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Funciones Lógicas en el Relé LOGO! de Siemens

Francisco F BELTRÁN, Mariano A CADAVID, Manuel J BETANCUR, Marisol OSORIO

Facultad de Ing. Eléctrica y Electrónica, Escuela de Ingenierías, Universidad Pontificia Bolivariana

Medellín, Cq. 1 #70-01, Campus Laureles, B11-259 @upb.edu.co

RESUMEN En este artículo se explican las funciones generales y especiales con las que opera el relé LOGO! se Siemens. A partir de ejercicios, ejemplos y videotutoriales se explcian algoritmos de control aplicados en la industria. Copyright © 2014 UPB.

PALABRAS CLAVE

Algoritmos, programación, compuertas lógicas

ABSTRACT

This paper explains how to use the general and special functions in the Siemens LOGO!. Practical examples are provided and a videotutorial is referenced, so the student may learn how to design control algorithms to solve sequential systems problems

KEYWORDS

Algorithms, logic gates, programming

Contenido

1. INTRODUCCIÓN................................................................................................................................................. 3

2. APLICACIONES INDUSTRIALES........................................................................................................................... 4

3. FUNCIONES LÓGICAS DEL SIEMENS LOGO! ..................................................................................................... 5

3.1. Funciones Generales (GF) ......................................................................................................... 5

3.2. Funciones Especiales (SF) ......................................................................................................... 6 4. EJEMPLOS.......................................................................................................................................................... 8

5. EJERCICIOS ......................................................................................................................................................10

6. SOLUCIONARIO ...............................................................................................................................................11

AGRADECIMIENTO ...................................................................................................................................................13

REFERENCIAS ...........................................................................................................................................................13

AUTORES ..................................................................................................................................................................14


3

1. INTRODUCCIÓN Los avances tecnológicos en el sector industrial y la

utilización de autómatas programables (PLC) y relés

inteligentes (Siemens LOGO!), han sido de gran impacto

en el desarrollo industrial. Ésta es la motivación de este

recurso de aprendizaje enfocado al Siemens LOGO! y

dirigido a los estudiantes de primeros semestres de

ingeniería en su formación profesional.

El uso de los PLC tuvo sus inicios en la industria

automotriz con la empresa General Motors en 1960. La

razón principal de su implementación fue la necesidad de

eliminar el gran costo que se producía al reemplazar el

complejo sistema de control basado en relés y contactores

[1], por ese motivo la industria buscó una solución más

eficiente para reemplazar los sistemas de control basados

en estos instrumentos, ya que requerían que su cadena de

ensamble pudiera producir más unidades por día para

aumentar sus ingresos y ganancias mensuales. [2]

Actualmente la implementación de sistemas

automatizados en la industria utiliza PLC, estos no

solamente controlan la lógica de funcionamiento de plantas

y maquinarias, sino que también realizan complejas

operaciones aritméticas y tratamiento de señales analógicas

para crear estrategias de control como el PID [2]. Los PLC

son creados usando lo último en diseño de

microprocesadores y electrónica, proporcionando mayor

confiabilidad para procesos complejos y peligrosos. [1]

Empresas como Renault, Hyundai, Mitsubishi

Electric, Pintuco e Imusa, utilizan sistemas como bandas

transportadoras, brazos hidráulicos, prensas hidráulicas y

líneas de ensamble, los cuales son controlados

automáticamente por PLC. [3]

Los PLC presentan características como disminución

en los tiempos de puesta en marcha, mantenimientos

económicos, dimensiones reducidas del hardware y

posibilidades de expansión para módulos de entrada y

salida, estas caracteristicas han llevado a los PLC a ser

bastante costosos [1]. Es por eso que si los procesos a

manejar son relativamente sencillos no se recomienda

utilizar PLC sino relés programables, como el LOGO! de

Siemens, el SRW01 de WEG o Zelio Logic de Schneider

Electric, los cuales a nivel de hardware tienen

especificaciones muy buenas y son capaces de realizar

tareas simples a un bajo costo. [3]


4

Dentro de las tareas que pueden desarrollar estos relés

programables se encuentran: el control de motores, bombas

y válvulas, control a distancia, ascensores y plataformas

elevadoras. [4]

Este recurso de aprendizaje “Funciones Lógicas en el

Relé LOGO! de Siemens”, no solo cuenta con este artículo,

también presenta ejercicios de autoevaluación con su

respectivo solucionario, presentaciones en diapositivas del

tema y un video didáctico [5] dirigido a la parte práctica a

modo de tutorial.

