Conceptos de Relevacion Industrial Tesis UTP

(1)

ii

DUBAN

DUBAN MONTOYMONTOYA A RIVERARIVERA

CARLOS ALBERTO OCAMPO TORRES CARLOS ALBERTO OCAMPO TORRES

UNIVERSIDA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE D TECNOLOGICA DE PEREIRAPEREIRA FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA

PEREIRA PEREIRA

1999 1999

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iiii

DUBAN

DUBAN MONTOYMONTOYA A RIVERARIVERA

CARLOS ALBERTO OCAMPO TORRES CARLOS ALBERTO OCAMPO TORRES

Proyecto de grado presentado como requisito parcial para optar al título de Proyecto de grado presentado como requisito parcial para optar al título de

Ingeniero Electricista. Director :

Ingeniero Electricista. Director : Ing. JOSE EYDER TABARESIng. JOSE EYDER TABARES

UNIVERSIDA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE D TECNOLOGICA DE PEREIRAPEREIRA FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA

PEREIRA PEREIRA

1999 1999

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iii iii

A mis padres José Omar y María A mis padres José Omar y María Melida, a mis hermanos; José Melida, a mis hermanos; José Guillermo, Luz

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iv iv

A mi

A mi madre María Dolly madre María Dolly y a mi hijy a mi hijaa Manuela.

(6)

v

Los autores expresan sus agradecimientos a :

JOSE EYDER TABARES, Ingeniero Electricista y director del presente proyecto de grado, por su voluntad y ayuda en los conceptos y diseños presentados.

ALVARO ANGEL OROZCO GUTIERREZ, Ingeniero Electricista, por su colaboración oportuna en lo referente al software Lookout .

JORGE FERNANDO GIRALDO, Licenciado en Electrónica, por su colaboración en lo referente al software DDE Server , Microsoft Excel y los conceptos de semaforización

WILSON ANTONIO MARIN MUÑOZ, Ingeniero Electricista, por su colaboración con el material sobres PLCs.

(7)

vi

INTRODUCCION 1

1. CONCEPTOS BASICOS DE LOGICA CABLEADA 2

1.1 QUE ES LOGICA CABLEADA ? 2

1.2 QUE SON DIAGRAMAS LADDER ? 2

1.2.1 Relés instantáneos y Contactores 3

1.2.2 Relés temporizados 5

1.2.2.1 Relé temporizado tipo ON-Delay 5

1.2.2.2 Relé temporizado tipo OFF-Delay 5

1.2.3 Relés con memoria mecánica 6

1.2.4 Contactores con bobinas de bloqueo 6

1.2.5 Breakersde control y de potencia 7

1.2.6Pulsadores 7

1.2.7 Microsuiches 7

1.2.8 Alarmas, Lámparas y Pilotos 8

1.2.9 Programadores de Levas 8

1.3 EJEMPLO ILUSTRATIVO DE DIAGRAMAS LADDER 10

2. DISEÑOS DESARROLLADOS EN LOGICA CABLEADA 11

2.1 ARRANQUE DIRECTO DE MOTORES AC 11

2.1.1Motor monofásico 11

2.1.2Motor trifásico 12

2.2 CONMUTABLE SIMPLE 13

2.3 USO DE RELES TEMPORIZADOS TIPO ON Y TIPO OFF 14

2.4 SIMULACION DE TEMPORIZADOS TIPO ON Y TIPO OFF 15

2.4.1 Simulación de temporizado ON con OFF 15

2.4.2 Simulación de temporizado OFF con ON 16

2.5 TRENES DE PULSOS ON-ON, ON-OFF, OFF-ON Y OFF-OFF 17 2.6 FUNCION “REFRESCO” CON UN TEMPORIZADO TIPO OFF 18 2.7 ARRANQUE DE MOTOR DC CON DOS PASOS DE

ACELERACION 19

(8)

vii

2.9 ARRANQUE DE MOTOR AC CON DOS PASOS DE

ACELERACION 27

2.10 ARRANQUE Y-∆ TRANSICION ABIERTA DE UN MOTOR

TRIFASICO, UTILIZANDO PROGRAMADOR DE LEVAS 29

3. CONCEPTOS BASICOS DE LOGICA PROGRAMADA 32

3.1 QUE ES LOGICA PROGRAMADA ? 32

3.2 QUE ES Y COMO FUNCIONA UN PLC ? 32

3.2.1 Módulo de alimentación 32

3.2.2 Módulo de entradas 32

3.2.3 Unidad central de procesos o CPU 33

3.2.4Módulo de salidas 33

3.3 COMO SE PROGRAMA UN PLC ? 35

3.3.1 Programación basada en diagramas Ladder 35

3.3.2 Programación basada en diagramas secuenciales y cíclicos 35 3.4 DESCRIPCION GENERAL DEL PLC TELEMECANIQUE

TSX 17-10 37 3.4.1 Entradas 37 3.4.2Salidas 37 3.4.3Bobinasinternas 38 3.4.4Temporizados 38 3.4.5 Metodología de programación 38

3.4.5.1 Zona de tratamiento preliminar 39

3.4.5.2 Zona de tratamiento secuencial 39

3.4.5.3Zona de tratamiento posterior 39

3.5 DESCRIPCION GENERAL DEL PLC TELEMECANIQUE

TSX 17-20 39 3.5.1 Entradas 40 3.5.2Salidas 40 3.5.3Bobinas internas 40 3.5.4Temporizados 40 3.5.5Bobinas auxiliares 41 3.5.5.1Jump 41 3.5.5.2Set 42 3.5.5.3Reset 42 3.5.6 Metodología de programación 42

3.5.6.1 Programación utilizando terminal gráfico o consola TSX 407 42 3.5.6.2 Construcción de programas utilizando el terminal TSX 407 44

