PROGRAMACIÓN DEL AUTOMATA S7-300 Analogía y...

Departament d’Educació

Electricitat/Electrònica

ANALOGIA Y REGULACIÓN CON EL PLC SIEMENS S7 314C –2 DP

Realizado por: Antoni Moreno Rey

IES SEP LA GARROTXA

Fecha: 18/01/2007 Versión: 1.3

Página: 1/ 56 Fichero: Analogía y regulación

PROGRAMACIÓN DEL AUTOMATA

S7-300

Analogía y regulación

Tratamiento de señales analógicas y regulación

IES SEP LA GARROTXA

OLOT

Departament d’Educació ANALOGIA Y REGULACIÓN CON EL

Electricitat/Electrònica PLC SIEMENS S7 314C –2 DP


IES SEP LA GARROTXA



PRÓLOGO Esta documentación forma parte de una serie de manuales que un grupo de profesores de tres institutos de educación secundaria de Catalunya, como son:

IES-SEP Comte de Rius de Tarragona IES Palau Ausit de Ripollet (Barcelona)

IES-SEP La Garrotxa de Olot (Girona) han estado experimentando con diferentes materiales incluidos dentro de la temática de la automatización, el control y las comunicaciones industriales. Este equipo de profesores, formaron un grupo de trabajo, llamado EDCAI (Experimentación y Documentación en Control y Automatización Industrial), reconocido tanto por el Departament d’Educació de la Generalitat de Catalunya como por la empresa Siemens, con unos objetivos tan sencillos como claros y que se basaban en la realización de documentación realizada por profesores/as para profesores/as, y que además, pudiese servir como manual para los alumnos, esto quiere decir que se ha intentado realizar una documentación que sea fácil de seguir con unas explicaciones paso a paso de los diferentes procesos a realizar, para de esta manera poder alcanzar el objetivo propuesto en cada ejercicio. Este grupo de trabajo continúa trabajando en cada uno de los temas para poder ir actualizando día a día esta documentación, es por ello, que nos podéis enviar vuestras sugerencias a través de la información que encontrareis en la web dedicada a este grupo de trabajo y que desde aquí os invitamos a participar.

www.iespalauausit.com/edcai/edcai.php Esperamos que el esfuerzo y dedicación que hemos realizado pueda ayudar a mejorar vuestra labor educativa.

Los profesores del grupo de trabajo EDCAI




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INDICE

1. INTRODUCCIÓN AL TRATAMIENTO DE DATOS ANALÓGICOS CON PLC ....................................... 4

1.1. CONFIGURACIÓN GENERAL DEL HARDWARE ..................................................................... 4 1.2. TRATAMIENTO DE DATOS ANALÓGICOS ........................................................................... 6

2. EJERCICIO 1 ........................................................................................................................... 8

2.1. DESCRIPCIÓN DEL EJERCICIO .......................................................................................... 8 2.2. CONFIGURACIÓN DEL HARDWARE.................................................................................... 8 2.3. PREGUNTAS .................................................................................................................. 22 2.4. AMPLIACIÓN ................................................................................................................. 24

3. EJERCICIO 2 : REGULACIÓN DE TEMPERATURA TODO-NADA ................................................... 25

3.1. DESCRIPCIÓN DEL EJERCICIO ........................................................................................ 25 3.2. PREGUNTAS .................................................................................................................2883.3. AMPLIACIÓN ................................................................................................................. 29

4. EJERCICIO 3: ESCALADO DE ENTRADAS ................................................................................. 30

4.1. LECTURA Y ESCALADO DE UN VALOR ANALÓGICO PROPORCIONADO POR UN SENSOR DE TEMPERATURA.......................................................................................................................... 30

4.1.1 SENSOR DE TEMPERATURA LM35 ........................................................................... 31 4.1.2 ESTRUCTURA DEL PROGRAMA................................................................................ 33

4.2. PREGUNTAS .................................................................................................................. 36 4.3. AMPLIACIÓN ................................................................................................................. 37

5. REGULADORES CON PLC : REGULACIÓN CONTÍNUA DE TEMPERATURA CON MUDULACIÓN POR

IMPULSOS .................................................................................................................................... 38

5.1. REGULACION DE TEMPERATURA CON FB58..................................................................... 38 5.2. PWM (PULSE WIDTH MODULATION) ............................................................................... 38 5.3. FUNCIONAMIENTO ........................................................................................................ 41 5.4. EJERCICIO: REGULACIÓN DE TEMPERATURA................................................................... 41

5.4.1 PROCEDIMIENTO................................................................................................... 445.4.2 CONFIGURACIÓN E LOS PARÁMETROS DE CONTROL...............................................446

5.5. PREGUNTAS .................................................................................................................. 47 6. REGULADORES CON PLC UTILIZACIÓN DE LA FUNCIÓN DE REGULACIÓN CONTINUA SFB 41...... 48

6.1. FUNCIONAMIENTO ........................................................................................................ 49




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1. INTRODUCCIÓN AL TRATAMIENTO DE DATOS ANALÓGICOS CON PLC

1.1. CONFIGURACIÓN GENERAL DEL HARDWARE

Además de la utilización clásica de los PLC para implementar soluciones de sistema puramente digitales,

existe la posibilidad de utilizarlos como elementos de medida analógica, así como elementos de

regulación y control continuo y discontinuo.

