esta investigacin es entonces disear, construir, y adaptar

para la realizacin de prcticas de laboratorio un mdulo instruccional porttil

compuesto por un controlador lgico programable (PLC) Siemens S7-1200. La

misma se compone de cuatro captulos estructurados de la siguiente manera:

El captulo I contiene el planteamiento del problema, constituido por los

objetivos a seguir para llevar a cabo la investigacin de forma metdica y adems

la formulacin del problema, con su respectiva delimitacin tanto espacial como

temporal.

El captulo II corresponde el sustento terico de temas aplicables y

necesarios para esta investigacin como lo son: el concepto de controlador lgico

programable, una descripcin del software a emplear para programarlo y los

lenguajes de programacin disponibles para el PLC que ser usado en esta

investigacin.

El captulo III describe la metodologa aplicada para cumplir los objetivos

planteados, desglosando los mismos y exponiendo los pasos a seguir para su

respectiva realizacin.

2

El captulo IV presenta los resultados obtenidos del trabajo realizado. Se

anexar la gua de prcticas a realizar con el mdulo construido y planos que

mostrarn su respectivo conexionado. Por ltimo, se realizarn las conclusiones y

recomendaciones pertinentes.

3

CAPTULO I

EL PROBLEMA

1.1. Planteamiento del problema

En todo proceso industrial moderno, muchas veces es requerida la

asistencia de un autmata programable que permita la automatizacin de uno o

varios procesos en especfico para obtener una serie de beneficios como lo son el

aumento de la calidad, eficiencia, reduccin de los costos y los factores de riesgo

dentro del sistema de control de la serie de procesos. Ahora bien, al hacer

mencin del concepto de autmata programable, es necesario hacer referencia a

un dispositivo particular conocido como Controlador Lgico Programable.

Un Controlador Lgico Programable o PLC (Programmable Logic Controller,

por sus siglas en ingles); como su nombre lo indica, no es ms que una

computadora de propsito especfico, capaz de controlar un nmero de variables

de salida en funcin de un nmero de variables de entrada y en conjunto con la

manera en la que est programado, hacindolo bastante verstil debido a los

mltiples tipos de procesos que permite controlar segn cmo sea esa

programacin.

Por lo anterior, es claro que la utilizacin de los PLC es imprescindible para

la automatizacin de procesos que hoy en da se llevan a cabo en mltiples tipos

de industrias. Esto ltimo permite detallar el crecimiento exponencial que tiene

actualmente el uso de estos equipos y por ende es de vital importancia que los

estudiantes de educacin superior de ingeniera adquieran destrezas en el manejo

de los mismos debido a la parte tan integral que forman dentro de los procesos

industriales modernos en diversas reas de la ingeniera.

Para propsitos de enseanza, se hace uso de lo que se conoce como

bancos de prueba o mdulos instruccionales que no son ms que uno o un

conjunto de varios PLCs con acceso a dispositivos que simulen las variables que

compondran un proceso industrial. Estos mdulos permiten que el usuario pueda

4

modificar a plenitud las condiciones de las variables de entrada mediante

diferentes tipos de dispositivos como pulsadores, interruptores, relays o switches,

y de acuerdo a la programacin que se cargue al controlador a travs de un

computador, el comportamiento de los dispositivos asociados a las salidas del

PLC es modificado. De esta manera el estudiante puede observar de una manera

piloto como se controlan los dispositivos que componen un proceso mediante

una lgica de programacin determinada.

La Facultad de Ingeniera de la Universidad del Zulia cuenta, para el

desarrollo de prcticas de procesos automatizados mediante un PLC, con un

mdulo instruccional constituido por un PLC Allen Bradley Controllogix 1756-L55

que permite controlar procesos como el encendido secuencial de luces y el control

del nivel de agua en un tanque cercano. El desarrollo de estas prcticas, aunque

permite el desarrollo de destrezas en la programacin en lenguaje de escalera (el

empleado por la interfaz de programacin del PLC) no ofrece otras alternativas de

programacin para el Allen Bradley debido a que ste slo puede ser programado

mediante lenguaje de escalera. Adems, debido a las robustas dimensiones del

mdulo del PLC Allen Bradley, se hace difcil su traslado de un sitio a otro para

propsitos de enseanza en los salones de clase o en otras reas de la facultad.

Recientemente, se han adquirido un conjunto de CPUs correspondientes al

PLC Siemens S71200, estos ltimos son mucho ms porttiles ya que siendo de

tipo compacto, la misma CPU posee un considerable nmero de entradas y

salidas digitales, dos entradas analgicas y la opcin para agregar un pequeo

mdulo dentro del mismo CPU para tener una salida analgica. Esto ltimo elimina

la necesidad de usar un rack donde vayan cada uno de los mdulos, lo que lo

hace realmente portable y de fcil traslado. Adicionalmente, puede programarse

en otros lenguajes como FUP (Diagrama de Funciones), lo que es ventajoso

respecto al Allen Bradley disponible en el mdulo actual que solo puede

programarse en KOP (Lenguaje de Escalera).

5

1.2. Objetivos

1.2.1 Objetivo General

Desarrollar un mdulo instruccional para realizar prcticas de laboratorio de

automatizacin industrial utilizando un PLC Siemens S7-1200.

1.2.2 Objetivos especficos

- Disear un mdulo instruccional porttil orientado al uso de un PLC Siemens

S7-1200.

- Construir el mdulo instruccional

- Verificar el funcionamiento del mdulo instruccional mediante el manejo de

seales discretas y analgicas presentes en el PLC Siemens S7-1200.

- Elaborar una gua de prcticas de laboratorio a desarrollar con el mdulo a

construir.

1.3. Justificacin de la investigacin

El desarrollo de la presente investigacin permitir fortalecer los

conocimientos prcticos sobre los PLC con la introduccin de una nueva gama de

prcticas de laboratorio, que permitirn adems programar la lgica del

controlador en otros lenguajes de programacin.

La ventaja que tiene el diseo compacto de los S7-1200 permitir darle un

enfoque mucho ms prctico a las clases tericas sobre procesos automatizados

con PLC puesto que el equipo en cuestin podr ser llevado a los salones de

clase y permitir que el estudiante adquiera un rpido reconocimiento del equipo y

as llegar con un adelanto a las prcticas de laboratorio sobre lo que ah se

desarrollar.

A su vez, las prcticas de laboratorio podrn darse de tal manera que no se

sobreutilicen los PLC gracias a que con la disponibilidad de dos mdulos

instruccionales las actividades pueden desarrollarse tanto en uno como en otro,

esto permite que los PLC de ambos mdulos no disminuyan tan rpidamente su

6

vida til y tambin que el estudiante se familiarice tanto con el software de

programacin del Controllogix como con el del PLC Siemens S7-1200 (Step 7).

1.4. Delimitaciones de la investigacin

Delimitacin temporal:

La investigacin se enfoca en la rama de la electrnica y control de

procesos, orientada a la automatizacin de procesos mediante la programacin de

controladores lgico programables. La misma se realizar en un lapso de (8)

meses, a partir de la fecha de aprobacin del anteproyecto.

Delimitacin espacial:

El lugar de elaboracin de este estudio, ser la universidad del Zulia,

ubicada en la calle 67 Cecilio Acosta, entre avenidas 16 Goajira y 15 Delicias en

Maracaibo estado Zulia.

1.5. Alcances de la investigacin

El alcance de esta investigacin es en parte la construccin de un mdulo

instruccional partiendo de una metodologa en principio de ingeniera conceptual

para la obtencin de un diseo porttil y ergonmico. Por su parte, los elementos

dispuestos en dicho mdulo deben permitir cubrir la otra parte del alcance de este

trabajo: la realizacin de prcticas de laboratorio utilizando el equipo a construir,

esto ltimo tambin conlleva la elaboracin de guas que, contextualizadas con el

mdulo construdo y empleando distintas pautas a seguir por autores de material

para la enseanza de programacin de PLC, permitirn que el estudiante siga una

metodologa completa y didctica para la elaboracin de dichas prcticas y a su

vez adquiera conocimientos valiosos en esta materia.

7

CAPTULO II

MARCO TERICO

2.1. Antecedentes de la investigacin

Durante el proceso investigativo se recurrieron a diversas fuentes

bibliogrficas, artculos cientficos y tesis que estuvieran en el mismo contexto del

presente trabajo (el diseo y la construccin de un mdulo instruccional portable

para la realizacin de prcticas de automatizacin industrial). En base a la revisin

a realizar, se tomarn criterios para la construccin del soporte fsico del mdulo,

la disposicin de los elementos que permitirn accesar a las entradas del PLC

SIEMENS S7-1200 y de los elementos finales de control conectados a las salidas

del mismo. Asimismo, ser necesario tambin material bibliogrfico

correspondiente a programas de ctedra o guas de laboratorio de otras

universidades relacionadas con programacin de PLC como referencia para la

realizacin de las guas de laboratorio.

