Apuntes Automatas Programables Siemens y Omron

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(1) . Curso de Autómatas Programables Siemens y Omron. 120h. . Formadores: Luis Alberto Rodríguez Soto. . . Rubén Freiría González. .

(2) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. AUTÓMATAS PROGRAMABLES ÍNDICE: 1. INTRODUCCIÓN A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES.. 2. CONSTITUCIÓN DE UN AUTÓMATA PROGRAMABLE.. 3. SISTEMAS Y CÓDIGOS DE NUMERACIÓN.. 4. SENSORES Y TRANSDUCTORES.. 5. ACTUADORES.. 6. MONTAJE DEL AUTÓMATA PROGRAMABLE.. 7. LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN DE LOS PLCS. 8. INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACIÓN.. 9. PROGRAMACIÓN AUTÓMATAS SIEMENS.. 10 INSTRUCCIONES AUTÓMATAS SIEMENS. 11 PROGRAMACIÓN AUTÓMATAS OMRON. 12 INSTRUCCIONES AUTÓMATAS OMRON. 13 ANEXOS.. pág. 2 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(3) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 1.- Introducción a los Autómatas Programables.. pág. 3 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(4) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 1.- Introducción a los autómatas programables. 1.1.- Definición de autómata programable. Entendemos por Autómata Programable, o PLC (Controlador Lógico Programable), toda máquina electrónica, diseñada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales. Su manejo y programación puede ser realizada por personal eléctrico o electrónico sin conocimientos informáticos. Realiza funciones lógicas: series, paralelos, temporizaciones, contajes y otras más potentes como cálculos, regulaciones, etc. Otra definición de autómata programable sería una «caja» en la que existen, por una parte, unos terminales de entrada (o captadores) a los que se conectan pulsadores, finales de carrera, fotocélulas, detectores...; y por otra, unos terminales de salida (o actuadores) a los que se conectarán bobinas de contactores, electroválvulas, lámparas..., de forma que la actuación de estos últimos está en función de las señales de entrada que estén activadas en cada momento, según el programa almacenado. 1.2.- Automatismos. Mandos programados. Se denomina automatización a la incorporación de un dispositivo tecnológico (automatismo) que se encarga de controlar el funcionamiento de la máquina o proceso.. La automatización de una máquina o proceso productivo simple tiene como consecuencia la liberación física y mental del hombre de dicha labor. Entendemos por «automatismo» el dispositivo físico (ya sea eléctrico, neumático electrónico, etc.) que realiza esta función controlando su funcionamiento. pág. 4 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(5) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. La incorporación de la automatización tiene como ventajas: ¾ Sube la calidad y homogeneidad. ¾ Baja stock (just in time). ¾ Sube productividad. ¾ Bajan costes. ¾ Adaptación a pequeñas series. 1.3.- Características de las distintas tecnologías de automatización: ¾ Tecnología cableada: • Necesita mucho espacio. • Poco flexibles. • Averías difíciles. • Difícil de implementar. ¾ Tecnología programada: • Miniordenadores, PCs : . No adaptado a medio industrial.. . Programación compleja.. . Costo elevado.. . Mantenimiento complejo.. • Autómata programable: . Adaptado a medio industrial.. . Programación sencilla.. . Mantenimiento sencillo.. . Modular (fácil de ampliar).. . Memoria programable (facilita cambios).. . Pequeñas dimensiones.. pág. 5 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(6) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 2.- Constitución de los Autómatas Programables.. pág. 6 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(7) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 2.- Constitución de los autómatas programables. Existen dos estructuras básicas para los autómatas programables: 9 Compacta: Consiste en una única pieza en la que se integran todos los elementos. Hace del PLC un producto robusto.. pág. 7 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(8) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. Para el caso de una estructura modular se dispone de la posibilidad de fijar los distintos módulos en raíles normalizados, para que el conjunto sea compacto y resistente.. 9 Modular: en los que la CPU, la fuente de alimentación, las entradas, las salidas, etc..., son cada una un módulo que se elige en función de la aplicación requerida. Deben existir compatibilidades.. pág. 8 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(9) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. La estructura básica de un autómata programable es la descrita en los siguientes puntos. ¾ Sección de entradas: Pueden ser digitales o analógicas. A estas líneas conectaremos los sensores (captadores) ¾ Sección de salidas: También pueden ser de carácter digital o analógico. A estas líneas conectaremos los actuadores.. ¾ Unidad central de proceso (CPU): Se encarga de procesar el programa que el usuario ha introducido. La CPU toma, las instrucciones programadas por el usuario y las va ejecutando, cuando llega al final de la secuencia de instrucciones, la CPU vuelve al principio y sigue ejecutándolas de manera cíclica. Para ello, dispone de diversas zonas de memoria, registros, e instrucciones de programa. ¾ Dispositivos periféricos: Como nuevas unidades de E/S, más memoria, unidades de comunicación en red, etc... ¾ Unidad de alimentación (algunas CPU's la llevan incluida). ¾ Consola de programación: Nos permitirá introducir, modificar y supervisar el programa de usuario. Tiende a desaparecer, debido a que la mayoría se programan a partir del PC mediante programas específicos facilitados por cada fabricante. ¾ Interfaces: facilitan la comunicación del autómata con otros dispositivos (como un PC), autómatas, etc.... pág. 9 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(10) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. pág. 10 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(11) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 2.1.- Fuente de alimentación. Es la encargada de convertir la tensión de la red, 220V corriente alterna, a baja tensión de corriente continua, normalmente a 24V. Siendo esta la tensión de trabajo en los circuitos electrónicos que forma el autómata. 2.2.