El presente artículo tiene en su desarrollo una sección

de aplicaciones industriales, que corresponde a la sección

dos y hace énfasis a la implementación de los relés

programables dentro de la industria, además en la sección

tres se explican las funciones lógicas con las que opera el

LOGO!, una cuarta sección dedicada a ejemplos y por

último una quinta sección dedicada a ejercicios, con sus

respectivos solucionarios en la sexta sección, apuntando a

la adquisición de conocimientos por parte del estudiante en

la utilización de las funciones lógicas que utiliza el

LOGO!.

2. APLICACIONES INDUSTRIALES Debido al buen funcionamiento que los relés

programables tienen, se han utilizado en áreas como

climatización, domótica e inmótica, sistemas de vigilancia

a nivel de infraestructura y en el área industrial como en

equipos de transporte, control de maquinarias y soluciones

especiales. [6]

En el área de climatización, se han utilizado para el

control de calefacción, ventilación y sistemas de aires

acondicionados [6]

En domótica e inmótica, se han implementado en el

control y monitoreo del funcionamiento general de

edificaciones en los sistemas de iluminación (interior y

exterior) [7], de riego y humidificación de jardines o zonas

verdes, en el control de persianas y marquesinas, y también

se han utilizado en el control de puertas y portones para el

ingreso y salida de personas y/o vehículos. [6]

En el área industrial el LOGO! también se ha

empleado en el control de equipos de transporte como

bandas transportadoras, ascensores y plataformas

elevadoras. En soluciones especiales como en condiciones


5

extremas, plantas fotovoltaicas y semaforización. Estos

relés también tienen gran utilidad en el área de control de

maquinaría donde realizan tareas de control de motores,

válvulas, bombas, compresores, sierras, cepilladoras e

instalaciones de aspiración y filtración. [6]

3. FUNCIONES LÓGICAS DEL SIEMENS LOGO!

El LOGO! cuenta con una programación basada en el

uso de compuertas lógicas y bloques de funciones, que

permiten la elaboración de algoritmos de control

simplificados y eficaces. Al unir varios bloques de

funciones, de forma específica, se pueden implementar

programas de control complejos.

3.1. Funciones Generales (GF)

Las General Function (GF, por sus siglas en inglés) o

funciones generales en el LOGO!, están basadas en el

Álgebra de Boole [8], la cual está definida por operaciones

lógicas como Y, O ó NO (And, Or, Not). La electrónica

digital emplea este sistema en conjunto con los números

binarios, donde, un nivel bajo de señal significa “0” que a

su vez significa “Falso” y un nivel alto de señal significa

“1” o “verdadero”. En la Tabla 1 se ilustra la simbología de

las operaciones básicas y sus tablas de verdad, donde A y B

son los pines de entrada a la compuerta y Y la salida de la

misma.

En la Figura 1, Figura 2 y Figura 3 se representa la

Tabla 1. Representación Funciones Lógicas básicas

Nombres Símbolo Tablas de Verdad

And

Or

Not


6

simbología de algunas compuertas lógicas en el LOGO!.

Figura 1.Compuerta AND

Figura 2.Compuerta OR

Figura 3.Compuerta NOT

3.2. Funciones Especiales (SF)

El relé LOGO! no solamente cuenta con funciones

generales como las mencionadas anteriormente, este

dispositivo también cuenta con temporizadores, contadores,

generadores de pulsos y memorias de estados, que

conforman las Special Functions (SF, por sus siglas en

inglés) o funciones especiales. Estas permiten al usuario

realizar algoritmos de control más avanzados y complejos.

La lista a continuación contiene una breve descripción

de algunas SF con las que cuenta el LOGO! y son

ilustradas en la Tabla 2.

Retardo por conexión: en el cual la salida Q es

activada mediante un tiempo parámetrizable de la

entrada A.

Retardo de Desconexión: en el cual la salida Q es

desactivada mediante un tiempo parámetrizable de

la entrada Trg y este presenta un flanco

descendente (cambia de 1 a 0).


7

Retardo de Conexión/Desconexión: en el cual la

salida Q se activa y desactiva tras un tiempo

parámetrizable.

Retardo de conexión memorizable: en el cual la

salida Q es activada después de un tiempo

parámetrizable, y este ignora los pulsos de entrada

mientras pasa el tiempo parámetrizable.

