Escuela Técnica Superior de Ingenieros
Industriales de Vigo
Dpto. de Ingeniería de Sistemas y Automática
PROYECTO FIN DE CARRERA
Realización de un entorno de simulación de procesos discretos.
Control por medio de autómatas del S7-PLCSIM de Siemens y del
TwinCAT de Beckhoff a través de una interfaz independiente de
comunicaciones.
Autor: César González Represas Director del Proyecto: José Ignacio Armesto Quiroga
RESUMEN:
En este Proyecto Fin de Carrera se presentan una serie de plantas e instalaciones industriales, que contienen procesos discretos y binarios, simuladas en un PC (PlantSim) que puedan ser controladas y respondan a las posibles eventualidades del mismo modo en que lo haría el sistema real y que nos permita aplicar la reingeniería de control, metodología de mejora basada en la recogida y visualización de datos, el análisis y el rediseño.
Asimismo también se presenta una interfaz de comunicaciones independiente para la automatización de dichas plantas e instalaciones industriales con autómatas ó simuladores de autómatas.
Todas las plantas e instalaciones industriales diseñadas en este proyecto se basan en instalaciones reales; algunas de las cuales se encuentran ubicadas en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Vigo.
El software de simulación se utilizará para profundizar en el manejo y programación de PLC’s: se visualizará el control realizado para cada una de las plantas, de modo que tanto el aprendizaje como la depuración de errores tengan una mayor carga de motivación y resulten más intuitivos.
Palabras clave (máximo de 5):
ÍNDICE DE LA MEMORIA
1. INTRODUCCION 1
2. PROPÓSITO DEL PROYECTO 2
2.1. Objetivo del proyecto 2
2.2. Razón del proyecto 3
3. INTRODUCCION A PLANTSIM Y PLANTCONNECT 5
3.1. Descripción General 5
3.2. Introducción a PlantSim 6
3.3. Introducción a PlantConnect 7
4. INSTALACIÓN DE LAS APLICACIONES 8
4.1. Instalación individual 8
4.2. Instalación conjunta 9
4.3. Desinstalación de la aplicación 10
5. EL SIMULADOR DE PLANTAS: PlantSim 11
5.1. Introducción 11
5.2. Estructura General 12
5.2.1. Zona 1: Entradas 13
5.2.2. Zona 2: Salidas 13
5.2.3. Zona 3: Planta física 13
5.2.3.1.Cuadro eléctrico 13 5.2.3.2.Consolas y mandos 14 5.2.3.3.Planta 14 5.3. Elementos comunes 15 5.3.1. Barra de menús 16 5.3.1.1.Menú “Señales” 16
5.3.1.1.1. Ventana “Definir Conexiones” 17
5.3.1.2.Menú “Comunicación con PlantConnect” 21
5.3.1.3.Menú “Ayuda” 23
5.3.2. Barra de herramientas 24
5.3.3. Barra de estado 26
6. PLANTA nº 1: PUERTA DE UN GARAJE 27
6.1. Descripción 27
6.2. Entradas 28
6.3. Salidas 28
6.4. Cuadro eléctrico 29
6.5. Propuesta de automatización 29
7. PLANTA nº 2: CONTROL DEL NIVEL DE UN DEPÓSITO 31
7.1. Descripción 31
7.2. Entradas 32
7.3. Salidas 33
7.4. Propuesta de automatización 34
8. PLANTA nº 3: ASCENSOR DE UN EDIFICIO 35
8.1. Descripción 35
8.2. Entradas 36
8.3. Salidas 37
8.4. Cuadro eléctrico 38
8.5. Propuesta de automatización 38
9. PLANTA nº 4: SISTEMA DE CINTAS TRANSPORTADORAS 39
9.1. Descripción 39
9.3. Salidas 43
9.4. Interfaz Hombre-Maquina (IHM) 46
9.5. Cuadro eléctrico 46
9.6. Propuesta de automatización 47
10. PLANTA nº 5: MANIPULADOR INDUSTRIAL 48
10.1. Descripción 48
10.2. Entradas 49
10.3. Salidas 51
10.4. Cuadro eléctrico 52
10.5. Consola de mando ó IHM 52
10.6. Propuesta de automatización 53
11. PLANTA nº 6: ASCENSOR INDUSTRIAL 54
11.1. Descripción 54
11.2. Entradas 55
11.3. Salidas 57
11.4. Variador 58
11.5. Interfaz hombre-máquina (IHM) 59
11.6. Propuesta de automatización 60
12. PLANTCONNECT. La interfaz de comunicaciones 61
12.1. Introducción 61
12.2. Estructura general 62
12.3. Barra de menús 63
12.3.1. Menú Archivo 63
12.3.2. Menú Conectar con 69
12.3.2.2. Menú Conectar con AUTOMATA 71
12.3.2.3. Menú de ayuda “?” 73
12.4. Barra de herramientas 74
12.5. Barra de estado 75
13. S7-PLCSIM : EL PRODUCTO DE SIEMENS 76
13.1. Introducción 76
13.2. Realización de un proyecto en el S7-PLCSIM 76
14. TwinCAT PLC: EL PRODUCTO DE BECKHOFF 78
14.1. Introducción 78
14.2. Realización de un proyecto en el TwinCAT PLC 78
15. SOLUCIONES AL CONTROL DE PLANTAS 80
15.1. Generación sistemática de programas de autómata 80
15.1.1. Redes de Petri 80
15.1.2. Realización programada 81
15.2. Control de la puerta de un garaje 82
15.2.1. Asignación de Entradas, Salidas y Marcas 83
15.2.2. Activación del marcado inicial 84
15.2.3. Comprobación de las condiciones de disparo 84
15.2.4. Disparo de las transiciones 85
15.2.5. Gestión de salidas 86
15.2.6. Ejecución del programa 86
15.3. Control del nivel de un deposito 87
15.4. Automatización de un ascensor 92
15.5. Automatización de un manipulador industrial 115
16. RESULTADOS Y CONCLUSIONES 129
16.1. Resultados 129
16.2. Conclusiones 129
17. LÍNEAS FUTURAS 130
1. INTRODUCCION
Es un hecho comprobado que actualmente el mundo de la automatización está adquiriendo cada vez más trascendencia y no solamente a nivel industrial debido a las nuevas tecnologías y métodos de trabajo, sino también por abarcar un ámbito mayor en nuestra sociedad. Dicha evolución tiene su base en la adaptabilidad a las nuevas tecnologías y en la eficiencia de su uso, lo que nos lleva a buscar la mejora del propio sistema de control, actuando sobre los métodos de programación y visualización, subrayando aspectos como la reducción de tiempos de respuesta, optimización de recursos, eliminación de errores,…
Para la consecución de estas características es necesario tener en cuenta no solo los elementos físicos del que consta el sistema, sino también del entorno del mismo y de sus interrelaciones, es decir, de cómo se ha de comportar el sistema en cada instante y ante cualquier contingencia que surja. De este modo, a partir la obtención, tratamiento y evaluación de la información adquirida se procederá a elaborar las acciones oportunas. Respondiendo a esta necesidad nace la idea de desarrollar un sistema que facilite el aprendizaje en el manejo de PLC’s que permita una mayor interacción con el sistema a controlar.
Lo que se proyecta es la presentación de una serie de plantas e instalaciones industriales simuladas en un PC (PlantSim) que puedan ser controladas y respondan a las posibles eventualidades del mismo modo en que lo haría el sistema real y que nos permita aplicar la reingeniería de control, metodología de mejora basada en la recogida y visualización de datos, el análisis y el rediseño.
2. PROPÓSITO DEL PROYECTO
2.1. Objetivo del proyecto
El objetivo de este proyecto es el desarrollo e implantación de un sistema de simulación de plantas e instalaciones industriales que contienen procesos discretos y binarios, y de una interfaz de comunicaciones para su automatización con autómatas o simuladores de autómatas.