Las investigaciones que sirvieron (dentro del marco en el cual fue realizada

la revisin bibliogrfica) para los criterios y las referencias necesarios y ya

mencionados, fueron:

Tipniza, Carlos Fernando. Villacis Angos, Jaime Rodrigo (2008).

CONSTRUCCIN DE UN MDULO DIDCTICO PORTTIL PARA CONTROL

COMPUTARIZADO UTILIZANDO UN PLC SIEMENS SIMATIC S7-300 CPU 314

Proyecto realizado por los autores previo a la obtencin del ttulo de tecnlogo en

mantenimiento industrial en la Escuela Politcnica Nacional de Quito. Tuvo como

objetivo dimensionar y construir un mdulo didctico porttil con el fin de reunir los

equipos necesarios para un mejor aprendizaje de los estudiantes de la carrera de

Mantenimiento Industrial.

8

Se consigui disear e implementar el mdulo didctico porttil de control

computarizado, el cual cumple con todos los requisitos necesarios para que los

estudiantes puedan realizar sus prcticas en las asignaturas relacionadas. Se

cumplieron tambin otros objetivos como son los pasos fundamentales para la

configuracin del controlador y las pruebas para verificar el buen funcionamiento

del mdulo.

El trabajo anterior sirvi de gua para la seleccin del soporte fsico donde

iran dispuestos cada uno de los dispositivos (terminales, interruptores, luces,

entre otros) Asimismo el diseo de los autores constituido por una maleta donde

se transportan todos los elementos result el ideal para los requisitos de la

presente investigacin.

Hidalgo Surez, Karla Pamela (2012). ESTUDIO, DISEO E

IMPLEMENTACIN DE UN LABORATORIO Y GUA DE PRCTICAS CON PLCS

PARA LA CARRERA DE ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES DE LA

UNIVERSIDAD ISRAEL. Trabajo de graduacin previo a la obtencin del ttulo de

Ingeniero en Telecomunicaciones en la Universidad Tecnolgica Israel ubicada en

Quito. Tuvo como objetivo estudiar, disear e implementar un laboratorio de PLCs

y sus respectivas guas prcticas para la carrera de Electrnica y

Telecomunicaciones de la Universidad de Israel.

Se desarrollaron 6 prcticas que permiten que se encamine tanto al

profesor como al estudiante en el estudio de PLC, logrando a la vez implementar 3

mdulos de trabajo que permiten identificar y desarrollar aplicaciones con PLC

marca Siemens S7-1200.

De la entrega anterior es importante destacar la vital importancia que

tuvieron las referencias de las guas prcticas desarrolladas por la autora ya que

sirvieron como modelo para implementar una metodologa de enseanza didctica

y familiarizada con el mdulo a construir. Esta metodologa se bas en una serie

de prcticas de laboratorio pero enfocadas en el mdulo construido, ofreciendo

diferentes alternativas de programacin al utilizar la gran variedad de instrucciones

9

que poseen cada uno de los lenguajes que el controlador soporta y haciendo uso

de todas las entradas y salidas del mismo.

2.2. Introduccin a los PLC

El trmino PLC proviene de las siglas en Ingls Programmable Logic

Controller, que traducido al espaol se entiende como Controlador Lgico

Programable. El PLC es un equipo electrnico programable, su sistema est

basado en un microprocesador y se ha diseado para controlar procesos

secuenciales en tiempo real (Hidalgo, 2012).

Su historia se remonta a finales de la dcada de 1960, cuando la industria

busc en las nuevas tecnologas electrnicas una solucin ms eficiente para

reemplazar los sistemas de control basados en circuitos elctricos con rels,

interruptores y otros componentes comnmente utilizados para el control de los

sistemas de lgica combinacional(Hidalgo, 2012).

En general, los PLC son cada vez ms rpidos y ms pequeos, y como

resultado de esto estn ganando capacidades que solan ser dominio exclusivo de

la computadora personal (PC) y de las estaciones de trabajo especializadas

(Hidalgo, 2012).

Figura 1. Estructura fundamental de un PLC (Hidalgo, 2012)

10

Las partes fundamentales de un PLC, como se indica en la Figura 1, son:

Fuente de alimentacin.

Unidad central de proceso (CPU).

Mdulos de memorias.

Sistemas de entradas y salidas (E/S).

Dispositivo de programacin.

Lenguaje de programacin.

2.2.1. Fuente de alimentacin

Segn (Hidalgo, 2012), la funcin de la fuente de alimentacin es adaptar

la tensin de la red (220V/50 Hz o 110V/60 Hz) a los valores necesarios

para los dispositivos electrnicos internos (generalmente 24 VDC y 5

VDC) algunos factores fijos son:

+5VDC para alimentar a todas las tarjetas.

+5.2 VDC para alimentar al programador.

+24 VDC para los canales de lazo de corriente 20 mA.

2.2.2. Unidad Central de Proceso (CPU)

Segn (Hidalgo, 2012), la CPU se encarga de todo el control interno y

externo del PLC y de la interpretacin de las instrucciones del programa. En

base a las instrucciones almacenadas en la memoria y en los datos que les

de las entradas, genera las seales de salida.

2.2.2.1. Funcionamiento de la CPU

Segn (Hidalgo, 2012), la CPU funciona en un ciclo parecido al

mostrado en la Figura 2: primero lee el estado de las entradas, a

continuacin ejecuta la aplicacin empleando el ltimo estado ledo. Una

vez completado el programa, la CPU ejecuta tareas internas de

11

diagnstico y comunicacin. Al final del ciclo se actualizan las salidas. El

tiempo de ciclo depende del tamao del programa, del nmero de E/S y

de la cantidad de comunicacin requerida.

Figura 2. Funcionamiento de la Unidad central de Procesamiento (CPU) (Hidalgo,

2012)

2.2.3. Mdulos de Memorias

Segn (Hidalgo, 2012), se define como memoria a cualquier dispositivo que

nos permita guardar las instrucciones escritas por el programador. Su

capacidad de almacenamiento se mide en Kbyte o en Mbyte y est

relacionada con el tamao mximo de programa que podemos escribir.

En la mayora de los casos estn diseadas con elementos electrnicos. Se

distinguen varios tipos:

ROM (Read only memory) o memorias de solo lectura: La escritura

de la informacin se lleva a cabo durante la construccin del PLC por

lo cual el contenido no es modificable ni borrable.

PROM (Programmable Read Only Memory): Memorias para ser

ledas nicamente. Permiten ser programadas una sola vez.

12

Normalmente se usan para automatismos de equipos fabricados en

serie. Ante una falta de energa mantienen su contenido.

EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory): Son

iguales a las anteriores, pero est permitido borrar su contenido para

reprogramarlas. El borrado se realiza por la aplicacin de la luz

ultravioleta, a travs de una ventanilla de cuarzo en su encapsulado.

EEPROM (Electrical Erasable Programmable): Iguales a

lasanteriores pero el borrado se realiza por la aplicacin de seales

elctricas.

RAM (Random Access Memory) o memorias de acceso aleatorio:

Est permitido escribirlas y borrarlas elctricamente. Su lectura y

escritura son muy veloces. Ante una falta de energa su contenido se

pierde, por lo que deben usarse alimentadas con pilas de litio

(duracin de la pila ms o menos 5 aos).

Las memorias ROM, PROM, EPROM y EEPROM sirven para almacenar el

programa que maneja la lgica del PLC (Hidalgo, 2012).

La memoria de lectura y escritura o RAM est conformada por la memoria

de datos, en la que se almacena la informacin de las entradas y salidas, y

la memoria de variables internas que se utiliza para los procesos propios

del programa (Hidalgo, 2012).

2.2.4. Sistema de entradas y salidas

Segn (Hidalgo, 2012), el sistema de entradas y salidas recopila la

informacin del proceso (entradas) y genera las acciones de control del

mismo (salidas). Los dispositivos conectados a las entradas pueden ser

pulsadores, interruptores, finales de carrera, termostatos, detectores de

nivel, detectores de proximidad, contactos auxiliares, etc. Al igual los

dispositivos de salida son tambin muy variados como pueden ser pilotos,

13

rels, contactores, actuadores, drivers o variadores de frecuencia, vlvulas,

etc.

Las entradas y salidas (E/S) de un PLC son digitales, analgicas o

especiales.

Las E/S digitales se identifican por presentar dos estados diferentes:

encendido (on) o apagado (off), es decir, se tiene la presencia o ausencia

de tensin, pudiendo ser tambin un contacto abierto o cerrado. Los niveles

de tensin de las entradas ms comunes son 5VDC, 24VDC, 48VDC y 220

VAC(Hidalgo, 2012).

Las E/S anlogas se encargan de convertir una magnitud fsica

(temperatura, flujo, presin, etc.) representada por una magnitud analgica

(tensin o corriente) a una expresin equivalente binaria. Esto se realiza

mediante conversores analgico digitales (ADC)(Hidalgo, 2012).

