Reporte Laboratorio Final - Equipo 1

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    23-Nov-2015
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  • LABORATORIO EXPERIMENTAL DE

    SISTEMAS MECATRNICOS

    ACTIVIDAD EXPERIMENTAL NMERO 1

    Programacin de PLC

    Alumnos:

    Centeno Barreda Daniel Cuecuecha Hernndez Elih

    Hernndez Snchez Javier Esteban Medel Ibez Jacqueline

    Melndez Ramrez Devora Quintero Espinoza Mauricio

    Sols Gayosso Ervey

    Profesor:

    M. C. Juan Carlos Rojas Bravo

    Heroica Puebla de Zaragoza, abril del 2014

    BENEMRITA UNIVERSIDAD AUTNOMA DE PUEBLA

    FACULTAD DE CIENCIAS DE LA ELECTRNICA

  • OBJETIVOS

    Aprender a desarrollar y representar una secuencia determinada de pistones

    neumticos y/o hidrulicos mediante Diagramas de Fase y Diagramas

    Grafcet.

    Comenzar a comprender el uso y desarrollo de Diagramas Escalera (Ladder)

    para la programacin del PLCs.

    Realizar el anlisis del funcionamiento as como la secuencia de los pistones

    que intervienen en el proceso y la caracterizacin de los sensores del

    Sistema de Embalaje que se encuentra en el Centro de Innovacin en

    Mecatrnica FCE BUAP y realizar:

    o Diagrama de Fase.

    o Diagrama Grafcet.

    o Diagrama Ladder.

    Programar el PLC proporcionado (Siemens S7-200 CPU 226) para poner en

    marcha todo el proceso antes analizado con objetivo fin de poner en prctica

    todo lo aprendido y comprendido en los objetivos anteriores.

  • INTRODUCCIN

    En este documento se muestra el procedimiento empleado para la caracterizacin

    de la secuencias del mdulo APS, tomando en cuenta la metodologa aprendida en

    clase.

    Inicialmente se caracteriz el modulo colocando literales para diferenciar

    cada actuador, se tomaron los nmeros que identifican a cada sensor, y planteamos

    una secuencia funcional y ptima. Se realizaron los diagramas de fase y Grafcet,

    para as poder desarrollar fcilmente el Ladder.

    El PLC con l que cuenta este mdulo es s7200 de Siemens (figura 1) el cual

    cuenta con 40 entradas y 32 salidas digitales. Tanto la alimentacin como las

    entradas y las salidas digitales son a 24v.

    La programacin del PLC se llev a cabo por medio del programa STEP 7-

    Micro/WIN, para establecer comunicacin entre el PLC y la computadora se utiliz

    un cable PPI.

    El funcionamiento de la maquina es el siguiente:

    1. Un cilindro de plstico debe pasara por una cinta transportadora en donde un

    sensor capacitivo lo detectara y provocara que la cinta se detenga.

    2. El actuador llevara el cilindro hasta otro punto en donde ser recogido.

    3. Cuando este se encuentre en la correcta posicin un actuador bajara una

    pinza.

    4. La pinza sujetara el cilindro, despus el actuador volver a subir la pinza.

    5. Otro actuador llevara el producto a otro punto.

    6. Una vez que el cilindro se encuentre en el siguiente punto, la pinza bajara y

    soltara el cilindro en una mesa giratoria.

    7. Cuando el cilindro sea dejado por la pinza, tanto los actuadores como la pinza

    regresaran a su posicin original.

    8. Al ser detectado el cilindro por otro sensor capacitivo la mesa girara y dejara

    el cilindro en la estacin de llenado

    9. Un actuador dejara caer material hasta que el cilindro se llene.

    10. Cuando el cilindro este lleno la mesa girara otra vez y llevara el cilindro a la

    estacin de sellado.

    11. En este punto un actuador tomara una tapa y la situara sobe el cilindro,

    despus otro actuador empujara la tapa y de ese modo el cilindro quedara

    sellado.

