La práctica consta de los siguientes elementos:

1 Veleta digital de 4 bits con codificación en código de Gray,

Motor trifásico accionado mediante un variador electrónico.

2 sensores inducitivos situados en la corona de giro de la góndola.

VELETA:

La veleta tiene una resolución de 4 bits.

La estructura interna de la veleta es la siguiente

Los cuatro discos son transparentes con la siguiente codificación impresa:

Los 4 sensores son del siguiente tipo:

Mediante los 4 discos y los 4 sensores se consigue una codificación en GRAY.

IMPORTANTE: En los discos, las zonas oscuras son “unos” binarios. Los sensores de infrarrojos

detectan en las zonas transparentes y por lo tanto, es cuando tienen una salida a nivel alto.

Esto significa que la salida de la veleta tiene los estados invertidos. Para poder hacer una

lectura correcta, en el programa del PLC habrá que invertir el estado de las entradas. Por

ejemplo, si la entrada del bit menos significativo la conectamos a la entrada I0.0 del PLC,

invertiremos el estado de esa entrada y trabajaremos con la marca que tiene el valor invertido:

VALOR DE LA VELETA EN GRADOS:

Como primer paso para efectuar la práctica habrá que hacer la conversión del código de la veleta

a grados. Para ello, hay que realizar un FB donde se haga la conversión.

Las entradas del FB serán los 4 bits invertidos que hemos señalado anteriormente, y la salida, el

valor en grados correspondiente. Cómo la veleta tiene 4 bits, tenemos 16 valores posibles. Esto

hace que la resolución de la veleta sea:

Resolución=360/16=22’5 grados.

En el FB habrá que meter todas las combinaciones (en código de Gray) posibles. Con cada

combinación moveremos a la salida el valor en grados que le corresponde.

Por ejemplo:

0 0 0 0 movemos a la salida 0

0 0 0 1 movemos a la salida 22’5

0 0 1 1 movemos a la salida 45

y así sucesivamente.

VALOR MEDIO DE LOS VALORES DE LA VELETA

Para realizar una buena orientación habrá que tomar como valor de la dirección del viento el

promedio de los valores de la veleta durante unos intervalos de tiempo.

Este apartado tiene cierta complejidad, ya que habrá que realizar un algoritmo adecuado que

calcule el valor medio en todas las situaciones. Esto es debido a que un simple cálculo del valor

medio de la veleta no podría llevar a error.

Si por ejemplo tenemos un valor de veleta de 10 grados y el siguiente valor fuese de 350 grados,

estaríamos en la situación de que la veleta estaría oscilando en torno a 0 grados. Si calculamos

el valor medio tendríamos que:

Vmedio=(350 + 10) /2=180

Este es un valor erróneo. En realidad, el valor medio debería ser 0 grados.

A continuación se muestra el FB que sería necesario.

Este FB tiene 2 entradas.

La primera es el valor instantáneo de la veleta.

La segunda es una entrada booleana (CALCULAR).

Para tomar valores de forma temporal, utilizaremos un contador, C1 puesto a 13, activado con

la entrada de reloj de 0’5hz. Este contador se incrementa en uno cada segundo.

En los segundos 3, 6, 9 y 12, activaremos la entrada CALCULAR.

Debéis crear un FB en código SCL con las siguientes entradas, salidas y variables:

El código en SCL del FB es el siguiente.

IF #CALCULAR = TRUE AND #"CALCULAR ANT"= FALSE THEN

#NUEVO := #"VELETA INST";

#DIFERENCIA := ABS(#NUEVO - #ANTIGUO);

IF #DIFERENCIA >= 180 THEN

IF #NUEVO > 180 THEN

#AUX1 := #NUEVO - 360;

#AUX2 := (#AUX1 + #ANTIGUO) / 2;

IF #AUX2 < 0 THEN

#"VALOR MEDIO" := 360 + #AUX2;

ELSE

#"VALOR MEDIO" := #AUX2;

END_IF;

ELSIF #ANTIGUO > 180 THEN

#AUX1 := #ANTIGUO - 360;

#AUX2 := (#AUX1 + #NUEVO) / 2;

IF #AUX2 < 0 THEN

#"VALOR MEDIO" := 360 + #AUX2;

ELSE

#"VALOR MEDIO" := #AUX2;

END_IF;

END_IF;

ELSE

#"VALOR MEDIO" := (#NUEVO + #ANTIGUO) / 2;

END_IF;

#ANTIGUO := #"VALOR MEDIO";

END_IF;

#"CALCULAR ANT" := #CALCULAR;

POSICIÓN ABSOLUTA DE LA VELETA

El hecho de que la veleta esté situada en la misma Góndola hace que el ángulo que nos

proporciona no sea el ángulo absoluto de la dirección del viento, considerando el ángulo

absoluto de la dirección del viento como el ángulo del mismo respecto el norte terrestre.