Las E/S especiales se utilizan en procesos en los que con las anteriores

E/S son vistas como poco efectivas, bien porque es necesario un gran

nmero de elementos adicionales, muchas instrucciones o bien porque el

programa necesita de protocolos especiales de comunicacin para poder

obtener el dato requerido por el PLC(Hidalgo, 2012).

2.2.5. Dispositivo de programacin

Segn (Hidalgo, 2012), los terminales de programacin, son el medio de

comunicacin entre el hombre y la mquina, estos aparatos estn

constituidos por teclados y dispositivos de visualizacin.

Existen tres tipos de programadores:

Tipo calculadora: Constan de un teclado y un visor (como si fuera

justamente una calculadora). En el visor se puede ver una o dos

14

lneas del programa. Son muy tiles para realizar modificaciones o

ajustes a la par de la mquina.

Consola: Son un tipo intermedio entre los anteriores y las PC.

Permite ver hasta 20 o 30 lneas de programa.

PC: Normalmente cualquier computadora PC con el software

correspondiente y la interfaz adecuada permite la programacin de

los PLC. Su utilidad es mayor cuando se trabaja con grandes

autmatas programndolos en las oficinas de programacin.

2.2.6. Lenguajes de programacin

Segn (Fernndez, 2013), de acuerdo con la norma IEC-61131, se definen

5 tipos de lenguajes para la programacin de PLC: 2 son de tipo grafico, 2

del tipo de texto y uno es de estructura organizacional. Dicha norma

alcanz el estado de Estndar Internacional en Agosto de 1992.

Lenguajes grficos

Diagrama de escalera, LD, por sus siglas en ingles Ladder Diagram.

Diagrama de bloques funcionales, FBD, por sus siglas en ingles

Function Block Diagram.

Lenguajes de texto

Lista de instrucciones, IL, por sus siglas en ingles Instruction List.

Texto Estructurado, ST, por sus siglas en ingles Structured Text.

Lenguajes de estructura organizacional

Diagrama de Flujo de Secuencia, SFC, por sus siglas en ingles

Sequential Function Chart.

15

2.2.6.1. Diagrama de Escalera o LD

Diagrama grafico basado en la idea original de los esquemas de

contactos de la vieja lgica de rels electromecnicos. Se puede decir

que fue el primer lenguaje de programacin, por tal razn es casi seguro

encontrarlo disponible en la mayora de los PLC (Fernndez, 2013).

Figura 3. Flujo de poder en un LD (Fernndez, 2013)

En un diagrama de escalera existe lo que se conoce como flujo de

poder, como se aprecia en la Figura 3.Es anlogo al flujo elctrico en un

sistema con dispositivos electromecnicos como rels entre una lnea y

el neutro . El flujo en un diagrama escalera es del riel de poder a la

izquierda hasta el riel de poder a la derecha. Siempre debe existir

continuidad lgica para que se ejecuten las salidas o algn bloque de

instrucciones (Fernndez, 2013).

2.2.6.2. Diagrama de Bloques de Funciones o FBD

Es un lenguaje grfico que permite programar elementos que aparece

como bloques para ser cableados entre s de forma anloga al esquema

de un circuito, pero a diferencia del diagrama de escalera donde solo se

16

puede transmitir datos booleanos, en el FBD se transmiten distintos

tipos datos (Fernndez, 2013).

2.2.6.3. Lista de Instrucciones o IL

Es un lenguaje de bajo nivel, similar al lenguaje ensamblador. Con IL

solo una operacin es permitida por lnea. Este lenguaje es adecuado

para pequeas aplicaciones para optimizar partes de una aplicacin.

Permite crear funciones definidas por el usuario (Fernndez, 2013).

2.2.6.4. Texto estructurado o ST

Es un lenguaje de alto nivel estructurado por bloques que posee una

sintaxis parecida al ADA, PASCAL o C. El ST puede ser empleado para

realizar rpidamente sentencias complejas que manejen variables con

un amplio rango de diferentes tipos de datos, incluyendo valores

analgicos y digitales. El lenguaje posee soporte para bucles iterantes

como FOR, WHILE, ejecuciones condicionales como IF-THEN-ELSE y

funciones como SQRT () y SIN () (Fernndez, 2013).

2.2.6.5. Diagrama de flujo de secuencia o SFC

Se origin en Francia con el lenguaje Grafcet que representa el

programa de control como pasos o etapas del proceso en estudio. Es

casi como una representacin al estilo diagrama de flujo, la cual

contiene 3 elementos bsicos: paso, transicin y accin. Si bien es

cierto que esta representacin es muy utilizada para representar el

proceso, no es aun utilizada para programar a los PLC (Fernndez,

2013).

2.3. Clasificacin de los PLC

Segn (Hidalgo, 2012), teniendo en cuenta sus distintas caractersticas se

los puede clasificar de la siguiente forma:

17

2.3.1. Por su estructura externa

Se refiere al aspecto fsico exterior del PLC. Actualmente en el mercado

existen dos tendencias:

Diseo compacto: En un solo bloque residen todos sus elementos

(fuente, CPU, entradas/salidas, interfaces, etc.) Tienen la ventaja de

ser generalmente ms baratos y su principal desventaja es que no

siempre es posible ampliarlos.

Diseo modular: Los distintos elementos se presentan en mdulos

con grandes posibilidades de configuracin de acuerdo a las

necesidades del usuario. Una estructura muy popular es tener en un

bloque la CPU, la memoria, las interfaces y la fuente. En bloques

separados las unidades de E/S que pueden ser ampliadas segn

necesidades.

2.3.2. Por el tamao de los PLC

El tamao se lo determina generalmente por la cantidad de entradas y

salidas disponibles. Pudiendo variar entre 10 E/S hasta varios miles. Las

denominaciones son:

Nano (1024 E/S).

2.4. Campos de aplicacin

Segn (Hidalgo, 2012), el PLC por sus especiales caractersticas de

diseo tiene un campo de aplicacin muy extenso. La constante evolucin del

18

hardware y software ampla constantemente este campo para poder satisfacer

las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales.

Su utilizacin se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde

es necesario un proceso de maniobra, control, sealizacin, etc. Por tanto, su

aplicacin abarca desde procesos de fabricacin industriales de cualquier tipo

de transformaciones, control de instalaciones, etc.

Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la

posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rpida utilizacin, la

modificacin o alteracin de los mismos, etc., hace que su eficacia se aprecie

fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades tales como:

Espacio reducido.

Procesos de produccin peridicamente cambiantes.

Maquinaria de procesos variables.

Instalaciones de procesos complejos amplios.

2.5. PLC Siemens S7-1200

Segn (Hidalgo, 2012), el PLC Siemens S7-1200 (Figura 4) es el ltimo

dentro de una gama de controladores SIMATIC de Siemens. El controlador

compacto SIMATIC S7-1200 es el modelo modular y compacto para pequeos

sistemas de automatizacin que requieran funciones simples o avanzadas para

lgica, Interfaz Humano Mquina o HMI (Human Machine Interfaces por sus

siglas en ingls) o redes.

19

Figura 4. Controlador Lgico Programable Siemens S7-1200 (Hidalgo, 2012)

El controlador S7-1200 incluye:

PROFINET incorporado.

E/S de alta velocidad aptas para el control de movimiento, entradas

analgicas incorporadas para minimizar el espacio requerido y excluir la

necesidad de E/S adicionales, 2 generadores de impulsos para

aplicaciones con modulacin del ancho de pulso, y hasta 6 contadores

rpidos.

Diferentes entradas y salidas incorporadas en los mdulos CPU que

proporcionan entre 6 y 14 entradas y entre 4 y 10 salidas dependiendo

del tipo de CPU que use.

Mdulos de seales para DC, rel o E/S analgicas amplan el nmero

de E/S, mientras que las innovadoras SignalBoards integradas en el

frontal de la CPU proporcionan entradas y salidas adicionales.

El controlador S7-1200 ofrece la flexibilidad y potencia necesarias para

controlar una gran variedad de dispositivos para las distintas necesidades

de automatizacin. La CPU incorpora un microprocesador, una fuente de

alimentacin integrada, circuitos de entrada y salida, PROFINET integrado,

E/S de control de movimiento de alta velocidad y entradas analgicas

incorporadas. Todo ello en una carcasa compacta, conformando as un

potente controlador. Una vez descargado el programa, la CPU contiene la

lgica necesaria para vigilar y controlar los dispositivos de la aplicacin. La

CPU vigila las entradas y cambia el estado de las salidas segn la lgica

20

del programa de usuario, que puede incluir lgica booleana, instrucciones

de contaje y temporizacin, funciones matemticas complejas, as como

comunicacin con otros dispositivos inteligentes (Hidalgo, 2012).

Para comunicarse con una programadora, la CPU incorpora un puerto

PROFINET integrado. La CPU puede comunicarse con paneles HMI o una

CPU diferente en la red PROFINET (Hidalgo, 2012).