- Unidad Central de Proceso o CPU. La CPU realiza el control interno y externo del autómata y la interpretación de las instrucciones del programa. A partir de las instrucciones almacenadas en la memoria y de los datos que recibe de las entradas, genera las señales de las salidas. Otra de las funciones de la CPU es la de encargarse de la comunicación con los distintos periféricos. En la memoria ROM (memoria de solo lectura Read Only Memory) se almacenan programas para el correcto funcionamiento del sistema (programa que le indica al autómata cual es su función => fabricante), como el programa de comprobación de la puesta en marcha y el programa de exploración de la memoria RAM. La memoria RAM (memoria de lectura y escritura Random Access Memory) a su vez puede dividirse en dos áreas: ¾. Memoria de datos, en la que se almacena la información de los estados de las entradas y salidas y de variables internas.. ¾. Memoria de usuario, en la que se almacena el programa con el que trabajará el autómata. Organizada en registros y palabras formadas por un número determinado de bits que depende del tipo de procesador que emplea el autómata (8, 16, 32,…).. En el frontal de la CPU se encuentra la llave de cambio de estado (Run, Prog, Test), los leds de diagnóstico, puertos de comunicación y switches (interruptores) para configurar la CPU. La CPU recibe las órdenes del operario por medio de la consola de programación y el módulo de entradas. Posteriormente las procesa para enviar respuestas al módulo de salidas. Contiene las siguientes partes: ¾ Temporizadores y contadores. ¾ Memoria de programa. ¾ Memoria de datos. ¾ Memoria imagen de entrada. ¾ Memoria de salida.. pág. 11 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(12) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 2.3.- Módulo de entrada. Es al que se unen los captadores (interruptores, finales de carrera, pulsadores,...). Tiene por función adaptar las tensiones de trabajo a las del autómata proporcionar separación eléctrica entre los circuitos lógicos y los de potencia (E/S optoacopladas) e identificar las direcciones de las E/S mediante soporte físico. Los captadores se pueden clasificar atendiendo a la naturaleza del dispositivo conectado a la entrada del autómata como: ¾ Captadores Pasivos. Son aquellos que cambian su estado lógico, activado no activado, por medio de una acción mecánica. Estos son los Interruptores, pulsadores, finales de carrera, etc.. ¾ Captadores Activos. Son dispositivos electrónicos que necesitan ser alimentados por una tensión para que varíen su estado lógico. Este es el caso de los diferentes tipos de detectores (Inductivos, Capacitivos, Fotoeléctricos). Muchos de estos aparatos pueden ser alimentados por la propia fuente de alimentación del autómata.. Cada cierto tiempo el estado de las entradas se transfiere a la memoria imagen de entrada. La información recibida en ella, es enviada a la CPU para ser procesada de acuerdo a la programación.. pág. 12 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(13) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. Los módulos de entrada pueden a su vez ser de varios tipos: ¾ Entradas digitales: Son las más usadas. Sólo admiten valores TODO (con tensión) o NADA (sin tensión). Pueden ser de 24Vcc (las más típicas), de 110Vca (antiguamente en maniobras) 230Vca 24Vca, TTL. ¾ Entradas analógicas: Trabajan con conversores A/D, a su vez pueden ser:. señales. analógicas,. emplean. •. De tensión: Son las más comunes. Pueden ser de -10 a +10 V: Bipolares. De 0 a +10V, 1 a +5V: Unipolares.. •. De corriente: de – 20 a 20 mA: Bipolares. De 4 a 20 mA: Unipolares.. 2.4.- Módulo de salidas. Es el encargado de activar y desactivar los actuadores (bobinas de contactores, lámparas, motores pequeños,...). La información enviada por las entradas a la CPU, una vez procesada, se envía a la memoria de imagen de salidas, de donde se envía a la interface de salidas para que estas sean activadas. Según el tipo de proceso a controlar por el autómata, podemos utilizar diferentes módulos de salidas. Existen tres tipos bien diferenciados: ¾. A relés: son usados en circuitos de corriente continua y corriente alterna. Están basados en la conmutación mecánica, por la bobina del relé, de un contacto eléctrico normalmente abierto. Son salidas lentas, tienen una vida menor que las de transistor y pueden trabajar con mayor intensidad que las salidas de transistor.. ¾. A triac: se utilizan en circuitos de corriente continua y corriente alterna que necesitan maniobras de conmutación muy rápidas.. pág. 13 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(14) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. ¾. A transistores a colector abierto: son utilizados en circuitos que necesiten maniobras de conexión / desconexión muy rápidas. El uso de este tipo de módulos es exclusivo de los circuitos de corriente continua.. 2.5.- Terminal de programación. El terminal o consola de programación es el que permite comunicar al operario con el sistema. Las funciones básicas de éste son las siguientes: ¾. Transferencia y modificación de programas.. ¾. Verificación de la programación.. ¾. Información del funcionamiento de los procesos.. Como consolas de programación pueden ser utilizadas las construidas específicamente para el autómata, tipo calculadora o bien un ordenador personal, PC, que soporte un software específicamente diseñado para resolver los problemas de programación y control. Las programadoras son exclusivas y caras motivo por el cual están actualmente en desuso. 2.6.- Periféricos. Los periféricos no intervienen directamente en el funcionamiento del autómata, pero sin embargo facilitan la labor del operario. Los más utilizados son: ¾. Impresoras.. ¾. Cartuchos de memoria EPROM.. ¾. Visualizadores de operación.. ¾. Memorias EEPROM.. ¾. Teclados.. pág. 14 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(15) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 2.7.- Principio de funcionamiento del autómata. La mayoría de los autómatas actuales se basan en el concepto de la ejecución cíclica de las instrucciones ubicadas en su memoria. El programa es una serie de instrucciones grabadas en la memoria, un ciclo de proceso consiste inicialmente en la consideración de una serie de entradas que seguidamente serán fijadas para todo el ciclo. Después, el autómata ejecuta una instrucción tras otra hasta finalizar el programa y finalmente se definen las órdenes a aplicar sobre las salidas. El ciclo se reproduce así indefinidamente. Al tiempo que tarda en ejecutarse este ciclo se le denomina tiempo de respuesta (scan) o tiempo de ciclo. Un PLC una vez conectado a la red eléctrica tiene básicamente dos modos de funcionamiento: 1. Stop. En este modo no se ejecuta el programa de control. 2. Run. En este modo el programa de control se está ejecutando de manera indefinida (ciclo de scan) hasta que o bien el PLC pasa al modo Stop o bien se desconecta de la alimentación. Ciclo de scan: 9 Primero se leen los estados en las entradas, y se memorizan en la imagen de proceso de las entradas (PAE). 9 Con estas informaciones trabaja luego el programa de control cuando se ejecuta. De acuerdo a la lógica definida en el programa se modifica el estado de las salidas depositadas en la imagen de proceso de las salidas (PAA). 9 En la última etapa del ciclo, los estados memorizados en la PAA se transfieren a las salidas físicas. Seguidamente comienza de nuevo el ciclo. Un ciclo dura normalmente entre 3 y 10ms. La duración depende del número y tipo de instrucciones utilizadas. El ciclo consta de dos partes principales: 1. Tiempo del sistema operativo, normalmente 1ms, corresponde con las fases 1 y 3. 2. Tiempo para ejecutar las instrucciones, corresponde con la fase 2. El ciclo sólo se ejecuta cuando el PLC se encuentra en estado RUN.. pág. 15 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..