(9)

viii

3.5.6.3 Construcción de programas utilizando conexión

al computador 46

3.6 DESCRIPCION GENERAL DEL PLC Koyo 205 CON CPU DL-240 47

3.6.1 Etapas iniciales y normales 48

3.6.2 Entradas 48 3.6.3 Salidas 49 3.6.4 Bobinas internas 49 3.6.5 Temporizados 49 3.6.5.1 TMR 49 3.6.5.2 TMRF 49 3.6.5.3 TMRA 50 3.6.5.3 TMRAF 50 3.6.6 Bobinas auxiliares 50 3.6.6.1Jump 50 3.6.6.2Set 50 3.6.6.3Reset 51 3.6.7 Metodología de programación 51

3.6.7.1 Construcción de los programas 51

3.6.7.2 Documentación de los programas 53

3.6.7.3 Ejecución de los programas 55

3.6.7.4 Impresión programas 57

3.7 DESCRIPCION GENERAL DEL PLC ABB PROCONTIC K200 58

3.7.1 Entradas 58

3.7.2 Salidas 58

3.7.3 Bobinas internas 58

3.7.4 Temporizados 58

3.7.5 Metodología de programación 58

4. DISEÑOS DESARROLLADOS EN LOGICA PROGRAMADA 60

4.1 TREN DE PULSOS CON UN SOLO TEMPORIZADO ON 60

4.1.1 Asignación, Programas y conexiones para PLCs

Telemecanique Booleano = T.B y Telemecanique Gráfico = T.G 61 4.1.2 Asignación, conexiones y programa para PLC Koyo 63 4.1.3 Asignación, programa y conexiones para PLC ABB 66

4.2 TREN DE PULSOS CON DOS TEMPORIZADOS TIPO ON 67

4.3 USO DE TEMPORIZADO EXTERNO TIPO OFF 68

4.3.1 Asignación, programas y conexiones para PLCs

Telemecanique Booleano = T. B y Telemecanique Gráfico = T.G 69 4.3.2 Asignación, programación y conexiones para PLC ABB 70

(10)

ix

4.6 SECUENCIA A, A , B, B 73

Telemecanique Booleano = T. B y Telemecanique Gráfico = T.G 74 4.6.2 Asignación, conexiones y programa para PLC Koyo 77 4.6.3 Asignación, programa y conexiones para PLC ABB 80

4.7 SECUENCIA A, B, C, D 81

4.10 ENCENDIDO Y APAGADO DE UNA CARGA MEDIANTE

DOS PULSADORES 83

4.11 ENCENDIDO Y APAGADO DE CUATRO CARGAS UTILIZANDO

DOS PULSADORES 84

4.11.1 Asignación, programa y conexiones para PLCs

4.12 DETECCION DE FALLAS UTILIZANDO MICROSUICHES 94

Telemecanique Booleano = T. B y Telemecanique Gráfico = T.G 95 4.12.2 Asignación, programa y conexiones para PLC Koyo 99 4.12.3 Asignación, programa y conexiones para PLC ABB 101 4.13 MANEJO DE MOTOBOMBAS UTILIZANDO SENSORES

DE NIVEL 102

4.14 ENCENDIDO SECUENCIAL DE TRES MOTORES

MONOFASICOS 103

4.15 ARRANQUE DE MOTOR TRIFASICO CON INVERSION

MANUAL 105

(11)

x

4.17 ARRANQUE DE MOTOR TRIFASICO CON INVERSION

AUTOMATICA 115

Telemecanique Booleano = T. B y Telemecanique Gráfico = T.G 116 4.17.2 Asignación, conexiones y programa para PLC Koyo 120 4.17.3 Asignación, programa y conexiones para PLC ABB 123 4.18 ARRANQUE DE MOTOR TRIFASICO CON INVERSION Y

FUNCIONAMIENTO: AUTOMATICO,

SEMIAUTOMATICO, PARCIAL E INTERMITENTE 124

Telemecanique Booleano = T. B y Telemecanique Gráfico = T.G 127 4.18.2 Asignación, conexiones y programa para PLC Koyo 132 4.18.3 Asignación, programa y conexiones para PLC ABB 137 4.19 ARRANQUE Y-∆ TRANSICIÓN ABIERTA E INVERSION DE UN

MOTOR TRIFASICO 138

Telemecanique Booleano = T. B y Telemecanique Gráfico = T.G 140 4.19.2 Asignación, y conexiones y programa para PLC Koyo 144 4.19.3 Asignación, programa y conexiones para PLC ABB 148 4.20 ARRANQUE Y-∆ TRANSICION CERRADA E INVERSION DE

MOTOR TRIFASICO 149

4.21 ARRANQUE DE MOTOR MONOFASICO CON INVERSION

Y FRENADO DINAMICO 151

4.22 CONTROL DE VELOCIDAD EN MOTORES TRIFASICOS 161

4.22.1 Control de motor con velocidad alta y baja por derecha y

por reversa utilizando cinco pulsadores 161

4.22.1.1 Asignación, conexiones y programa para PLC Koyo 163 4.22.2 Control de motor con dos velocidades por derecha y

dos por reversa utilizando dos pulsadores 168

4.22.3 Control de motor con velocidades: baja, media baja,

media alta y alta por marcha derecha 170

5. CONCEPTOS Y DISEÑOS AVANZADOS 172

5.1 USO DE LAS INSTRUCCIONES DE COMPARACION,

(12)

xi

5.1.1.2 Calendario 172

5.1.1.2.1 Bloque reloj calendario anual 175

5.1.1.2.2 Bloque reloj calendario semanal 175

5.1.2 Instrucciones especiales de los PLC Koyo 176

5.1.2.1 Instrucciones de comparación 176

5.1.2.2 Calendario 177

5.1.2.3 Relés auxiliares 177

5.1.2.4 Posiciones de memoria 178

5.1.3 Ejemplo de aplicación 179

5.1.3.1 Asignación, conexiones y programa para PLC Koyo 180 5.2 VINCULO DE UNA APLICACION EN PLC KOYO A

MICROSOFT EXCEL, UTILIZANDO COMO INTERFACE EL

SOFTWARE DDE SERVER 189

5.2.1 Creación del Link o enlace de comunicación 189

5.2.2 Creación del Topic 193

5.2.3 Comunicación con Microsoft Excel 195

5.3 VINCULO DE UNA APLICACION EN PLC KOYO A MICROSOFT EXCEL, UTILIZANDO COMO INTERFACE EL

SOFTWARE LOOKOUT 198

5.3.1 Conexión entre el PLC y Lookout 198

5.3.2 Conexión de Lookout y Excel 204

6. APENDICE SOBRE SISTEMAS SCADA 207

(13)

INTRODUCCION

La configuración básica de un sistema manejado en relevación industrial consta de tres bloques o secciones principales.