Dichas plantas simuladas se basan en instalaciones reales, algunas de las cuales se encuentran ubicadas en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Vigo.
El software de simulación y comunicaciones se utilizará para profundizar en el manejo y programación de PLC’s (autómatas): se visualizará el control realizado por cada una de las plantas, de modo que tanto el aprendizaje como la depuración de errores tengan una mayor carga de motivación y resulten más intuitivos.
2.2. Razón del proyecto
A continuación se procede a exponer varios de los argumentos que avalan la solución proyectada como la solución más eficaz:
Coste económico reducido
Resulta más económico dotar los laboratorios de este software de simulación que la construcción y puesta en marcha de plantas reales ó maquetas que simulen este tipo de procesos.
Mantenimiento mínimo
El cual incluye el ahorro económico debido a la exclusión de la compra de cada una de los elementos que forman la instalación: sensores, válvulas, motores,…
Además del ahorro del tiempo necesario para las labores de conservación traducido en disponibilidad de la planta y reducción de costes, de mantenimiento y de paro de la planta debido al trabajo del mismo.
Ahorro de espacio
La eliminación de la maqueta y/o la planta real, y por tanto de todos sus componentes, lleva consigo la eliminación del espacio que ocuparían dichas instalaciones. Factor determinante en la mayoría de los centros de formación.
Portabilidad
Permite que el usuario practique con los modelos fuera de los laboratorios, al ser un producto software y fácilmente instalable en cualquier ordenador personal.
Flexibilidad
Puesto que los ordenadores pueden utilizarse para otras actividades Mayor realismo
Con este software se pretende alcanzar un alto nivel de realismo en las simulaciones de las plantas.
Mayor motivación
Al enfrentarse con problemas “reales” en un entorno cuyo mando resulta fácil e intuitivo.
Mayor interacción
Mayor interacción entre el usuario y el ejercicio a realizar. Evita la abstracción
Evita la abstracción que actualmente debe realizar el programador, imaginando qué estaría pasando en la planta, sino que puede verse el
efecto que su automatización provoca en la planta, con errores y “despistes” incluidos.
Personalización
Posibilidad de que muchos usuarios realicen individual y simultáneamente un mismo ejercicio.
Aumento de la seguridad
Se evitan sobrecargas en la red por culpa de un manejo inadecuado de elementos eléctricos de potencia elevada, con el posterior deterioro o destrucción de los elementos que componen el sistema.
Se elimina también el riesgo de electrocución ó accidente mecánico. Disponibilidad
Se evita el tener que contratar personal tanto para la seguridad de la planta como de los usuarios de la misma lo que también repercutiría en los horarios de disponibilidad de la misma.
3. INTRODUCCION A PLANTSIM Y PLANTCONNECT
3.1. Descripción General
El software de simulación objeto del proyecto consta de dos partes diferenciadas: • PlantSim : Es el simulador de las instalaciones o plantas industriales • PlantConnect : Es la interfaz encargada de conectar las plantas con el PLC
En la siguiente figura se puede observar un esquema de los programas y las comunicaciones necesarios para el correcto funcionamiento:
Figura 3.1: Descripción general.
Autómata
3.2. Introducción a PlantSim
PlantSim es el software encargado de la simulación de las instalaciones y plantas industriales con una interfaz amable e interactiva a través del cual el usuario interactúa con la planta como si estuviera en la misma.
Las diversas plantas del software PlantSim pueden controlarse interactuando en la propia planta, manipulando los valores de las entradas y salidas de las mismas (pulsando sobre los botones que las definen) o por medio del software de comunicación PlantConnect, que será explicado mas adelante.
En total se dispone de seis tipos de instalaciones independientes que permiten un aprendizaje rápido y la realización de diversos ejercicios.
Las instalaciones contempladas en el PlantSim son las siguientes:
• Puerta de un garaje
Automatización de la puerta de un garaje • Deposito
Control del nivel de un depósito, tratando de mantener el nivel entre dos cotas definidas en función de la demanda.
• Ascensor
Automatización del ascensor de un edificio de cuatro plantas • Cintas transportadoras
Control de un sistema industrial con zonas de llenado y vaciado de cajas. Dispone de dos cintas transportadoras y dos ascensores con sus respectivos sensores y actuadores.
• Manipulador industrial
Automatización de la recogida de distintos tipos de piezas por parte de un brazo robot.
• Ascensor industrial
Automatización de un ascensor industrial encargado de llevar carros a dos zonas distintas en un sistema de desplazamiento aéreo.
3.3. Introducción a PlantConnect
PlantConnect es la interfaz que la comunicación de las instalaciones y plantas industriales simuladas por PlantSim con distintos autómatas.
Actualmente, los autómatas definidos en PlantConnect son los de cualquier autómata simulado de la gamma de Siemens en su producto S7-PLCSIM, los de cualquier autómata de la gamma de Beckhoff en su producto Twincat o los de cualquier autómata a través de cualquiera de estos productos actuando como repicador de señal hacia los mismos.
Esta interfaz tiene diversos modos de funcionamiento: conectado a la planta, conectado al autómata o conectado a ambos.
La interfaz puede estar ejecutándose en el mismo equipo que la planta (PlantSim) y el autómata o bien en equipos separados, con la condición de que la conexión entre los distintos equipos sea establecida según el protocolo de comunicaciones TCP/IP, puesto que las conexiones entre PlantSim y PlantConnect, y entre PlantConnect y el autómata han sido realizadas siguiendo dicho protocolo.
4. INSTALACIÓN DE LAS APLICACIONES
Para ejecutar el programa, primero debe instalarse en el ordenador que va a ser utilizado, y si va a ser utilizado en más de un equipo deberá ser instalado en cada uno.
El trabajo de instalación puede ser tedioso y confuso, para evitar que se produzcan errores que den lugar a futuros malfuncionamientos de las aplicaciones se ha programado la instalación automática de cada uno de los componentes (cada una de las plantas del PlantSim y el PlantConnect) del proyecto.
Por tanto, cada componente está empaquetado en un ejecutable que permite su instalación independiente. También se ha creado un ejecutable que facilita la instalación conjunta, ofreciendo la posibilidad de seleccionar los componentes que se desean instalar.
4.1. Instalación individual
En cada uno de los instaladores individuales se instala el componente con los archivos necesarios para su ejecución en la carpeta que seleccionada.
El programa de instalación se encarga de copiar los archivos necesarios dentro de las rutas especificadas, en el directorio de sistema de Windows por defecto, y de la creación de los archivos del menú de inicio.
Los pasos a seguir son para la instalación individual son:
• Como cada planta dispone de un paquete individual de instalación se debe ejecutar el fichero de instalación denominado “Instalar_XXX”, donde XXX es el nombre de la planta que deseamos instalar.
• Después de la pantalla de bienvenida se seleccionará el idioma en que deseamos que se realice la instalación.
• Acto seguido se escogerá la carpeta en la que se pretende instalar el componente.
• A continuación se decidirá el grupo de programas donde se crearán los accesos directos del menú de inicio de Windows.
• Luego se seleccionarán los iconos que se crearán. Permite crear tanto iconos en el escritorio del usuario actual como en la barra de inicio rápido del explorador.
• Después de comprobar que las opciones escogidas son las correctas se procede a la instalación del componente.
Una vez instalado el componente, el programa instalador permite ejecutarlo para comprobar que funciona correctamente, o para su uso inmediato, no siendo necesario reiniciar el sistema para que el sistema funcione correctamente como con otros instaladores.
4.2. Instalación conjunta
En este instalador se han incluido varias opciones de instalación:
• Instalación completa : Instala todas la plantas del proyecto y el PlantConnect
• Instalación compacta : Instala únicamente el PlantConnect y la planta garaje
• Instalación personalizada : Se mostrarán un menú con las opciones de marcado de cada una de las plantas del PlantSim y el PlantConnect y se deberá marcar las que el usuario desea instalar.