Si vemos la siguiente figura la Veleta nos indicará que el ángulo del viento es de 50 grados. Sin

embargo, el ángulo absoluto del viento será de 50+30=80 grados.

Para determinar la posición absoluta de la veleta realizaremos un FB con las siguientes

entradas y salidas:

El ángulo absoluto de la veleta (“VELETA REAL”) vendrá dado por el siguiente algoritmo:

AUX= VELETA RELATIVO – GONDOLA + 360

Si el resultado de esta operación es negativo (AUX< 0) entonces:

VELETA REAL= AUX + 360

Si es positivo (AUX>=0), entonces:

VELETA REAL = AUX

50 º

30 º

NORTE

VELETA

GÓNDOLA

Si VELETA REAL alcanzara el valor de 360 grados, entonces asignaríamos a VELETA REAL el valor

de 0 grados.

ÁNGULO DE LA GÓNDOLA:

La posición la góndola se determina mediante dos sensores. La corona dispone de 16 tornillos

distribuidos de forma regular a lo largo de su circunferencia. Esto significa que entre cada dos

tornillos se describe un ángulo de 22’5 grados.

El sensor S1 detecta estos tornillos y será el que nos ayude a determinar la posición de la

góndola.

Uno de los 16 tornillos es más largo y puede ser detectado por S2. Este segundo sensor será el

que haga la función de Reset (equivalente a 0 grados)

SOBRE LOS SENSORES INDUCTIVOS

Los sensores inductivos detectan elementos metálicos.

Tenemos varios tipos:

-Sensor inductivo a 2 hilos:

Para su funcionamiento necesita estar conectado a una carga. Lo habitual es un relé.

Para conectarlo a un PLC hay 2 alternativas.

Una sería la de utilizar un relé.

La segunda sería utilizar una resistencia.

Los dos casos se ven en la siguiente figura:

-Sensor a 3 hilos:

Tenemos 2 tipos: PNP y NPN

El esquema de conexión de ambos es el que vemos a continuación:

La carga (por ejemplo un relé) se activa cuando el sensor detecta un metal

La conexión a un PLC es diferente en función de si el sensor es un PNP o es un NPN.

En el caso de un PNP basta con conectar la salida del sensor a la entrada del PLC que

queramos.

Si es un NPN (como es nuestro caso) habrá que utilizar una resistencia de 2k2 ohm.

Vemos los 2 casos a continuación.

Centrándonos en el caso del NPN se da la siguiente circunstancia:

La entrada del PLC estará activa cuando el sensor no esté detectando.

Por el contrario la entrada del PLC pasará a nivel bajo cuando el sensor detecte.

Esto significa que tenemos una situación parecida a la de la veleta digital. Habrá que invertir la

entrada a la que esté conectada el sensor de la misma forma que hicimos con las entradas de

la veleta.

Lo mismo ocurre con la entrada del sensor de reset.

Es necesario realizar un FB que nos determine la posición de la góndola.

Vemos a continuación las entradas y salidas necesarias.

El FB funcionará de la siguiente manera:

Si tenemos activa la entrada de GIRO IZQUIERDA, cada vez que se reciba un flanco positivo del

SENSOR se incrementará el valor del Ángulo de la Góndola 22’5 grados.

Por el contrario, si es GIRO DERECHA la que está activa, el valor del Ángulo se decrementará 22’5

grados.

Importante. En el proceso de sumar o restar 22,5 grados, se pueden alcanzar los siguientes

valores:

-22,5 (si estamos en 0 grados y decrementamos 22’5). Si se da este caso asignaremos

360-22’5= 337’5 grados al valor de Ángulo.

360 (si estamos en 337’5 grados e incrementamos 22’5). Si se da este caso asignaremos 0 grados

al valor de Ángulo.

Si se activa la entrada del sensor Reset, asignaremos 0 grados al valor de Ángulo.