Para garantizar seguridad en la aplicacin, todas las CPUs S7-1200

disponen de proteccin por contrasea, que permite configurar el acceso a

sus funciones. Para ver las partes principales de la CPU, ver la Figura 5 y

las especificaciones de las diferentes CPUs pueden apreciarse en la Tabla

1

Figura 5. Partes Principales de PLC S7-1200 (Hidalgo, 2012)

21

Tabla 1. Especificaciones de las diferentes CPUs del PLC S7-1200 (SIEMENS,

2012)

1Solo las CPUs con salida DC (sin rel) soportan las salidas de impulso

22

La CPU lee las entradas fsicas inmediatamente antes de ejecutar el

programa de usuario y almacena los valores de entrada en la memoria

imagen de proceso de las entradas. As se garantiza que estos valores

sean coherentes durante la ejecucin de las instrucciones programadas.

La CPU ejecuta la lgica de las instrucciones programadas y actualiza los

valores de salida en la memoria imagen de proceso de las salidas, en vez

de escribirlos en las salidas fsicas reales (Hidalgo, 2012).

Tras ejecutar el programa de usuario, la CPU escribe las salidas resultantes

de la memoria imagen de proceso de las salidas en las salidas fsicas

(Hidalgo, 2012).

2.6. Signal Board SB1232

Segn (Hidalgo, 2012), la SB1232 es un mdulo de una salida analgica

que convierte seales digitales dentro del S7-1200 en seales analgicas que van

hacia el proceso.

Figura 6. Signal Board 1232 (SIEMENS, 2012)

Est diseada para ser conectada directamente en el receptculo ubicado

en la carcasa frontal del S7-1200, manteniendo a su vez las dimensiones de

montaje del S7-1200 en su totalidad y adems para ser fcilmente removible

23

gracias a que no utiliza cables. En la Tabla 2 pueden verse datos tcnicos de este

accesorio

Tabla 2. Datos de la SB1232. (SIEMENS, 2012)

2.7. TIA PORTAL

Segn (Hidalgo, 2012), el Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal)

integra diferentes productos SIMATIC en una aplicacin de software que permitir

aumentar la productividad y la eficiencia del proceso. Dentro del TIA Portal, los

productos TIA interactan entre s, ofrecindole soporte en todas las reas

implicadas en la creacin de una solucin de automatizacin.

Con el TIA portal se configura tanto el control como la visualizacin en un

sistema de ingeniera unitario. Todos los datos se guardan en un proyecto. Los

componentes de programacin (Step 7) y visualizacin (WinCC) no son programas

independientes, sino editores de un sistema que accede a una base de datos

comn. Todos los datos se guardan en un archivo de proyecto comn. Para todas

las tareas se utiliza una interfaz de usuario comn desde la que se accede en todo

momento a todas las funciones de programacin y visualizacin (Hidalgo, 2012).

24

2.8. Step 7 BASIC

Segn (Hidalgo, 2012), Step 7 Basic es el sistema de ingeniera para

programar soluciones de automatizacin realizadas con SIMATIC S7-1200. Al

tener integrado WinCC Basic, adems de la programacin del controlador es

posible configurar los paneles de gama SIMATIC HMI Basic a l asociados. Esto

permite aplicar cmoda y simplemente la completa funcionalidad y potencia de

estos sistemas usando una nica herramienta.

Step 7 Basic es aplicable para:

Programar la familia de controladores SIMATIC S7-1200 1211C,

CPU 1212C, CPU 1214C.

Configurar los paneles de la gama SIMATIC HMI Basic. Paneles

basados en PROFINET.

El software Step 7 cubre todas las fases de un proyecto de

automatizacin:

Configuracin y parametrizacin del hardware.

Definicin de la comunicacin.

Programacin en esquema de contactos (KOP O LD) y diagrama de

funciones (FUP O FBD).

Configuracin de la visualizacin.

Pruebas, puesta en marcha y servicio tcnico.

Algunas funciones de Step 7 Basic son:

2.8.1. Configuracin de dispositivos y red:

Clara configuracin de las propiedades de la red y de los

dispositivos desde vistas al efecto del editor.

Representacin y configuracin foto realistas de los

mdulos de hardware.

25

Portapapeles para mdulos; permite almacenar la

parametrizacin de un mdulo para pegarla en otro

Catlogo; contiene todos los paneles, CPUs y mdulos con

sus respectivas versiones de firmware.

2.8.2. Programacin del controlador

Potentes editores para programar el S7-1200 en KOP y

FUP.

Extenso catlogo de instrucciones (operaciones).

rea de favoritos configurable para instrucciones

(operaciones) usadas con frecuencia.

Editor tabular para configurar las interfaces de los bloques.

Intellisense que facilita la seleccin de variables.

Reuso simple de instrucciones o segmentos dentro de un

proyecto.

2.8.3. Visualizacin

Potentes editores para configurar las funciones bsicas de

los paneles gama Basic.

Imgenes en pantalla operable de forma tctil o con teclas

y grficos de curvas y vectoriales.

Alarmas de bit y analgicas.

Gestin de rectas.

Librera grfica con objetos preprogramados.

Funcin arrastrar y colocar inteligente para configurar

eficientemente funciones estndar.

2.8.4. Online y diagnstico

Clara representacin de la informacin de disgnstico de

los mdulos.

Tablas de observacin del estado de variables con

posibilidad de forzado nico o permanente de las mismas.

Visualizacin automtica con todos los nodos accesibles

en la red.

26

2.9. Mdulo instruccional

Segn (Bracho, Rodrguez; 2015) los mdulos instruccionales son kits de

iniciacin que permiten al usuario realizar de manera rpida tareas de

automatizacin sencillas mediante la programacin del controlador. La realizacin

de tareas de automatizacin requieren que el equipo en cuestin posea dentro de

su estructura una serie de elementos tanto actuadores (correspondientes con la

salida del controlador) como sensores (correspondientes con las entradas del

controlador) que simulen de manera piloto un proceso industrial en campo.

Los dispositivos sensores pueden ser interruptores o botones que

simulen el cambio de estado en una condicin determinada y ello fuerza a que el

estado de la entrada digital dentro de equipo cambie de apagado a encendido y

viceversa. Esto tambin se cumple para entradas analgicas, pero los sensores

seran dispositivos que detecten seales que no simplemente sean un cambio de

estado, sino seales continuas que adopten un rango de valores determinado

(presin, temperatura, flujo, corriente elctrica, tensin elctrica...etc.)

Algunos ejemplos de elementos actuadores pueden ser motores

pequeos, bombas, luces piloto, bocinas, terminales de salida, instrumentos de

medicin...

27

CAPTULO III

MARCO METODOLGICO

3.1. Tipo de investigacin

Segn (Hurtado, 2000): La investigacin proyectiva se ocupa de cmo

deberan ser las cosas, para alcanzar unos fines y funcionar adecuadamente. La

investigacin proyectiva involucra creacin, diseo, elaboracin de planes, o de

proyectos esto corresponde a lo que se desea lograr con la construccin del

mdulo instruccional y se dispondr de cuatro (4) fases que se corresponden a los

objetivos especficos de la investigacin.

3.2. Fases de la investigacin

Disear un mdulo instruccional porttil orientado al uso de un PLC

Siemens S7-1200.

Esta etapa comprende la revisin de material bibliogrfico que permita dar una

idea sobre cmo podra ser el mdulo en cuestin. Incluye tambin La

programacin de rutinas de ejecucin sencillas en el PLC para una

familiarizacin inicial con el entorno de programacin, lo que permitir dar una

idea ms clara de cmo seran las prcticas y los elementos necesarios para

las mismas que por supuesto irn en el soporte fsico del mdulo.

Construir el mdulo instruccional

La construccin del mdulo se realiz primeramente de manera conceptual,

estableciendo como prioridad la portabilidad del mismo; lo cual permiti

idealizar como medio de transporte una maleta dentro de la cual se

dispondran una serie de elementos sobre un soporte de aluminio perforado

con diferentes huecos que permitieran el encaje a la medida de los mismos.

Esta serie de elementos estar constituda por dispositivos que permitan

manipular el estado de las entradas del PLC S7-1200 (switches,

28

potencimetros, botones, etc.), dispositivos que permitan una muestra

detallada de las salidas (luces, terminales por los cuales medir tensin,

motores) y equipos que permitan el funcionamiento en general del mdulo

(PLC SIEMENS, fuentes de tensin, cables, borneras)

Verificar el funcionamiento del mdulo instruccional mediante el manejo de

seales discretas y analgicas presentes en el PLC Siemens S7-1200.

Esta etapa corresponde con la verificacin de los siguientes renglones:

- El accionamiento de interruptores y botones enciende y apaga las luces verdes

ubicadas en la carcasa del PLC.