Los pasos a seguir para la instalación conjunta son los siguientes: • Ejecutar el archivo “Instalar PlantSimPlantConnect.exe”
• Después de la pantalla de bienvenida se seleccionará el idioma en que deseamos que se realice la instalación.
• Acto seguido se escogerá la carpeta en la que se pretende instalar el componente.
• Seleccionar la opción de instalación entre las opciones anteriormente citadas: completa, compacta y personalizada. Si la opción es personalizada, escoger los componentes que se instalarán
• A continuación se decidirá el grupo de programas donde se crearán los accesos directos del menú de inicio de Windows.
• Luego se seleccionarán los iconos que se crearán. Permite crear tanto iconos en el escritorio del usuario actual como en la barra de inicio rápido del explorador.
• Después de comprobar que las opciones escogidas son las correctas dará comienzo la instalación.
4.3. Desinstalación de la aplicación
Para la desinstalación del programa también se dispone de varias alternativas. Una de ellas sería desinstalar uno a uno los componentes mediante su desinstalador.
Pero si para la instalación se ha utilizado el instalador general, es conveniente utilizar el desinstalador generado por éste, ya que se desinstalará completamente y se borrarán todas las carpetas que habían sido creadas y que ya no son necesarias.
Este desinstalador sigue una secuencia similar a la del instalador general. Una vez confirmado que se pretende quitar por completo la aplicación, ejecutará los desinstaladores de cada uno de los componentes.
Cabe resaltar que dichos desinstaladores pueden encontrarse conjuntamente con el grupo de programas y con el grupo de accesos directos creados por el instalador, o bien acudiendo a “Agregar o quitar programas” en el “Panel de control.”
5. EL SIMULADOR DE PLANTAS:
PlantSim
5.1. Introducción
PlantSim es el software encargado de la simulación de las instalaciones y plantas industriales con una interfaz amable e interactiva a través del cual el usuario interactúa con la planta como si estuviera en la misma.
Las diversas plantas del software PlantSim pueden controlarse interactuando en la propia planta, manipulando los valores de las entradas y salidas de las mismas (pulsando sobre los botones que las definen) o por medio del software de comunicación PlantConnect.
Los sensores y actuadores de las diferentes plantas se comunicarán con el autómata a través del software de comunicación PlantConnect. De modo que el cambio producido en un sensor (Ej. Sensor Pieza En Pinza) de una planta determinada, aparecerá reflejado en el panel correspondiente del PlantConnect por un cambio análogo en la iluminación del la bombilla correspondiente a dicha entrada y cuyo nombre aparece cuando se coloca el cursor sobre la misma. Asimismo, el cambio producido en un actuador (Ej. Motor Ascensor Arriba) será transmitida desde el PlantConnect hacia la planta recibiendo un cambio análogo en la iluminación del la bombilla correspondiente a dicha entrada.
Antes de entrar de lleno en la descripción del PlantSim conviene realizar una aclaración en cuanto a los términos “entradas”y “salidas”. En todo el proyecto, tanto en el PlantSim como en el PlantConnect, cuando se hace una referencia a una variable de entrada o de salida, ésta se nombra con respecto al autómata. Esta nomenclatura se ha llevado a cabo con el fin de no aumentar la confusión del usuario.
En un sentido estricto, una variable de salida del autómata (Ej. Motor Ascensor Arriba) sería una variable de entrada en la planta, ya que la planta leería el valor de la salida del autómata y generaría el movimiento en la planta. Pero como en el enunciado de la automatización llamaremos a dicha variable Salida_MotorAscensorArriba si en la planta la llamamos entrada estaríamos introduciendo unan fuente de confusión.
Para que no se produzcan errores de comprensión se establece la nomenclatura anteriormente citada, y de este modo, “Motor Ascensor Arriba” será una variable de salida y “Sensor Pieza En Pinza” una variable de entrada tanto en el autómata como en el PlantSim correspondiente y como en el PlantConnect.
La misión del usuario será diseñar para cada una de las instalaciones un programa que permita el funcionamiento automático de la planta.
En este capítulo se describirán las distintas plantas que forman parte de este software, así como el funcionamiento de las mismas.
5.2. Estructura General
Todas las plantas pertenecientes al PlantSim tienen una estructura similar. Se ha tomado como ejemplo la planta “Manipulador Industrial”.
A continuación se procede a explicar el funcionamiento de cada una de las partes que componen la estructura general del PlantSim y que serán indicadas en la siguiente figura.
Para una mejor comprensión de la estructura general que compone cada planta se muestra cada zona numerada y contenida en un recuadro oscurecido y delimitado con un borde coloreado, tal como se muestra en la siguiente figura:
5.2.1. Zona 1: Entradas
En este recuadro se muestran los valores actuales de las variables de entrada en la planta. Dichos valores junto con sus nombres, canal y bit de entrada al que pertenecen serán enviados al autómata a través del PlantConnect una vez se hayan realizado las comunicaciones pertinentes.
Los valores binarios se muestran por medio de una bombilla o led que estará encendido en el caso de que el valor sea verdadero (igual a uno) o apagado si es falso (igual a cero).
Cabe destacar que los valores del canal y el bit asociado a cada entrada pueden ser modificados o bien a través de las opciones del menú “Señales”, o bien a través de los botones de acceso directo de la barra de herramientas, como se explicará mas adelante
5.2.2. Zona 2: Salidas
En este recuadro se muestran los valores actuales de las variables de salida en la planta. Dichos valores son recogidos del autómata a través del PlantConnect si han sido establecidas las conexiones entre los mismos,
Los valores binarios se muestran por medio de una bombilla o led que estará encendido en el caso de que el valor sea verdadero (igual a uno) o apagado si es falso (igual a cero).
Al igual que las entradas es preciso subrayar que los valores del canal y el bit asociado a cada salida pueden ser modificados o bien a través de las opciones del menú “Señales”, o bien a través de los botones de acceso directo de la barra de herramientas, como se explicará con más profundidad en el apartado a la susodicha.
5.2.3. Zona 3: Planta física
En esta zona podemos observar tres áreas bien diferenciadas • Planta
• Consolas y mandos • Cuadro eléctrico
5.2.3.1. Cuadro eléctrico
Contiene los relés magnéticos y los relés térmicos encargados de la administración de la energía eléctrica a la instalación o a algún componente de la misma.
5.2.3.2. Consolas y mandos
En esta zona se representan las consolas y mandos ubicados en la planta o en las inmediaciones de la misma y cuyo uso puede ser utilizado por un operario de la instalación ya sea para su correcto funcionamiento, para la visualización del estado de la instalación, para la elección del modo manual frente al automático y su posterior uso manual por el operario con la consola, o como un sistema de seguridad de la planta.
5.2.3.3. Planta
Esta zona muestra la planta objeto de la automatización. En ella se representa el funcionamiento de la instalación asociado a las salidas recibidas. Esto es, los niveles de los depósitos, los movimientos de los elementos, los sonidos correspondientes,…
Dependiendo de la planta, también se puede modificar el funcionamiento de la instalación en esta zona, mediante acciones que conllevan el cambio de alguna señal de entrada o realizando acciones que modifican algún actuador de la planta. Otras se encontrarán en la zona de consolas y mandos.
5.3. Elementos comunes
Del mismo modo que la estructura en la ventana principal del PlantSim es similar en todas las plantas, existen muchas equivalencias en el comportamiento de éstas.
Las funciones de la planta se encuentran situadas en la barra de menús, si bien se puede acceder a algunas de ellas por medio de los botones situados en la barra de herramientas para una utilización más cómoda y agradable.