ALGORITMO DE GIRO

De nuevo realizaremos el FB correspondiente:

Mediante un contador situado en el MAIN (puede ser el que hemos utilizado anteriormente)

activaremos de forma temporal este FB.

MUY IMPORTANTE: El valor de la veleta que utilizamos en este FB no puede ser el del valor

medio, ya que este valor irá cambiando cada 3 segundos y por lo tanto la góndola nunca se

pararía.

Esto significa que en el flanco positivo de la activación del contador habrá que mover el valor

que tuviese en ese instante el valor medio de la veleta a una dirección auxiliar. Este valor será

el que se utilizará en el algoritmo. (HAY QUE REALIZARLO EN EL MAIN)

¿HACIA DÓNDE GIRA LA GÓNDOLA?

Si ÁNGULO VELETA> ÁNGULO GONDOLA entonces comprobaremos que la diferencia entre VELETA y GÓNDOLA es menor o igual de 180 grados. Si es así, giramos a la derecha, es decir, activamos GIRO DERECHA. Si la diferencia es mayor de 180 grados, tendremos que girar hacia la izquierda. Si ÁNGULO GÓNDOLA>ÁNGULO VELETA entonces comprobaremos que la diferencia entre GÓNDOLA y VELETA es menor o igual de 180 grados. Si es así, giramos a la izquierda. Si la diferencia es mayor de 180 grados giramos a la derecha. ¿CUÁNDO PARAMOS LA GÓNDOLA? En teoría deberíamos parar cuando los ángulos de la góndola y de la veleta sean iguales. Cómo esto es casi imposible pararemos cuando la diferencia en valor absoluto entre los ángulos de la GÓNDOLA y la VELETA sea menor o igual a 22’5 grados. Es recomendable que se haga el Reset de la parada de la góndola tanto en el FB del algoritmo como en el MAIN. FUNCIONAMIENTO MANUAL Y AUTOMÁTICO Hay que implementar el funcionamiento manual y automático. En LABVIEW realizaremos una pantalla como la siguiente:

Enviaremos 3 bits desde el PC al autómata. Bit AUTOMÁTICO: Si está a 1 funciona en modo automático. Si este bit está a cero la góndola funciona en modo manual.

El FB del ALGORITMO sólo funcionará cuando la góndola está en modo AUTOMÁTICO. Si el bit AUTOMÁTICO está a cero la góndola funciona en modo MANUAL. En este modo la góndola podrá girar con los botones DERECHA e IZQUIERDA. IMPORTANTE: La determinación de girar a derecha o izquierda se realiza en dos momentos posibles, en el algoritmo de giro y en el accionamiento manual. NO podemos poner los bits de salida (Q0.0 o Q0.1) en los dos sitios, ya que se podría dar la contradicción de ponerlo a 1 en un segmento y a 0 en otro. Para no tener problemas hay que utilizar bits auxiliares que posteriormente accionarán las salidas físicas Q0.0 o Q0.1.

ENTRADA de RESET: Habilitaremos una entrada (concretamente la I0.0) para resetear el sistema Esta entrada reseteará todos los biestables, salidas (Q0.0, Q0.1), valores numéricos (los valores de los ángulos, tanto de la veleta como los de la góndola) etc. ENTRADAS Y SALIDAS

Ao (veleta) I1.0

A1 (veleta) I1.1

A2 (veleta) I1.2

A3 (veleta) I1.3

SENSOR 1 I1.4

SENSOR RESET I1.5

RESET I0.0

GIRAR DECHA Q0.0

GIRAR IZDA Q0.1

VARIADOR DE FRECUENCIA SIEMENS V20 El variador que acciona el motor de la góndola es un variador V20 de Siemens. Vemos a continuación la descripción de sus bornes:

Para el accionamiento del mismo utilizaremos las entradas digitales, concretamente las de los bornes 8 y 9. El variador tiene varias macros (modos) de funcionamiento.

Las macros son las siguientes:

La macro que más nos interesa es la Cn004

Cuando esté activa la entrada DI1 el motor girará con la frecuencia 1. Cuando esté activa la entrada DI2, el motor girará con la frecuencia 2.

Estas frecuencias se introducen en los parámetros correspondientes:

Las frecuencias apropiadas serán 5hz y -5hz (para que gire en sentido contrario) en los parámetros 1001 y 1002 respectivamente.

CONEXIONADO ENTRE SALIDAS DEL AUTÓMATA Y ENTRADAS DEL VARIADOR