Relé disipador: en el cual al generar un pulso en la

entrada Trg, no importa que tan largo sea, la salida

Q se desactivará tras un tiempo parámetrizable al

iniciar Trg.

Relé Disipador activado por flanco: al hundir Trg

se generan un número determinado de pulsos de

conexión y desconexion parámetrizables en la

salida Q reactivables mediante un tiempo

parámetrizable.

Generador de Pulsos Asincrónicos: a través de En

se activa y desactiva la generación de impulsos

asíncronos y mediante el parámetro Inv se puede

invertir la señal del generador asíncrono.

Tabla 2.Funciones Especiales en el LOGO!

Designación de SF Representación gráfica en

el LOGO!

Retardo por conexión

Retardo de Desconexión

Retardo de

Conexión/Desconexión

Retardo de conexión

memorizable

Relé disipador


8

Las SF a continuación pueden ser ubicadas en la

sección 4 del Manual del Siemens LOGO! edición 2 del

2005, donde son explicadas con detalle en español. [9]

Temporizador Semana y Anual: la salida se

activará luego de una fecha de activación y

desactivación parametrizable.

Contador avance/retroceso: según se configure, el

contador aumenta o decrementa el conteo cuando

este alcanza el valor configurado, lo cual produce

que la salida se active o desactive.

Relé Autoenclavador: la salida Q es activada por

un impulso en la entrada R, y se desactiva con un

impulso en la entrada S.

Relé de Impulsos: la salida Q es activada tras un

impulso de Trg y en S, y cuando R recibe un

pulso la salida Q es 0.

Comparador Analógico: la salida Q se activa y

desactiva en función de la diferencia entre Ax - Ay

(entradas al sistema), las cuales son dos valores de

umbral ajustados manualmente.

4. EJEMPLOS Con el objetivo de aclarar el uso de las GF y las SF

con las que opera el LOGO!, se elaboran los siguientes

ejemplos que permitan al estudiante una mayor

comprensión del temario. Estos serán explicados y

solucionados a continuación.

1. Diseñar un algoritmo en el cual una vez presionado el

botón de START, se active la válvula de 2 posiciones,

extrayendo el émbolo del pistón totalmente y, luego,

retraiga el mismo, usando la información de los detectores

de inicio y fin de carrera.

Definido el problema, se implementa el uso de las

compuertas lógicas GF y SF, donde el estudiante utilizará

para el circuito neumático, un cilindro de doble efecto el

cual estará conectado a una válvula de 2 posiciones (ver

Figura 4), esta válvula actuará conforme a la lógica

programada en el LOGO!. Con el botón START y los

sensores de fin e inicio de carrera se definen las entradas

que tendrá el sistema de la siguiente manera I1 START, I2

sensor de inicio de carrera, I3 sensor de fin de carrera, Q1


9

accionamiento de la válvula para la salida del émbolo y

Q2 accionamiento de la válvula para la entrada del

émbolo. Utilizando el programa de simulación LOGOsoft,

se desarrolla la siguiente lógica para realizar la secuencia

planteada que se visualiza en la Figura 5.

El proceso inicia al activar I1, este envia una señal a

B1 (SF-RS) que en conjunto con I2 activan a B2 (AND),

este activa a B3 (SF-RS) e inmediatamente B3 activa a Q1

(salida del émbolo). Una vez el émbolo del pistón llega al

final de su recorrido se activa I3, esta envía dos señales al

mismo tiempo, la señal 1 es enviada al reset de B1 (SF-RS)

y de B4 (SF-RS) inactivando Q1, y la señal 2 activa a B2

(SF-RS) e inmediatamente B2 activa a Q2 retrayendo el

émbolo del pistón y terminar un ciclo del proceso.

Figura 4. Esquema neumático de conexión ejemplo 1, 2 y 3 simulado en

FluiSim, a) estado Inicial y b) estado Final

Figura 5. Circuito Esquemático ejemplo 1 simulado en LOGO!soft


10

2. En el siguiente ejemplo se utiliza una función

temporizadora, la cual, una vez iniciado el proceso

presionando el botón START, extenderá el émbolo del

pistón, finalizará su recorrido, esperará 5 s y procederá a

retraer el émbolo para finalizar la secuencia (ver Figura 6).