(17) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 3.- Códigos de Numeración.. pág. 17 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(18) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 3.- Códigos de numeración. Los números se pueden representar en distintos sistemas de numeración que se diferencian entre si por su base. Así el sistema de numeración decimal es de base 10, el binario de base 2, el octal de base 8 y el hexadecimal de base 16. El diseño de todo sistema digital responde a operaciones con números discretos y por ello necesita utilizar los sistemas de numeración y sus códigos. En los sistemas digitales se emplea el sistema binario debido a su sencillez. Cualquier número de cualquier base se puede representar mediante la siguiente ecuación polinómica:. N = a 1 ⋅ b n + a 2 ⋅ b n − 1 + a 3 ⋅ b n − 2 + ... + a 0 ⋅ b 0 + a − 1 ⋅ b − 1 + ... Siendo b la base del sistema de numeración. Se cumplirá que b>1; ai es un número perteneciente al sistema que cumple la siguiente condición: 0 ≤ ai <b. 3.1.- Sistema decimal. 9 Su base es 10. 9 Emplea 10 caracteres o dígitos diferentes para indicar una determinada cantidad: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. 9 El valor de cada símbolo depende de su posición dentro de la cantidad a la que pertenece. Ejemplo:. 136 10 = 1 ⋅ 10 2 + 3 ⋅ 101 + 6 ⋅ 10 0 136 ,4210 = 1 ⋅10 2 + 3 ⋅101 + 6 ⋅10 0 + 4 ⋅10 −1 + 2 ⋅10 −2. 3.2.- Sistema binario. 9 Es el sistema digital por excelencia, aunque no el único, debido a su sencillez. Su base es 2. 9 Emplea 2 caracteres: 0 y 1. Estos valores reciben el nombre de bits (dígitos binarios). Así, podemos decir que la cantidad 10011 está formada por 5 bits. Veamos con un ejemplo como se representa este número teniendo en cuenta que el resultado de la expresión polinómica dará su equivalente en el sistema decimal:. 100112 = 1⋅10 4 + 0 ⋅103 + 0 ⋅10 2 + 1⋅101 + 1⋅10 0 = 1910 3.3.- Sistema octal. 9 Posee ocho símbolos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. 9 Su base es 8.. pág. 18 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(19) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 3.4.- Sistema hexadecimal. 9 Está compuesto por 16 símbolos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. 9 Su base es 16. Es uno de los sistemas más utilizados en electrónica, ya que además de simplificar la escritura de los números binarios, todos los números del sistema se pueden expresar en cuatro bits binarios al ser 16 = 24. 9 La conversión de un número hexadecimal a uno binario es muy sencilla al igual que en el sistema octal. 3.5.- Conversiones entre distintos códigos de numeración. 3.5.1.- Conversión entre binario y decimal. Si la conversión es de binario a decimal, aplicaremos la siguiente regla: se toma la cantidad binaria y se suman las potencias de 2 correspondientes a las posiciones de todos sus dígitos cuyo valor sea 1. Veamos dos ejemplos: 1011112 = 1.25+0.24+1.23+1.22+1.21+1.20 = 4510 101012 = 1.24+0.23+1.22+0.21+1.20 = 2110 Si la conversión es de decimal a binario, aplicaremos la siguiente regla: se toma la cantidad decimal dada y se divide sucesivamente entre 2. Los restos obtenidos en cada división (0, 1), forman la cantidad binaria pedida, leída desde el último cociente al primer resto. Ejemplo: 10710 = 11010112. Se presentarán los ejemplos en forma de tabla:. Nº Decimal. Base. Cociente. Resto. 107. 2. 53. 1. 53. 2. 26. 1. 26. 2. 13. 0. 13. 2. 6. 1. 6. 2. 3. 0. 3. 2. 1. 1. Cuando se tenga un número con decimales se seguirá el siguiente procedimiento: se multiplica por 2 la parte decimal y se toma como dígito binario su pág. 19 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(20) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. parte entera. El proceso se repite con la fracción decimal resultante del paso anterior, hasta obtener una fracción decimal nula, o bien hasta obtener el número de cifras binarias que se desee. Ejemplo: 107,645. Como anteriormente se convierte 107 a binario, el resultado de la conversión quedaría así: 1101011, 101001012.. Fracción Multiplicado Resultado decimal por:. Dígito binario. 0,645. 2. 1,290. 1. 0,290. 2. 0,580. 0. 0,580. 2. 1,160. 1. 0.160. 2. 0,320. 0. 0,320. 2. 0.64. 0. 0.64. 2. 1.28. 1. 0.28. 2. 0.56. 0. 0.56. 2. 1.12. 1. Los PLCs sólo pueden entender una señal que sea ON ó OFF. El 1 indicará que una señal está presente (ON) y el 0 señal no presente (OFF).. pág. 20 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(21) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 3.5.2.- Conversión entre octal y binario. Si la conversión es de octal a binario cada cifra se sustituirá por su equivalente binario. Tendremos en cuenta la siguiente tabla para hacer la conversión de modo más rápido: Ejemplo:. 55,358 = 101 101, 011 1012. Carácter octal. Nº binario. 0. 000. 1. 001. 2. 010. 3. 011. 4. 100. 5. 101. 6. 110. 7. 111. Si la conversión es de binario a octal se realiza de modo contrario a la anterior conversión, agrupando los bits enteros y los fraccionarios en grupos de 3 a partir de la coma decimal. Si no se consiguen todos los grupos de tres se añadirán, los ceros que sean necesarios al último grupo, veámoslo con un ejemplo: Ejemplo:. 11011111,111112 = 237,768. Ha sido necesario añadir un cero en la última agrupación de la parte entera y otro en la parte fraccionaria para completar los grupos de 3 dígitos.. pág. 21 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(22) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. Agrupación. Equivalente octal. 010. 2. 011. 3. 111. 7. ,. ,. 111. 7. 110. 6. 3.5.3.- Conversión entre octal y decimal: Si la conversión es de octal a decimal se procederá como en el siguiente ejemplo: 7408= 7.82+4.81+4.80 = 48410 Si la conversión es de decimal a octal se procederá de modo similar a la conversión de decimal a binario, pero dividiendo entre 8. Ejemplo: 42610 = 6528 3.5.4.- Conversión entre binario y hexadecimal: La conversión entre binario y hexadecimal es igual al de la conversión entre octal y binario, pero teniendo en cuenta los caracteres hexadecimales, ya que se tienen que agrupar de 4 en 4. Ejemplo: 1011111,1100012. Agrupando obtenemos el siguiente resultado: 0101 1111, 1100 01002. Sustituyendo según la tabla resulta: 5F, C416. pág. 22 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(23) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. Sistema binario. Sistema Hexadecimal. 0000. 0. 0001. 1. 0010. 2. 0011. 3. 0100. 4. 0101. 5. 0110. 6. 0111. 7. 1000. 8. 1001. 9. 1010. A. 1011. B. 1100. C. 1101. D. 1110. E. 1111. F. La conversión de hexadecimal a binario simplemente sustituiremos cada carácter por su equivalente en binario, por ejemplo: 69DE16 = 0110 1001 1101 11102. pág. 23 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(24) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 3.6.- Otros códigos de numeración. Además de los citados anteriormente existen también otros códigos de numeración utilizados muy frecuentemente como son el BCD (Binario Codificado Decimal), código Gray, ASCII (American Standard Code for Information Interchange),… 3.6.1.- Código BCD. En BCD cada cifra que representa a un dígito decimal (0, 1, 2, 3, … 8 y 9) se representa con su equivalente binario en 4 bits (cuarteto), esto es así debido a que 4 es el número de bits necesario para representar el 9, el número más alto cifrado en BCD. En la siguiente tabla se muestran las equivalencias entre el código decimal y el código BCD.. Sistema decimal BCD Natural 0. 0000. 1. 0001. 2. 0010. 3. 0011. 4. 0100. 5. 0101. 6. 0110. 7. 0111. 8. 1000. 9. 1001. pág. 24 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(25) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. Con el BCD sólo se utilizan 10 de las 16 posibles combinaciones que se pueden formar con 4 bits, por lo que el sistema pierde capacidad de representación, aunque facilita la comprensión de los números. Esto sucede por que el BCD se usa para representar cifras no números en su totalidad, es decir para números de más de una cifra hacen falta dos números BCD para representarlo. Desde que los sistemas informáticos empezaron a almacenar los datos en conjuntos de 8 bits (octeto), hay dos formas comunes de almacenar los datos BCD: ¾ Omisión de los cuatro bits más significativos. ¾ Almacenamiento de dos datos BCD, en el que también se incluye el signo, 1100 para el +, y 1101 para el -. Ejemplo: 127 según el primer método sería 11110001, 11110010, y según el segundo método sería: 00010010, 01111100. Los números se pueden mostrar fácilmente en visualizadores de siete segmentos enviando cada cuarteto BCD a un visualizador. 