El PLC que utilizaremos en esta primera practica, es un SIEMENS S7 314C –2 DP que dispone en el

mismo módulo de la CPU de entradas y salidas digitales integradas, entrada analógicas bipolares de

intensidad, tensión y resistencia, salidas analógicas de tensión y intensidad, un bus DP (Periferia

distribuida) incluido, además de otras prestaciones que se puedan incluir en posibles ampliaciones de

hardware.

Además, este PLC dispone de una serie de características que lo hacen apto para soluciones de

regulación automática como son salidas PWM ( modulación por anchura de pulsos) , posibilidad de

ejecución de algoritmos PID incluidos en el software, así como la incorporación de entradas

destinadas a la conexión de encoders incrementales destinados a regular posicionamientos .

Las principales características de esta familia de PLC son:




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El direccionamiento del equipo se ve reflejado en la siguiente ventana:

.




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1.2. TRATAMIENTO DE DATOS ANALÓGICOS

Referente a la analogía, dado que se trata de entradas / salidas de 12 bits de resolución (212 valores

diversos) son necesarios 2 bytes para, para lo cual la lectura del valor analógico se realiza en WORDs

(2 byte)

Por ejemplo, la entrada analógica 1, ocupa el área PEW752 formada por EB752 i EB753, i por

tanto, la siguiente entrada analógica será la PEW754.

PEB 752 (MSB) PEB753 (LSB)

P E W 7 5 2

S7 aprovecha el uso de una WORD para almacenar el valor analógico medido de forma que se puedan

tratar entradas de diferente resolución de la misma forma. Ello se consigue trabajando siempre con 15

bits para almacenar el valor, mas un bit (el mas significativo) destinado a definir el signo.

Si la resolución tiene menos de 15 bit, el dato analógico es completamente justificado a la

izquierda. Los bits de orden inferior no usados se rellenan con ceros.




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El bit más a la izquierda, el MSB, es el bit de signo; 0 significa que el valor es positivo, 1

significa que el valor es negativo.

Esta tabla muestra ejemplos de configuraciones de bit para diferentes resoluciones.

Tipo Valor Analógico

Número de bit 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

valor analógico 15-bit 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1



Las direcciones de la periferia de entradas y salidas analógicas incorporadas en el PLC son:

ENTRADAS

ENTRADA 1 PEW752

ENTRADA 2 PEW754

ENTRADA 3 PEW756

ENTRADA 4 PEW758

ENTRADA 5 PEW760

SALIDAS

SALIDA1 PAW752

SALIDA2 PAW754




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2. EJERCICIO 1

2.1. DESCRIPCIÓN DEL EJERCICIO

En este primer ejercicio, vamos a ver como configurar el hardware para una entrada analógica, así

como el de la captura y monitorización de este valor.

Se trata de realizar un programa en el que capturemos un valor 0 - 10 V variable externamente, así

como de una temperatura capturada con una sonda PT100 y transfiriendo ambos valores a una

posición de memoria del PLC, en concreto a las WORD MW30 y MW32 respectivamente.

El programa lo organizaremos de la siguiente forma:

OB1

FC1

Leer Entradas

En el bloque de organización OB1, programaremos un salto al FC1 donde leeremos las entradas y las

as transferiremos a las posiciones antes indicad

2.2. CONFIGURACIÓN DEL HARDWARE

Haremos una lectura de la entrada 0 del entrenador, con

dirección PEW752, la cual está asociada a un potenciómetro

que proporciona un valor entre 0 i 10 V aproximadamente.

Podremos comprobar que aunque una representación de 15

bits podría generar un número de 215 valores distintos,

aparentemente el rango de salida debería de ser de 0 a + 32768 (215) para valores unipolares cuando en

realidad es de 0 a + 27648.

Cuando se trabaja con valores bipolares (-10 a +10 V por ejemplo) el rango nominal de -27648 a

+27648.




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Abrimos el administrador de Simatic y creamos un nuevo proyecto:

Archivo Nuevo Nombre

Nombraremos el proyecto como “Regul_1”

En el administrador de Simatic nos aparecerá el icono del proyecto

Para Incluir un equipo Simatic, Nos situamos sobre este icono y haremos:

“Clic” con el botón derecho insertar objeto nuevo simatic300




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El equipo se verá incluido en el proyecto y se nos mostrará un icono de este en el administrador de

Simatic.