    12. Cuando el paso anterior se complete la mesa girara de nuevo llevando el

    cilindro al punto de recoleccin.

  • 13. Cuando el cilindro llegu al punto de recoleccin un actuador bajara unas

    pinzas neumticas que tomaran el cilindro.

    14. El actuador vuelve a subir las pinzas.

    15. Por ltimo el cilindro es llevado a otro punto en donde el actuador vualve a

    bajar y las pizas sueltan el producto.

    Todo este proceso se debe repetir constantemente hasta que se presione el botn

    de paro.

    MARCO TERICO

    Diagrama de Fase.

    Fase es el cambio de estado de un elemento de trabajo.

    La fase A (+) indica que el mbolo del cilindro A pasa de estar con el vstago metido

    a tenerlo afuera (tambin se puede emplear en vez del signo (+), un uno (1) o la

    palabra sale).

    La fase A (-) indica que el mbolo del cilindro A pasa de estar con el vstago fuera

    de tenerlo dentro (tambin se puede emplear en vez del signo (-), un cero (0) o la

    palabra entra).

    En este diagrama las fases se representan

    horizontalmente y con distancias idnticas.

    Los elementos de potencia se trazan

    verticalmente, como se puede apreciar en

    la figura adyacente.

    En el diagrama se ve que el vstago del

    cilindro A comienza a salir en la fase 1 y

    alcanza su posicin final en la fase 2. Hasta

    la fase 4 se mantienen en esa posicin, y a

    partir de la fase 4 inicia el movimiento de

    retroceso del vstago, que finaliza al llegar a la fase 5.

  • Cuando la secuencia comprende varios

    elementos de trabajo se trazan los

    diagramas de cada elemento, uno debajo

    de otro como se muestra en la imagen

    siguiente:

    Diagrama de Grafcet.

    El Grafcet es un diagrama funcional que describe los procesos a automatizar,

    teniendo en cuenta las acciones a realizar, y los procesos intermedios que provocan

    estas acciones.

    Este mtodo de representacin es aceptado en Europa y homologado por varios

    pases, entre ellos Francia por la norma NFC-03-190 y en Alemania por DIN.

    Un Grafcet est compuesto de:

    Etapa: define un estado en el que se encuentra el automatismo. Las etapas

    de inicio se marcan con un doble cuadrado.

    Accin Asociada: define la accin que

    va a realizar la etapa, por ejemplo

    conectar un contactor, desconectar una

    bobina, etc.

    Transicin: es la condicin o

    condiciones que, conjuntamente con la etapa anterior, hacen evolucionar el

    Grafcet de una etapa a la siguiente, por ejemplo un pulsador, un detector, un

    temporizador, etc.

    En un Grafcet podemos encontrarnos con tres tipos de secuencias:

    Lineales

    Con direccionamientos o alternativa

    Simultneas

  • Lineales.

    En las secuencias lineales el ciclo lo componen una sucesin lineal de etapas como

    se refleja en el siguiente Grafcet de ejemplo:

    El programa ir activando cada una de las etapas y desactivando la anterior

    conforme se vayan cumpliendo cada una de las condiciones. Las acciones se

    realizarn en funcin de la etapa activa a la que estn asociadas. Por ejemplo, con

    la etapa 1 activa tras arrancar el programa, al cumplirse la "Condicin 1", se activar

    la etapa 2, se desactivar la 1, y se realizar la "Accin 1".

    Con direccionamiento o alternativa.

    En un Grafcet con direccionamiento el ciclo puede variar en funcin de las

    condiciones que se cumplan. En el siguiente ejemplo a partir de la etapa inicial se

    pueden seguir tres ciclos diferentes dependiendo de qu condiciones (1, 2 y/o 3) se

    cumplan, (normalmente slo una de ellas podr cumplirse mientras la etapa 1 est

    activa, aunque pueden cumplirse varias):

    La diferencia significativa del direccionamiento (rbol abierto con una lnea sencilla

    horizontal) con respecto a la simultnea es que esta pasara a la siguiente etapa

  • cuando haya terminado una de las tareas paralelas independientemente de las que

    se iniciaron.