3.6.2.- Código Gray. El código Gray es un caso particular de código binario. Consiste en una ordenación de 2n números binarios de tal forma que cada número sólo tenga un dígito binario distinto a su predecesor. Es un código muy utilizado para detectores de posición. A continuación se representa una tabla con la correspondencia entre el código decimal y el código Gray de 4 bits generado cambiando el bit menos significativo:. Sistema decimal Código Gray Sistema decimal Código Gray 0. 0000. 8. 1100. 1. 0001. 9. 1101. 2. 0011. 10. 1111. 3. 0010. 11. 1110. 4. 0110. 12. 1010. 5. 0111. 13. 1011. 6. 0101. 14. 1001. 7. 0100. 15. 1000. pág. 25 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(26) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 3.6.3.- Código ASCII. El código ASCII (American Standard Code for Information Interchange) es un código alfanumérico, utiliza 8 bits para dar información numérica, alfabética, símbolos y de caracteres de control para el diálogo entre el sistema digital y los periféricos. Tabla del código ASCII:. pág. 26 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(27) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 3.7.- Operaciones con número binarios. 3.7.1.- Operaciones lógicas con bits. ¾ OR.. X1 X2. Resultado. 0. 0. 0. 0. 1. 1. 1. 0. 1. 1. 1. 1. ¾ AND.. X1 X2. Resultado. 0. 0. 0. 0. 1. 0. 1. 0. 0. 1. 1. 1. ¾ NOT.. X1. Resultado. 0. 1. 1. 0. pág. 27 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(28) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 3.7.2.- Representación números negativos. Para la representación de números negativos en código binario se utiliza el complemento a dos, esta representación se emplea para señales analógicas. El dígito más significativo (MSB) indica el signo, si es igual a 1 indica valor negativo. La transformación de un número positivo en negativo se realiza de la siguiente forma: 1. Se realiza el complemento bit a bit del número binario. Ejemplo: 10001100 se complementa bit a bit resultando 01110011. 2. Al número binario resultante del apartado anterior se le suma 1. Ejemplo: 01110011 +1 = 01110100. Ejemplo: +7 = 000001112, -7 = 111110012 3.7.3.- Representación de números decimales. Los números decimales se representan en coma flotante. El signo lo da el bit más significativo, siendo 1 para números negativos y 0 para números positivos. La mantisa incluye 23 bits (del bit 0 al 22). Representa la parte derecha del número decimal. El exponente incluye 8 bits. Número = (-1)signo . 2exponente-127. (1 + Mantisa . 2-23) Ejemplo: 1#100000000#11000000000000000000000 Signo: (-1)1 = -1 => signo negativo. Exponente: 2128-127 = 21 = 2 Mantisa: 1+6291456 .2-23 = 1 + 0,75 = 1,75 Resultado: -1,75 .2 = -3,5. En coma flotante se pueden representar: ¾ Infinito (∞) (e = 255, M = 0, s = 0). ¾ -3,402823.1038 => -1,175494.10-38. ¾ 0 (e=0). ¾ 1,175494.1038 => 3,402823.1038. ¾ -infinito(-∞) (e = 255, M = 0, s = 1). ¾ NaN (e = 255, M ≠ 0), número no válido.. pág. 28 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(29) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 4.- Sensores y Transductores. pág. 29 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(30) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 4.- Sensores y transductores. En todo proceso de automatización es necesario captar las magnitudes de planta, para poder así saber el estado del proceso que estamos controlando. Para ello se emplean los sensores y transductores, términos que se suelen emplear como sinónimos aunque el transductor engloba algo más amplio.. Se puede definir un transductor como un dispositivo que convierte el valor de una magnitud física en una señal eléctrica codificada, ya sea en forma analógica o digital. No todos los transductores tienen por qué dar una salida en forma de señal eléctrica (ejemplo: un termómetro), pero para aplicaciones industriales como las que nos ocupan suele ser lo más frecuente. 4.1.- Estructura de un transductor. Si nos limitamos a los transductores que se emplean para conectar a autómatas programables, a través de las interfaces adecuadas, podemos distinguir las siguientes partes que los componen: ¾ Elemento sensor o captador. Convierte las variaciones de una magnitud física en variaciones de una magnitud eléctrica (señal). ¾ Tratamiento de la señal. Si existe, realiza la función de modificar la señal obtenida para obtener una señal adecuada (filtrado, amplificación, etc.). ¾ Etapa de salida. Comprende los circuitos necesarios para poder adaptar la señal al nivel requerido para la carga exterior.. pág. 30 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(31) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. Según la forma de codificar la magnitud medida, podemos realizar la siguiente clasificación: ¾ Analógicos: aquellos que proporcionan un valor de tensión o corriente entre un rango previamente fijado (normalmente 0-10 V o 4-20 mA). ¾ Digitales: aquellos que proporcionan una señal codificada en pulsos o en alguna codificación digital (como BCD, binario, etc.). ¾ Todo-nada (Binarios): aquellos que únicamente poseen dos estados, los cuales están separados por un valor umbral de la variable detectada. Ejemplos: finales de carrera. Tabla de transductores:. Magnitud detectada. Transductor. Características. Posición lineal o angular. Potenciómetro Encoders. Analógico Digital. Desplazamiento o deformación. Galga extensométrica. Analógico. Velocidad lineal o angular. Dinamo tacométrica Encoders Detector inductivo u óptico. Analógico Digital Digital. Aceleración. Acelerómetro. Analógico. Fuerza y par. Medición indirecta por galgas o trafos diferenciales. Analógicos. Presión. Membrana + detector desplazamiento Piezoeléctrico. Analógico Analógico. Caudal. De turbina Magnético. Analógico Analógico. Temperatura. Termopar Resistencias PT100 Resistencias NTC Resistencias PTC Bimetálicos. Analógico Analógico Analógico Todo-nada Todo-nada. Presencia o proximidad. Inductivo Capacitivo Óptico Ultrasónico. Todo-nada/analógico Todo-nada Todo-nada/analógico Analógico pág. 31. Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(32) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 4.2.- Sensores interruptores. Son dispositivos eléctricos, neumáticos o mecánicos situados al final del recorrido de un elemento móvil, como por ejemplo una cinta transportadora, con el objetivo de enviar señales que puedan modificar el estado de un circuito. Internamente pueden contener interruptores normalmente abiertos (NA o NO en inglés), cerrados (NC) o conmutadores dependiendo de la operación que cumplan al ser accionados, de ahí la gran variedad de finales de carrera que existen en mercado. Generalmente estos sensores están compuestos por dos partes: un cuerpo donde se encuentran los contactos y una cabeza que detecta el movimiento. Su uso es muy diverso, empleándose, en general, en todas las máquinas que tengan un movimiento rectilíneo de ida y vuelta o sigan una trayectoria fija, es decir, aquellas que realicen una carrera o recorrido fijo, como por ejemplo ascensores, montacargas, robots, etc.. 4.3.- Sensores de proximidad inductivos. Un sensor de proximidad detecta un objeto, metálico o no, sin necesidad de tener contacto físico con él. Se basa en la variación de los campos eléctricos (capacitivos) o electromagnéticos (inductivos). Es capaz de abrir o cerrar un circuito eléctrico. Las características que definen un sensor de proximidad son: ¾ Distancia de detección nominal (Sn): Rango de operación. Distancia a la que el interruptor de proximidad detecta al objeto patrón. No tiene en cuenta las tolerancias de fabricación ni las condiciones (temperatura, alimentación,…). ¾ Distancia de detección real (Sr). Distancia de detección medida con el objeto patrón en condiciones reales (tensión de alimentación, temperatura ambiente …). Debe mantenerse en el rango de 0.9Sn < Sr < 1.1Sn.. pág. 32 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(33) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. ¾ Distancia de detección útil (Su). Distancia de detección medida con el objeto considerando fluctuaciones en la tensión de alimentación, temperatura,… Debe mantenerse en el rango de 0.9Sr < Su < 1.1Sr. ¾ Distancia diferencial (Histéresis). Es la diferencia de distancias entre la posición de actuación, cuando el objeto se acerca, y la distancia de reposición, cuando el objeto se aleja. Se expresa en % de la distancia de detección nominal (Sn). Evita el efecto de rebotes. Sn. Histéresis. Los sensores inductivos pueden ser de distintos tipos: ¾ De dos hilos. ¾ De tres hilos. ¾ De cuatro hilos.. pág. 33 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(34) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 4.4.