Universidad de Talca Facultad de Ingeniería

Laboratorio Nº3 Teoría de control

Matías López Agustín Hernández

Profesor: Mario Fernández F.

Semestre: 2011-2

Curicó, enero de 2011

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Índice

Problema: ................................................................................................................................. 3

Ejercicio A ................................................................................................................................. 4

Solución Ejercicio A ............................................................................................................... 4

Ejercicio B ............................................................................................................................... 10

Solución Ejercicio B ............................................................................................................. 10

Diagrama electrico. ......................................................................................................... 10

Diagrama neumático. ...................................................................................................... 11

Ejercicio C. .............................................................................................................................. 11

Solución Ejercicio C. ............................................................................................................ 11

Ejercicio D ............................................................................................................................... 12

Solución Ejercicio D ............................................................................................................. 12

Ejercicio E ............................................................................................................................... 13

Solución Ejercicio E ............................................................................................................. 13

Conclusión .............................................................................................................................. 14

Anexos .................................................................................................................................... 14

Se tiene un banco de laboratorio de electro-neumática con diferentes elementos. Se pide:

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Problema:

a) Caracterizar TODOS los elementos que componen el banco (esto implica hacer un cuadro por cada elemento, resumiendo sus principales características; puede incluirse una foto del dispositivo y un link donde pueda obtenerse sus hoja de especificaciones técnicas o “datasheet” así como una referencia a un anexo, donde se adjunten dichas especificaciones).

b) Para los ejercicios planteados en la Tarea Nº3, se pide realizar los diagramas eléctricos y neumáticos de conexión asociados a cada ejercicio.

c) Considerando un PLC de la línea Simatic S7-200, defina la tabla de variables y etiquetas a utilizar.

d) Desarrolle el programa correspondiente para dicho PLC (a partir de los resultados obtenidos en la Tarea Nº3) y verifique su funcionamiento por simulación (consultar con el profesor al respecto).

e) Implemente el programa depurado del punto anterior en un PLC Simatic S7-200, asociado al banco de prueba del Laboratorio de Automatización y verifique el funcionamiento esperado.

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Ejercicio A Caracterizar TODOS los elementos que componen el banco (esto implica hacer un

cuadro por cada elemento, resumiendo sus principales características; puede incluirse una foto del dispositivo y un link donde pueda obtenerse sus hoja de especificaciones técnicas o “datasheet” así como una referencia a un anexo, donde se adjunten dichas especificaciones).

Solución Ejercicio A Documento informativo referente al código de los equipos, su marca, características

generales y su clasificación en el Banco Neumático Festo, que se encuentra en el laboratorio

de automatización. Todo lo anterior se muestra con figuras ilustrativas que muestran a cada

componente, sus respectivos rango de trabajo y sus posibles configuraciones con otros

componentes para realizar ciertos trabajo.

Banco Neumático Festo.

Figura 1: Identificación de los componentes de la Instalación en el banco Neumático.

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Equipos Neumáticos Marca Festo:

CILINDRO DOBLE EFECTO

DIS-PAZ-DW20-100PPV

152888 WN06

ELECTROVALVULA BIESTABLE DE 5/2 VÍAS

VSVA-B-B52-H-A2-1R2L2

539778 W902

VALVULA MANUAL

HS 4/3 – 1/8 – B

151842 W7

UNIDAD DE MANTENIMIENTO

LFR-D-MIDI

159588 W043

LUBRICADOR

LOE – D - MIDI

Fuente de poder:

FUENTE DE PODER DEL BANCO FESTO

Equipos de comunicación:

SENSOR FINAL DE CARRERA

531145 W4

S7-200 (CPU 222)

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Equipos Neumáticos Marca Festo:

CILINDRO DOBLE EFECTO

El cilindro de doble efecto con leva y los push-en fitting es montado en

soporte de plástico. La unidad se monta en la placa de perfil a través de un

sistema de liberación rápida.

Características:

Medio: aire comprimido, filtrado (lubricado o sin lubricar).

Diseño: pistón cilindro.

Presión máxima: 1000kPA.

Longitud máxima de recorrido: 100mm.

Empuje máximo (6 bar): 189N.

