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PROGRAMA ACADÉMICO:

Ingeniería Mecatrónica

PLAN DE ESTUDIOS: V ACTA CONSEJO DE FACULTAD: 70

FECHA DE ELABORACIÓN: 24 de Agosto de 2014

VERSIÓN: 1

FECHA DE ACTUALIZACIÓN:

1. INFORMACIÓN GENERAL

ASIGNATURA: Automatización Industrial y Laboratorio

PRÁCTICA DE: Automatismos Combinacionales y Secuenciales

ELABORADA POR: Diana Paola Blanco Rendón

2. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO

Esta práctica pretende la formación en el estudiante en los fundamentos de la programación de PLC y se plantea como una guía de inicio rápido a la programación de SIMATIC S7 1200 con el software TIA PORTAL

3. COMPETENCIAS A FORMAR MEDIANTE LA PRÁCTICA

1. Crear y configurar un proyecto para la programación de un autómata programable (PLC) SIMATIC S7-1200 con la herramienta de programación TIA Portal

2. Crear, cargar y probar un programa con la herramienta de programación TIA PORTAL

3. Diseñar programas de control basado en lógica programada usando instrucciones de operaciones lógicas con bits

4. TEORÍAS Y CONCEPTOS QUE SE ABORDARÁN EN LA PRÁCTICA

La circuitería de una máquina o proceso que se solía implementar cableando interruptores, contactores auxiliares o contactores de control es manejada ahora por el PLC. Los elementos de control en el lado de las entradas (interruptores de entrada o selectores) y los contactores de potencia en el lado de las salidas (contactores de motor, inversores de polaridad, válvulas) no pueden ser sustituidos por el PLC. La lógica de control digital utiliza “1” y “0” para los estados de datos. En un circuito eléctrico, el flujo de corriente determina el estado binario: si la corriente fluye, el estado es “1”, en caso contrario, el estado es “0”. Las instrucciones KOP se corresponden con los circuitos eléctricos básicos del diagrama esquemático.

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Lógica positiva: Conocida como contacto normalmente abierto. La corriente no fluye cuando el contacto está abierto lo cual define su condición normal. Cuando se acciona el contacto, este se cierra y permite el flujo de corriente.

24 V = nivel alto = “1” 0V = nivel bajo = “0”

Lógica negativa: Conocida como contacto normalmente cerrado. La corriente fluye cuando el contacto está cerrado lo cual define su condición normal. Cuando se acciona el contacto, este se abre e interrumpe el flujo de corriente.

24 V = nivel alto = “1” 0V = nivel bajo = “0”

Bobina de salida: Si el valor verdadero (flujo de corriente) se transfiere a la bobina, la CPU activa la bobina (cambia su estado a “1”)

La CPU S7-1200 soporta una bobina negada que refleja la inversión de flujo de corriente de dicha bobina.

Los circuitos eléctricos se combinan para ejecutar operaciones lógicas. Las combinaciones más comunes son la operación lógica Y, dos contactos conectados en serie, y la operación lógica O, dos contactos conectados en paralelo. Cuando se realiza el cambio de la tecnología de contactores a la tecnología de PLCs, se pueden encontrar combinaciones de interruptores que no pueden convertirse directamente a la representación KOP.

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TIA PORTAL V 11

El Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) integra diferentes productos de SIMATIC en una aplicación de software que permite aumentar la productividad y la eficiencia del proceso. Dentro del TIA Portal, los productos TIA interactúan entre sí, ofreciendo soporte en todas las áreas implicadas en la creación de una solución de automatización la cual abarca un controlador que controla el proceso con la ayuda del programa y un panel operador con el que se maneja y visualiza el proceso. Con el TIA Portal se configura tanto el control como la visualización en un sistema de ingeniería unitario. Todos los datos se guardan en un proyecto y los componentes de programación (STEP 7) y visualización (WinnCC) no son programas independientes, sino editores de un sistema que accede a una base común de datos, donde los datos se guardan en un archivo de proyecto común. Una vez guardado los datos, se pueden realizar cambios y dichos cambios se actualizan automáticamente en todo el proyecto, abarcando incluso varios dispositivos. Si se utiliza una variables de proceso en varios bloques de distintos controladores y en imagines HMI, dicha variable puede crearse o modificarse desde cualquier punto del programa. El TIA Portal ofrece las siguientes posibilidades para definir variables PLC:

Definición en la tabla de variables PLC

Definición en el editor de programas

Definición mediante conexión con las entradas y salidas del controlador.