    Simultaneas.

    En las secuencias simultneas varios ciclos pueden estar funcionando a la vez por

    activacin simultnea de etapas. En el siguiente ejemplo, cuando se cumple la

    condicin 1 las etapas 2, 3 y 4 se activan simultneamente:

    En los casos de tareas simultneas (rbol abierto por doble lnea horizontal) la etapa

    siguiente al cierre solo podr iniciarse cuando todas las etapas paralelas hayan

    terminado.

    Diagrama de Escalera (Ladder).

    Los diagramas de escalera o ladder logic son programas muy utilizados para

    programar PLC o autmatas programables. El diagrama de escalera fue uno de los

    primeros lenguajes utilizados para programar PLCs debido a su similitud con los

    diagramas de rels que los tcnicos ya conocan.

    Este lenguaje permite representar grficamente el circuito de control de un proceso,

    con ayuda de smbolos de contactos normalmente cerrados (N.C.) y normalmente

    abiertos (N.A.), rels, temporizadores, contadores, registros de desplazamiento, etc.

    Cada uno de estos smbolos representa una variable lgica cuyo estado puede ser

    verdadero o falso.

    En el diagrama de escalera, la fuente de energa se representa por dos "rieles"

    verticales, y las conexiones horizontales que unen a los dos rieles, representan los

    circuitos de control.

    El riel o barra del lado izquierdo representa a un conductor con voltaje positivo y el

    riel o barra de lado derecho representa tierra o masa.

  • El programa se ejecuta de arriba hacia abajo y de izquierda a derecha.

    Observar el diagrama anterior, donde se muestra

    el circuito para el accionamiento de un motor.

    Este motor se activa cuando el interruptor SW se

    cierra y permite el paso de corriente del riel del lado

    izquierdo al riel del lado derecho a travs de l. Acordarse que el riel izquierdo es el

    conductor con voltaje y el riel o barra derecha est a tierra.

    Los smbolos bsicos son:

    Rels Internos o Marcas.

    Como salidas en el programa del PLC se toma no solo a las salidas que el equipo

    posee fsicamente hacia el exterior, sino tambin las que se conocen como "Rels

    Internos o Marcas". Los rels internos son simplemente variables lgicas que se

    pueden usar, por ejemplo, para memorizar estados o como acumuladores de

    resultados que utilizaran posteriormente en el programa.

    Se las identifica con la letra "M" y un nmero el cual servir para asociarla a algn

    evento.

    Temporizadores.

    Como lo indica su nombre, cada vez que alcanzan cierto valor de tiempo activan un

    contacto interno. Dicho valor de tiempo, denominado PRESET o meta, debe ser

    declarado por el usuario.

    Luego de haberse indicado el tiempo de meta, se le debe indicar con cuales

    condiciones debe empezar a temporizar, o sea a contar el tiempo. Para ello, los

    temporizadores tienen una entrada denominada START o inicio, a la cual deben

    llegar los contactos o entradas que sirven como condicin de arranque. Dichas

    condiciones, igual que cualquier otro rengln de Ladder, pueden contener varios

    contactos en serie, en paralelo, normalmente abiertos o normalmente cerrados.

    Una de las tantas formas de representacin sera:

  • Contadores.

    Definidos como posiciones de memoria que almacenan un valor numrico, mismo

    que se incrementa o decrementa segn la configuracin dada a dicho contador.

    Como los temporizadores, un contador debe tener un valor prefijado como meta o

    PRESET, el cual es un nmero que el usuario programa para que dicho contador

    sea activo o inactivo segn el valor alcanzado.

    Por ejemplo, si el contador tiene un preset de 15 y el valor

    del conteo va en 14, se dice que el contador se encuentra

    inactivo, sin que por ello se quiera decir que no est

    contando. Pero al siguiente pulso, cuando el valor llegue

    a 15, se dice que el contador es activo porque ha llegado

    al valor de preset.