- La variacin del potencimetro permite mostrar un valor entre 0 y

aproximadamente 10V en el voltmetro y puede verificarse que este valor

modifica el valor del dato asociado a esta entrada en el entorno de

programacin Step 7. Los resultados de esta prueba se apreciarn en la Tabla

8

- Verificar mediante la carga de un programa (ver Anexos. Prctica No. 3) que

tras el accionamiento de una determinada entrada digital se active una

secuencia temporizada de encendido de cada una de las luces piloto y que el

de otra entrada permita el encendido y apagado del ventilador. Asimismo

verificar la presencia de tensin en los terminales asociados a las salidas

digitales.

- Conectar una fuente de tensin DC variable (entre 0 y 10 V) a los terminales

correspondientes a la entrada analgica auxiliar y realizar la misma verificacin

hecha para la entrada principal dada por el potencimetro. Los resultados de

esta prueba se apreciarn en la Tabla 8

- Cargar un programa que permita mover el dato asociado a la entrada analgica

directamente a la salida analgica (ver Anexos. Prctica No. 5), para

comprobar que al haber 0V en el voltmetro de entrada tambin hay 0 uA en el

micro ampermetro y conforme con el potencimetro se incrementa la tensin

medida en el voltmetro la corriente en el micro ampermetro incrementa hasta

29

llegar aproximadamente a 200 uA. Los resultados de esta prueba se

apreciarn en la Tabla 9

Elaborar una gua de prcticas de laboratorio a desarrollar con el mdulo a

construir.

Evaluando los conocimientos adquiridos en la materia de Electrnica

Digital II en lo relacionado a PLC, se estableci una gua de prcticas que

cumpliera con ensearle al estudiante desde el funcionamiento bsico del

mdulo y el PLC utilizando instrucciones simples hasta el manejo de

estructuras y bloques de programacin tales como temporizadores,

contadores, y comparadores en la realizacin de programas ms

complejos. Tambin se incluir una ltima prctica que permita el manejo

de datos analgicos dentro de la programacin, familiarizando al

estudiante ya con tipos de datos reales y enteros diferentes de los ya

estudiados datos booleanos asociados a las seales digitales.

30

CAPTULO IV

ANLISIS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS

4.1. Diseo conceptual del mdulo instruccional y criterios para la

elaboracin

Tras la revisin bibliogrfica realizada y habiendo estudiado las

necesidades dentro de la facultad para un mdulo instruccional con caractersticas

porttiles, se realiz la adquisicin de una maleta como la mostrada en la Figura 7.

Esta maleta tiene dimensiones internas que superan con creces a la de PLC ,

cuyas dimensiones segn (SIEMENS, 2012) son de 110 mm x 55 mm, entonces

siendo las de la maleta adquirida de 46 x 34 cm, el espacio dentro de la misma es

suficiente para la colocacin del PLC y de diversos dispositivos que compondrn

el mdulo instruccional.

El conjunto de elementos que compondrn el mdulo depender del

nmero de entradas y salidas analgicas y digitales que el PLC posea, as como

de las caractersticas del mismo. Segn (SIEMENS, 2012), el PLC SIEMENS S7-

1200 CPU 1214C AC/DC/RLY, posee una fuente de 24 VDC a la que puede

accederse cuando se introduce un simulador de 8 posiciones a travs de una

bornera de conexin que este ltimo dispositivo posee, 14 entradas digitales y 10

salidas tipo Rel, contacto seco (lo que requiere de una fuente externa que les

otorgue la tensin necesaria para funcionar), 2 entradas analgicas y una salida

analgica, esta ltima es gracias a la presencia de la Signal Board 1232 que

segn (SIEMENS, 2012) permite emitir una seal de +/-10V y de 0 a 20 mA.

Lo anterior permite dar una idea de lo que sera una lista de elementos

necesarios:

1) Interruptores y botones para el acceso a las entradas digitales

restantes (ya que las primeras 8 se encuentran accesibles gracias al

simulador de 8 posiciones) y que permitan manejar seales digitales

que sean de tipo pulsante y de posiciones ON-OFF. Estos dispositivos

permtirn discretizar el encendido o apagado de su respectiva entrada

31

digital asociada, a la cual segn la posicin del interruptor o botn (ON,

OFF; presionado o suelto) podrn haber o no los 24 V de la respectiva

fuente del PLC

2) Luces piloto para montaje sobre soportes. stas sern de diferentes

colores para que puedan realizarse programas que, por ejemplo,

permitan realizar la secuencia de encendido de un semforo en alguna

de las futuras prcticas a desarrollar y permitan mostrar con claridad la

manipulacin de seales digitales en la programacin del equipo

evitando que sta tarea quede enteramente a cargo de las luces leds

verdes en la carcasa del PLC cuyo tamao es muy reducido. Para no

ocupar enteramente de luces las salidas digitales y debido a que las

salidas rel del PLC son de 12 V y soportan 2 A segn (SIEMENS,

2012) se puede hacer uso tambin de un motor tipo Fan Cooler que

introduce dinamismo en las secuencias lgicas que el estudiante

puede desarrollar en las respectivas prcticas

3) Debe existir al menos un circuito o dispositivo dentro del mdulo que

permita introducir una seal continua entre un determinado rango de

valores para inyectar dicha seal a la entrada analgica del PLC. De

esta manera en la programacin del mismo puede incluirse esta

entrada y mediante la existencia de alguna interfaz (por ejemplo, un

potencimetro) el nivel de la seal puede disminuirse o incrementarse

a plenitud.

4) Se debe hacer uso de elementos de medicin para las seales

analgicas. La entrada analgica segn (SIEMENS, 2012) soporta un

rango de tensin entre los 0 y los 10 V, por lo que sera necesario un

voltmetro que muestre con claridad qu nivel de tensin le est

inyectando un determinado circuito a la entrada para interpretar el

comportamiento de esta entrada en un programa determinado.

Asimismo, el rango de corriente que emite la Signal Board es de 0 a 20

mA, lo que llama a la necesidad de colocar un ampermetro que

permita la mesura de la seal para poder interpretar la relacin entre el

32

rango de la variable dentro de la programacin y la magnitud de la

seal fsica de salida en corriente por parte de la SB1232

5) Para introducir cierta versatilidad en el equipo a construir, se puede

hacer uso de terminales para permitir accesar a un nivel de tensin fijo

el cual se puede tomar como una fuente DC auxiliar, para que el

usuario pueda libremente conectar cualquier actuador o salida que

trabaje a 12 V a una salida digital tipo rel y para conectar cualquier

circuito que pueda producir una seal de 0 a 10 V o 0 a 20 mA a una

de las entradas analgicas

6) Son necesarios a su vez dispositivos que permitan la funcionalidad del

mdulo, sus elementos y el conexionado de los circuitos. Cables,

borneras, fuentes DC...equipos esenciales que no tendrn aplicacin

dentro de las seales del PLC pero que conforman la infraestructura

elctrica del mdulo como tal

7) Por ltimo, se debe disponer dentro de la maleta de un soporte fsico

que permita la colocacin de todos los elementos.

Figura 7. Maleta adquirida (Bracho, Rodrguez; 2015)

33

4.2. Construccin del soporte y cableado del mdulo instruccional

automatizado

Se estableci primeramente la lista de elementos que irn dentro de la

maleta y que permitirn el pleno desarrollo de las prcticas con el mdulo.

Asimismo se realiz un esquema de las seales del PLC con sus

correspondientes dispositivos asociados el cual puede verse en la Tabla 3.

a) Seis (6) luces piloto (2 rojas, 2 verdes y 2 amarillas). Salidas digitales.

b) Diez (10) terminales (5 negros y 5 rojos). 3 pares negro-rojo servirn

como salidas digitales, un par como entrada analgica auxiliar y el otro

par servir como una salida de 12 V auxiliar.

c) Cuatro (4) switches. Entradas digitales.

d) Dos (2) pulsadores normalmente cerrados, Uno (1) normalmente

abierto. Entradas digitales.

e) Un (1) potencimetro de 100k. Con este elemento y una resistencia

en serie se pretende crear un circuito de divisin de tensin que

tomando la lnea de 12 V de una fuente de computadora permita

conseguir una entrada de tensin entre 0 y 10 V que ir a una de las

entradas analgicas del PLC.

El valor de la resistencia puede calcularse de la frmula de divisin de

tensin, fijando el valor del potencimetro en 100k y estableciendo

que cuando la perilla del mismo lo coloca en ese valor caen 10V entre

uno de sus terminales y el terminal variable.

f) Un (1) microampermetro (0-500 uA) DC de 2. ste medir la corriente

de salida de la Signal Board 1232 en microamperios reduciendo la

corriente mediante una resistencia de manera que 20 mA sean 200 uA

y el usuario solo tenga que multiplicar por 100 la medida del

microampermetro para obtener el valor real de la salida analgica en

corriente.