El primer bloque son las entradas del sistema y está compuesto por :

1. _{Elementos cuya operación proporciona un cambio de estado entre niveles altos y} bajos, son conocidos como entradas digitales. En este tipo encontramos pulsadores, interruptores, microsuiches1y electroválvulas.

2. _{Elementos que entregan señales que varían con el tiempo, se denominan} entradas análogas y provienen de sensores de nivel, sensores de presión y sensores de temperatura.

El segundo bloque es el “Cerebro” donde se realiza el procesamiento de las señales de entrada y se generan otras hacia las salidas. Este se puede realizar de tres formas diferentes en base a:

1. _{Componentes mecánicos y electromagnéticos como diferentes tipos de relés,} diferentes tipos de contactores y programadores de levas. En este caso se dice que el sistema de control es en lógica cableada.

2. _{Componentes electrónicos como autómatas programables, microprocesadores y} microcontroladores. El sistema de control será en lógica programada.

3. _{Software especializado para instrumentación y control como Lab View . En este} caso el sistema de control será virtual

El tercer bloque contiene los elementos de potencia manejados directamente por contactores, triacs y electroválvulas. Entre otros encontramos máquinas, equipos e iluminación.

Este texto está dedicado a presentar conceptos y diseños básicos que ayuden a comprender el funcionamiento de los tres bloques descritos anteriormente y de alguna manera alivie la falta de documentación sobre el tema.

Para hacerlo más práctico y pedagógico está basado en los elementos y programas existentes en el Laboratorio de Relevación Industrial de la Facultad de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Tecnológica de Pereira.

Por ello, cada que en este texto se mencione Laboratorio, se estará haciendo referencia a dicho Laboratorio de Relevación Industrial.

(14)

1. CONCEPTOS BASICOS DE LOGICA CABLEADA

1.1 QUE ES LOGICA CABLEADA ?

Un circuito en lógica cableada es la interconexión física adecuada de pulsadores, interruptores, microsuiches, relés, contactores, programadores de levas, alarmas y demás elementos mecánicos y electromagnéticos de relevación, de tal forma que cada uno cumpla una función determinada y el conjunto proporcione una solución a un problema de automatización. La interconexión se hace en base a planos de control y de potencia conocidos como diagramas Ladder o escalera.

1.2 QUE SON DIAGRAMAS LADDER ?

Se llama diagrama Ladder a un plano de conexiones que contiene un breaker de control, dos líneas de alimentación verticales y paralelas, y una o varias líneas horizontales que contienen los elementos de relevación que

conforman el circuito, figura 1.2. Para comprender su funcionamiento, estos diagramas se deben “leer” de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo.

Figura 1.2 Esquema general de un diagrama Ladder

Con el fin de entender los circuitos eléctricos de control y de potencia manejados en relevación, debemos familiarizarnos con dichos diagramas, los cuales también son

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la base para la programación de PLCs, Programmable logic controller, o controladores lógicos programables.

A continuación se describen los elementos más utilizados en relevación industrial y se muestra los símbolos empleados para su representación en los diagramas Ladder .

1.2.1 Relés instantáneos y Contactores : Ambos elementos son la base de la relevación industrial, tienen los mismos componentes y el mismo principio de funcionamiento. Estos elementos como respuesta a una señal de control, corriente o voltaje, hacen operar instantánea y simultáneamente unos contactos abiertos y/o cerrados, permitiendo o interrumpiendo el paso de corriente a los elementos conectados a sus terminales. Constan de una bobina, un núcleo fijo, un núcleo móvil, dos o más contactos y un elemento de reposición que generalmente es un resorte. Figura 1.2.1.a.

figura 1.2.1.a Esquema básico de relés y contactores

Cuando la bobina recibe la señal de control se crea una fuerza electromagnética entre el núcleo fijo y el núcleo móvil y se vence la fuerza del resorte, produciéndose el desplazamiento de la parte móvil hacia la fija. Esto hace cerrar los contactos abiertos o abrir los contactos cerrados. El elemento de recuperación opera al suspender la señal de control a la bobina, colocando el núcleo móvil y los contactos en su posición original de reposo.

Los contactos deben tener una alta resistencia mecánica debido a la cantidad de veces que deben operar durante la vida útil del elemento.

Se aclara que los relés se utilizan en los circuitos de control y los contactores, por tener contactos más robustos, en circuitos de potencia.

Para representar los relés, los contactores y sus contactos, en el laboratorio y en este texto se utilizan notaciones de acuerdo a la norma americana ANSI , American

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National Standards Institute, según ésta, la bobina de un contactor o un relé debe representarse mediante un círculo con dos terminales, dentro de él, se coloca el nombre dado al relé y en sus terminales las letras A y B. En este texto los relés instantáneos se nombran con las letras CR, seguidas de un número o letra que los distinga de otros relés del diagrama, por ejemplo: CR, CR1, CR2, CRA, CRB, CRF, CRR, etc.

La mayoría de los relés del laboratorio tienen cuatro contactos principales y en algunos casos dos o más auxiliares. En los planos y diagramas los contactos se representan en la posición que tengan con la bobina desenergizada y se identifican con un número de dos cifras en cada extremo, figura 1.2.1.b.