    PLC.

    El PLC es un dispositivo electrnico que puede ser programado por el usuario y se

    utiliza en la industria para resolver problemas de secuencias en la maquinaria o

    procesos, ahorrando costos en mantenimiento y aumentando la confiabilidad de los

    equipos.

    Es importante conocer sus generalidades y lo que un PLC puede hacer por tu

    proceso, pues podras estar gastando mucho dinero en mantenimiento y

    reparaciones, cuando estos equipos te solucionan el problema y se pagan solos.

    Adems, programar un PLC resulta bastante sencillo. Anteriormente se utilizaban

    los sistemas de relevadores pero las desventajas que presentaban eran bastantes;

    ms adelante mencionaremos algunas. La historia de los PLC nos dice que fueron

    desarrollados por Ingenieros de la GMC (General Motors Company) para sustituir

    sus sistemas basados en relevadores.

  • La palabra PLC es el acrnimo de (en ingls Programmable Logic Controler).

    Controlador Lgico Programable

    PLC Simatic S7-200.

    Simatic S7-200 es ciertamente un micro-PLC al mximo nivel: es compacto y

    potente, rpido, ofrece una conectividad extraordinaria y todo tipo de facilidades en

    el manejo del software y del hardware.

    Simatic S7-200 es ciertamente un micro-PLC al mximo nivel: es compacto y

    potente, rpido, ofrece una conectividad extraordinaria y todo tipo de facilidades en

    el manejo del software y del hardware.

    Y esto no es todo: el micro-PLC Simatic S7-200 responde a una concepcin modular

    consecuente que permite soluciones a la medida que no quedan

    sobredimensionadas hoy y, adems, pueden

    ampliarse en cualquier momento.

    Se trata de una autntica alternativa rentable en la

    gama baja de PLC's. Para todas las aplicaciones

    de automatizacin que apuestan

    consecuentemente por la innovacin y los

    beneficios del cliente.

    Sensores capacitivos.

    Detectan objetos metlicos, o no metlicos, midiendo el cambio en la capacitancia,

    la cual depende de la constante dielctrica del material a detectar, su masa, tamao,

    y distancia hasta la superficie sensible del detector

    Desde el punto de vista puramente

    terico, se dice que el sensor est

    formado por un oscilador cuya

    capacidad la forman un electrodo

    interno (parte del propio sensor) y

    otro externo (constituido por una

    pieza conectada a masa).

  • El electrodo externo puede estar realizado de dos modos diferentes; en algunas

    aplicaciones dicho electrodo es el propio objeto a sensar, previamente conectado a

    masa; entonces la capacidad en cuestin variar en funcin de la distancia que hay

    entre el sensor y el objeto. En cambio, en otras aplicaciones se coloca una masa

    fija y, entonces, el cuerpo a detectar utilizado como dielctrico se introduce entre la

    masa y la placa activa, modificando as las caractersticas del condensador

    equivalente.

    Sensores inductivos.

    Sirven para detectar materiales metlicos

    ferrosos. Se utilizan en aplicaciones de

    posicionamiento como para detectar la

    presencia o ausencia de objetos metlicos

    en un determinado contexto: deteccin de

    paso, de atasco, de codificacin y de

    conteo.

    Electrovlvulas.

    Una electrovlvula es

    una vlvula electromecnica, diseada para

    controlar el flujo de un fluido a travs de un

    conducto como puede ser una tubera. La

    vlvula est controlada por una corriente

    elctrica a travs de una bobina solenoidal.

    No se debe confundir la electrovlvula

    con vlvulas motorizadas, que son aquellas

    en las que un motor acciona el cuerpo de la vlvula.

    Una electrovlvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y la vlvula.

    El solenoide convierte energa elctrica en energa para actuar la vlvula.