- Sensores de proximidad capacitivos. El principio de funcionamiento es la variación de la capacidad de un condensador en respuesta a la variación de alguna magnitud física. Si el objeto es metálico se forma un condensador entre él y las dos placas. La capacidad aumenta al acercarse el objeto a las placas. Si el objeto es aislante, al acercarse a las placas aumenta la constante dieléctrica y por tanto la capacidad (todos los líquidos y sólidos no conductores tienen un valor de la constante dieléctrica mayor que la del aire).. pág. 34 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(35) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 4.5.- Sensores fotoeléctricos. El principio de funcionamiento se basa en el cambio del comportamiento eléctrico de un componente en presencia o no de luz. Están formados por un elemento que recibe emisiones luminosas y las transforma en una señal eléctrica. La luz puede provenir de un elemento fotoemisor colocado en el mismo sistema o del ambiente externo. Pueden trabajar en el espectro de luz visible o en el infrarrojo cercano.. 4.5.1.- Las fotocélulas. Son elementos sensores formados por un emisor de luz y una fotocélula de detección. Características generales: ¾ Detección de cualquier tipo de material (plástico, papel, metal, opaco, transparente) ¾ Distancias de detección desde centímetros hasta metros. ¾ Protección contra perturbaciones electromagnéticas. ¾ Tipos de salida: Semiconductor y relé. ¾ Tiempos de respuesta relativamente altos. ¾ Dos modos de funcionamiento: función luz (recepción de luz equivale a salida activada) o función sombra (sin recepción de luz equivale a salida activada). ¾ Tensión de alimentación: 24 – 230VAC, 10 – 30VDC.. pág. 35 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(36) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. Procedimientos de detección: ¾ Detección por bloqueo de la luz emitida 1. Barrera. 2. Reflex. 3. Reflex polarizado. ¾ Detección por reenvío de la luz emitida 1. Proximidad. 2. Proximidad con borrado del plano posterior. 4.5.2.- Barreras. Características: . Emisor y receptor en cajas separadas.. . Gran alcance.. . Dirección precisa y fiable.. . Adaptada a los entornos difíciles.. Requiere una alineación precisa del emisor y el receptor. pág. 36 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(37) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 4.5.3.- Reflex. Características: . Emisor y receptor en la misma caja.. . Instalación sencilla.. . El reflector debe ser más pequeño que el objeto a detectar.. . Requiere un posicionamiento preciso del detector.. . Hay que evitar reflexiones parásitas.. 4.5.4.- Reflex polarizado. Características: . Emisor y receptor en la misma caja.. . Permite detectar objetos altamente reflectantes.. . El haz se emite polarizado verticalmente. El objeto reflectante cambia el ángulo de polarización por lo que el receptor solamente acepta rayos polarizados horizontalmente.. pág. 37 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(38) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 4.6.- Ejemplos de automatizaciones. Control de la posición de cada pieza debajo de la herramienta.. Medición de la velocidad o posición del sistema de arrastre.. pág. 38 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(39) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 4.7.- Codificadores ópticos rotativos. Son captadores de posición angular. Partes: ¾ Un eje al que se le transmite el movimiento. ¾ Un disco con una o varias pistas de zonas transparentes y opacas, sujeto al eje. ¾ Elementos captadores (fotodiodos) y emisores (LEDs) de luz situados en caras opuestas del disco. ¾ Circuitos de acondicionamiento de las señales de salida.. La luz incide en los fotodiodos cada vez que entre éstos y los emisores se interpone una zona transparente. Los fotodiodos generan una tensión cuando reciben luz por tanto la salida se activa y desactiva en función de la posición del disco.. pág. 39 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(40) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. Ventajas: x. La posición de un móvil queda completamente controlada por el sistema de procesamiento en lugar de realizarse físicamente por medio de captadores instalados en la máquina.. x. Adecuada respuesta a los cambios bruscos de velocidad.. x. Alta inmunidad a las condiciones del entorno de trabajo.. Desventajas: x. La vida útil, la fiabilidad y la velocidad de respuesta están limitadas por las partes mecánicas.. x. Puede haber dificultad para su instalación en el sistema.. x. Incrementales. Proporcionan a la salida impulsos de tensión fija, proporcionales a la posición y/o velocidad de giro del eje. Pueden ser:. Tipos:. . Unidireccionales. Permiten medir la velocidad angular o la posición del eje en un solo sentido de giro. Poseen una sola pista, un solo par emisor-receptor y, en ocasiones, un agujero de referencia de la posición. La frecuencia de la señal de salida es proporcional a la velocidad de giro. La posición se controla por el número de impulsos a partir del índice.. pág. 40 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(41) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. . x. Bidireccionales. Permiten medir la velocidad de giro y la posición del eje para ambos sentidos de giro. Poseen una o dos pistas con los agujeros desfasados 90º y dos fotodetectores.. Absolutos. Permiten determinar la posición del eje mediante un código. Los discos poseen n pistas concéntricas divididas en segmentos opacos y transparentes, intercalados de forma adecuada para formar un código binario. Cada pista tiene un par emisor-receptor. Cada posición del eje coincide con un código binario.. pág. 41 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(42) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 5.- Actuadores.. pág. 42 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(43) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 5.- Actuadores. 5.1.- Introducción. En electricidad, se denomina automatismo al circuito que es capaz de realizar secuencias lógicas sin la intervención del hombre. Los automatismos se utilizan tanto en el sector industrial como en el doméstico, para operaciones como arranque y control de maquinaria, riego automático,… Los automatismos pueden ser cableados o programados (PLC). Nosotros nos limitaremos en este tema a los automatismos industriales cableados. 5.2.- Contactores. El contactor es un dispositivo electromagnético, que se puede controlar a distancia para cerrar o abrir circuitos de potencia. Podemos distinguir dos estados del contactor: ¾ Trabajo: Estado en el que se provoca su funcionamiento (estado de excitación) ¾ Reposo: Estado en el que el contactor no actúa.. pág. 43 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(44) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 5.2.1.- Clasificación de los contactores. Los contactores se pueden clasificar según distintos criterios: 5.2.1.1.- Según el tipo de accionamiento. ¾ Contactores neumáticos. Su principio de funcionamiento está basado en la acción de gases que ejercen presión. ¾ Contactores mecánicos. En estos contactores su activación se origina por medio de procesos mecánicos (muelles,…) ¾ Contactores hidráulicos. El sistema de accionamiento es un líquido (aceite, agua,…) ¾ Contactores electromagnéticos. El accionamiento se produce a través de un electroimán. 5.2.1.2.- Según la clase de corriente. ¾ Contactores de corriente alterna. La bobina del circuito magnético es alimentada con corriente alterna. ¾ Contactores de corriente continua. La bobina de su circuito magnético se alimenta con corriente continua. 5.2.1.3.- Según los límites de tensión. ¾ Contactores de alta tensión. Son los que sus contactos son capaces de soportar tensiones superiores a 1000V. ¾ Contactores de baja tensión. Sus contactos soportan como máximo tensiones de 1000V. 5.2.1.4.