Para configurar el hardware, clicaremos sobre Regul_1 y clicando sobre el icono “hardware” accederemos

al programa de configuración de este.

En la ventana de configuración podemos ver los diferentes elementos que podemos insertar.




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En primer lugar, insertaremos un perfil para ubicar el equipo S7-314-2DP encontraremos dentro de

SIMATIC 300.

Seleccionamos Simatic300 Bastidor Perfil Soporte

Hacemos “clic” sobre perfil soporte:

Esta acción nos incluirá un perfil donde podremos ubicar la CPU asó como posible periferia añadida y

elementos auxiliares

Para insertar cualquier equipo, deberemos de elegir un número de ranura o “slot” donde irá insertado:

En principio el perfil aparecerá con todos los SLOTS vacíos.

Insertaremos la CPU 314-2DP en el Slot 2.




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Es necesario seleccionar la referencia del modelo concreto de

CPU con la que estamos trabajando, dato encontraremos

serigrafiado sobre la carcasa del aparato.

Por defecto, se nos propondrá la dirección MPI =2 la cual

aceptaremos si es el caso o cambiarla en el supuesto que el

equipo trabajara con una dirección diferente.

Una vez hecho esto, el administrador de configuración del hardware nos mostrará la configuración

realizada, incluyendo tanto la CPU como los elementos de periferia y auxiliares integrados en esta, así

como las direcciones de la configuración realizada.




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La periferia de analogía utilizada es muy flexible. Es posible trabajar tanto con valores unipolares como

bipolares. También es posible configurar el hardware con el objetivo de incorporar elementos de

analogía que trabajen tanto en tensión como en intensidad, e incluso conectar directamente sensores

del tipo PT100 o termopares.

Es por ello, que una vez añadido al proyecto el hardware que deseamos utilizar, deberemos de configurar

las entradas y salidas analógicas para que estas estén en sintonía con los elementos que a ellas debemos

de conectar.

Hacemos clic sobre el campo AI5/A02 y elegiremos una configuración de las entrada 0 a 3 del tipo

tensión 0..10 V ( aunque en esta primera práctica solo utilizamos la entrada 0)

La entrada 4 la configuraremos para que esta pueda leer directamente un sensor termoresistivo tipo

PT100.

Observamos que en la ficha de configuración, existe también la posibilidad de configurar un filtro de la

señal de entrada. Dejaremos 50 Hz, que es el valor más común y que nos aparece por defecto.




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Con este paso ya tendremos configurado totalmente el hardware del proyecto de forma acorde con los

elementos utilizados.

Para que dicha configuración tenga efecto en el PLC deberemos de guardarla, compilarla y transferirla a

este.

Para ello seleccionaremos: Equipo Guardar y compilar

Seguidamente transferiremos la configuración al PLC.

Pulsando sobre el icono “cargar en modulo” una ventana seleccionaremos la CPU sobre la que se

cargará la configuración.




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Para continuar, aceptaremos los valores propuestos.

Ahora el PLC ya ha quedado programado con la nueva configuración




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PROGRAMACIÓN

Desde el administrador de Simatic, iremos a la ventana “Bloques”, donde observaremos que existe

únicamente el bloque de organización OB1.

Tal y como hemos comentado, el programa lo ubicaremos en FC1, para lo cual, deberemos de insertar

esta función.

Para ello, desde haciendo clic con el botón derecho sobre “Bloques” seleccionaremos:

Insertar nuevo Objeto Función

Nombraremos el objeto como FC1. Como nombre simbólico definiremos “Lectura analogía”, y

añadiremos un pequeño comentario que nos defina su funcionamiento.




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Una vez aceptada la ficha, clicaremos sobre OB1 para editar el programa donde ubicaremos el salto a la

función FC1.

Podemos también editar la ficha y a continuación pulsaremos sobre “Aceptar”




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Para realizar el salto a la función FC1, en la ventana Vista General, nos dirigiremos a:

Bloques FC, donde seleccionamos FC1 arrastrándolo al segmento 1 de OB1.

Este es el único contenido de OB1, y por tanto, guardaremos el bloque haciendo:

Archivo Guardar

Seguidamente editamos FC1 de la misma forma, donde insertamos dos funciones de transferencia

MOVE.




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Esta primera Función de transferencia, transferirá el contenido de la entrada analógica 0, con dirección

PEW752 a la variable MW30.

Nuevo segmento donde A continuación, insertaremos un nuevo segmento donde editaremos la segunda

función de transferencia MOVE.

En este caso, se trata de transferir el contenido de la entrada 4 (PEW760), donde conectaremos el

sensor termoresistivo tipo PT100, a la posición de memoria MW32, donde podremos leer en unidades de

temperatura la magnitud capturada por la sonda.

Una vez editada FC1, guardamos el modulo y a continuación transferiremos los módulos editados al PLC.