  • Tambin es posible construir electrovlvulas

    biestables que usan un solenoide para abrir la

    vlvula y otro para cerrar o bien un solo solenoide

    que abre con un pulso y cierra con el siguiente.

    Las electrovlvulas pueden ser cerradas en

    reposo o normalmente cerradas lo cual quiere

    decir que cuando falla la alimentacin elctrica

    quedan cerradas o bien pueden ser del

    tipo abiertas en reposo o normalmente

    abiertas que quedan abiertas cuando no hay

    alimentacin.

    Actuadores.

    A los mecanismos que convierten la energa del aire comprimido en trabajo

    mecnico se les denomina actuadores neumticos. Aunque en esencia son

    idnticos a los actuadores hidrulicos, el rango de compresin es mayor en este

    caso, adems de que hay una pequea diferencia en cuanto al uso y en lo que se

    refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad.

    El trabajo realizado por un actuador neumtico puede ser lineal o rotativo. El

    movimiento lineal se obtiene por cilindros de mbolo (stos tambin proporcionan

    movimiento rotativo con variedad de ngulos por medio de actuadores del tipo pin

    cremallera). Tambin encontramos actuadores neumticos de rotacin continua

    (motores neumticos),

    movimientos

    combinados e incluso

    alguna transformacin

    mecnica de

    movimiento que lo

    hace parecer de un

    tipo especial.

  • TABLA DEL EQUIPO UTILIZADO

    Equipo Cantidad

    PLC Siemens s7-200 1

    PC con Step 7 y Microwin instalados 1

    Cable PPI 1

    Actuador neumtico de simple efecto con

    retorno por muelle

    7

    Gripper neumtico 2

    Actuador neumtico giratorio 1

    Motor dc 2

    Electrovlvula 5/2 con retorno muelle 10

    Sensor capacitivo 14

    Sensor inductivo 4

    DESARROLLO

    sta prctica se dividi en dos etapas, la primera abarca desde que se arranca la

    mquina hasta que el primer gripper deja el bote en la rueda giratoria, y la segunda

    etapa comprende desde que es colocado el bote en la rueda hasta que el segundo

    gripper recoge el producto terminado y lo saca de la rueda.

  • A continuacin se muestra un esquema del mdulo para comprender la

    simbologa utilizada tanto para los actuadores y los sensores.

    Desarrollo de la primera etapa

    Lo primero que se plante en esta etapa fue la secuencia para partir de ah y

    desarrollar todos los pasos siguientes, por lo tanto la secuencia es la siguiente:

    A+ A- B- C+ D+ C- B+ E+ C+ D- C- E-

    Para que el proceso sea continuo se opt por reiniciar toda la secuencia desde la

    segunda memoria y no desde la primera. A continuacin se presentan los diagramas

    de fases y grafcet:

  • Desarrollo de la segunda etapa

    En el programa se utiliz un contador y dependiendo del valor que ste toma se

    accede a subrutinas diferentes, con el objetivo de optimizar el proceso.

    El contador incrementa cada vez que el programa de la primera etapa llega

    a la penltima memoria, asegurando de sta manera que la rueda no comience a

  • girar antes de que se haya depositado el bote en la rueda. A continuacin se

    presentan cada una de las subrutinas.

    Subrutina correspondiente a contador igual a uno

    En el caso de que sea el primer bote que es colocado en la rueda el contador toma

    un valor igual a uno, por lo que la nica secuencia que se tiene que hacer en sta

    parte es activar el motor de la rueda y el actuador F para que el bote sea llenado de

    pellets.

    La situacin que se plante en este paso fue en qu momento apagar el

    motor que gira la rueda para posicionar el bote en la estacin de llenado. La solucin

    que se dio fue encender el motor cuando los sensores I2.0 e I2.1 estuvieran

    activados y apagarlo cuando el sensor I2.0 estuviera desactivado pero I2.1 activado,

    asegurando de sta manera que el bote ha llegado a la posicin adecuada para que

    sea llenado.

    A continuacin se presentan la secuencia, el diagrama de fases y el diagrama

    grafcet.