34

El valor de dicha resistencia se obtiene mediante la aplicacin de la

Ley de Ohm, sabiendo que la salida analgica es de 20 mA cuando

hay 10 V y la corriente deseada es de 200 uA

g) Un (1) voltmetro DC tipo display de 1cm x 2cm. Este medir la tensin

de entrada a la salida analgica dada por el potencimetro.

h) Un (1) Fan cooler de PC de 12 V DC, 0.3 A, 1800 RPM. Salida digital.

i) Una (1) fuente de computadora, de la cual se tomar solamente la

lnea de 12 V para la alimentacin de las salidas digitales tipo relay de

la CPU del PLC y la salida auxiliar de 12 V.

j) Dos (2) borneras tipo regleta plsticas de 6 puntos cada una para

realizar conexiones.

k) Tres (3) borneras para conexin de cables en baquelita (verdes) de

dos terminales cada una.

l) Una (1) baquelita perforada

m) Un (1) riel simtrico para la colocacin del PLC (Siemens S7-1200

1214C AC/DC/RLY) y de un breaker de 2A.

n) Un (1) simulador de 8 posiciones (o switchera) disponible para el PLC

que permite accesar a las 8 primeras entradas digitales y una bornera

de salida para la fuente de +24 VDC del equipo.

o) Un (1) receptculo de alimentacin para la conexin del cable

proveniente de 120 VAC.

El soporte de aluminio sobre el cual fueron colocados los elementos se

dimension acorde con las dimensiones de la maleta adquirida para el soporte de

los equipos previamente mencionados (46x34 cm) con un espacio en la esquina

superior izquierda de 14x14 cm que permitiera la colocacin sobre la parte inferior

de la maleta de la fuente de computadora. A este soporte se le realizaron varias

perforaciones en forma circular y una rectangular a las medidas de los respectivos

dispositivos (luces, botones, switches, terminales, potencimetro, tornillos de

soporte)

35

Luego de la colocacin en la maleta del soporte de aluminio (previamente

pintado) con los elementos insertados y fijados en los respectivos agujeros, se

proceder a realizar el cableado de los mismos. Para dicha tarea se utiliz cable

AWG #18 por la facilidad que presenta en trminos de manipulacin y porque

realmente las corrientes que circularn por cada uno de los circuitos no sern tan

elevadas. Tambin se hizo uso de cautn y estao para el soldado de algunos

elementos en una tarjeta perforada. El procedimiento de cableado se realiz

subdividiendo el mdulo en circuitos, tal como se muestra en las Tablas 4, 5 y 6

(Bracho; Rodrguez, 2015) anexadas a continuacin:

SE

A

L

EN

TR

AD

A

DIG

ITA

L

I0.0, I0.1, I0.2, I0.3, I0.4, I0.5, I0.6 I0.7 Simulador de 8 posiciones

DIS

PO

SIT

IVO

I1.0, I1.1, I1.2 Interruptores rojos

I1.3, I1.4 Pulsadores normalmente

abiertos (rojos)

I1.5 Pulsador normalmente

cerrado (blanco)

SA

LID

A

DIG

ITA

L

Q0.0, Q0.3 Luces piloto rojas

Q0.1, Q0.4 Luces piloto amarillas

Q0.2, Q0.5 Luces piloto verdes

Q0.6, Q0.7, Q1.0 Terminales auxiliares

Q1.1 Fan cooler

EN

TR

AD

A

AN

AL

G

ICA

iW64 Potencimetro, voltmetro DC

iW66 Terminales auxiliares

SA

LID

A

AN

AL

G

ICA

QW80

Microampermetro

Tabla 3. Seales del PLC asociadas a dispositivos en el mdulo construdo (Bracho; Rodrguez, 2015)

36

Tabla 4. Conexionado de los circuitos para la alimentacin y para las

entradas digitales (Bracho; Rodrguez, 2015)

Circuito Elementos Conexin

Alimentacin 120V

Anexos. Conexionado de la

alimentacin principal del

mdulo

- Fuente de computadora

(120 V)

- PLC Siemens S7-1200

- Receptculo de

alimentacin

- Interruptor

Los terminales de lnea, tierra y neutro del

receptculo se conectan a tres de los

puntos de una bornera tipo regleta cercana,

de cada uno de esos puntos sale un cable

que va a los tres puntos restantes

(quedando la regleta con 2 puntos para

lnea, 2 para tierra y 2 para neutro, es decir

2 tros Lnea-Tierra-Neutro) Acto seguido,

se conectan los terminales de alimentacin

AC de la fuente a un tro de Lnea-Tierra-

Neutro, mientras que para el PLC el

terminal de lnea del tro es conectado

primeramente a un breaker para luego

conectarse al terminal de lnea del PLC

como tal (los puntos de tierra y neutro s se

conectan directamente al dispositivo)

Tambin es necesario conectar a las dos

terminales de un interruptor tanto un cable

negro (negativo) de la fuente como el cable

verde (encendido principal) para as tener

una interfaz de apagado y prendido

accesible de la misma.

Entradas digitales

Anexos.

Conexionado de las entradas

digitales

- Simulador de 8

posiciones o switchera

- Fuente de +24 VDC

- Interruptores

- Pulsadores

- 24 VDC INPUTS del

PLC

Primeramente, es necesario insertar el

simulador de 8 posiciones entre el terminal

L+ 24VDC y el DIa .7, para obtener acceso

a las 8 primeras entradas digitales y al

mismo tiempo tener una salida de la fuente

de +24. Se procede entonces a conectar un

terminal de los interruptores y los botones a

una bornera cableada para que cada uno

de sus puntos este a +24 VDC, mientras

que cada uno de los otros terminales se

conecta a las entradas digitales restantes

(DIb .0 a .5).

37

Tabla 5. Conexionado de los circuitos para las salidas digitales, entradas y salidas

analgicas (Bracho; Rodrguez, 2015)


Salidas digitales

Anexos.

Conexionado de las salidas

digitales

- Lnea de 12V de la

fuente

- Luces piloto

- 3 pares de terminales

- Ventilador de

computadora

- RELAY OUTPUTS del

PLC

Se conectan dos lneas de 12 V (cables amarillos)

directamente a los terminales 1L y 2L. Esto permite

energizar las salidas relayDQa .0 a .4 y DQb de .5

a 1.1 respectivamente. Las salidas DQa

corresponden a 5 de las luces mientras que la

primera salida de DQb corresponde con la luz

restante. DQb .6 a 1.0 se conectan a terminales de

color rojo mientras que DQb 1.1 se conecta al

ventilador de computadora. Por ltimo, los

terminales negros y los otros puntos de las luces y

el ventilador se conectan a una bornera comn con

el negativo de la fuente de 12V.

Entradas analgicas

Anexos.

Conexionado de las entradas

analgicas y de la salida

analgica

- Lnea de 12 V

- Potencimetro de

100k

- Resistencia de 22k

- 1 par de terminales

- ANALOGIC INPUTS del

PLC

El positivo y el negativo de la lnea de 12 V llegan a

una bornera (TBLOCK-12V AI) soldada en la

baquelita perforada, el punto de esta bornera

correspondiente al negativo de la fuente (2) se

encuentra al mismo punto que el terminal variable

del potencimetro a travs de otra bornera soldada

en la baquelita (TBLOCK-POT, VAR) a la cual

llegan dos cables correspondientes a los

terminales del potencimetro. El otro punto

(POT1), correspondiente con el otro terminal del

potencimetro, se encuentra soldado al mismo

punto que uno de los terminales de la resistencia

de 22k y el terminal AI0. El otro terminal de la

resistencia de 22k va al punto (1), a donde se

encuentra el positivo de la fuente de +12 VDC.

En este circuito tambin se encuentra un voltmetro

que permite medir la tensin de entrada a la AI0.

Este dispositivo tiene unos cables negro y rojo que

sirven para la alimentacin propia del equipo (el

negro esta a 12 V y el negro al comn) mientras

que el blanco corresponde a la tensin que desea

medirse, por lo que este ltimo est conectado al

terminal fijo del potencimetro para as mesurar la

variacin de tensin.

38

Tabla 6. Conexionado del circuito para la salida analgica (Bracho; Rodrguez,

2015)


Salida analgica

Anexos.

Conexionado de las

entradas analgicas y de

la salida analgica

- Terminales 0 y 0M de

la SignalBoard 1232

- Resistencia de 44.6

k

- Microampermetro DC

El terminal 0 se conecta a una bornera que se

encuentra soldada al mismo punto que un

terminal de la resistencia de 44.6 k, el otro

terminal de la misma se encuentra soldado al

mismo punto de otra bornera a la cual se

conecta el positivo del microampermetro. El

retorno del circuito es a travs del negativo

del microampermetro que va al otro punto de

la misma bornera del positivo y el cual esta

soldado al mismo punto que el punto 0M de la

salida analgica

4.3. Creacin de la gua de prcticas de laboratorio

En la Tabla 7 se muestra un esquema de las prcticas desarrolladas. Las

prcticas 3, 4 y 5 tendrn actividades para desarrollar a manera de ejercicios

complementarios y se incluir el solucionario de las mismas. Los programas

realizados se mostrarn tanto en esquema de contactos (diagrama de escalera,

LD o KOP) como en diagrama de bloques de funciones (FBD o FUP)

39

Tabla 7. Esquema general de las prcticas propuestas (Bracho; Rodrguez, 2015)

Ttulo Objetivo Anexo P

R

CT

ICA

1

Aprendiendo el

funcionamiento del mdulo de

instruccin automatizado PLC

Siemens S7-1200

Verificar el correcto

funcionamiento del

mdulo y del PLC.