Para ello, situándonos sobre “Bloques”, pulsaremos el botón “cargar en PLC”.




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Una vez cargados OB1 i FC1 en el PLC, nos dirigiremos a FC1 y entramos en modo monitorización

(gafas), con el objeto de poder monitorizar “on line” el funcionamiento del programa.




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Para poder observar el funcionamiento de la adquisición de

temperatura, procederemos a conectar los dos cables de la sonda

PT100 en los terminales de la entrada PEW760.

Si la sonda es de 3 o 4 hilos, utilizaremos únicamente dos de ellos.

Una vez conectada la sonda, para poder visualizar los datos de

forma mas clara, nos dirigiremos a la pestaña “forzado” en la

pantalla de monitorización y editaremos la tabla para poder

visualizar en diversos formatos las entradas analógicas tal como muestra la figura.




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2.3. PREGUNTAS

1. Actúa sobre el potenciómetro asociado a PEW752 y anota los valores decimales y binario de

MW30 cuando situamos el potenciómetro en su valor mínimo y cuando lo hacemos en su valor

máximo.

BINARIO DECIMAL VENTRADA

MW30 0V

MW30 10V

¿Porque crees que los márgenes del valor leído difieren un poco de los esperados?.

2. Observa y anota el valor leído en MW32 a temperatura ambiente. Sujeta ahora la sonda con la

mano y observa como aumenta la temperatura hasta aproximadamente unos 35 grados

(temperatura corporal).




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BINARIO DECIMAL TEMPERATURA

MW32 AMBIENTE

MW32 CORPORAL

¿En que unidades nos indica MW32 el valor decimal de la temperatura?.

3. ¿Que harías en el caso de observar que existe un error absoluto constante de + 1ºC en la

lectura?.




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2.4. AMPLIACIÓN

Para poder observar mejor el funcionamiento de la sonda, introduce esta en agua muy caliente y en agua

con hielo. Anota los valores leídos.

BINARIO DECIMAL TEMPERATURA

MW32 Muy caliente

MW32 Muy fria




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3. EJERCICIO 2: REGULACIÓN DE TEMPERATURA TODO-NADA

3.1. DESCRIPCIÓN DEL EJERCICIO

El siguiente ejercicio es una pequeña aplicación de regulación todo-nada utilizando un PLC. Se Trata

de leer la temperatura de una lámpara de 24 V accionada directamente desde una salida del PLC,

utilizando para ello una sonda tipo PT100 conectada en la entrada 4 de este.

El valor de temperatura lo compararemos con una referencia fija de unos 30 grados mediante una

instrucción de comparación del PLC. En caso de que la temperatura leída sea inferior al valor de

referencia, la salida del PLC activará la lámpara. En caso contrario, la lámpara permanecerá apagada.

El ejercicio se programara en FC1, programando un salto a esta función desde OB1. Guarda el proyecto

del ejercicio con el nombre “Regul_2”.




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La asignación de entradas y salidas vendrá definida por la siguiente tabla

ASIGNACIÓN OBSERVACIONES

SONDA PT100 PEW760 Entrada Analógica 4

SALIDA LAMPARA A124.0 Salida Digital

VARIABLE TEMPERATURA MW30

Donde PEW760 es la entrada analógica 4 donde conectaremos el sensor, A124.0 es salida digital con

lógica positiva (+24 V o nada) que controla la lámpara y MW30 es una posición de memoria auxiliar que

contendrá el valor de temperatura leído.

En FC1 se programará una transferencia de PEW760 a MW30, la cual se comparará con una constante de

referencia mediante una operación de comparación, la salida de la cual determinará el estado de la salida

A124.0.




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Una vez transferidos tanto el programa como la configuración del hardware, conecta la lámpara entre 0

V (negro) y la salida A124.0 (rojo), así como la sonda en la entrada analógica correspondiente, de

forma que ambos queden situados de forma próxima para asegurar la transferencia de calor.

Monitoriza FC1 i MW30.




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3.2. PREGUNTAS

1. Explica la respuesta del circuito una vez en marcha.

2. ¿Entre que márgenes de temperatura oscila el proceso?

3. ¿Cual es el principal inconveniente que observas?




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3.3. AMPLIACIÓN

4. Diseña una modificación en FC1 de forma que el circuito tenga una histéresis de 1 ºC, es

decir, que la lámpara se conecte cuando la temperatura baje por debajo de los 30ºC y se

desconecte cuando supere los 31ºC.

Una vez en funcionamiento, dibuja el esquema que has utilizado.

5. ¿Que ventajas observas?

6. ¿Con que frecuencia aproximadamente se conecta y desconecta la lámpara?




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4. EJERCICIO 3: ESCALADO DE ENTRADAS

En los procesos en que intervienen variables analógicas que deben de ser leídas desde el sistema de

control, una de las tareas que casi siempre aparece es el escalado, es decir, la “traducción” del valor

normalizado leído (0..10 V, 4..20 mA, etc.) a las unidades que este valor representa (ºC, RPM, etc.)