Algunas de las funciones de la planta abren una ventana nueva aparte para hacer la tarea más simple y más intuitiva.
Así pues, se pueden distinguir 3 zonas de elementos comunes 1. Barra de menús
2. Barra de herramientas 3. Barra de estado
5.3.1. Barra de menús
La barra de menús de cada una de las instalaciones tiene el siguiente aspecto:
Figura 5.3.1 Barra de menús del PlantSim
En el menú “Archivo” tan solo se dispone de la opción “Salir” que refleja la acción de cerrar la aplicación y todos los procesos y subprocesos abiertos durante la ejecución de la planta, ya sean de comunicaciones o propios de la instalación, por lo que no entraremos a analizar con mas profundidad en dicha opción ya que a nivel de usuario seria semejante a cerrar cualquier otra ventana de Windows.
5.3.1.1. Menú “Señales”
Si se despliega el menú “Señales” se nos aparece una serie de opciones tales como:
Figura 5.3.1.1 Menú Señales del PlantSim.
En este menú se tendrá la posibilidad de cambiar la configuración de las señales, esto es, cambiar el canal y el bit de cada una de las señales, tanto de entrada como de salida.
Las opciones “Cargar conexiones”, “Guardar conexiones” y “Conexiones por defecto” son las mismas que aparecen en la ventana que se despliega al seleccionar la opción “Definir conexiones” por lo que serán explicadas a continuación en la descripción de esta ventana.
Por defecto al iniciar la planta se cargan las conexiones por defecto, aunque por medio de este menú tendremos acceso a otra ventana donde se podrá definir otra configuración, así como guardar dicha configuración o cargar alguna anteriormente guardada.
5.3.1.1.1. Ventana “Definir Conexiones”
Al seleccionar la opción “Definir conexiones” del menú “Señales” se abre la siguiente ventana:
Figura 5.3.1.1.1 Ventana “Definir Conexiones” del PlantSim
En cada una de las plantas existe una ventana con la que se puede cambiar la dirección de las variables que maneja.
Como podemos apreciar en la imagen, la ventana se divide en dos pestañas que agrupan las señales de la instalación en: “Entradas Binarias” y “Salidas Binarias”.
Para conectar una variable a una dirección es suficiente con arrastrar con el ratón el nombre de la variable hacia el nombre de la dirección. Si la conexión es posible el cursor mostrará la apariencia del cursor de Windows para este efecto, consistente en el una flecha con un recuadro debajo al lado del signo “+”. En caso contrario mostrará una señal de prohibido.
Si soltamos el botón el nombre de la dirección se resaltará en verde y el nombre de la variable se situará debajo, y el nombre de la
variable en la lista de variable se resaltará en rosa, quedando desactivado con el fin de que la misma señal no se conecte a dos entradas.
Figura 5.3.1.1.1 Especificando conexiones
Del mismo modo podemos deshacer cada una de las asignaciones realizadas sin más que hacer doble click en la conexión establecida, restaurándose el texto y el color inicial de las etiquetas dirección y variable que componían la conexión.
Para que dichas conexiones sean aplicadas en la planta tienen que estar todas las variables, tanto de entrada como de salida, asignadas a una dirección determinada y haber pulsado el botón “Aceptar”.
En caso de que exista alguna señal sin ninguna dirección asignada, al pulsar el botón “Aceptar”, surgirá un mensaje de alerta advirtiéndonos del error.
Esto es válido para ambas pestañas, la de señales de entrada y la de señales de salida
Como se puede observar en las anteriores figuras existe un menú denominado “Conexiones” que se explicará a continuación.
En el menú “Conexiones” se encuentran siete funciones para desenvolverse con mayor facilidad en la ventana.
Figura 5.3.1.1.1 Menú Conexiones de la Ventana “Definir conexiones” La función “Conexiones por defecto” permite conectar todas las variables de la planta en las direcciones predeterminadas. En un principio se establecen las conexiones por defecto al cargar la planta para una mayor comodidad del usuario.
La función “Cargar conexiones” permite cargar una configuración de conexiones de entrada y de salida anteriormente guardadas.
La función “Guardar conexiones” permite guardar la configuración establecida en ese momento en la ventana de “Definir conexiones”.
La función “Mantener el viejo valor de la entrada cambiada” hace referencia al suceso de cambiar una entrada de dirección habiendo iniciado ya la planta. Si se encuentra activada, como sucede por defecto, al cambiar una conexión el valor de la antigua dirección permanece sino se le es asignada una nueva entrada. Esta opción resulta interesante para reflejar que sucedería en la instalación ó en nuestro programa de automatización en el caso real de que algún operario cambiase accidentalmente alguna conexión.
La función “Desconectar entradas” realiza la desconexión global de todas las señales de entrada para que el usuario pueda conectarlas a su antojo, desde cero. Esto sería semejante a hacer doble click sobre todas las señales de entrada.
La función “Desconectar salidas” realiza la desconexión global de todas las señales de salida para que el usuario pueda conectarlas a su antojo, desde cero. Esto sería semejante a hacer doble click sobre todas las señales de salida.
La función “Cancelar” cierra la ventana sin aplicar ningún cambio en las conexiones.
Los botones “Conexiones por defecto” y “Cancelar” realizan la misma función que la opción homónima del menú “Conexiones”.
El botón “Aceptar” cerrará la ventana “Conexiones” y aplicará los cambios realizados en las conexiones, en el caso de no exista ninguna señal sin dirección asignada, devolviéndonos un mensaje de alerta advirtiéndonos del error en caso contrario.
5.3.1.2. Menú “Comunicación con PlantConnect”
Si se despliega el menú “Comunicación con PlantConnect” se nos aparece una serie de opciones tales como:
Figura 5.3.1.2 Menú “Comunicación con PlantConnect” del PlantSim Para llevar a cabo la comunicación con el software PlantConnect es necesario que el PlantSim esté a la espera de la llamada de inicio de conversación al igual que si quisiésemos hablar por teléfono con alguien sería necesario que dicha persona estuviera a la espera de dicha llamada.
Esta acción tendrá lugar cuando se selección la opción “Iniciar la comunicación con el PlantConnect (Modo Escucha)”, reflejándose que dicha acción ha tenido lugar y se ha realizado correctamente visualizando en la barra de estado el mensaje “Esperando Conexión”.
Para finalizar la conexión se seleccionará la opción “Finalizar la comunicación con el PlantConnect”. Por continuar con la analogía anterior, esto sería como si el interlocutor llamante decide terminar con la comunicación y cuelga el teléfono.
Se ha de tener en cuenta que la comunicación que tendrá lugar entre PlantSim y PlantConnect se ha diseñado siguiendo el protocolo de comunicaciones TCP/IP, por lo que los equipos en los que se pretenda establecer dicha comunicación han de tener configurada esta conexión
La comunicación TCP/IP se caracteriza por establecer la dirección de comunicación basándose en las direcciones IP de los equipos y un mismo puerto de comunicación. Este puerto se ha configurado por defecto en el “8050”, pero puede ser modificado con la opción “Cambiar el puerto de comunicaciones con el PlantConnect”. Esto es de gran utilidad puesto que dicho puerto puede no estar disponible, por ejemplo, si dicho puerto esta siendo utilizado por otra aplicación, o si el cortafuegos (Firewall) posee una configuración que no permite la utilización de dicho puerto.
Para realizar el cambio de puerto se abre una nueva ventana que muestra el puerto actual y un recuadro donde se indicará el nuevo puerto de comunicaciones, como podemos observar en la siguiente figura.
5.3.1.3. Menú “Ayuda”
El menú “Ayuda” despliega el siguiente submenú.
Figura 5.3.1.3 Menú “Ayuda” del PlantSim
En este menú se agrupan las funciones de apoyo al usuario.