Retorno máximo (6bar): 158N.

http://www.festo-didactic.com/ov3/media/customers/1100/152888_gb.pdf

ELECTROVALVULA BIESTABLE DE 5/2 VÍAS

Función de las válvulas 2x3/2 cerradas monoestables. Tipo de accionamiento eléctrico.

Parte neumática:

Fluido Aire comprimido, con o sin lubricación.

Construcción Válvula de corredera servopilotada

Margen de presión Desde 300 hasta 800 kPa (desde 3 hasta 8 bar).

Tiempo de respuesta con 600 kPa (6 bar): 15 ms .

Caudal nominal normal 500 l/min.

Conexión 3 QS-1/8-4-I para tubo flexible PUN 4 x 0,75. Parte eléctrica:

Tensión 24 V DC.

Duración de conexión 100 %.

Clase de protección IP65.

Conexión Conector central tipo clavija M 8x1, cable con conector tipo zócalo y conectores de seguridad de 4 mm.

http://xdki.festo.com/xdki/data/doc_ENGB/PDF/EN/VSVA-C_EN.PDF

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VALVULA MANUAL

Actuador manual de válvulas 4/3, 4 formas, 3 posiciones de control

direccional de válvulas, puede detener cilindros de doble acción. Con el

tipo de válvula HS de centro bloqueado, el pistón permanecerá en su lugar

debido a la presión en ambos lados.

Características:

Medio: aire comprimido (filtrado, lubricado o sin lubricar) puede

usarse la conexión 3 de vacío.

Diseño: palanca de corredera con tope en cada posición.

Rango de Presión: -0.95 a 10 bar.

Fuerza de operación a 6 bar: 1Nm

Rango de temperaturas: -20 a 80°C

Peso: 0.118 Kg.

http://poweraire.org/pdf/other/festo/temp/manuallyActuatedValves/4_3_Way_and_4_Way_

Valves.pdf

UNIDAD DE MANTENIMIENTO

Filtro y regulador de presión, son calibrados y combinados en una sola

unidad. El filtro equipado con separador de agua del aire comprimido. El

regulador de presión con segundaria ventilación mantiene una constante

presión (segunda salida) a pesar de tener fluctuaciones de presión en la

primera entrada.

Características:

Medio: aire comprimido.

Diseño: llave reguladora de presión, con reloj indicado.

Rango de Presión: 0 a 16 bar.

Tamaño de poros filtro: standart 40 micron.

Rango de temperaturas: -10 a 60°C.

Peso: 0.920 Kg.

http://www.coastpneumatics.com/festo/temp/airPrep/3_LFR_Series_Filter_Regulators.pdf

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LUBRICADOR

El lubricador proporcional dosifica una fina cantidad de aceite, mezclándolo

con el aire a presión.

La caída de presión que se produce al pasar el aire por una tobera Venturi

sirve para elevar el aceite desde el depósito hasta la campana de goteo.

Desde allí las gotas de aceite fluyen al aire, donde se nebulizan. La cantidad

de aceite nebulizado es proporcional al caudal de aire a presión.

Características:

Lubricador proporcional con dosificación exacta del aceite.

Reduce el desgaste de actuadores de alto rendimiento.

Gran caudal.

Fácil y rápida reposición del aceite.

Cuerpo metálico robusto.

Depósito con funda metálica de protección.

Medio: aire comprimido filtrado, sin lubricar.

Presión de entrada: 0 a 16 bar.

Temperaturas ambiente: -10 a 60°C.

Temperatura del fluido: -10 a 60°C.

Peso: 0.630 Kg.

http://xdki.festo.com/xdki/data/doc_ES/PDF/ES/LOE-D_ES.PDF

Fuente de poder:

FUENTE DE PODER DEL BANCO FESTO

Input voltage: 85 – 265 V AC (47 – 63 Hz)

Output voltage: 24 V DC, short-circuit-proof

Output current: max. 4.5 A

Dimensions: 170 x 240 x 92 mm

http://www.festo-didactic.com/int-en/learning-systems/equipment-

sets/accessories/general/power-supply-unit-for-mounting-

frame.htm?fbid=aW50LmVuLjU1Ny4xNy4xOC41NTUuMzU4Mg

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Equipos de comunicación:

SENSOR FINAL DE CARRERA

SMT-8-SL-PS-LED-24

Sensor de proximidad magneto-resistivo, sin contacto, PNP, detecta

elemento con un espacio de 8mm. La propiedad de magneto-resistivo hace

detecte la presencia de campo magnético, y varié su resistencia.