La función temporizadora a utilizar es retardo de

conexión (B4). Basado en el ejemplo anterior, la secuencia

se realiza con la siguiente lógica. El proceso inicia al

activar I1, este envia una señal a B1 (SF-RS) que en

conjunto con I2 activan a B2 (AND), este activa a B3 (SF-

RS) e inmediatamente B3 activa a Q1 (salida del émbolo).

Una vez el émbolo del pistón llega al final de su recorrido

I3 es activada, este manda una señal al temporizador B4, el

cual cuenta 5 s, pasado el tiempo, envia dos señales, la

señal 1 activa a B5 (SF-RS), y la señal 2 manda una señal

de reset de B3 (SF-RS), inactivando Q1 y activando Q2

retrayendo el émbolo del pistón a su posición inicial.

5. EJERCICIOS A continuación se presentan dos ejercicios.

Ejercicio 1. Utilizando la lógica de compuertas,

realizar un algoritmo que permita extender el émbolo

de un cilindro al pulsar el botón de START y una vez

extendido todo el cilindro esperar 5 segundos y

retraerlo, pero si es presionado el botón de PARO DE

EMERGENCIA, el émbolo debe retraerse

inmediatamente.

Nota: el botón de START no debe iniciar el proceso si se

pulsa en repetidas ocasiones durante el ciclo primario.

Figura 6. Circuito Esquemático ejemplo 2 simulado en LOGO!soft


11

Ejercicio 2. Utilizando las SF, realizar el ciclo de

proceso que se repita cinco veces y una vez finalizado

genere una alarma sonora.

6. SOLUCIONARIO A continuación se presentan las soluciones a los ejercicios

de la sección anterior, los cuales utilizan la conexión

neumática ilustrada en la Figura 4.

Ejercicio 1. Este ejercicio tiene como objetivo

implementar el botón de PARO DE EMERGENCIA,

esto es debido a que es esencial en procesos del sector

industrial cuando se presenta algún accidente.

En primera instancia se definen las entradas al

sistema. I1 START, I2 sensor inicio de carrera, I3 sensor

final de carrera, I4 botón paro de emergencias, Q1

accionamiento de la válvula para la salida del émbolo y

Q2 accionamiento de la válvula para la entrada del

émbolo. En la Figura 7 se puede observar el algoritmo de

control realizado en LOGOSoft para el desarrollo de este

ejercicio, utilizando la siguiente lógica.

El proceso inicia al activar I1, este envia una señal a

B1(SF-RS) que en conjunto con I2 activan a B2(AND), B2

activa a B3(SF-RS) e inmediatamente B3 activa a Q1

(salida del émbolo). Una vez el émbolo finalice su

recorrido se activa I3, la cual está condicionada con I4 para

activar B7 (OR), esta envía una señal al temporizador B4

para que empiece el conteo de los cinco segundos, pasado

el tiempo B4 se activa y manda una señal a B8 (OR) la cual

también está condicionada por I4, B8(OR) activa B5(SF-

Figura 7. Circuito Esquemático ejercicio 1 simulado en LOGO!soft


12

RS) y envía una señal de reset a B3(SF-RS), inactivando

Q1 y activando Q2 (entrada del émbolo del pistón). Una

vez el embolo regresa a su posición, Q2 se desactiva a la

espera de empezar el ciclo cuando se presione I1

nuevamente.

Ejercicio 2. Este ejercicio tiene como objetivo dar a

conocer los tipos de alarmas que se emplean en la

industria para identificar un evento.

Se asignan las variables de entrada al sistema I1

START, I2 sensor inicio de carrera, I3 sensor final de

carrera, Q1 accionamiento de la válvula para extracción

del émbolo, Q2 accionamiento de la válvula para

retracción del émbolo y Q3 señal de alarma sonora. En la

Figura 8 se puede observar el algoritmo de control

realizado en LOGOSoft para el desarrollo de este ejercicio,

utilizando la siguiente lógica para su secuencia.

Al activar I1 inicia el proceso, este envia una señal a

B1(SF-RS) que en conjunto con I2 activan a B2(AND), B2

activa a B3(SF-RS) e inmediatamente B3 activa a Q1

(salida del émbolo). Una vez el émbolo finalice su

recorrido se activa I3 y manda dos señales al mismo

tiempo, la señal 1 es enviada al temporizador B4 que

realiza el conteo de 5 s, una vez pasado el tiempo, envía

una señal de activación a B5(SF-RS) y de reset a B3,

inactivando Q1 y activando Q2 para retraer el émbolo del

pistón. La señal 2 generada por I3 es enviada al contador

B6, el cual suma una unidad cada vez que I3 es activada,

una vez realizado el conteo programado en B6, este envía

una señal de reset a B1(SF-RS) y finaliza el proceso.