Todas las variables definidas aparecen en la tabla de variables PLC, donde se pueden editar, de esta forma las modificaciones se pueden hacer de forma centralizadas y se actualizan continuamente.

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VISTAS DEL TIA PORTAL

Para los proyectos de automatización, el TIA Portal ofrece dos diferentes vistas que permiten acceder rápidamente a las herramientas y a los distintos componentes del proyecto.

Vista del Portal: Ofrece una vista de las herramientas orientadas a tareas.

1. Portal para las diferentes tareas 2. Acciones respectivas para el portal

seleccionado 3. Panel de selección para la acción

seleccionada 4. Cambio a la vista de proyecto 5. Indicación del proyecto abierto

actualmente

Vista del Proyecto: Ofrece una vista estructurada de todos los componentes de un proyecto

1. Barra de menús con los comandos para trabajar el software

2. Barra de herramientas con acceso directo a los comando más frecuentes

3. Árbol del proyecto para acceder a todos los componentes y datos del proyecto

4. Área de trabajo 5. Task Cards 6. Vista detallada para visualizar

determinados contenidos del objeto selección

7. Ventana de Inspección para visualizar información adicional sobre el objeto seleccionado

8. Cambio a la vista del portal

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5. PROBLEMAS DE INVESTIGACIÓN QUE DEBEN RESOLVER LOS ESTUDIANTES

Principios del algebra booleana.

Concepto de automatización industrial.

Controladores lógicos programables.

Concepto de instrumentación industrial.

Automatismos combinacionales y secuenciales.

6. EQUIPOS Y MATERIALES NECESARIOS

Módulos de entrenamiento PLC SIEMENS S7-1200

7. PROCEDIMIENTO

Argumento: Máquina Taladradora Una pieza fundida debe ser provista de 4 agujeros. Las piezas son colocadas a mano y sujetadas manualmente por un brazo excéntrico. A la mesa de trabajo están acoplados dos cilindros (A y B) que permiten el movimiento de la misma en un plano cartesiano X-Y. El sistema de taladrado es accionado por otro cilindro (C) que permite el desplazamiento vertical del mismo. Los tres cilindros están provistos por finales de carrera (S1 a S6) que indican sus posiciones (adentro-afuera) según indica la figura. La máquina es de ciclo único y este se inicia cada vez que se acciona el pulsador de marcha. En ese momento, el taladro empieza a girar y se mantiene girando todo el tiempo que dura el ciclo. Si se detecta señal por parte de los sensores S1 y S4, el cilindro C se desplaza hacia abajo permitiendo el taladrado del primer agujero (se asume que en condiciones de reposo los cilindros A y B están afuera). Cuando el sensor S6 se activa el cilindro C se desplaza hacia arriba, al activarse S5, la mesa se desplaza hacia la derecha (cilindro B adentro), cuando el sensor S3 se activa se repite la acción de taladrado. El procedimiento sigue la misma rutina hasta que se realiza el taladrado de los 4 agujeros. El ciclo finaliza cuando la mesa se encuentra en condiciones de reposo, es decir, cilindro A y B afuera.

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Procedimiento: 1. Realizar el análisis y el diseño del automatismo secuencial que define la lógica de control del

proceso descrito anteriormente. 2. Crear un nuevo proyecto. Abrir la aplicación "Totally Integrated Automation Portal V13", en la

vista del portal, opción Inicio hacer Click en Crear proyecto y en el panel de selección especificar los datos del mismo.