Así por ejemplo, si un sensor de posición lineal analógico entrega un valor entre 0..10V en función de

una carrera variable entre 0 y 55 cm, será necesaria una operación que convierta el valor de tensión

(voltios) leído en unidades de distancia (cm).

A esta función se le denomina escalado. En los casos en que la dependencia entre el valor analógico

leído y las unidades a las que se desea la conversión es lineal, es decir, quede definido por una línea

recta, es fácil realizar esta operación mediante la función FC105 “SCALE CONVERT”.

4.1. LECTURA Y ESCALADO DE UN VALOR ANALÓGICO PROPORCIONADO POR UN SENSOR DE TEMPERATURA.

En este ejercicio, se pretende poder capturar y monitorizar la temperatura captada por un sensor

especializado, el LM35, mediante una entrada analógica del PLC y un escalado del valor leído por este.




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4.1.1 SENSOR DE TEMPERATURA LM35

El sensor de temperatura LM35 es un sensor de bajo coste, hecho a base de semiconductor. El sensor,

dispone de tres terminales, dos de los cuales están destinados a su alimentación en C.C., entre 4 y 30 V y un

tercer terminal que da una tensión proporcional a la temperatura leída.

El valor de la tensión de salida es de 10 mV/ºC y el sensor

conserva la linealidad durante su rango de medida que va

desde los -55 ºC a los 150 ºC.

A continuación se detalla una pequeña tabla de

características de este elemento:

Sensibilidad 10mV/ºC

Rango de medida -55 ºC a los 150 ºC Error de Linealidad +/- 0,5ºC Autocalentamiento 0,08 ºC Precisión 0,5 ºC Tensión de alimentación CC 4-30 V

El amplio margen de alimentación nos permitirá alimentar este desde la fuente de 24 voltios del PLC.




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Para ello, utilizaremos tres hilos: rojo y negro para las alimentaciones de positivo y masa

respectivamente, y un tercer cable, (azul en la figura) que conectaremos al terminal de salida del sensor.

Conecta el positivo y negativo del sensor a la

alimentación del entrenador, y su salida a la

entrada analógica PEW754

Efectuado esto, el sensor dos entregará una

tensión en función de la temperatura que podrá

ser leída por el PLC.

Algunos valores de salida correspondiente a

temperaturas positivas seria:

Vsalida ( V ) Temperatura (ºC)0 0

0,25 25 0,5 50 0,75 75

1 100 1,25 125 1,5 150

Es precisamente la equivalencia entre los valores leídos y las temperaturas a que estos corresponden lo

que se realizará con la función de escalado implementada en este ejercicio.

Gráficamente, podríamos representar esta correspondencia con una recta, ya que se trata de una función

lineal. Esta seria:

Temperatura (ºC)

020406080

100120140

0 0,5 1 1,5

Vsensor

Tem

pera

tura

Temperatura (ºC)




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Mediante la función de escalado, se le indicará al PLC dos puntos característicos de esta recta, realizando

el PLC de forma automática la relación entre el valor analógico leído y la temperatura equivalente.

4.1.2 ESTRUCTURA DEL PROGRAMA

Desde el módulo Ob1 , llamaremos al FC1 que es donde irá ubicado el programa. En este módulo, se

realizará una llamada al módulo de escalado FC105.

OB1 FC105 (SCALE CONVERT) FC1

Temperatura (ºC)

020406080

100120140

0 0,5 1 1,5

Vsensor

Tem

pera

tura

Temperatura (ºC)

Leer Entradas y escalar

Crearemos para ello un nuevo archivo que denominaremos Regul_3.

Hecho esto, insertaremos FC1. Dentro de FC1 realizaremos la llamada al módulo de escalado FC105.

Este, esta ubicado en la Standard Library.




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En la función FC105 de escalado, se le introduce

por la entrada “in” el valor que queremos

escalar, que en este caso será la entrada

analógica PEW754.

Recordemos que esta, se configurará como

entrada de tensión de 0 a 10 Voltios.

Son precisamente los valores “LO_LIM” y

“HI_LIM”, constantes en formato entero donde

se le indica a la función cuales son las

equivalencias de la conversión para una entrada

de O voltios y una entrada de 10 voltios

respectivamente.

Es a partir de la información dada por estos dos puntos que FC105 realiza la conversión o escalado,

librando el resultado de esta en la salida “OUT”.




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El valor BIPOLAR, es un bit mediante el que informamos al módulo de función la entrada sobre la que

realizaremos la conversión trabaja o no con valores bipolares, es decir, positivos i negativos.

Finalmente, RET_VAL, nos indica las posibles incidencias de la conversión.