Figura 1.2.1.b Representación de relés según normas ANSI

La primera cifra de izquierda a derecha es la misma en cada extremo del contacto y es el número asignado para identificarlo de los demás contactos del relé, puede ser 1, 2, 3 ó 4 en los principales y 4, 5, 6, 7,…,n en los auxiliares. Las segundas cifras de los extremos son 1-2 para los contactos normalmente cerrados y 3-4 para los normalmente abiertos. Como nombre llevan el mismo de la bobina que los hace accionar.

Los contactores por su parte, tienen cuatro contactos normalmente abiertos, de los cuales tres son para potencia y uno para control, figura 1.2.1.c.

Figura 1.2.1.c Representación de contactores según normas ANSI

Los tres contactos de potencia se identifican con los números 1-2, 3-4 y 5-6, el de control tiene la numeración 13-14. Ambos llevan el nombre de la bobina a la que pertenecen y en los planos se dibujan normalmente abiertos. En este texto los contactores se identifican con una letra mayúscula seguida de un número u otra letra que los distinga de otros contactores del diagrama, por ejemplo: A, A1, A2, C, C1, C2, M, M1, M2, F, R, HF, HR, LF, LR etc.

Además de los relés y contactores normales existen otros que poseen características especiales para ser mas eficientes en determinadas funciones, éste es el caso de los relés temporizados, los relés con memoria mecánica y los contactores con bobinas de bloqueo.

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1.2.2 Relés temporizados : En los relés convencionales, el tiempo transcurrido entre el momento de energizar o desenergizar la bobina y la operación de sus contactos es de apenas unos pocos milisegundos, este tiempo de Delay o retardo, es el tiempo de respuesta del equipo y está determinado por la calidad o el estado del relé. En muchas aplicaciones se necesita que este tiempo sea mayor y ajustable a la necesidad especifica. Los relés con dicha propiedad se conocen como relés temporizados y los hay tipo ON-Delay y Tipo OFF-Delay . En este texto dichos elementos se nombran con las letras TR, TS ó TB seguidas de un número que los distinga de otros temporizados del diagrama, por ejemplo: TR, T R1, TR2, TR3, TS1, TS2, TS3, TB1, TB2, TB3, etc.

1.2.2.1 Relé temporizado tipo ON-Delay : Son conocidos como temporizados al trabajo o simplemente ON. Pueden tener contactos instantáneos normalmente abiertos y normalmente cerrados y contactos temporizados normalmente abiertos y normalmente cerrados, figura 1.2.2.1.

Figura 1.2.2.1 Representación de Relé Tipo ON y sus contactos

Al energizar la bobina, los instantáneos operan inmediatamente, es decir, se cierran los normalmente abiertos y se abren los normalmente cerrados. Los contactos temporizados por su parte “esperan” el tiempo ajustado al relé y transcurrido éste, se cierran los normalmente abiertos y se abren los normalmente cerrados. Al desenergizar la bobina, tanto los contactos instantáneos como los temporizados, vuelven inmediatamente a su estado inicial de reposo.

Por lo anterior cuando se trate de contactos temporizados de un relé tipo ON, se tendrán contactos abiertos temporizados a cerrar T.C y contactos cerrados temporizados a abrir T.O.

1.2.2.2 Relé temporizado tipo OFF-Delay : Son conocidos como temporizados al reposo o simplemente OFF. Pueden tener contactos instantáneos normalmente abiertos y normalmente cerrados y contactos temporizados normalmente abiertos y normalmente cerrados, figura 1.2.2.2.

(18)

Al energizar la bobina tanto los contactos instantáneos como los temporizados operan inmediatamente, es decir, los normalmente abiertos se cierran y los normalmente cerrados se abren. Al desenergizar la bobina los contactos instantáneos vuelven a su estado original inmediatamente, los contactos temporizados “esperan” el tiempo ajustado a la unidad y transcurrido éste vuelven a su estado inicial de reposo.

Por lo anterior cuando se trate de contactos temporizados de un relé tipo OFF, se tendrán contactos abiertos temporizados a abrir T.O y contactos cerrados temporizados a cerrar T.C.

1.2.3 Relés con memoria mecánica : Este tipo de relé posee dos bobinas, una principal de operación normal y una auxiliar de memoria mecánica, figura 1.2.3.

Figura 1.2.3 Representación de relés con memoria mecánica

Al energizar la bobina principal los contactos operan inmediatamente, al desenergizarla, no vuelven al estado de reposo como en un relé instantáneo y solo lo hacen si se energiza la bobina auxiliar, es decir, no es suficiente con suspender la alimentación a la bobina principal para lograr que los contactos vuelvan a las condiciones de reposo.

Esta propiedad es muy utilizada cuando se quiere guardar la memoria de un proceso o respetar una secuencia de operación de varios equipos, de tal forma que, si por cualquier circunstancia existe un corte en el fluido eléctrico, al momento de restablecerse el servicio, el proceso continúa en el punto donde quedó interrumpido. 1.2.4 Contactores con bobinas de bloqueo : Estos contactores además de la bobina principal tienen una bobina auxiliar de bloqueo. Si inicialmente se energiza la bobina principal los contactos operan instantáneamente y si luego se alimenta la bobina auxiliar nada ocurre. Si inicialmente se energiza la bobina auxiliar, todos los contactos se “amarran” y no operan así se enegice la bobina principal. Si se quiere que los contactos operen como en un contactor normal simplemente no se hace uso de la bobina auxiliar.

En el laboratorio existen cuatro contactores de este tipo, son para voltaje DC y cada uno cuenta con dos contactos para potencia, uno normalmente abierto y otro normalmente cerrado, éstos se encuentran unidos internamente por uno de los extremos. También cuentan con tres contactos independientes para control. Las bobinas y contactos están numerados como lo muestra la figura 2.7.a del capítulo segundo.

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1.2.5 Breaker de control : Cada diagrama Ladder contiene un interruptor o breaker de control, denominado generalmente como BC. Figura 1.2.5.