Prctica No. 1

PR

C

TIC

A 2

Programando al PLC Siemens

S7-1200

Realizar un programa

sencillo utilizando el

Step 7.

Prctica No. 2

PR

C

TIC

A 3

Temporizadores

Realizar un programa

en Step 7 con

temporizadores.

Prctica No. 3

PR

C

TIC

A 4

Contadores y comparadores

Realizar programas en

Step 7 con contadores

y comparadores.

Prctica No. 4

PR

C

TIC

A 5

Datos analgicos y base de

datos

Realizar programas en

Step 7 haciendo uso

de valores analgicos

y de base de datos.

Prctica No. 5

40

4.4. Resultados de la verificacin del funcionamiento del mdulo

instruccional

4.4.1. Entradas analgicas

Tabla 8. Tensin de entrada vs valores de palabra. (Bracho; Rodrguez, 2015)

Entrada Tensin de entrada

(Volts)

Valor de palabra en el STEP 7

AI0

(potencimetro)

2 5632

5 13860

9.30 25696

AI1 (auxiliar)

2 5558

5 13792

9 24690

4.4.2. Salidas analgicas

Tabla 9. Corriente en la salida vs tensin en la entrada analgica y valor de

palabra resultante en la salida analgica. (Bracho; Rodrguez, 2015)

Salida

Corriente de salida

uA

Tensin en la

entrada

analgica IW64

Valor de palabra en

la salida analgica

QW80

QW80

(Micro

ampermetro)

40 2.1 6080

100 4.65 12896

200 8.9 24575

4.4.3. Entradas y salidas digitales

Se verific que todas las entradas digitales exhiban un comportamiento

ideal, las luces indicativas de cada una presentes en la carcasa del PLC

encendan al accionar el respectivo interruptor o botn. Asimismo al habilitar

41

desde el programa las diferentes salidas relay prendan cada una de las

luces piloto, los terminales mostraban tensiones de 12 V y el ventilador

encenda.

4.5. Anlisis de los resultados obtenidos en la verificacin

Los valores obtenidos muestran que tanto el controlador lgico

programable como el mdulo en cuestin funcionan apropiadamente. Puede

apreciarse en la Tabla 8 el valor de la tensin de entrada al PLC no alcanza los

10 V, llegando a mximo 9.30, esto se debe a que el valor del resistor

calculado en este captulo mediante la frmula de divisin de tensin arroj un

valor de 20k pero el utilizado fue de 22k, lo cual no permite que se consigan

exactamente 10 V pero para propsitos de estudio, se cree que un rango entre

0 y 9.3 voltios es aceptable.

En cuanto a los valores de palabra que cada dato obtuvo para un rango

determinado de tensin dado por cada fuente, pueden observarse pequeas

diferencias pero debido a lo grandes que son estas cantidades, esta ltima es

realmente insignificante. La nica diferencia realmente notable puede verse en

la ltima medicin tomada ya que con una fuente el dato obtenido fue con una

tensin de 9.3V (el mximo permitido por el potencimetro) mientras que con

otra fue de 9V y para evitar introducir errores por sobretensin en el PLC no se

increment este valor dado que esta segunda fuente en la entrada analgica

AI1 era de cierta imprecisin y ligeras variaciones en la misma generaban

grandes saltos en la tensin de salida.

Para el caso de la salida analgica se puede apreciar que el mximo valor

de corriente se obtiene cuando todava el valor de palabra no ha llegado al

mximo que corresponde a un valor de 27648 (SIEMENS, 2012). Esto se debe

a que el resistor determinado tericamente por la ley de ohm en el Captulo 3

fue de 50k y el utilizado fue de 44.6k y al ser este ltimo menor, la corriente

no est lo suficientemente limitada y el micro ampermetro marca 200 uA

cuando realmente hay poco menos de 20 mA en la salida de la SignalBoard.

42

Esto por supuesto involucra que cuando haya 20 mA en la salida

analgica el micro ampermetro estar un poco desplazado de los 200 uA pero

para los propsitos de las prcticas a realizar esto realmente no representa un

problema. En la Figura 8 puede apreciarse la relacin existente entre el valor

de corriente esperado (el real que se obtiene de la salida analgica) y el de

salida en el microampermetro. Esta relacin es aproximadamente lineal, lo

cual ratifica la veracidad de la medicin mostrada

Figura 8. Corriente en A vs corriente en mA (Bracho; Rodrguez, 2015)

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

A

mA

Corriente en A vs corriente en mA

43

CONCLUSIONES

El mdulo construido result funcionar de manera acorde con el diseo

planteado. Este diseo fue originado por la necesidad inicial de una estacin

de prcticas de automatizacin de procesos porttil, dando como resultado un

equipo confiable, seguro, ergonmico y con diversas opciones de

programacin que slo se encuentran limitadas por la habilidad que el usuario

tenga en esta materia.

Las guas de laboratorio propuestas en este trabajo de investigacin

permiten dar un enfoque prctico del contenido que se podra dictar en una

ctedra dedicada a la enseanza la programacin del PLC SIEMENS S7-1200,

ofreciendo detalladas instrucciones sobre lo que debe realizarse en cada paso

de las mismas y en el caso de aquellas que poseen actividades

complementarias para el desarrollo de habilidades y destrezas relacionadas

con la programacin en lenguaje de escalera o diagrama de bloques, se cuenta

con un solucionario que sirve de referencia para comparaciones con el

programa realizado por el estudiante o tambin como rutinas que rpidamente

pueden cargarse al PLC y as revisar el comportamiento de las salidas y

entradas segn el programa que se est cargando.

Los mdulos instruccionales de automatizacin de procesos le dan al

estudiante herramientas didcticas que permiten que, sin un proceso muy

complicado ni una instrumentacin de campo y sensores costosos, ste pueda

entender la interaccin que existe entre un proceso y un controlador donde

entre los dos existe una filosofa de automatizacin regida por una ley de

control programada en el dispositivo controlador. De ah es resaltante destacar

que aunque el mdulo construido no posee procesos que, por ejemplo,

moldeen piezas o realicen secuencias cclicas y de una larga cantidad de

pasos y con un gran nmero de condiciones, permite que el estudiante

entienda cmo funciona el equipo y cmo interacta tanto con las entradas

como con las salidas cuando ste se programa de cierta forma.

44

RECOMENDACIONES

Para evitar daar el mdulo instruccional, sus componentes o a los usuarios que lo

operan, se recomienda:

- Remover el soporte utilizando un destornillador de estras.

- No tocar el ventilador mientras est en movimiento.

- Evitar manipular los bombillos de las luces.

- Evitar desenroscar los terminales con el equipo energizado.

- No tocar la fuente de computadora.

- Manipular con cuidado el simulador de 8 posiciones, los botones y los

interruptores.

- Insertar el cable de energa de 120 Vac con cuidado en el receptculo.

- Procurar que al apagar el mdulo colocar el breaker en la posicin off y el

interruptor de la fuente en la posicin O.

Para incrementar la ergonoma del mdulo instruccional, se recomienda agregar

un para lo alguna estructura que permita elevar la parte inferior, de manera que los

usuarios no tengan que acercarse o levantarse para observar el equipo en

funcionamiento.

Para aprovechar las caractersticas de otras instrucciones tecnolgicas

compatibles con el PLC SIEMENS 1214C, se recomienda reemplazar el existente

por otro con salidas DC, ya que los CPU con este tipo de salidas permiten el

manejo de estructuras de programacin ms complejas y, por ejemplo, el uso de

seales PWM. Consultar (SIEMENS, 2012) para ms informacin respecto de este

tpico.

Si se desea realizar el control de velocidad del motor de computadora se

recomienda el uso de un microprocesador ARDUINO o un PIC conectado a la

salida de la SB1232 y programado para generar una seal PWM en una de sus

salidas segn la entrada proveniente de la salida analgica del PLC.

45

BIBLIOGRAFA

- Fernndez, David (2013). Clases de controladores Lgico Programables. 3era

revisin. Diapositivas para la enseanza bsica de controladores lgico

programables en la ctedra de Electrnica Digital II. Universidad del Zulia.

Facultad de Ingeniera

- Hurtado, J. (2000). El proyecto de investigacin

- Hidalgo (2012). ESTUDIO, DISEO E IMPLEMENTACIN DE UN

LABORATORIO Y GUA DE PRCTICAS CON PLCS PARA LA CARRERA DE

ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES DE LA UNIVERSIDAD ISRAEL.