- Según el tipo de servicio. ¾ Contactores AC1 (cosφ>=0,9): cargas puramente resistivas para calefacción eléctrica. ¾ Contactores AC2 (cosφ=0,6): motores síncronos (de anillos rozantes) para mezcladoras, centrífugas. ¾ Contactores AC3 (cosφ=0,3): motores asíncronos (rotor jaula de ardilla) en servicio continuo para aparatos de aire acondicionado, compresores, ventiladores. ¾ Contactores AC4 (cosφ=0,3): motores asíncronos (rotor jaula de ardilla) en servicio intermitente para grúas, ascensores. En función de la categoría el número de maniobras del contactor podrá ser: 1. Servicio permanente: el contactor permanece conectado circulando por sus contactos principales la intensidad de empleo ininterrumpidamente por tiempo indefinido y superior a 8 horas. 2. Servicio de 8 horas: los polos del contactor pueden permanecer cerrados durante un tiempo suficiente alcanzando el equilibrio térmico, pero que no sobrepase las 8 horas sin interrupción. Al final de este periodo de tiempo, el contactor debe haber efectuado por lo menos, una desconexión en carga.. pág. 44 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(45) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 3. Servicio temporal: los polos del contactor pueden permanecer cerrados durante un tiempo insuficiente para que el circuito principal alcance el equilibrio térmico, pero permanece en reposo un tiempo suficiente para que el circuito principal se enfríe hasta adquirir la temperatura ambiente. En este tipo de servicio 10, 30, 60, 90 minutos se consideran valores normales. 4. Servicio intermitente: este servicio presenta períodos de trabajo y reposo, de duración constante y definida, es decir, ciclos de trabajo iguales compuestos cada uno de ellos por un tiempo de conexión y un tiempo de desconexión, siendo insuficiente la duración de cada tiempo para que el circuito principal alcance el equilibrio térmico. 5.2.2.- Partes de un contactor. El contactor dispone de las siguientes partes: Bobina, circuito magnético y contactos eléctricos.. 5.2.2.1.- Bobina. Es el elemento del contactor que puede ser controlado a distancia cuando se aplica tensión a sus bornes. Está formado por hilo esmaltado de pequeño diámetro y muchas espiras, bobinado sobre un carrete de material aislante.. Bobinas de un contactor.. Los dos extremos de la bobina están etiquetados como A1 y A2 (antiguamente A y B). pág. 45 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(46) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. Las bobinas pueden estar fabricadas para trabajar a una tensión concreta (12V, 24V, 48V, 230V,…), este valor viene indicado en la propia bobina. 5.2.2.2.- Circuito magnético. Consta de dos partes, la culata (núcleo) y el martillo (armadura). La culata es la parte fija y en ella se aloja la bobina del contactor. El martillo es la parte móvil. Ambas partes se mantienen separadas en reposo debido a un resorte.. Culata y martillo de un contactor.. 5.2.2.3.- Contactos eléctricos. Están unidos a la parte móvil del circuito magnético. Cuando el martillo se desplaza, también lo hacen los contactos, abriendo los que están cerrados y cerrando los que están abiertos.. Contactos de un contactor.. En un contactor se pueden encontrar dos tipos de contactos: Los de fuerza y los de mando, también denominados auxiliares. Los contactos de fuerza están diseñados para un mayor poder de corte y se encargarán por tanto de controlar las cargas de potencia. Los de contactos de mando se utilizan para tareas auxiliares y de control. pág. 46 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(47) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. Los contactos de fuerza serán indicados con un único número 1-2, 3-4, 5-6 y son normalmente abiertos.. Contactos principales. Contactos de mando (auxiliares). Contactos principales y de mando de un contactor.. Contactos principales de un contactor.. Los de mando tienen números de 2 cifras 13-14, 23-24, 31-32,… y pueden ser normalmente abiertos o normalmente cerrados. A los contactores se les puede añadir contactos auxiliares normales o incluso temporizados.. Bloques de contactos auxiliares. pág. 47 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(48) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 5.2.3.- Principio de funcionamiento del contactor. Hans Christian Oersted (1777-1851) observó que al igual que un imán, una corriente que circula por un cable desvía la aguja de una brújula, que tiende a orientarse perpendicularmente al cable. Dado que las corrientes eléctricas producen campos magnéticos, el experimento de Oersted puso de manifiesto la relación entre electricidad y magnetismo (electromagnetismo). Al conectar una bobina a la red eléctrica, ésta se comporta como un electroimán, moviéndose el circuito magnético y con éste sus contactos (los contactos abiertos se cierran y los cerrados se abren), si se deja de aplicar tensión a la bobina ésta deja de estar excitada con lo que los contactos vuelven al estado inicial. 5.2.4.- Contactores auxiliares. Se denominan contactores auxiliares a aquellos que no tienen contactos principales (de potencia). Tienen el mismo aspecto físico que los contactores de potencia, pero con la diferencia de estar dotados únicamente de contactos de mando (auxiliares).. Contactor de potencia y contactor auxiliar.. pág. 48 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(49) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 5.2.5.- Relés. Disponen de un circuito electromagnético y un conjunto de contactos, su funcionamiento es idéntico al del contactor. Se diferencian de éstos en su tamaño, ya que los relés tienen un tamaño menor que los contactores. Por lo general el circuito electromagnético y los contactos de un relé se encuentran en un cabezal que se enchufa sobre un zócalo en el que están los bornes de conexión.. Aspecto de un relé.. Funcionamiento del relé.. pág. 49 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(50) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 5.2.6.- Simbología eléctrica. La simbología para representar a un contactor y a un relé son las mismas, sólo difiere en las letras de designación de los mismos. Identificador Símbolo. Elemento Relé. Contacto r. Bobina.. K, KA. K, KM. Contactos de fuerza.. K, KA. K, KM. Contacto de mando NA (NO). K, KA. K, KM. Contacto de mando NC (NC). K, KA. K, KM. 5.2.7.- Elección de un contactor. Elegir un contactor para una aplicación concreta significa fijar la capacidad de un aparato para establecer, soportar e interrumpir la corriente en el receptor que se desea controlar, en unas condiciones de utilización establecidas, sin recalentamientos ni desgaste excesivo de los contactos. Cuando se va a elegir un contactor hay que tener en cuenta, entre otros factores, lo siguiente: ¾ Tensión de alimentación de la bobina. Puede ser continua o alterna, siendo ésta última la más habitual, y con tensiones de 12V, 24V, 48V, 110V o 230V. ¾ Número de maniobras, es decir, número de veces que el circuito electromagnético va a abrir y cerrar. Podemos necesitar un contactor que cierre una o dos veces al día, o quizás otro que esté continuamente abriendo y cerrando sus contactos. Hay que tener en cuenta el arco eléctrico que se produce cada vez que esto ocurre y el consiguiente deterioro. − Clase 0 Número de maniobras por hora menor o igual a 6. − Clase I Número de maniobras por hora menor o igual a 30. − Clase II Número de maniobras por hora menor o igual a 150. − Clase III Número de maniobras por hora menor o igual a 600. − Clase IV Número de maniobras por hora menor o igual a 1200. pág. 50 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(51) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. ¾ Categoría de servicio. (UNE-EN60947.4.1) La categoría de servicio está relacionada con el poder de ruptura del contactor. Las normas han determinado 4 categorías de servicio para aplicaciones de corriente alterna y 5 para aplicaciones en corriente continua: ¾ Intensidad de los contactos principales. Uno de los datos imprescindibles es la intensidad que pueden soportar los contactos principales: − Intensidad nominal térmica (Ith): es la corriente que pueden soportar los polos o contactos principales de un contactor durante un mínimo de 8 horas sin que su temperatura sobrepase los límites fijados por las normas. − Intensidad de empleo o servicio (Ie): es la corriente que puede operar y está definida por la categoría de empleo (AC1, AC2, DC1,…) y la temperatura ambiente. Por lo tanto es conveniente el uso de catálogos de fabricantes en los que se indican las distintas características de los contactores en función del modelo. Otros parámetros de interés son: ¾ El poder de ruptura de un aparato, designa la mayor intensidad de corriente que puede cortar un aparato en unas condiciones de empleo dadas. ¾ El poder de conexión expresa la mayor corriente que este aparato es capaz de cerrar a una temperatura dada y en las características prescritas de empleo y funcionamiento sin que existan deterioros.. pág. 51 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(52) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 5.2.8.