Aunque el sensor libre un valor de tensión máximo en su salida de 1,5 V, deberemos indicar en HI_LIM a

que temperatura correspondería una entrada de 10 V.

Podemos calcular el valor a introducir en HI_LIM a partir de la sensibilidad del LM35 de la siguiente

forma:

HI_LIM = 10 V / ( 10 mV/ºC) = 1000 ºC

Dado que el sensor entrega 0V cuando la temperatura es de 0 ºC, el valor LO_LIM indicado a FC105

seria:

LO_LIM= 0 º C

Dado que trabajaremos únicamente con valores de voltaje positivos, asociaremos a la entrada BIPOLAR

el bit de marca M100.0 que siempre mantendremos a 0. Ello informará a FC105 de que el modo de

trabajo será unipolar.

El resultado de la conversión OUT, lo guardaremos en MD10, y el valor RET_VAL en la word MW210.

Temperatura (ºC)

0

200

400

600

800

1000

0 5 10

ENTRADA ANALOGICA

TEM

PER

ATU

RA

Temperatura(ºC)




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El gráfico muestra el escalado que realizaría esta función. Podemos comprobar su funcionamiento

monitorizando on line el funcionamiento de FC1 así como la variable de salida obtenida en MD10.

4.2. PREGUNTAS

1. ¿Que deberías de modificar en el caso de que el sensor tuviera una sensibilidad de 9.9

mV / ºC en vez de los 10 mv/ºC?

2. ¿Que se debería de hacer en el caso de que tuviésemos una entrada analógica bipolar y

quisiéramos aprovechar el rango completo del sensor (-0.55V a 1,5V)?




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4.3. AMPLIACIÓN

1. Conecta una lámpara de 24 V a la salida A125.0. Coloca el sensor LM35 junto a la lámpara con el

objeto de leer la temperatura. Realiza una modificación al programa actual, de forma que

siempre que el sensor detecte una temperatura inferior a 30 ºC conecte la lámpara.

2. Observarás que la lámpara oscila entorno al valor de 30 ºC. Modifica el programa de forma que

esta se conecte cuando la temperatura baje de los 29 ºC y se desconecte cuando suba por encima de los

30ºC. (histéresis de 1 ºC).




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5. REGULADORES CON PLC: REGULACIÓN CONTÍNUA DE TEMPERATURA CON MUDULACIÓN POR IMPULSOS

5.1. REGULACION DE TEMPERATURA CON FB58

INTRODUCCIÓN

Uno de los inconvenientes de algunas regulaciones continuas cuando se trabaja sobre actuadores

eléctricos de potencia, como es el caso de resistencias eléctricas para caldeo, es el hecho de que los

elementos de ajuste para poder variar el valor medio de tensión entregado a estos elementos suelen ser

caros si se trata de circuitos que incorporan componentes electrónicos de potencia tales como

transistores, tiristores, etc.

Una solución económica aplicable a procesos con gran inercia, como es el caso de las regulaciones de

temperatura, es la modulación por impulsos de la tensión entregada al actuador.

En el caso concreto de la regulación de temperatura mediante resistencias eléctricas, la técnica se basa

en alimentar estas de forma intermitente, con un periodo fijo, variando el regulador según la necesidad

el tiempo de conexión (Ton) y el tiempo de reposo (Toff).

5.2. PWM (PULSE WIDTH MODULATION)

La modulación por amplitud de impulsos (PWM) se basa pues,

en entregar de forma pulsatoria y periódica una tensión Vlínea

durante un tiempo Ton, dejando de entregar esta tensión durante

un tiempo Toff.

Con esta técnica, se consigue que la carga, resistencias en este

caso, no reciban la totalidad de tensión de línea Vlínea, sino que




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recibiran una tensión reducida equivalente a la siguiente expresión.

Vcarga = Vlínea* (Ton/T)

Siendo T=Ton+Toff

Manteniendo constante el periodo de la modulación T, o lo que

es lo mismo, realizando siempre la modulación con frecuencia

constante, se consigue que variando la amplitud del pulso Ton,

varíe el promedio de tensión que recibe la carga (Vcarga).

En el siguiente diagrama de tiempo podemos ver podemos

observar tres situaciones diferente de una modulación PWM.

Es importante observar que el periodo T de la frecuencia de

modulación es siempre el mismo, variando en cada uno de los

casos el tiempo Ton durante el que se alimenta la carga T.

En el caso A Ton es muy elevado, de forma que se aproxima a

T y por tanto, el promedio de tensión de salida es casi la tensión de alimentación del modulador.

En el caso B, Ton=(T/2) i por tanto la tensión de salida és justamente la mitad de la tensión de

alimentación del modulador. Asi pues, si estuviésemos alimentando el conjunto con una tensión de línea

de 230 V de corriente alterna, la tensión promedio que llegaría a la carga en esta situación seria de 115

Finalmente tenemos que en el caso C, Ton<<T (es muy pequeño respecto al periodo T) lo cual

hará que a la salida del modulador PWM tengamos un promedio de tensión muy bajo.