Trabajo de graduacin previo a la obtencin del ttulo de Ingeniero en

Telecomunicaciones en la Universidad Tecnolgica Israel ubicada en Quito.

- SIEMENS (2012). SIMATIC S7. Controlador programable S7-1200. Manual de

sistema

- Tipniza, Carlos Fernando. Villacis Angos, Jaime Rodrigo (2008).

CONSTRUCCIN DE UN MDULO DIDCTICO PORTTIL PARA

CONTROL COMPUTARIZADO UTILIZANDO UN PLC SIEMENS SIMATIC S7-

300 CPU 314 Proyecto realizado por los autores previo a la obtencin del

ttulo de tecnlogo en mantenimiento industrial en la Escuela Politcnica

Nacional de Quito.

46

ANEXOS

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD DEL ZULIA

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA

GUA PARA EL DESARROLLO DE PRCTICAS DE AUTOMATIZACIN

INDUSTRIAL UTILIZANDO EL MDULO INSTRUCCIONAL AUTOMATIZADO

PARA PLC S7-1200

Bracho Dik, Yimmy Jos

Rodrguez Caizales, Claudio Jos


ltima revisin: 18-05-2015

Gua para el desarrollo de prcticas de automatizacin industrial. Pg 2

NDICE DE PRCTICAS

PRCTICA No. 1........ 3

Conociendo el PLC S7-1200 y el funcionamiento del mdulo instruccional automatizado para PLC Siemens S7-1200.

3

PRCTICA No. 2..... 17

Programando al PLC Siemens S7-1200........ 17

PRCTICA No. 3..... 35

Temporizadores.. 35

PRCTICA No. 4.. 46

Contadores y comparadores.......... 46

PRCTICA No. 5...... 59

Datos analgicos y base de datos 59

SOLUCIONARIO.. 73


PRCTICA No. 1

1. TTULO

Conociendo el PLC S7-1200y el funcionamiento del mdulo instruccional

automatizadopara PLC Siemens S7-1200.

2. OBJETIVO

Verificar el correcto funcionamiento del mdulo y del PLC S7-1200.

3. LISTA DE MATERIALES Y EQUIPOS

Mdulo instruccional automatizado para PLC S7-1200.

PC, con Step 7 Basic.

Cable Ethernet punto a punto.


4. PRE LABORATORIO

El controlador S7-1200 ofrece la flexibilidad y potencia necesarias para controlar

una gran variedad de dispositivos para las distintas necesidades de

automatizacin. Gracias a su diseo compacto, configuracin flexible y amplio

juego de instrucciones, el S7-1200 es idneo para controlar una gran variedad de

aplicaciones.

La CPU incorpora un microprocesador, una fuente de alimentacin integrada,

circuitos de entrada y salida, PROFINET (Red LAN) integrado, E/S de control de

movimiento de alta velocidad y entradas analgicas incorporadas, todo ello en una

carcasa compacta, conformando as un potente controlador. La CPU contiene la

lgica necesaria para vigilar y controlar los dispositivos de la aplicacin. La CPU

vigila las entradas y cambia el estado de las salidas segn la lgica del programa

de usuario, que puede incluir lgica booleana, instrucciones de contaje y

temporizacin, funciones matemticas complejas, as como comunicacin con

otros dispositivos inteligentes.

Para comunicarse con una programadora, la CPU incorpora un puerto PROFINET

integrado. La CPU puede comunicarse con paneles HMI (Interaccin humano-

mquina) o una CPU diferente en la red PROFINET.

Para garantizar seguridad en la aplicacin, todas las CPUs S7-1200 disponen de

proteccin por contrasea, que permite configurar el acceso a sus funciones.

El controlador S7-1200 incluye:

PROFINET incorporado.

E/S de alta velocidad aptas para el control de movimiento, entradas

analgicas incorporadas para minimizar el espacio requerido y excluir la

necesidad de E/S adicionales, 2 generadores de impulsos para aplicaciones

con modulacin del ancho de pulso, y hasta 6 contadores rpidos.

Diferentes entradas y salidas incorporadas en los mdulos CPU que

proporcionan entre 6 y 14 entradas y entre 4 y 10 salidas dependiendo del

tipo de CPU que use.

Mdulos de seales para DC, rel o E/S analgicas amplan el nmero de

E/S, mientras que las innovadoras SignalBoards integradas en el frontal de

la CPU proporcionan entradas y salidas adicionales.


Tipos de CPUs

El PLC Siemens S7-1200 tiene una CPU 1214C.

Tabla 1. Especificaciones de las diferentes CPUs del PLC S7-1200


5. PROCEDIMIENTO

Figura 1. Modulo automatizado

Figura 2. Leyenda

5.1Encender el mdulo instruccional automatizado para PLC S7-1200.

El mdulo de instruccin automatizado PLC S7-1200 utiliza un receptculo donde

se conecta un cable de alimentacin energizado a 120 VAC, 60 Hz.


Conectar el cable de alimentacin al receptculo, posteriormente pasar el

interruptor del breaker ubicado junto al PLC para energizarlo, la luz de Run se

pondr de color verde indicando que est operativo.

Cuando la luz de Run del PLC se coloque en verde estar listo para

comunicarse.

Pasar el interruptor Fuente DC ON/OFF ubicado en la parte superior izquierda

para prender la fuente DC. El voltmetro se encender mostrando que la fuente

esta energizada.

5.2 Conectar el PLC S7-1200 a la PC mediante la interfaz de TIA Portal

En la PC ejecutar la aplicacin TIA Portal Step7 Basic V10.5.

Dentro de la pantalla de inicio aparece seleccionado por defecto la opcin de

Abrir proyecto existente. En el lado derecho de la ventana se encuentra el listado

de los proyectos guardados anteriormente.

Figura 3.Pantalla inicial

En la ventana inicial seleccionar la opcin "Crear proyecto", en donde se

visualizar los campos para identificar el nuevo proyecto. Por ejemplo: quien es el


autor, comentario, direccin donde quiere que se guarde el proyecto, etc. A

continuacin dar clic en Crear.

Figura 4.Campos de identificacin de proyecto

Al dar clic en Crear aparece la "Vista Portal" en donde por defecto seleccione la

opcin "Primeros pasos", en el cual hay tres opciones para poder seguir con el

proyecto:

Configurar un dispositivo".

"Crear un programa PLC".

Configurar una imagen HMI".

Dar clic en la opcin Configurar dispositivo para configurar el tipo de PLC con el

cual se va a trabajar y cules van a ser sus caractersticas.


Figura 5.Primeros pasos

Despus de haber dado clic en Configuracin de dispositivo se visualiza una

nueva ventana en donde est seleccionada por defecto la opcin Mostrar todos

los dispositivos. Ir al cono donde dice Agregar dispositivo, aqu se visualizan

todas las CPU con las que puede trabajar el PLC dependiendo de su

configuracin.

Seleccionar la CPU 1200 sin especificar para que al realizar la conexin con el

PC, el programa reconozca las caractersticas del PLC y si fuera el caso a los

mdulos adicionales que estn conectados.


Figura 6.CPU 1200 sin especificar

Una vez seleccionada la CPU dar clic en Agregar.

Figura 7.Agregar la CPU seleccionada

Una vez agregada la CPU se despliega la Vista del Proyecto. Al estar en este

entorno se puede ver la informacin en color naranja a un lado de la CPU del PLC

sin especificar la cual nos ayudar con la deteccin del PLC.

Conectar el cable de comunicacin RJ45 en los puertos del PLC y de la PC.


Dar clic en determinar dentro de la aplicacin.

Figura 8.Vista del proyecto

Despus de dar clic en determine se despliega la pantalla de la Figura 9. En la

cual se va a seleccionar la tarjeta de red de la PC. En la parte superior derecha

seleccionar la tarjeta de conexin Ethernet, luego de esto empieza a detectar los

dispositivos que estn conectados automticamente.


Figura 9.Deteccin de hardware

Aqu el dispositivo ya est conectado. Seleccionar el dispositivo en la lista

(Dispositivo S7-1200). Para verificar su conexin existe la opcin Parpadear

LED.

Al dar clic en esta opcin se observa en el PLC el parpadeo de los LEDs de

estado, para finalizar dar clic en detencin en donde se genera la imagen de los

dispositivos conectados en Step 7.


Figura 10.Dispositivo conectado listo para su programacin

5.3 Descargar un programa bsico de prueba.

Cree un circuito sencillo que no requiera del uso de las entradas fsicas que se

encuentran en el mdulo para activar una o ms salidas, este tipo de seales se le

denominan seales forzadas, son utilizadas en gran parte para labores de

mantenimiento.

En el rbol del proyecto despliegue la carpeta del PLC, dentro del PLC

despliegue la carpeta bloques de programa y haga doble clic sobre Main.


Figura 11. Programa Main del PLC

Modulo para realizar practicas de laboratorio de PLC

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