Figura 8. Circuito Esquemático ejercicio 2 simulado en LOGO!soft


13

AGRADECIMIENTO Francisco F. Beltrán agradece a sus padres, hermana y tíos

que con su compañía y motivación colaboraron para llevar

a cabo este su proyecto de vida.

REFERENCIAS

[1] H. D. Vallejo, «Los Controladores Lógicos Programables,» Saber

Electrónica , vol. 166, p. 11.

[2] QUIMINET.COM, «¿Cómo surgen los Controladores Lógicos

Programables (PLC’s)?,» 20 ENERO 2006. En línea:

http://www.quiminet.com/articulos/como-surgen-los-

controladores-logicos-programables-plcs-5001.htm. [Último acceso:

01 julio 2014].

[3] QUIMINET, «¿Qué es un sistema PLC? ¿Cómo surgen los PLC´s?

¿Para qué se utiliza un PLC? ¿Cuántos tipos de PLC existen?,»

QUIMINET, 12 07 2011. En línea:

http://www.quiminet.com/articulos/sistemas-de-automatizacion-

en-procesos-industriales-63179.htm. [Último acceso: 02 07 2014].

[4] J. Asade, Interviewee, Tecnología inteligente de uso sencillo.

[Entrevista]. 4 Octubre 2012.

[5] F. Beltran, M. Cadavid, M. Betancur y M. Osorio, «Funciones Lógicas

en el relé LOGO! de Siemens,» 10 Agosto 2014. En línea:

http://youtu.be/ZcyBQXCecAw. [Último acceso: 10 Agosto 2014].

[6] SIEMENS, «LOGO! Ahora 2 igual de geniales,» 2012. En línea:

https://c4b.gss.siemens.com/resources/images/articles/e20001-

a1120-p271-x-7800.pdf. [Último acceso: 2 julio 2014].

[7] Cedom, «Qué es inmotica-Cedom,» En línea:

http://www.cedom.es/sobre-domotica/que-es-inmotica. [Último

acceso: 3 julio 2014].

[8] R. Arnold, «Logic and Boolean Algebra,» Prentice-Hall, New York,

1962.

[9] SIEMENS, SIEMENS LOGO! Manual, Numberg: Siemens AG, 2005.


14

AUTORES

Francisco Fabián BELTRÁN DE LA HOZ, nacido

en Montería, Colombia; estudiante X semestre de

Ingeniería Electrónica en la Universidad Pontificia

Bolivariana (2014), bachiller académico Colegio La

Salle de Montería (2006), experiencia en

Mantenimiento Industrial en Electricaribe

S.A.(2013).

Mariano Andrés CADAVID EUSSE, nacido en

Medellín, Colombia; estudiante X semestre de

ingeniería electrónica en la Universidad Pontificia

Bolivariana, bachiller del Colegio de la Universidad

Pontificia Bolivariana (UPB, 2014).

Manuel José BETANCUR BETANCUR, nacido en

Medellín, Colombia; Ing. Electrónico de la

Universidad Pontificia Bolivariana (UPB, 1987),

Esp. en Automática, M.Sc. en Ing., Dr. en Ing. de la

Universidad Nacional Autónoma de México;

cofundador de Tecnología Apropiada Ltda (1990),

de la Asociación Colombiana de Automática (1994)

y del Grupo de Investigación en Automática (1998) luego fusionado en

el grupo A+D (A1 Colciencias 2013); investigador asistente en la

Université Catholique de Louvain (2003), investigador Senior

Colciencias (640/2013), Profesor Titular de la Facultad IEE en la

Escuela de Ingenierías de la UPB.

Marisol OSORIO, nacida en Medellín, Colombia;

Ing. Electrónica de la Universidad Pontificia

Bolivariana (UPB, 1993), M.Sc. en Ing. y

Especialista en Automática, Dra. en Ing. Eléctrica de

la Universidad Nacional Autónoma de México

(2009). Profesora Titular e investigadora en la

Universidad Pontificia Bolivariana, cofundadora del

Grupo de Investigación en Automática (1998) luego fusionado en el

grupo A+D, clasificado A1 en Colciencias (2014). Intereses: control y

observadores no lineales, educación e historia de la ingeniería.

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