- Temporizadores o relés temporizados. Son unos dispositivos que se utilizan en los circuitos de mando y cuya misión es abrir o cerrar contactos transcurrido un tiempo desde que son activados o desactivados.. Relés temporizados.. Según su funcionamiento pueden ser: ¾ Temporizador a la conexión o al trabajo. Cuando la bobina es alimentada comienza el proceso de temporización. Después de transcurrido el tiempo temporizado sus contactos cambian de posición. Si en el proceso de temporización la tensión a la bobina se corta la temporización se inicia.. ON. Bobina OFF Cerrado Abierto. Contacto NA. Cerrado Abierto. Contacto NC. pág. 52 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(53) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. ¾ Temporizador a la desconexión o al reposo. Cuando la bobina es alimentada los contactos actúan como si de un relé normal se tratase. Una vez desconectada la bobina es cuando comienza el proceso de temporización. Después de transcurrido el tiempo temporizado sus contactos cambian de posición.. ON. OFF. Bobina. Cerrado. Contacto NA Abierto Cerrado Abierto. Contacto NC. pág. 53 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(54) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 5.3.- Electroneumática. Neumática es la técnica que utiliza el aire comprimido como vehículo para transmitir energía Algunas aplicaciones de la neumática: •. Accionamiento de válvulas para aire, agua o productos químicos.. •. Accionamiento de puertas pesadas o calientes.. •. Descarga de depósitos en la construcción, fabricación de acero, minería e industrias químicas.. •. Apisonamiento en la colocación de hormigón.. •. Pintura por pulverización.. •. Sujeción y movimiento en la industria maderera.. •. Máquinas de embotellado y envasado.. •. Manipuladores neumáticos.. 5.3.1.- Elementos de una instalación neumática. Un compresor que garantiza una presión neumática al circuito, es el que genera el aire comprimido. Se elige según la capacidad de presión necesarias para el circuito (bares).. Como el aire comprimido se coge del exterior es conveniente que pase por un filtro para eliminar las partículas de polvo que lleva.. pág. 54 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(55) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. A partir de tener el aire limpio se distribuye a las zonas necesarias, para alimentar a las electroválvulas que son las que controlan los actuadores como los cilindros.. Las electroválvulas que controlan siguientes:. el movimiento de los cilindros son las. pág. 55 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(56) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. Aspecto de una electroválvula de cinco vías.. pág. 56 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(57) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. Las válvulas de dos posiciones son las más utilizadas y dependiendo del tipo de accionamiento que lleven para cada posición, se pueden distinguir dos tipos válvulas biestables o monoestables: 5.3.2.- Válvulas monoestables: Llevan un accionamiento de electroimán para una posición y un accionamiento de muelle para la otra, que es la posición estable.. Mientras activemos la bobina de la electroválvula esta se posiciona en la posición 1, al dejar de activar la bobina la electroválvula vuelve a la posición 2 que es la posición de reposo por la acción del muelle.. 5.3.3.- Válvulas biestables. Son válvulas en las cuales tienen los dos estados estables pos 1 y pos 2, esto significa que llevan dos bobinas o accionamientos electroimán una, para posicionar la pos 1 y otro para posicionar la pos 2.. Los cilindros, convierten energía neumática a energía mecánica con el desplazamiento del embolo. Los más típicos son de simple efecto, o de doble efecto.. pág. 57 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(58) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 5.3.4.- Cilindro de simple efecto. pág. 58 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(59) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 5.3.5.- Cilindro de doble efecto.. 5.3.6.- Circuitos ejemplo. 5.3.6.1.- Control de la presión y de la velocidad de los émbolos. El regulador con antirretorno es el elemento que se utiliza para regular la velocidad y presión de los émbolos tanto en la acción de extensión como contracción. Siempre se coloca el regulador cuando quiero controlar la velocidad del embolo en la tubería de escape de aire, haciendo que el escape de aire pase por el regulador y así controlo el movimiento del embolo.. Este ejemplo tiene dos estranguladores E1 y E2. E1 controla la recogida del cilindro, mientras que E2 controla la salida del cilindro.. pág. 59 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..


(61) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 6.- Montaje del Autómata programable.. pág. 61 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(62) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 6.- Montaje del autómata programable. Los sistemas de automatización S7-200 se pueden disponer en un armario eléctrico o en un raíl DIN. Es posible montarlos de forma horizontal o vertical. Un sistema de automatización S7-200 se puede conectar a un módulo de ampliación utilizando uno de los métodos siguientes: ¾ Un cable plano con el correspondiente conector está incorporado en el módulo de ampliación para poder conectarlo fácilmente a la CPU o a otro módulo de ampliación. ¾ Con objeto de flexibilizar aún más el montaje, se ofrecen también cables de conexión para los módulos de ampliación. La figura siguiente muestra dos ejemplos típicos de disposición.. 6.1.- Espacio necesario para montar una CPU S7-200. Al planificar la disposición de los módulos en el bastidor se deberán respetar las siguientes reglas: 9 Para las CPUs S7-200 y los módulos de ampliación se ha previsto la ventilación por convección natural. Por lo tanto, se deberá dejar un margen mínimo de 25 mm por encima y por debajo de las unidades para garantizar su ventilación. El funcionamiento continuo a una temperatura ambiente máxima y con una carga muy elevada reduce la vida útil de cualquier dispositivo electrónico. 9 Para el montaje vertical, la temperatura ambiente máxima se reduce en 10°C. La CPU se debe montar debajo de los módulos de ampliación. Si el montaje se efectúa en un raíl DIN vertical es preciso utilizar un tope. 9 Para el montaje horizontal o vertical en un armario eléctrico, se deben prever 75mm. 9 Al planificar la disposición de los módulos, prevea suficiente espacio para el cableado de las entradas y salidas, así como para las conexiones de los cables de comunicación.. pág. 62 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(63) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 6.2.- Montaje en un raíl DIN Las CPUs S7-200 y los módulos de ampliación se pueden montar en un raíl DIN estándar.. 6.3.- Dimensiones del armario eléctrico Las CPUs S7-200 y los módulos de ampliación disponen de orificios para facilitar su montaje en armarios eléctricos. En la figura siguiente se indican las dimensiones necesarias para montar las diversas CPUs S7-200 y los módulos de ampliación.. pág. 63 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(64) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 6.4.- Reglas de carácter general Los puntos siguientes constituyen reglas de carácter general para la instalación y el cableado de los Micro-PLCs S7-200: 9 Al cablear un Micro-PLC S7-200 es necesario respetar todos los reglamentos, códigos y normas eléctricas vinculantes. Instale y utilice el equipo conforme a todas las normas nacionales y locales vigentes. Diríjase a las autoridades locales para informarse acerca de qué reglamentos, códigos o normas rigen en el lugar de instalación. 