La función “Acerca de” abrirá una ventana donde se mostrará la información acerca de los creadores del PlantSim. Acudiendo a la función “Ayuda” se accederá al manual del usuario del PlantSim.
La función “Info del Equipo” abre la siguiente ventana mostrando la IP y el nombre del equipo en el que se haya ejecutando la aplicación, así como el puerto de conexión que se ha seleccionado para la conexión TCP/IP
Figura 5.3.1.3 Ventana “Info del Equipo” menú “Ayuda” del PlantSim La función “Siempre encima” permite mantener la ventana del PlantSim por encima del resto de aplicaciones abiertas. Esta funcionalidad es de gran utilidad cuando deseamos seguir observando el estado de la instalación a pesar de estar accediendo a otras aplicaciones, como pueden ser el PlantConnect o el autómata al que se conecta el PlantConnect.
5.3.2. Barra de herramientas
La mayoría de las funciones anteriormente mencionadas, aparte de poder ejecutarse desde el menú, también son accesibles mediante los botones situados en la barra de herramientas.
Figura 5.3.2 Barra de herramientas del PlantSim
A continuación se muestra una pequeña descripción de cada uno de los botones de acceso de la barra de herramientas.
5.3.2.1. Botón : Ejecuta la función “Cargar conexiones”
5.3.2.2. Botón : Ejecuta la función “Guardar conexiones”
5.3.2.3. Botón : Ejecuta la función “Definir conexiones”
5.3.2.4. Botón : Ejecuta la función “Conexiones por defecto”
5.3.2.5. Botón : Ejecuta la función “Guardar conexiones”
Todos estos botones abren la ventana “Definir conexiones” del PlantSim y, a excepción de “Definir conexiones”, todos ellos ejecutan su función correspondiente al menú “Conexiones”.
5.3.2.6. Botón : Ejecuta la función “Iniciar la comunicación con el PlantConnect (Modo Escucha)”
5.3.2.7. Botón : Ejecuta la función “Finalizar la comunicación con el PlantConnect”
5.3.3. Barra de estado
Todas las plantas presentan una barra de estado en la parte inferior de la ventana principal. Esta barra de estado es idéntica en todas las plantas, y muestra los mismos mensajes.
Dicha barra se utiliza para informar al usuario del estado de la conexión con el PlantConnect.
Los mensajes que se muestran se referirán a esta conexión: • Sin Conexión:
En este estado se encuentra a la espera de que el usuario quiera ponerse en contacto con el PlantConnect. El primer paso para la conexión con el PlantConnect sería poner en modo escucha el PlantSim, lo cual daría lugar al siguiente estado “Esperando conexión”
Figura 5.3.3 Estado de la Conexión = Sin Conexión • Esperando Conexión:
Al poner en modo escucha el PlantSim se queda esperando que el PlantConnect envía una señal indicando que también quiere ponerse en contacto con el PlantSim. Este estado queda reflejado en la barra de estado con el mensaje “Esperando conexión”.
Figura 5.3.3 Estado de la Conexión = Esperando Conexión • Conectado:
Al enviar la señal el PlantConnect de su intención de comunicarse con el PlantSim se establece la comunicación entre ambos, comenzando a enviarse datos de modo cíclico como se explicará mas adelante en el apartado del PlantConnect. Cuando el PlantConnect se encuentre conectado al PlantConnect se mostrará el mensaje de conexión indicando también la IP y el puerto con el que se ha realizado dicha conexión.
6. PLANTA nº 1: PUERTA DE UN GARAJE
6.1. Descripción
Continuamente nos encontramos a nuestro alrededor infinidad de automatizaciones que pasan completamente desapercibidas debido a que se han integrado totalmente en nuestra vida. Esta planta es un claro ejemplo de ello, la automatización de la puerta de un garaje.
Figura 6.1 Automatización de la puerta de un garaje
Como se infiere de la imagen anterior se trata de la apertura y cierre de la puerta de un garaje, así como de su señalización mediante un semáforo, a partir de una serie de señales tanto de indicación de la acción deseada como del estado de la puerta.
Por tratarse de la primera planta, se ha implementado un botón denominado “Funcionamiento modo DEMO” que al activarse simula el proceso de la automatización como si un programa fuera cargado en el autómata y se estuviese ejecutando, posibilitando el manejo de la puerta del garaje como si fuera un usuario del mismo
6.2. Entradas
Si se envía el puntero del ratón a la parte baja del dibujo, es decir a la parte de la imagen representativa de la calle, se observará que este se transforma en un mando a distancia, el cual, cuando se pulsa en el botón de apertura, es decir, cuando se hace click en el ratón, se ilumina el led rojo que posee indicando la realización de dicha acción. Cuando se encuentre pulsado el botón del mando a distancia se activará la entrada de la planta “Mando a distancia”, iluminándose el led verde que se encuentra a su lado. Asimismo, cuando no se encuentre pulsado retornará a su estado desactivado.
Si se sitúa el puntero del ratón sobre la cerradura de la puerta del garaje, ubicada en la pared lateral izquierda de la misma, este se convierte en la mano del usuario con la llave del garaje. Si se pulsa con el ratón sobre la cerradura, la mano con la llave girará, activando la entrada de la planta “Llave apertura manual”
Si se coloca el puntero del ratón sobre la línea roja que simboliza el rayo infrarrojo correspondiente a la fotocélula, el puntero cambiará a la forma de una mano, que representará la posibilidad del paso de algo ó alguien por la puerta del garaje. Al pulsar sobre la línea roja se evidenciará dicho paso observando como se interrumpe el rayo en el punto en el que se ha situado el puntero, además de activar la entrada “Célula fotoeléctrica”
Las otras entradas hacen referencia al estado de la puerta corredera, correspondiéndose a los fines de carrera.
Cuando la puerta esté completamente abierta se activará la entrada “Fin Carrera Apertura” y cuando esté completamente cerrada se activará la entrada “Fin Carrera Cierra”
6.3. Salidas
Las salidas correspondientes a esta planta son cuatro, dos actuadores del movimiento de la puerta y dos de señalización del semáforo.
El movimiento de la puerta se controlará con las señales del motor, abriéndose en el caso de estar activada la señal “Motor Apertura” y cerrándose en el supuesto de estar activada la señal “Motor Cierre”. En el caso de que ambas señales se encuentren activadas al mismo tiempo esto provocaría el salto del magnético del cuadro eléctrico, como indicaremos mas adelante en el apartado referido al cuadro eléctrico de la planta.
Respecto a las señales del semáforo solo cabe decir que la luz verde se iluminará cuando la señal “Semáforo Verde” esté activada y la luz roja se iluminará cuando la señal “Semáforo Rojo” esté activada. La activación de una no implica la desactivación de la otra, ni que salte ninguno de los relés del cuadro eléctrico
6.4. Cuadro eléctrico
En la parte superior derecha de la planta podemos distinguir el cuadro eléctrico de la planta, referido en este caso al motor de la puerta del garaje.
El cuadro eléctrico contiene dos relés, un térmico y un magnético. Como se observa a simple vista el térmico se haya situado a la izquierda y el magnético a la derecha.
El relé térmico saltará cuando exista una sobrecarga en el motor. Es decir, cuando se dé la orden de subir la puerta del garaje, el motor comenzará a girar en un sentido y una vez la puerta haya llegado al final de su recorrido, si se sigue alimentando al motor se provocará una sobrecarga que hará saltar el relé térmico.
El relé magnético saltará cuando se provoque un cortocircuito. Cuando se activa la señal de subir la puerta del garaje el motor adquiere una configuración eléctrica que le permite girar en un sentido y, de modo análogo cuando se activa la señal de bajar la puerta del garaje el motor adquiere una configuración eléctrica distinta que le deja girar en el sentido contrario. Es por ello, que cuando se activen simultáneamente el motor en ambos sentidos se provocará un cortocircuito que hará saltar el relé magnético.