3. Configurar un nuevo dispositivo. En el panel de Primeros Pasos mostrado, seleccionar la opción Configurar un dispositivo

4. En el diálogo Agregar dispositivo hacer Click en el botón PLC, seleccionar una CPU de la lista y

agregar la CPU seleccionada al proyecto haciendo Click en el botón Agregar. La CPU seleccionada será mostrada en la pantalla Vista de dispositivos dentro de la vista del proyecto. Asignar nuevos dispositivos al proyecto también puede hacerse desde la vista del proyecto. En el Árbol del proyecto hacer click en Agregar dispositivos y seguir el procedimiento previamente explicado.

NOTA. Dentro del menú catalogo ubicado a la izquierda de la pantalla de “vista de dispositivos”

se muestran los diferentes módulos que son compatibles con el modelo de CPU escogido. Para

agregar cualquier modulo a la configuración respectiva simplemente se selecciona y se arrastra

hasta la CPU. Dentro del espacio de trabajo se muestran gráficamente el número de slots

disponibles y el número máximo de módulos que pueden ser configurados con el controlador. Los

slots ubicados a la izquierda de la CPU son los asignados para los módulos de comunicaciones. El

resto de módulos se pueden ubicar a la derecha del mismo. 5. Configurar el controlador. Para esto se selecciona la interfaz PROFINET en la representación

gráfica del controlador. En la ventana de inspección aparecen las propiedades de la interfaz

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PROFINET. En el menú Propiedades seleccionar Direcciones Ethernet e introducir parámetros de configuración de red. Una vez configurado el puerto Ethernet se procede a probar la conexión.

6. Determinar las variables PLC globales y sus respectivos Tags. Para ello, desplegar en el Árbol del proyecto, dentro del menú del controlador, la opción Variables PLC. Abrir la Tabla de variables estándar haciendo doble click e introducir los nombres de las entradas y salidas.

7. En el Árbol de proyecto, desplegar el menú del controlador y en la opción Bloques de programas, hacer click en el bloque Main[OB1]. En la Ventana de Trabajo insertar las instrucciones que definen la lógica del control que el PLC ejecutará. Para crear el programa las instrucciones se arrastran desde la Task Card hasta un segmento a editar o desde la barra de herramientas Favoritos para insertar las instrucciones. STEP 7 ofrece una barra que permite acceder rápidamente a las instrucciones utilizadas con mayor frecuencia.

8. Una vez terminado de programar la secuencia compilar el proyecto. En el árbol de proyecto, haga

click derecho sobre el menú del controlador, seleccione compilar hardware (todo) y después

compilar software (todo). Verificar en la Ventana de Información que no se reporten errores.

9. Cargar todo el programa (hardware y software) en la CPU. En el árbol de proyecto, haga click derecho sobre el menú del controlador, seleccione cargar hardware (todo). En la ventana de Carga seleccionar definir los campos de tipo de interfaz a utilizar y activar el botón Iniciar búsqueda. Seleccionar el dispositivo respectivo para la descarga y dar click en el botón Cargar. Finalmente, confirmar la pregunta de si realmente quiere iniciar la CPU con Aceptar.

10. Verificar la secuencia de control programada haciendo uso de las terminales de conexión de las señales con las que cuenta el módulo de entrenamiento.

8. INFORME QUE DEBE PRESENTAR EL ESTUDIANTE

Se debe presentar de forma clara y completa, el diseño del automatismo de control y se debe sustentar el buen funcionamiento del mismo.

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9. BIBLIOGRAFÍA Y OTROS RECURSOS

[1]. MANDADO, ACEVEDO. et-al. Autómatas programables: Entorno y aplicaciones. Ed. Thomson

Primera edición 2005. [2]. FLOWER, Luis. Controles y automatismos eléctricos. Telemecanique 3ª edición 2001. [3]. GARCÍA, Emilio. Automatización de procesos industriales. Ed. Alfaomega. 2001. [4]. BALLCELLS, Josep. ROMERAL, José Luis. Autómatas programables. Ed.Alfaomega, Marcombo

1998. [5]. PIEDRAFITA, Ramón. Ingeniería de la automatización industrial. Mexico, Ed Alfaomega – Rama

2001. [6]. Dorantes G, Dante y otros. “Automatización y control: prácticas de laboratorio”, McGrawHill, 2004