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EL REGULADOR DE TEMPERATURA CONTÍNUO CON SALIDA PWM FB58

Esta es un una función que nos permite realizar una regulación PID completa, pensada para la

regulación de temperatura , y que incorpora dentro de la misma función un generador de pulsos

destinado a controlar una salida binaria del PLC .

Asociando a esta salida un relé de potencia que nos controle la alimentación de las resistencias

calefactores, obtendremos un equipo de regulación de altas prestaciones y bajo coste.




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5.3. FUNCIONAMIENTO

El valor de consigna se introduce en la entrada SP_INT en formato “coma flotante”.

La toma del valor actual del proceso se puede hacer por PV_IN mediante un real, o por PV_PER. En el

segundo caso, se puede seleccionar directamente el tipo de sensor asociado a la entrada.

La salida Qpulse, es la que debemos asociar a la salida del PLC que alimenta el relé al que se asocian

las resistencias.

Tal y como pasa en otras funciones destinadas a regulación, la llamada del módulo se debe de realizar de

forma “equidistante”. Es por ello que se llamará el módulo desde un bloque de interrupción cíclica.

5.4. EJERCICIO: REGULACIÓN DE TEMPERATURA En el presente ejercicio realizaremos una regulación de temperatura de una lámpara de 24 V que se

alimenta directamente de la salida A125.0 del PLC, para lo cual conectaremos esta entre la salida

(Terminal rojo) y el negativo (Terminal negro).

La medida del valor real de la temperatura la haremos

mediante un sensor de temperatura tipo LM35,

alimentado directamente a 24V ( Rojo-Negro) y que nos

entrega una tensión a su terminal de salida ( central )

que varia linealmente de forma proporcional a la

temperatura a razón de 10mv/·C (sensibilidad).

Para tener una lectura en ·C, realizaremos un escalado

utilizando la función FC105.

Tanto el escalado de la lectura analógica como la regulación se programarán en el módulo de alarma

cíclica OB35.

Para ello, durante la configuración del Hardware, seleccionaremos un tiempo de ejecución de alarma

cíclica de 100 ms en las propiedades de la CPU.




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.

La función FB58, tiene asociado un módulo de datos, destinado a contener los parámetros del

regulador.

El módulo de datos que asociaremos será el DB10, que podremos editar posteriormente con el objeto de

sintonizar el regulador.

Por tanto, el presente proyecto incorporará los siguientes módulos:

OB1 - Vacío

FC105 - Escalado con salida en ºC

OB35 - Alarma cíclica que contendrá el programa

FB58 - Función de regulación de continua de temperatura con PWM

DB10 .- Modulo de datos que contendrá la parametrización del regulador.




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5.4.1 PROCEDIMIENTO

Crea un nuevo proyecto y configura el hardware según lo indicado.

Crea un módulo de organización OB35.

Programa en el módulo los siguientes segmentos:

Este segmento escala de 10mV/·C a Grados centígrados, librando la salida como real en la MD10.




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Este segmento transfiere el valor real de temperatura de consigna a una doble word. Este paso es

necesario ya que el modulo de regulación toma el setpoint de una posición de memoria interna.

Este segmento contiene la implementación de un regulador contínuo completo. Observamos que en

PV_IN se introduce el valor real del proceso en unidades de ·C gracias al escalado previo hecho en el

segmento 1.

El Setpoint viene indicado por el contenido de la MD20 de tipo real.

Finalmente, utilizamos las entradas del PLC E124.0 a E124.3 con el propósito de experimentar en la

activación y desactivación de las diferentes opciones.

La salida del regulador utilizada, la QPULSE, nos entrega directamente una señal modulada en anchura

que servirá para controlar la lámpara calefactora.

Esta salida la asociamos a la salida del PLC A125.0




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5.4.2 CONFIGURACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE CONTROL

La configuración de los parámetros de control se realiza a partir del DB asociado a la función de

regulación FB58, que en este caso es el DB10.

Observamos que nos permite ajustar los parámetros típicos de un PID.

Es importante recordar el activar el generador de impulsos durante la edición del DB. Esto se hace

seleccionando la casilla “activar” del generador de impulsos.

Un parámetro importante en esta configuración es el periodo de la señal moduladora, que indica la

periodicidad con que se activará la salida.

1. Ajusta los parámetros de control con el fin de conseguir una temperatura del proceso lo mas fiel

posible al Setpoint ( sin oscilaciones)




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5.5. PREGUNTAS

1. ¿Que pasará si se elige un tiempo de ciclo excesivamente largo?

2. ¿Que ventajas tiene el sistema de regulación con salida PWM respecto al sistema con salida

continua?