Una vez haya saltado alguno de ellos, el circuito eléctrico de la planta estará abierto, interrumpiéndose el suministro de corriente, por lo que para que esta vuelva a funcionar se ha de colocar los relés automáticos en su posición original. Para ello se pulsará sobre el relé que haya saltado. Si la situación que ha motivado el salto continúa, el relé volverá a saltar como es de suponer.
6.5. Propuesta de automatización
La propuesta para la automatización de esta planta es, que una vez escrito y cargado el programa en el autómata, estando este a “Run”, cuando se gire la llave de apertura manual o se pulse el botón de apertura del mando a distancia, se abra la puerta del garaje hasta el extremo superior.
Una vez ahí se disparará un temporizador de, por ejemplo, diez segundos. Transcurrido este tiempo la puerta del garaje comenzará a bajar hasta quedar completamente cerrada.
Como medida de seguridad si durante el cierre de la puerta, algo ó alguien interrumpe el rayo infrarrojo de la célula fotoeléctrica la puerta volverá a subir, reiniciando de nuevo el proceso. Esto mismo sucederá si durante el cierre de la puerta se gire la llave de apertura manual o se pulse el botón de apertura del mando a distancia.
La luz roja del semáforo estará activada durante la apertura y cierre de la puerta, y la luz verde permanecerá encendida durante el tiempo que dure la temporización, indicando la posibilidad de poder pasar por la puerta con seguridad.
Se ha de tener en cuenta que esta propuesta de funcionamiento es solo una guía y que la aplicación ha sido diseñada precisamente para permitir complicar la automatización tanto como se desee (Por ejemplo, bajando la puerta una vez se haya abierto completamente y atravesado algo ó alguien el infrarrojo de la célula fotoeléctrica).
7. PLANTA nº 2: CONTROL DEL NIVEL DE UN DEPÓSITO
7.1. Descripción
En una determinada zona industrial se desea garantizar el suministro de un líquido específico, regulando el nivel del mismo en el depósito contenedor. De igual modo, también se desea controlar el nivel del líquido con un sistema de seguridad en el que ya sea por que el nivel del depósito sea demasiado grande, corriendo el riesgo de un desbordamiento, o demasiado pequeño, con el consecuente peligro de no abastecer a la instalación, se gestione el nivel del depósito y las alarmas de las que se disponen en relación al compromiso de seguridad establecido.
Figura 7.1 Automatización de un depósito.
En la imagen de la instalación podemos observar el líquido a través de un corte transversal del depósito y la ubicación de los sensores detectores de líquido que actuarán como indicadores de nivel. Asimismo la planta dispone de un indicador del nivel actual del líquido, expresado en tanto por ciento de llenado del depósito, tal y como lo observaría un operario de la planta.
La válvula de salida se corresponde con una llave de paso señalada en la parte inferior de la instalación, con la cual se podrá indicar si existe o no la demanda del líquido por la planta, abriendo ó cerrando dicha llave. Al no depender del operario la demanda del líquido sino de la propia planta a la que se lo suministramos, solo se podrá actuar sobre la demanda de modo manual.
La demanda del líquido puede ser modificada en cualquier momento pulsando el botón derecho del ratón sobre la llave de demanda indicada en la parte inferior de la instalación. De este modo se mostrará un panel sobre el cual podremos establecer el tipo demanda deseada, ya sea una de las predefinidas o una determinada por el propio usuario.
Figura 7.1 Demanda del líquido del depósito.
7.2. Entradas
La planta dispone de seis entradas. Las cuatro primeras hacen referencia a unos sensores ubicados en el depósito y las otras dos se corresponden con las señales de la consola de mando.
Las cuatro primeras entradas se corresponden con los sensores de líquido citados anteriormente y que nos indican la altura alcanzada en cada instante el nivel de líquido en el depósito. La activación de cada una de ellas indicará que la altura del líquido en el depósito ha alcanzada ó rebasado ese nivel.
En el cuadro de mando se encuentran ubicados el interruptor “Manual/Automático” y el pulsador de “Rearme”.
La entrada “Manual/Automático” permite determinar el modo de funcionamiento de la planta. Interaccionando con dicho interruptor ubicado en el cuadro de mando se podrá cambiar de uno a otro estado.
Se ha de controlar la planta de manera que cuando se esté en modo “Manual” se podrá actuar sobre la válvula de entrada haciendo caso omiso de la actuación del autómata sobre la válvula de entrada.
De igual manera, en el modo “Automático” será imposible actuar manualmente sobre la válvula de entrada, que estará siendo controlada directamente por el PLC.
La entrada “Rearme” se corresponde con el pulsador de seguridad situada en la consola de mando. Como medida de seguridad, las alarmas de la instalación saltan cuando los niveles de líquido no se encuentran entre los parámetros deseados. Mediante la activación de esta entrada se apagarán dichas alarmas aunque todavía se encuentre en una zona crítica de funcionamiento.
7.3. Salidas
La planta posee 4 salidas, un actuador sobre la válvula de entrada y tres señales de alarma.
La señal “Válvula de entrada” aparece representada en la instalación por una llave de paso en la tubería de entrada de líquido al depósito que se desea controlar. Actuando sobre ella se podrá determinar si entra o no líquido en el depósito, siendo el flujo de entrada constante. Como se ha mencionado anteriormente se podrá controlar esta válvula pulsando sobre la misma únicamente cuando el interruptor de estado se encuentre en el modo manual. Cuando se encuentre en modo automático sólo se podrá controlar con las señales recibidas por el PlantConnect ó forzando dicho valor en el panel de las señales de salida.
Las tres siguientes señales se relacionan con señales de alarma, dos se corresponden con luces de aviso y la última con una sirena acústica.
Tanto la señal “Depósito desbordando” como “Depósito vacío” iluminarán las luces de la sirena (sin sonido) indicando la situación de peligro existente, mediante este avisador luminoso.
Del mismo modo la señal “Sirena” se ocupa del aspecto acústico de la sirena produciendo un nivel de alarma mayor.
7.4. Propuesta de automatización
Un posible ejercicio de automatización con esta planta consistiría en tratar de mantener el nivel de líquido del depósito entre los niveles Alto y Bajo. Si por alguna razón nos saliésemos del intervalo deseado se activará la correspondiente alarma visual de desbordamiento. Si además de salirse del nivel de seguridad de buen funcionamiento, comprendido entre los niveles Alto y Bajo, se rebasa el nivel Máximo ó no llega al nivel Mínimo, se pasará a otro nivel de seguridad donde se activará la señal acústica de la sirena. Dicho avisador acústico sólo se apagará si al volver a estar el líquido en el anterior nivel de seguridad (intervalo entre nivel Máximo y Mínimo) se pulsa el botón rearme situado en la consola de mando
8. PLANTA nº 3: ASCENSOR DE UN EDIFICIO
8.1. Descripción
Esta instalación es otro ejemplo de la infinidad de automatizaciones que pasan completamente desapercibidas en nuestro entorno. En esta instalación se muestra un edificio de cuatro pisos que dispone de un ascensor accionado por un motor eléctrico. Como se ve esta instalación podría ser perfectamente su ascensor, el de un edificio de viviendas, el de un edificio de oficinas, hospital,…
Figura 8.1 Automatización de un ascensor.
Como se puede observar en la figura anterior, esta instalación posee veintiocho señales: dieciséis señales de entrada y doce señales de salida. Tanto el alto número de señales como la mayor complejidad de la instalación permitirán un mayor número de posibles ejercicios diferentes así como un aumento en el nivel de dificultad de su control.
8.2. Entradas
Las dieciséis señales de entrada de la instalación se pueden dividir en cuatro grandes grupos: las señales de llamada al ascensor, las señales que indican al piso al que se desea ir, las señales que muestran la posición del ascensor, las señales de seguridad y las que muestran la posición fin de carrera de las puertas del ascensor.