Figura 1.2.5 Representación del breaker de control

Una recomendación de seguridad muy importante al diseñar, es tener en cuenta que al cierre del breaker de control no “entre” ninguna orden al diagrama.

1.2.6 Pulsadores : Se utilizan para ingresar las órdenes al circuito de control, un pulsador no es más que uno, dos o más contactos normalmente abiertos y/o normalmente cerrados, unidos para operar simultáneamente con una sola orden manual. Tan pronto la orden se suspende, éstos vuelven al estado de reposo, figura 1.2.6.

Figura 1.2.6 Representación de pulsadores

Debido a la forma física como están construidos los contactos manejados por un pulsador, es más corto el espacio que debe recorrer uno cerrado para abrirse, que uno abierto para cerrarse, por ello, cuando se presiona un pulsador que maneja combinaciones de contactos, ingresan primero las órdenes dadas por los contactos cerrados. Para nombrarlos en este texto se utiliza la letras P seguida de un número o letra que lo distinga de otros pulsadores del diagrama, por ejemplo : P, P1, P2, P3, PF, PR, etc.

1.2.7 Microsuiches : Estos dispositivos se utilizan para ingresar órdenes al circuito de control, provenientes de partes o piezas de máquinas y equipos. Al igual que los pulsadores, al presionarse un microsuiche cierra y/o abre contactos simultáneamente, tan pronto es soltado éstos vuelven a su posición inicial.

NOTA ACLARATORIA: El término microsuiche aunque no es castizo, se utiliza en este texto por su uso corriente en el medio y representa bien sea un microinterruptor, un interruptor de final de carrera o un sensor inductivo, capacitivo u óptico.

(20)

Figura 1.2.7

Figura 1.2.7 Representación de Representación de MicrosuichesMicrosuiches

Existen microsuiches normalmente abiertos y normalmente cerrados, en el plano de Existen microsuiches normalmente abiertos y normalmente cerrados, en el plano de control deben dibujarse como se encuentren con la máquina o equipo apagado. Por control deben dibujarse como se encuentren con la máquina o equipo apagado. Por ejemplo; un

ejemplo; un microsuimicrosuiche che tipo normalmente abierto tipo normalmente abierto que en que en el el momento inicial momento inicial dede operación de la máquina, esté presionado o pulsado por alguna pieza, debe operación de la máquina, esté presionado o pulsado por alguna pieza, debe dibujarse cerrado, indicando que es normalmente abierto accionado.

dibujarse cerrado, indicando que es normalmente abierto accionado.

Por lo anterior en los planos encontraremos microsuiches normalmente abiertos, Por lo anterior en los planos encontraremos microsuiches normalmente abiertos, normalmente cerrados, normalmente abiertos accionados y normalmente cerrados normalmente cerrados, normalmente abiertos accionados y normalmente cerrados accionados. Para nombrarlos en este texto se utiliza las letras MS seguidas de un accionados. Para nombrarlos en este texto se utiliza las letras MS seguidas de un número o letra que lo identifique de los demás microsuiches del diagrama, por número o letra que lo identifique de los demás microsuiches del diagrama, por ejemplo: MS1, MS2, MSI, MSD, etc.

ejemplo: MS1, MS2, MSI, MSD, etc.

En cuanto a la ubicación física, se encuentran distribuidos en las partes de la En cuanto a la ubicación física, se encuentran distribuidos en las partes de la máquina o concentrados en un árbol de levas.

máquina o concentrados en un árbol de levas. 1.2.8

1.2.8 Alarmas, Alarmas, Lámparas Lámparas y y Pilotos Pilotos :: Por seguridad en los circuitos y tableros dePor seguridad en los circuitos y tableros de control es muy común encontrar LEDs indicadores y bombillos pilotos que nos control es muy común encontrar LEDs indicadores y bombillos pilotos que nos muestran el estado actual de operación de las máquinas y equipos manejados, muestran el estado actual de operación de las máquinas y equipos manejados, igualmente se utilizan alarmas visuales y sonoras para indicar la existencia y igualmente se utilizan alarmas visuales y sonoras para indicar la existencia y ubicación de las fallas que se presenten. En este texto para nombrar bombillos, ubicación de las fallas que se presenten. En este texto para nombrar bombillos, lámparas y pilotos se utiliza la B, seguida de un número que los distinga de los lámparas y pilotos se utiliza la B, seguida de un número que los distinga de los demás del diagrama, por ejemplo: B1, B2, B3, etc. Para las alarmas las letras AL. demás del diagrama, por ejemplo: B1, B2, B3, etc. Para las alarmas las letras AL. Figura 1.2.8.

Figura 1.2.8.

Figura 1.2.8

Figura 1.2.8 Representación de Representación de alarmas, lámparas y alarmas, lámparas y pilotospilotos

1.2.9

1.2.9 Programadores Programadores de de Levas Levas :: Son elementos utilizados para controlar Son elementos utilizados para controlar secuencias automáticas sencillas. Un programador de levas consta de un motor secuencias automáticas sencillas. Un programador de levas consta de un motor pequeño, el cual hace girar un eje o árbol que contiene levas. Estas levas accionan pequeño, el cual hace girar un eje o árbol que contiene levas. Estas levas accionan microsuiches

microsuiches que manejan que manejan contactos. contactos. En los diaEn los diagramasgramas Ladder Ladder el motor que haceel motor que hace mover las levas se representa con un círculo y la letra MP, figura 2.2.9.a, los mover las levas se representa con un círculo y la letra MP, figura 2.2.9.a, los microsuiches manejados se representan igual que los descritos anteriormente en la microsuiches manejados se representan igual que los descritos anteriormente en la figura 1.2.7.