    Primera secuencia de la segunda etapa:

    M1+ M1- F+ F-

  • Subrutina correspondiente a contador igual a dos

    Cuando se coloca el segundo bote en la rueda se tiene que incrementar la

    secuencia ya que adems de activar el motor de la rueda y el actuador F como en

    el caso anterior, ahora se debe incluir el accionamiento del actuador H.

    Por lo tanto los diagramas de fases y grafcet son los siguientes:

    Segunda secuencia de la segunda etapa:

    M1+ M1- F+ F- H+ H-

    G+ G-

  • Subrutina para contador igual o mayor a tres

    Para el caso de que el contador haya llegado a tres o sea superior, el programa

    tiene que hacer toda la secuencia restante, es decir, adems de la secuencia

    anterior, ahora debe activar los actuadores I, J y el actuador giratorio para cumplir

    con el proceso de quitar el bote ya llenado y tapado de la rueda.

    Tercera secuencia para segunda etapa:

  • Diagrama Escalera de la Secuencia

    (Ladder).

    1era parte. Lgica de accionamiento de

    la banda transportadora y actuadores (B,

    C, D, E) mediante memorias.

  • 2da parte. Lgica del contador

    3ra parte. Lgica de accionamiento del

    disco transportador y actuadores (F, G, H,

    I, J) mediante memorias.

  • 4ta parte. Lgica de accionamiento de

    todos los actuadores y los motores

    mediante la conmutacin de las memorias.

  • CONCLUSIONES

    El manejo de PLCs es una herramienta importante en la vida laboral de un Ingeniero

    en Mecatrnica pues le permite resolver problemas de secuencias en la maquinaria

    o procesos, ahorrando costos en mantenimiento y aumentando la confiabilidad de

    los equipos; pero para su utilizacin es necesario aprender a programarlos y para

    este caso conocer Diagramas de Escalera (Ladder). En esta prctica comprendimos

    todo el proceso para poder programar un PLC, empezando por analizar el sistema

    y/o la secuencia de actuadores para posteriormente representarlo mediante

    herramientas grficas como son el diagrama de Fase y el diagrama Grafcet los

    cuales nos permiten identificar cada paso a realizar por cada uno de los pistones y

    podemos tomar decisiones sobre qu tipo de sensores vamos a utilizar y en que

    parte del proceso los vamos a ocupar. Una vez hecho esto pudimos pasar a la

    realizacin del diagrama Escalera ocupando temporizadores y contadores para

    completar el proceso de manera adecuada.

    Como el proceso de realizacin era amplio, desde el hecho de comprender la parte

    terica hasta el punto final, nos enfrentamos a diferentes dificultades que

    empezaban desde la instalacin del software MicroWin para S7-200 pues el sistema

    operativo que tenan nuestras computadoras no era el aceptado por el programa.

    Posteriormente se nos dificult hacer la conexin con el PLC pues no lo reconoca.

    Finalmente ya enlazado y con buena comunicacin PLC-PC los errores y

    dificultades se nos presentaron a la hora de hacer el diagrama Ladder ya que no

    sabamos cmo emplear de manera correcta un temporizador y en su caso un

    contador.

    En fin, fue una prctica muy enriquecedora que nos llen de conocimientos en

    muchos aspectos y reas pues comprendimos como desarrollar un sistema

    secuencial con un PLC as como su caracterizacin, aprendizajes muy tiles para

    la vida laboral a la que todos nos enfrentaremos.

  • BIBLIOGRAFIA

    1. NEUMTICA INDUSTRIAL. Diseo, seleccin y estudio de elementos. Jess Pelez Vara. Esteban Garca Mat. CIE DOSSAT 2000.

    2. NEUMTICA NIVEL BSICO. TP-302/2003 Manual de Estudio. FESTO.

    3. NEUMTICA. SMC internacional training (Segunda edicin). THOMSON PARANINFO. PNEUMAX. Catalogue 2001.