9 Utilice siempre cables con una sección adecuada para la intensidad. Los S7-200s aceptan cables con sección de 1,50 mm2 a 0,50 mm2. 9 No apriete excesivamente los bornes de tornillo, pues podrían pasarse de rosca. 9 Utilice siempre un cable lo más corto posible (apantallado o blindado, como máximo 500 metros, sin pantalla o blindaje, 300 metros). 9 Separe el cableado de corriente alterna y el cableado de corriente continua de alta tensión y rápida conmutación de los cables de señal de baja tensión. 9 Identifique y disponga adecuadamente el cableado hacia los S7-200s. 9 Instale dispositivos de supresión de sobretensiones apropiados en el cableado susceptible de recibir sobretensiones causadas por rayos. 9 Ninguna alimentación externa deberá aplicarse a una carga de salida en paralelo con una salida de corriente continua (DC). En caso contrario puede circular corriente inversa a través de la salida a menos que se instale un diodo u otra barrera.. pág. 64 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(65) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 7.- Lenguajes de Programación de los PLCs.. pág. 65 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(66) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 7.- Lenguajes de programación de los PLCs. Cuando surgieron los autómatas programables, lo hicieron con la necesidad de sustituir a los enormes cuadros de maniobra construidos con contactores y relés. Por lo tanto, la comunicación hombre-máquina debería ser similar a la utilizada hasta ese momento. El lenguaje usado debería ser interpretado con facilidad por los mismos técnicos electricistas que anteriormente estaban en contacto con la instalación. Estos lenguajes han evolucionado en los últimos tiempos, de tal forma que algunos de ellos ya no tienen nada que ver con el típico plano eléctrico a relés. 7.1.- Lenguaje a contactos: LD (Ladder Diagram) ó KOP. Es el que más similitudes tiene con el utilizado por un electricista al elaborar cuadros de automatismos. Muchos autómatas incluyen módulos especiales de software para poder programar gráficamente de esta forma.. Diagrama KOP Siemens.. Diagrama KOP Omron. pág. 66 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(67) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. El esquema de contactos (KOP) es un lenguaje de programación gráfico con componentes similares a los elementos de un esquema de circuitos. Al programar con KOP, se crean y se disponen componentes gráficos que conforman un segmento de operaciones lógicas. Para crear programas se dispone de los siguientes elementos:. Contactos: Representan un interruptor por el que la corriente puede circular. La corriente circula por un contacto normalmente abierto sólo cuando el contacto está cerrado (es decir, cuando su valor lógico es "1"). De forma similar, la corriente circula por un contacto normalmente cerrado o negado (NOT) sólo cuando el contacto está abierto (es decir, cuando su valor lógico es "0"). Bobinas Representan un relé o una salida excitada por la corriente. Cuadros Representan una función (por ejemplo, un temporizador, un contador o una operación aritmética) que se ejecuta cuando la corriente llega al cuadro.. Un segmento comprende esos elementos, representando un circuito completo. La corriente circula desde la barra de alimentación izquierda (representada en el editor KOP mediante una línea vertical en el lado izquierdo de la ventana) a través de los contactos cerrados para excitar las bobinas o los cuadros.. 7.2.- Lenguaje por Lista de Instrucciones: IL ó AWL. En los autómatas de gama baja es el único modo de programación. Consiste en elaborar una lista de instrucciones o nemónicos que se asocian a los símbolos y su combinación en un circuito eléctrico a contactos. Este tipo de lenguaje es en algunos casos la forma más rápida de programación e incluso la más potente.. AWL Siemens.. AWL Omron. pág. 67. Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(68) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 7.3.- Plano de Funciones: FBD ó FUP. El plano de funciones lógicas resulta especialmente cómodo de utilizar a técnicos habituados a trabajar con circuitos de puertas lógicas, ya que la simbología utilizada en ambos es equivalente. El editor FBD o FUP (Diagrama de funciones) de permite visualizar las operaciones en forma de cuadros lógicos similares a los circuitos de puertas lógicas.. 7.4.- GRAFCET. Es el llamado Gráfico de Orden Etapa Transición. Diseñado especialmente para resolver problemas de automatismos secuenciales. Las acciones son asociadas a las etapas y las condiciones a cumplir a las transiciones. Este lenguaje resulta enormemente sencillo de interpretar por operarios sin conocimientos de automatismos eléctricos. Muchos de los autómatas que existen en el mercado permiten la programación en GRAFCET. También podemos utilizarlo para resolver problemas de automatización de forma teórica y posteriormente convertirlo a planos de contactos.. pág. 68 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(69) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 8.- Introducción a la programación.. pág. 69 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(70) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 8.- Introducción a la programación. 8.1.- Los relés. El propósito de un PLC es reemplazar los circuitos lógicos representados por relés mecánicos, por esto es útil ver cómo funcionan. Un relé es básicamente un switch electromecánico. Aplicando un voltaje determinado a la bobina se genera un campo magnético que atrae al elemento de contacto a su posición de cerrado. Por lo general, los voltajes y corrientes utilizados para accionar el circuito de la bobina del relé se denominan señales, y permiten manejar lógicas de control en rangos de voltajes que no involucran peligro, y son los adecuados para ser generados por circuitos de control. En resumen, a través de un relé se pueden separar los circuitos de baja potencia de los circuitos de alta potencia. 8.2.- Reemplazar relés. Ahora utilizaremos un PLC en lugar del relé anterior. Lo primero que se debe realizar es la creación de un diagrama de contactos. Esto se debe hacer debido a que el PLC no entiende un programa esquemático. Este sólo reconoce código. Afortunadamente la mayoría de los PLCs tienen un software que es capaz de convertir el diagrama de contactos a código. Esto nos evita la tediosa tarea de aprender el código de los PLCs. 8.2.1.- Primer paso. Lo primero es trasladar todas las partes del esquema usando símbolos que sean entendibles al PLC. Un PLC no entiende términos como interruptor, relé, motor. Algo más cómodos al PLC resultan los términos entrada, salida, bobina, contacto. No es necesario especificar cual es el tipo de la entrada o de la salida, sólo hay que ser cuidadoso en definir cuales son las entradas y las salidas. Primero se reemplazará la batería con un símbolo. Este símbolo es común a todos los diagramas de contactos. El símbolo se denomina barras de alambre y se visualiza como dos líneas verticales. Las líneas se ubican a ambos lados del diagrama. La barra de la izquierda se asume como voltaje positivo (+) y la de la derecha como la referencia o tierra. La corriente se tomará como fluyendo de izquierda a derecha, al igual que el flujo lógico. Seguidamente se define el símbolo de entrada. Este símbolo es utilizado como contacto de un relé. El símbolo de salida es usado como la bobina del relé.. pág. 70 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(71) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 8.2.2.- Segundo paso. Debemos indicar al PLC dónde está la localización de cada uno de los elementos del diagrama. En otras palabras debemos entregar todas las direcciones de dispositivos. Las direcciones son asignadas previamente según procedimientos establecidos por cada fabricante. 8.2.3.- El paso final. Ahora resta convertir el esquema en una secuencia lógica de eventos. El programa debe decir que se debe hacer cuando se lleve a efecto algún evento, como por ejemplo el cambio de estado de la entrada.. pág. 71 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..

(72) Curso de autómatas programables Siemens y Omron.. 9.- Programación autómatas Siemens.. pág. 72 Luis Alberto Rodríguez Soto. Rubén Freiría González..