(21)

Figura 1.2.9.a

Figura 1.2.9.a Representación de Representación de un motor de programador de un motor de programador de levaslevas

En el laboratorio se cuenta con dos programadores de levas, cada uno con motor a En el laboratorio se cuenta con dos programadores de levas, cada uno con motor a 120 V AC, el cual puede ser ajustado para dar una vuelta en: 1 minuto, 1 hora o 24 120 V AC, el cual puede ser ajustado para dar una vuelta en: 1 minuto, 1 hora o 24 horas, figura 1.2.9.b. El eje de cada programador maneja cuatro levas y cada leva horas, figura 1.2.9.b. El eje de cada programador maneja cuatro levas y cada leva un microsuiche normalmente abierto. Cuando por

un microsuiche normalmente abierto. Cuando por acción de acción de una leva una leva se cierra else cierra el microsuiche ubicado justo frente a ella, éste hace operar un contacto normalmente microsuiche ubicado justo frente a ella, éste hace operar un contacto normalmente cerrado y un contacto normalmente abierto.

cerrado y un contacto normalmente abierto.

En cuanto a las levas, están constituidas por dos discos superpuestos, cada uno En cuanto a las levas, están constituidas por dos discos superpuestos, cada uno con una zona de

con una zona de cresta cresta y una zona y una zona de valle de 180°.de valle de 180°.

Figura 1.2.9.b

Figura 1.2.9.b Composición de un Composición de un programador de levaprogramador de levass

Cada disco que compone la leva puede hacerse girar sobre el eje, de tal forma que Cada disco que compone la leva puede hacerse girar sobre el eje, de tal forma que con ellos superpuestos se logra de 180 a 360° de cresta ó de 0 a 180° de valle. En con ellos superpuestos se logra de 180 a 360° de cresta ó de 0 a 180° de valle. En los planos

los planos de control de control debe dibujarse debe dibujarse un diagrama un diagrama indicando la indicando la posición de posición de loslos microsuiches en los 360° de

microsuiches en los 360° de recorrido.recorrido.

1.3

(22)

Figura 1.3

Figura 1.3 Ejemplo de Ejemplo de diagramasdiagramas ladder ladder de control de control y y de potenciade potencia

El funcionamiento de los diagramas de la figura 1.3 es el siguiente : Una vez El funcionamiento de los diagramas de la figura 1.3 es el siguiente : Una vez cerrados los

cerrados los breakersbreakers de control y de potencia, y pulsadode control y de potencia, y pulsado P1P1 se energiza la bobinase energiza la bobina del relé

del relé CRCR, ésta cierra el , ésta cierra el contactocontacto CRCR que se encuentra en paralelo con el pulsador que se encuentra en paralelo con el pulsador P1

P1 y garantiza que una vez se suelte dicho pulsador la bobina no pierda suy garantiza que una vez se suelte dicho pulsador la bobina no pierda su alimentación

alimentación, también cierra , también cierra el contactoel contacto CRCR en serie con la bobina del contactor en serie con la bobina del contactor MM yy establece un camino de conducción de corriente hasta ella. La bobina

establece un camino de conducción de corriente hasta ella. La bobina MM cierra loscierra los contactos de potencia

contactos de potencia MM, estableciendo finalmente la alimentación a la lámpara, estableciendo finalmente la alimentación a la lámpara B1B1.. En el momento de pulsar

En el momento de pulsar P0P0, se interrumpe la alimentación a la bobina del relé, se interrumpe la alimentación a la bobina del relé CRCR,, con lo que los contactos

con lo que los contactos CRCR vuelven a su estado de inicial, perdiéndose así lavuelven a su estado de inicial, perdiéndose así la alimentación a la bobina del contactor

alimentación a la bobina del contactor MM. Ya con la bobina. Ya con la bobina MM desenergizada, losdesenergizada, los contactos

(23)

2.

2. DISEÑOS DESARROLLADOS EN LOGICA CABLEADADISEÑOS DESARROLLADOS EN LOGICA CABLEADA

Los diseños

Los diseños presentados a presentados a continuación tienen continuación tienen como fin como fin mostrar la mostrar la forma deforma de emplear los elementos básicos de relevación industrial y su funcionamiento dentro emplear los elementos básicos de relevación industrial y su funcionamiento dentro de un circuito de control. Están basados en los elementos que se encuentran de un circuito de control. Están basados en los elementos que se encuentran comúnmente en la industria, de los cuales el laboratorio cuenta con:

comúnmente en la industria, de los cuales el laboratorio cuenta con:

•• Motores monofásicos de ¼ Motores monofásicos de ¼ HP, HP, Motores trifásicoMotores trifásicos de s de 1 HP 1 HP y Motores y Motores DC.DC.

•• Un tablero con Un tablero con elementos para DC elementos para DC como: Resistencias, contactores como: Resistencias, contactores con bobinascon bobinas de

de bloqueo, bloqueo, relés relés temporizados temporizados y y reóstatos.reóstatos.

•• Un tablero con elementos para AC como: Resistencias, relés temporizados y unUn tablero con elementos para AC como: Resistencias, relés temporizados y un Autotransformad

Autotransformador.or.

•• Programadores de levas.Programadores de levas.

•• Módulos individuales con: Relés instantáneos, relés temporizados tipo ON y tipoMódulos individuales con: Relés instantáneos, relés temporizados tipo ON y tipo OFF, relés con memoria mecánica y diferentes tipos de pulsadores.

OFF, relés con memoria mecánica y diferentes tipos de pulsadores.

Para evitar posibles daños y agilizar el desarrollo de un diseño en lógica cableada, Para evitar posibles daños y agilizar el desarrollo de un diseño en lógica cableada, es recomendable :

es recomendable :

1. Antes de conectar un relé o un contactor, verificar los tipos de contactos a 1. Antes de conectar un relé o un contactor, verificar los tipos de contactos a utilizar, acudiendo a la nomenclatura según normas ANSI de acuerdo a lo utilizar, acudiendo a la nomenclatura según normas ANSI de acuerdo a lo expuesto en

expuesto en la sección 1.2.1, o la sección 1.2.1, o medir continuidad entre los medir continuidad entre los terminalterminales de es de cadacada contacto, donde una resistencia cero indica contacto normalmente cerrado y una contacto, donde una resistencia cero indica contacto normalmente cerrado y una resistencia infinita contacto normalmente

resistencia infinita contacto normalmente abierto.abierto. 2.