Características:

Medio: alimentación eléctrica.

Voltaje: 24V DC.

Conector M8 de 3 pines.

Máxima corriente salida: 100mA.

Protección a corto circuito.

Protección IP65, IP67

Rango de temperaturas: -20 a 60°C.

http://www.vision-supplies.com/Data/Docs/pdf_en_smx_en.pdf

S7-200 (CPU 222)

El S-7200 incorpora en una carcasa compacta un microprocesador, una fuente de alimentación

integrada, así como circuitos de entradas y salidas que conforman un potente micro-PLC.

Características de la CPU 222:

Tamaño físico: 90x80x62mm.

Data memoria: 2048 Bytes.

Memoria de seguridad: 50 horas.

Entradas/salidas Digitales: 8Int/6Out.

Módulos de expansión: 2 módulos.

Comunicación por puerto RS-485

Velocidad de ejecución Booleana: 0.22 microsegundos/instrucción.

http://www.automation.siemens.com/DocOnWeb/pdf/SINUMERIK_SINAMICS_04_2010_E/S7

200SH.pdf?p=1

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Ejercicio B

Para los ejercicios planteados en la Tarea Nº3, se pide realizar los diagramas eléctricos y neumáticos de conexión asociados a cada ejercicio.

Solución Ejercicio B

Diagrama electrico.

La parte electrica en las entradas al PLC consiste en un interruptor (I), cuatro sensores

de final de carrera para los dos cilindro (S1,S2,S3,S4) y dos switches pulsadores (P1,P2) que

permiten hacer las secuencias.

En las salidas del PLC tenemos las bobinas (B1,B2,B3,B4) de las dos electroválvulas

biestables de 5/2. También tenemos las dos bobinas de los reles que comandan las luces que

muetran la secuencia. La figura 2 muestra el sitema electrico.

Figura 2: Diagrama eléctrico

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Diagrama neumático.

El sistema neumático cosiste de dos aplicaciones de cilindros de doble efecto lineales

(Cilindro 1 y Cilindro 2), dos electroválvulas biestables de 5/2 (Válvula 1 y Válvula 2), un a

valvula manual para el paso del Aire y un sistema de suministro de aire.

Figura 3: Diagrama neumático

Ejercicio C. Considerando un PLC de la línea Simatic S7-200, defina la tabla de variables y etiquetas

a utilizar.

Solución Ejercicio C.

Proyecto1 / USUARIO1

Símbolo Dirección Comentario

I I0.0 Interrutor: Habiita o desabiita el proceso

P1 I0.1 Pulsador 1

P2 I0.2 Pulsador 2

S1 I0.3 sensor cilindro 1 vastago recogido

S2 I0.4 sensor cilindro 1 vastago extendido

S3 I0.5 sensor cilindro 2 vastago recogido

S4 I0.6 sensor cilindro 2 vastago extendido

B1 Q0.0 activa bobina valvula extiende vastago cilindro 1

B2 Q0.1 activa bobina valvula recoge vastago cilindro 1

B3 Q0.2 activa bobina valvula extiende vastago cilindo 2

B4 Q0.3 activa bobina valvula recoge vastago cilindro 2

A1 Q0.4 Encender Ampolleta 1

Etapa0 M0.0 ETAPAS GRAFCET

Etapa1 M0.1 "

Etapa2 M0.2 "

Etapa3 M0.3 "

Etapa4 M0.4 "

Etapa5 M0.5 "

Etapa6 M0.6 "

Etapa7 M0.7 "

Etapa8 M1.0 "

Etapa9 M1.1 "

Etapa10 M1.2 "

Etapa11 M1.3 "

Etapa12 M1.4 "

Etapa13 M1.5 "

Etapa14 M1.6 "

Etapa15 M1.7 "

Etapa16 M2.0 "

Etapa17 M2.1 "

Etapa18 M2.2 "