Las cuatro primeras entradas pueden reunirse en el grupo de señales de llamada al ascensor: “Botón de llamada al piso 3”, “Botón de llamada al piso 2”, “Botón de llamada al piso 1” y “Botón de llamada al piso B” (Planta Baja).
El usuario del ascensor puede acceder a estas entradas situando el puntero del ratón sobre el botón de llamada colocado al lado de la puerta del ascensor de cada uno de los pisos. El usuario de la aplicación notará que al pasar por encima de los mismos se agrandará el panel de llamada donde se ubica dicho botón, mostrando de este modo la posibilidad de interactuacción y facilitando el manejo del panel. En el panel de llamada se encuentra el botón de llamada y un led. Pulsando sobre el botón de llamada se activará la señal de entrada correspondiente al piso donde se encuentra el panel.
Las cuatro siguiente hacen referencia al grupo de señales que indican al piso al que se desea ir: “Botón ir a piso 3”, “Botón ir a piso 2”, “Botón ir a piso 1” y “Botón ir a piso B” (Planta Baja). Estas señales se corresponden con el grupo de botones ubicados en el cuadro de mando de la cabina del ascensor. Situando el cursor dentro de la cabina del ascensor en el cuadro de mando se observará que dicho cuadro aumentará su imagen, mostrando su interactuacción, de modo análogo a lo que sucede con el panel de llamada. Este cuadro de mando de la cabina del ascensor es accesible o bien desde dentro de ascensor, cuando este se encuentre parado y con las puertas abiertas, o bien desde la consola mostrada en el lado derecho de la aplicación posibilitando de este modo su manejo cuando se encuentren las puertas del ascensor cerradas. De este modo se posibilita la situación del marcado del piso deseado una vez dentro del ascensor y con este en movimiento, lo cual nos permite un mayor abanico de posibilidades en su automatización.
En el cuadro de mando de la cabina del ascensor se encuentra, además del grupo de botones anteriormente citados, el botón de parada “Botón Stop” que inhabilita al ascensor ha realizar ningún movimiento como medida de seguridad mientras se encuentre activado. Este botón se mostrará iluminado con una luz roja cuando se halle activado
El siguiente grupo de señales muestra la posición del ascensor en el edificio. Este grupo contiene las siguientes señales: “Sensor ascensor en 3”, “Sensor ascensor en 2”, “Sensor ascensor en 1” y “Sensor ascensor en B” (Planta Baja). Son cuatro entradas que nos informan de que el ascensor, en su movimiento vertical, se encuentra en alguna de las cuatro plantas existentes en el edificio. Cuando el ascensor esté en movimiento se podrá observar como estos detectores se activan ó desactivan en función de donde se encuentre el ascensor.
La señal de entrada “Célula fotoeléctrica” se encuentra representada en la instalación por una fina línea roja que simboliza el rayo infrarrojo de la misma y que se podrá observar cuando la puerta del ascensor no se encuentre cerrada.
Al situar el puntero del ratón sobre el rayo infrarrojo se verá como el icono del ratón se transforma en una mano simbolizando la posible interferencia del mismo por alguien o algo. Con ello se pretende representar la entrada de un usuario del ascensor o la acción de tapar el rayo mientras se cierra la puerta para volver a abrir la puerta del ascensor y permitir la entrada ó la salida de alguien más.
La cabina dispone además de dos detectores de fin de carrera de las puertas del ascensor: “Sensor puertas abiertas” y “Sensor puertas cerradas”. Activándose una u otra según se encuentre el ascensor con las puertas completamente abiertas ó completamente cerradas y produciendo el sonido característico cuando se alcance por primera vez dicho fin. Cuando el ascensor alcance el destino deseado también se producirá otro sonido característico indicando que se ha llegado al piso solicitado.
8.3. Salidas
Al igual que las señales de entrada, las señales de salida se pueden dividir en cuatro grandes grupos: las señales de iluminación del led de llamada, las señales de iluminación de los botones de la cabina, las señales del movimiento del ascensor y las señales del movimiento de las puertas de ascensor.
El grupo de las cuatro primeras señales se corresponden a la iluminación del led de los paneles de llamada de cada uno de los pisos: “Luz botón piso 3”, “Luz botón piso 2”, “Luz botón piso 1” y “Luz botón piso B” (Planta Baja). En nuestra propuesta de automatización se expondrá una posible utilización de las mismas.
Las cuatro siguientes pertenecen al grupo encargado de la iluminación de los botones de la cabina del ascensor: “Luz botón cabina 3”, “Luz botón cabina 2”, “Luz botón cabina 1” y “Luz botón cabina B” (Planta Baja). Al igual que en el grupo anterior se dejará a la propuesta de automatización su utilización.
Tanto la señal “Motor ascensor arriba” como “Motor ascensor abajo” rigen el comportamiento del movimiento vertical del ascensor, subiendo o bajando según qué señal se halle activada.
El movimiento de las puertas se controla con las señales “Abrir puerta ascensor” y “Cerrar puerta ascensor” que establecen la configuración adecuada del motor de la puerta.
Al lado de cada una de las señales de estas cuatro últimas señales hay un botón que permite accionar manualmente el movimiento descrito por la señal correspondiente, pudiendo situar el ascensor en cualquier posición que se desee y así poder comprobar el comportamiento del ascensor ante una situación particular.
8.4. Cuadro eléctrico
El cuadro eléctrico de la instalación establece la seguridad de la instalación en tres sectores bien diferenciados: seguridad del movimiento vertical del ascensor, seguridad de las puertas del ascensor y seguridad del usuario.
En relación tanto a la seguridad del movimiento vertical del ascensor como de las puertas del mismo se dispone de varios relés térmicos y magnéticos que saltarán cuando en alguno de los motores se provoque una sobrecarga o un cortocircuito respectivamente. Para restaurar el funcionamiento del motor asociado se han de situar los relés en su posición original.
En cuanto al relé de seguridad del usuario, saltará cuando se dé alguna circunstancia peligrosa, tanto para los usuarios como para los técnicos de mantenimiento. Como, por ejemplo: el accionar los motores del ascensor cuando la puerta esté abierta ó intentar abrir la puerta del ascensor cuando la cabina se encuentre en una zona entre pisos.
8.5. Propuesta de automatización
Como se explicó en la descripción de la instalación, el abanico de posibilidades en esta instalación es tan amplio y variado que se deja al usuario de la aplicación y a su experiencia con dichos mecanismos el modo de control de esta instalación, proponiendo una de las múltiples posibilidades que se ofrece.
La idea básica para la automatización de esta planta es que en el momento en el que algún usuario realice una llamada al ascensor se llame al ascensor al piso en el que se halle situado y se iluminen todos los led del edificio indicando el estado de ocupado del ascensor que ha resuelto responder a dicha llamada.
Así mismo, cuando el ascensor se encuentre en movimiento se iluminarán los botones de la cabina indicando el piso ó intervalo de pisos en el que se halle.
Del mismo modo se interrumpirá la llamada o indicación del destino del ascensor si encontrándose este en el proceso de cierre de las puertas del ascensor se interrumpe el rayo de infrarrojos de la célula fotoeléctrica, pudiendo ser reemplazado el destino del ascensor, reflejando así la posibilidad de la llegada de un nuevo usuario con un destino mas cercano que su predecesor.
El proceso de apertura ó cierre de las puertas del ascensor tendrá lugar una vez se halla indicado la llamada del mismo ó se halla alcanzado el piso destino del usuario del ascensor.
Como medida de seguridad cesará todo movimiento en el caso de que usuario haya pulsado el botón “Stop” de emergencia.