2. Enumerar los contactos en el plano Enumerar los contactos en el plano de conexiones.de conexiones.

2.1

2.1 ARRANQUE ARRANQUE DIRECTO DIRECTO DE DE MOTORES MOTORES ACAC

El arranque de motores AC puede hacerse conectando los devanados de régimen El arranque de motores AC puede hacerse conectando los devanados de régimen permanente directamente a la red, aunque, es recomendable colocar resistencias permanente directamente a la red, aunque, es recomendable colocar resistencias limitadoras de corriente en serie con ellos.

limitadoras de corriente en serie con ellos.

2.1.1 Motor monofásico : 2.1.1 Motor monofásico :

Figura 2.1.1.a

Figura 2.1.1.a Circuito de control y de Circuito de control y de potencia para el arranque directo dpotencia para el arranque directo de motor monofásicoe motor monofásico

La figura 2.1.1.a muestra los circuitos de control y de potencia para el arranque La figura 2.1.1.a muestra los circuitos de control y de potencia para el arranque directo de los motores monofásicos existentes en el Laboratorio, en ella, la bobina directo de los motores monofásicos existentes en el Laboratorio, en ella, la bobina

(24)

M representa el devanado de régimen permanente y se encuentra ubicado internamente entre los bornes 4-5, ver figura 2.1.1.b.

Como los motores monofásicos no tienen par de arranque, debe conectarse un devanado de arranque en paralelo con el devanado de régimen permanente. Este está ubicado internamente entre los bornes 2-3 y en serie con un interruptor centrífugo normalmente cerrado, cuyos bornes son 1-2, el interruptor se abre automáticamente cuando arranca el motor y deja el devanado de régimen permanente conectado a la alimentación.

Figura 2.1.1.b Conexión interna y externa de los bornes de motores monofásicos

2.1.2 Motor trifásico : El arranque de motores trifásicos se realiza teniendo en cuenta, la disposición interna de los devanados y el tipo de conexión deseada, las figuras 2.1.2.a, 2.1.2.b y 2.1.2.c muestran los circuitos de control y de potencia para arrancar los existentes en el laboratorio.

(25)

Figura 2.1.2.a Conexión interna de los devanados de los motores trifásicos

Figura 2.1.2.b Circuito de control y de potencia para el arranque directo de motor trifásico en posición∆

Figura 2.1.2.c Circuito de control y de potencia para el arranque directo de motor trifásico en posición Y

2.2 CONMUTABLE SIMPLE

Un conmutable simple es un circuito utilizado para prender y apagar una carga desde dos puntos diferentes. En la figura 2.2 se implementa con relés y contactores.

(26)

Figura 2.2 Conmutable simple

B1 y B2 son bombillos pilotos de baja potencia, B3 es la carga a manejar, en este caso un bombillo a 120 ó 220 V A.C.

2.3 USO DE RELES TEMPORIZADOS TIPO ON Y TIPO OFF

Con el fin de comprobar visualmente el comportamiento de los dos tipos de relés temporizados, en la figuras 2.3.a. y 2.3.b, se utilizan en el manejo de un bombillo B1 a 120 ó 220 V AC. Para cada diagrama de control se muestra gráficamente el tiempo de encendido del bombillo.

(27)

Figura 2.3.b Funcionamiento del relé temporizado tipo OFF

2.4 SIMULACION DE TEMPORIZADOS TIPO ON Y TIPO OFF

Esta sección muestra como, con la ayuda de uno o dos relés instantáneos auxiliares, se puede hacer trabajar un relé temporizado tipo ON como si fuese un OFF y uno tipo OFF como si fuese un ON. Esta técnica de simulación puede ser aprovechada cuando al “montar” un diseño en lógica cableada, no se cuente con la cantidad de temporizados requeridos, o para programar diseños que contengan temporizados tipo OFF en un PLC que no cuente con ellos.

El hecho de simular un temporizado en un circuito de control, no cambia el diseño original y el circuito “no se da cuenta“ que el tipo de temporizado ha sido cambiado.

2.4.1 Simulación de temporizado ON con OFF : Cualquier temporizado TR1 tipo ON, que maneje contactos abiertos temporizados a cerrar TR1 T.C y/o cerrados temporizados a abrir TR1 T.O, puede ser reemplazado por un temporizado TR2 tipo OFF, interconectado a dos relés instantáneos auxiliares CR1 y CR2 como lo muestra la figura 2.4.1.a. Los contactos abiertos TR1 T.C deben cambiarse por contactos abiertos de CR2, los cuales se comportan como temporizados a cerrar T.C y los contactos TR1 T.O deben cambiarse por contactos cerrados de CR2, que también se comportan como temporizados a abrir T.O.

(28)

La simulación del temporizado tipo ON de la figura 2.3.a se muestra en la figura 2.4.1.b.

Figura 2.4.1.b Uso de la simulación de ON con OFF

2.4.2 Simulación de temporizado OFF con ON : Cualquier temporizado TR2 tipo OFF, enegizado a través de un contacto de otro relé CR y que maneje contactos abiertos temporizados a abrir TR1 T.O y/o cerrados temporizados a cerrar TR1 T.C, puede ser reemplazado por un temporizado TR1 tipo ON, interconectado a un relé instantáneo auxiliar CR1 como lo muestra en la figura 2.4.2.a. Los contactos abiertos TR1 T.O deben cambiarse por contactos abiertos de CR1, que se comportan como temporizados a abrir T.O y los contactos cerrados TR1 T.C, por contactos cerrados de CR1, que también se comportan como temporizados a cerrar T.C.

Figura 2.4.2.a Simulación de temporizado OFF con ON

La simulación del temporizado tipo ON de la figura 2.3.b. se muestra en la figura 2.4.2.b.

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Figura 2.4.2.b Uso de la simulación de OFF con ON

B1 puede ser un bombillo a 120 ó 220V AC.