Etapa19 M2.3 "

Etapa20 M2.4 "

Etapa21 M2.5 "

EtapaAux1 M2.6 "

EtapaAux2 M2.7 "

EtapaInterruptor1 M3.0 "

Secuencia1 M10.1 variable para guardar en memoria la seleccion de secuencia 1

Secuencia2 M10.2 variable para guardar en memoria la seleccion de secuencia 2

Secuencia3 M10.3 variable para guardar en memoria la seleccion de secuencia 3

A2 Q0.5 Encender ampolleta 2

1 / 2

Proyecto1 / Símbolos UOP

Símbolo Dirección Comentario

SBR_0 SBR0 COMENTARIOS DE LA SUBRUTINA

INT_0 INT0 COMENTARIOS DE LA RUTINA DE INTERRUPCIÓN

PRINCIPAL OB1 COMENTARIOS DEL PROGRAMA

2 / 2

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Ejercicio D Desarrolle el programa correspondiente para dicho PLC (a partir de los resultados

obtenidos en la Tarea Nº3) y verifique su funcionamiento por simulación (consultar con el profesor al respecto).

Solución Ejercicio D Se muestra Grafcet en anexos. Se adjunta junto al informe video de la simulación considerando los distintos casos. Se adjunta junto al informe Programa realizado en V3.2 STEP 7 MicroWIN SP4

A continuación se describe como pasar de grafcet a escalera: 1. Representar las etapas (step_1 and step_2) por relés internos, bits R1 and R2, los cuales pueden ser activos o inactivos, 1 ó 0. 2. Solo una etapa debe ser activa en cualquier momento. 3. En este momento no debe haber preocupación por las salidas. 4. Se debe asegurar que al entrar en una etapa, por ejemplo B, haya realizado la etapa anterior A, y al mismo tiempo se desactive A. Un ejemplo es mostrado en la figura 3.

Figura 4: Reglas básicas Grafcet a Leader.

5. Las etapas son vinculadas a acciones. Esto se muestra en la figura 4.

Figura 5: Vinculando las etapas a las salidas.

6. Nunca se debe repetir una salida más de una vez, esta puede ser activa por varias etapas.

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Ejercicio E Implemente el programa depurado del punto anterior en un PLC Simatic S7-200,

asociado al banco de prueba del Laboratorio de Automatización y verifique el funcionamiento esperado.

Solución Ejercicio E Se verifico cada una de las secuencias considerando los casos planteados en la tarea N°3, que se cumplía en el banco de neumática tal como lo muestra la simulación. Se adjunta junto al informe Programa realizado en V3.2 STEP 7 MicroWIN SP4 A continuación se detallan algunas soluciones: Para solucionar el problema de asociado a los pulsadores para la etapa 3, apretar ambos pulsadores al mismo tiempo, se crearon etapas auxiliares, variables de memoria, y se utilizaron bloques timers. Cabe destacar que la numeración de las etapas en el grafcet no coincide con la numeración de las etaspas en la tabla de variables y etiquetas a utilizar para la programación en Leader. Además en le grafcet la numeración de las etapas empieza desde el uno, en el leader desde 0. También la etapa de testear constantemente los pulsadores fue resumida en el leader, por ello la diferencia de etaspas. También el en leader se crearon etapas auxiliares fuera de la enumeración anterior, con el fin de resolver problemas propios de la implementación, ya que los componentes no son ideales. Debido a lo anterior es posible encontrar leves diferencias al comparar el grafcet con el leader.

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Conclusión

Resulta relativamente fácil pasar de la lógica secuencial de un grafcet a un diagrama en

escalera, siguiendo reglas estructuradas y muy bien definidas.

La programación del PLC Siemens S7 200, resulto ser una buena experiencia, sin problemas de comunicación PC-PLC, programa amigable de manejar V3.2 STEP 7 MicroWIN SP4, con simulación en el en el proceso. A demás existe mucha información en la web para los PLC siemens, en especial para la línea S7200.

Anexos

Se muestra Grafcet. Se adjunta junto al informe video de la simulación considerando los distintos casos. Se adjunta junto al informe Programa realizado en V3.2 STEP 7 MicroWIN SP4