9. PLANTA nº 4: SISTEMA DE CINTAS TRANSPORTADORAS
9.1. Descripción
Esta instalación, perteneciente a un entorno claramente industrial, contiene un sistema de llenado y vaciado de piezas, en el que además se tiene que realizar el control del transporte de las cajas desde un sistema a otro.
Figura 9.1 Automatización de un sistema de cintas transportadoras.
Como excepción propia de esta planta, se puede observar una particularidad añadida a la descripción general de la estructura de las plantas. Esta particularidad en el diseño se haya situada entre los grupos de señales de entrada y salida y consiste en dos paneles.
En uno de ellos se hayan ubicados dos cuadros de texto referidos a los tiempos de fabricación de la pieza y de disponibilidad del robot que será comentados mas tarde cuando se trate el tema de las señales referidas al mismo.
El otro panel contiene dos botones y una casilla de marcado que se pasará a explicar a continuación. El botón “Caja Nueva” permitirá introducir, sin límite de cajas, una nueva caja en el ascensor 2, al que también se denominará ascensor de vaciado. La razón de dicha nomenclatura se haya en el botón “Quitar Piezas”, el cual permitirá al operario retirar las piezas de las cajas cuando se halle situada en el ascensor 2 ó ascensor de vaciado.
Estas acciones solo se podrán llevar a cabo cuando el ascensor 2 ó ascensor de vaciado se encuentre en su posición inferior.
La casilla de marcado permite al usuario que las cajas que lleguen al ascensor de vaciado les extraigan las piezas contenidas por un operario automático que a su vez, al término de la extracción apriete el pulsador verde de validación que informa que una caja con piezas ha sido vaciada. De este modo el usuario de la aplicación tiene la posibilidad de ejercer de operario en la instalación ó de delegar dicho puesto en otra persona, realizándose de modo automático para el usuario.
Si se pulsa sobre el botón situado al lado del interfaz hombre-maquina se abrirá una nueva ventana donde se mostrarán las piezas retiradas por el operario, exponiendo a su vez una estadística del número de cajas a las que se les han extraído piezas, el número de piezas extraídas, cuantas de las mismas eran defectuosas y cuantas no.
Otra de las posibilidades de esta planta, hace referencia al hecho de que algún operario de la instalación coja una caja cualquiera y la emplace en otro lugar, para ello el usuario sólo tiene que situar el puntero del ratón en la caja que desea mover y pulsar botón izquierdo sobre ella. Como se observará, al mantener el botón izquierdo pulsado el icono del puntero del ratón cambia y se muestra como el perfil de la caja que se desea trasladar. Para dejarla su nueva ubicación sólo hace falta dejar de mantener pulsado el botón. Si la nueva ubicación no es posible retornará a su estado anterior.
Si se pretende que un operario retire una caja cualquiera de la instalación, con las piezas que contiene, sólo hace falta situar el puntero del ratón sobre ella y pulsar el botón derecho. De este modo el operario desechará dicha caja con todo lo que contiene.
9.2. Entradas
Al haber dieciséis señales de entrada y para un mejor análisis de las entradas de la instalación se dividen las señales en 7 grupos: las señales referidas a la posición del ascensor uno, las señales de posición del ascensor 2, los detectores de presencia en cada ascensor, los detectores de presencia y saturación ubicados en las cintas transportadoras, los sensores indicadores de las piezas en la caja en el ascensor de llenado, las señales correspondientes al interfaz hombre-maquina (IHM) y la señal de manipulador preparado.
Las tres primeras entradas son: “Posición Superior Ascensor 1”, “Posición Media Ascensor 1” y “Posición Inferior Ascensor 1”. Como se puede deducir, todos estos sensores son detectores de posición correspondientes al ascensor uno, que se encuentra situado en la parte izquierda de la imagen. Debido a que es en este ascensor donde se realiza el proceso de carga de piezas en las cajas también se le denominará ascensor de llenado, cuyo movimiento es vertical.
Figura 9.2 Lista de señales de entrada de la planta “Cintas Transportadoras”. Como se puede apreciar mediante unos cortes en el bloque por el que se mueve el ascensor de llenado hay tres sensores de posición de perfil que se pueden observar en dichos cortes por una pirámide ladeada de base gris y punta blanca. Cuando el ascensor de llenado se encuentre en alguna de las tres posiciones mencionadas se activará el sensor correspondiente y desactivándose tras su paso.
Las dos siguientes entradas tienen funciones análogas a las mencionadas, pero en referencia al ascensor dos ó de vaciado, el cual se encuentra a la derecha de la instalación. En este caso sólo se dispone de dos niveles de detección de la posición del ascensor: “Posición Superior Ascensor 2” y “Posición Inferior Ascensor 2”.
El grupo de señales “Detector de Presencia en Ascensor 2” y “Detector de Presencia en Ascensor 1” tienen la misión de indicar si ha llegado alguna caja al ascensor correspondiente y si permanece en el mismo.
El siguiente grupo de señales de entrada al que se hará referencia examinará la posición de las cajas en las cintas transportadoras, tanto la superior como la inferior.
Los detectores de presencia indicarán cuando una caja ha entrado completamente en una cinta, mientras que los detectores de saturación nos mostrarán cuando una caja se dispone a salir de la cinta transportadora hacia uno de
los ascensores. De este modo es fácil distinguir que detectores mostrados en la instalación son de presencia y cuales de saturación.
La señal “Detector Presencia Tramo Sup” hace referencia al detector de presencia del tramo superior situado en la parte derecha de la cinta superior, el cual se activará cuando una caja pase por la zona de entrada de la cinta transportadora superior, teniendo en cuenta el sentido en el que se desplazan las cajas sobre dicha cinta. Mientras que la señal “Detector Saturación Tramo Sup” situada en el lado izquierdo de cinta transportadora superior indicará cuando una caja está pasando por la zona de salida de la cinta transportadora superior.
La cinta transportadora inferior también dispone de sendos detectores, con funciones análogas a las anteriores, denominados “Detector Presencia Tramo Inf” y “Detector Saturación Tramo Inf”, que hacen referencia al detector de presencia y al detector de saturación de la cinta inferior, correspondientemente. El detector de presencia se encuentra situado en el lado izquierdo de la cinta inferior mientras que el de saturación en el lado derecho de la misma.
El siguiente grupo de señales de entrada se corresponden con los detectores de piezas del ascensor de llenado. En el ascensor uno ó de llenado se disponen una serie de sensores que indican si hay piezas o no en la caja. En cada caja entran ocho piezas dispuestas en dos niveles de cuatro piezas cada nivel. Por cada pieza de la caja hay un sensor de presencia.
En cada nivel de piezas se encuentran los sensores de presencia conectados en serie, por lo que sólo se activará la señal “Nivel Inferior Piezas Completo” cuando las cuatro piezas inferiores se hallen colocadas.
Los cuatro detectores de presencia de las cuatro piezas superiores también se encuentran conectados en serie y, por tanto, funcionarán de modo análogo. Es decir, cuando una caja esté en el ascensor de llenado y la fila superior de piezas se halle completa se activará la señal “Nivel Superior Piezas Completo”.
Las siguientes señales de entrada pertenecen al interfaz hombre-máquina (IHM). La señal de entrada “Seta de Emergencia” indicará si está o no pulsado dicha seta en el interfaz hombre-máquina situado a la izquierda de la imagen de la instalación. Al activar dicho elemento de seguridad se abrirá el circuito de alimentación de la instalación con lo que se detendrán todas las máquinas eléctricas del sistema.
En el IHM también se halla situada la señal de entrada “Pulsador Verde” representada por un botón de color verde al lado de una etiqueta con el texto “OK”. Como se ha citado anteriormente, cada vez que se pulse la seta de emergencia se abrirá el circuito de alimentación de la planta. Como medida de seguridad para restaurar la fuente de energía, volviendo a cerrar el circuito eléctrico, se ha de accionar el pulsador verde tras desactivar la seta de emergencia.