3. ¿Crees que es adecuado este tipo de regulador para cualquier tipo de proceso? Razona la

respuesta.




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6. REGULADORES CON PLC UTILIZACIÓN DE LA FUNCIÓN DE REGULACIÓN CONTINUA SFB 41

Se trata de realizar una regulación continua utilizando una función para el PLC SIEMENS S7-300 en el

que disponemos de un módulo de entradas unipolares para leer la magnitud de referencia (W) y la

medida (X).

El autómata con CPU 314C-2DP ejecutará una función, la SFB 41 que hará las funciones de regulador.

Podemos observar en forma de bloques las diversas partes de que consta:

En primer lugar, se trata de regular el valor de apertura de una

compuerta accionada por un flujo de aire de la cual podemos

conocer su ángulo. El valor de la apertura deseada, se dará

mediante un potenciómetro externo que entregue un valor a la

salida entre 0-10 voltios en función de si el ángulo deseado varía

entre 0-90 grados.




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6.1. FUNCIONAMIENTO

El funcionamiento del programa se el siguiente:

El módulo OB1 no realiza ninguna función significativa, puesto que para evitar que el tiempo cada

cuando se ejecuta la función PID varíe en función de la longitud del ciclo de scan, se utiliza un módulo de

ejecución cíclica, el OB35, el cual, configuraremos para que se ejecute cada 100 ms.

Será dentro de este módulo, dónde programaremos la función PID. En primer lugar, haremos un

escalado de la primera entrada analógica con la función FB105.

Introduciremos el valor del Set Point (0-10V) y lo escalaremos de forma que tengamos la salida en MD10

(real) un valor entre 0 y 100 (que indicará 0 a 100 % de apertura).

Una vez hecha la lectura, ejecutaremos la

función PID SFB41.




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El significado de cada uno de los parámetros lo puedes consultar a la documentación adjunta. En todo

caso, puedes observar que la medida PVPER del proceso se toma directamente desde la segunda

entrada del módulo de analogía.

Este valor se escalará entre 0 y 100 utilizando las propias funciones del módulo PID.

En el diagrama anterior, se puede observar que la magnitud de ajuste se descarga en MD18.

Esta magnitud que será variable entre 0 y 100, se desescalará utilizando la función de desescalado

FB106.

El valor de desescalado lo volcaremos directamente en la periferia de salidas analógicas.

Este valor se entregará en la primera salida del módulo de salidas analógicas del PLC.

En resumen, los módulos de programa utilizados son: OB1, OB35, FC105, FC106 y FB41.




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1. Indica resumidamente la función de cada uno de estos módulos:

MÓDULO FUNCIÓN

OB1

OB35

FC105

FC106

FB41




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2. Ajusta el regulador como regulador proporcional y indica valor y significado de los siguientes

parámetros:

PARÁMETRO VALOR SIGNIFICADO

MAN_ON

PVPER_ON

P_SEL

I_SEL

I_ITL_ON

D_SEL

CYCLE

SP_INT

PV_PER

MAN

GAIN

TI

TD

LMN




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3. Ajusta el setpoint para obtener los siguientes valores de ángulo con el mínimo error posible sin

que el sistema oscile:

ANGULO SP % GAIN ERROR

25

35




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4. Ajusta el regulador como regulador PI.

¿Que cambios has tenido que hacer?

5. Vuelve a ajustar el regulador para los siguientes ángulos actuando también sobre el parámetro

TI.

ANGULO SP % GAIN TI ERROR

15

35




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6. Cambia ahora la maqueta anterior por una maqueta de regulación de luz y temperatura.

Esta maqueta calienta mas o menos una resistencia interior (bombilla) en función de la tensión de

entrada V(ll) , variable entre 0 y 10 V.

Un sensor interior que mide la temperatura de la bombilla, da una medida Vo(t) de 0V cuando la

temperatura es de 20 ºC y 10V cuando esta es de 100ºC.

PAW752PEW754-0v

PLC SIEMENS S7314-2DP

Utiliza de nuevo la tensión de la entrada analógica 1 (potenciómetro del PLC) para obtener la

magnitud de referencia de temperatura (Setpoint) en el rango de 0 a100%.

Introduce la medida de temperatura Vo(t) en la entrada analógica 2 del PLC y escala esta para

obtener la lectura de temperatura. Escala este valor de 0-10V para obtener una lectura en grados

centígrados entre 0 y 100 % de temperatura (correspondería a un valor entre 20 y 100 grados).

Utiliza la salida analógica 1 como salida de magnitud de ajuste (Y).

7. Ajusta el setpoint para una temperatura de 60 ºC. Prueba el sistema.




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PREGUNTAS:

1. ¿Que ventajas y inconvenientes crees que tiene el regulador PLC respecto un regulador

convencional?

2. ¿Crees que influye el tiempo programado en la interrupción cíclica del OB35?. Explica como y

porque.

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