2.5 TRENES DE PULSOS ON-ON, ON-OFF, OFF-ON Y OFF-OFF

En un circuito de tren de pulsos con dos temporizados, la carga manejada se conecta a la red por un tiempo t1, ajustado al primer temporizado, luego viene un periodo de desconexión automática por un tiempo t2, ajustado al segundo temporizado y el ciclo se repite hasta una orden de paro. El tipo de contacto que permite la alimentación al contactor, determina si la carga inicia activada o desactivada durante el semiciclo t1.

Figura 2.5.a Circuito de potencia y diagrama de funcionamiento

La figura 2.5.a muestra el circuito de potencia y la gráfica de operación del bombillo B1, cuando es manejado por los circuitos de control de la figura 2.5.b de los cuales, los casos 1, 3 y 4 hacen iniciar el bombillo activado y el caso 2 la hace iniciar en reposo.

(30)

Figura 2.5.b Diferentes trenes de pulsos

2.6 FUNCION “REFRESCO” CON UN TEMPORIZADO TIPO OFF

Los circuitos de la figura 2.6 controlan una carga utilizando un relé temporizado TR1, de tal forma que una vez dada la orden de arranque P1, ésta se activa sólo por el tiempo ajustado a la unidad y si en el transcurso del funcionamiento recibe una nueva orden de arranque, el temporizado se reinicia a cero, sin apagarse la carga, y a partir de ese instante se prolonga la operación de la salida por otro tiempo igual al ajustado.

(31)

Figura 2.6 Circuito para función “Refresco” con temporizado tipo OFF

B1 puede ser un bombillo a 120 ó 220V AC. En la sección 4.4 del capítulo cuarto se presenta el diseño con temporizado tipo ON.

2.7 ARRANQUE DE MOTOR DC CON DOS PASOS DE ACELERACION

Este método de arranque de un motor DC consiste en colocar resistencias en serie con la armadura, con ésto se logra que todo el voltaje de alimentación no quede aplicado directamente sobre ella, lo cual hace alcanzar la velocidad nominal bruscamente. Una vez va transcurriendo el tiempo ajustado a los temporizados que controlan el arranque, éstos van sacando una a una las resistencias, hasta quedar la armadura conectada directamente a la fuente de alimentación DC.

En este diseño se emplean sólo dos pasos de aceleración, manejados por dos contactores DC, los cuales a su vez son controlados por dos relés temporizados para voltaje DC.

Debido a que para voltaje DC sólo existen en el laboratorio relés temporizados tipo OFF y con el fin de tener variedad, se presentan diseños con las posibles combinaciones de contactos abiertos y cerrados.

Por escasez de contactos instantáneos, se permite que al cierre del breaker _de control se energicen los temporizados tipo OFF.

Para éste y el siguiente diseño, el tablero de control DC cuenta con los elementos de la figura 2.7.a y descritos a continuación:

1. Dos relés temporizados tipo OFF, identificados con las letras H y J, cada uno con un contacto abierto temporizado a abrir y uno cerrado temporizado a cerrar, unidos por uno de los extremos.

2. Cuatro cantactores con bobinas de bloqueo, en los cuales las bobinas principales se identifican con las letras A, C, D y E y las bobinas de bloqueo como A’, C’, D’

(32)

y E’. Cada contactor cuenta con dos contactos de potencia unidos por uno de los extremos y tres contactos de control independientes.

3. Tres contactores normales identificados con las letras P, S y T, cada uno con un solo contacto abierto de potencia y tres contactos de control independientes. 4. Un reóstato identificado con las letras M1, M2.

5. Dos bancos de resistencias, identificados con las letras R y B, cada uno con 11 terminales.

6. Dos pulsadores dobles para las ordenes de arranque e inversión y un pulsador sencillo normalmente cerrado para la orden de paro.

(33)

Figura 2.7.a Elementos componentes del tablero de control D C

La figura 2.7.b muestra la conexión interna de los devanados de motores DC. Como ellos trabajan a 100 V DC y los contactores descritos anteriormente lo hacen a 120 V DC, se elige 100 V DC como voltaje de alimentación.

Figura 2.7.b Conexión interna de los devanados de los motores DC

(34)

Figura 2.7.c Diseño y asignación, utilizando contactos normalmente abiertos para los dos pasos de aceleración

(35)

Figura 2.7.d. Diseño y asignación, utilizando un contacto normalmente cer rado para el primer paso de aceleración y uno normalmente abierto para el segundo

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Figura 2.7.e Diseño y asignación, utilizando un contacto normalmente abierto para el primer paso de aceleración y uno normalmente cer rado para el segundo

(37)

Figura 2.7.f Diseño y asignación, utilizando contactos normalmente cerrados para los dos pasos de aceleración

Para “montar” en el laboratorio uno de los cuatro diseños anteriores es necesario alimentación DC a 100V.

2.8 ARRANQUE DE MOTOR DC CON DOS PASOS DE ACELERACION,

INVERSION Y FRENADO DINAMICO UTILIZANDO BOBINAS DE BLOQUEO

Las figuras 2.8.a y 2.8.b presentan los circuitos de potencia y de control para el manejo de un motor DC, incluyendo dos pasos de aceleración manejados por dos relés temporizados OFF, inversión manejada por pulsadores dobles y aceleración de frenado colocando una resistencia en paralelo con la armadura, ésta opera únicamente al dar la orden de paro o inversión. Este método de frenado es conocido como frenado dinámico

(38)

En la figura 2.8.b las bobinas primas se colocan en paralelo con la armadura para evitar un cambio brusco al dar la orden de inversión. La bobina A’ afecta todos los contactos de A, la bobina C’ todos los de C.

Por escasez de contactos instantáneos DC se permite que al cierre del breaker _de control, se energicen los temporizados tipo OFF.

Figura 2.8.a Circuito de potencia para el arranque de motor DC, con inversión y frenado dinámico

(39)

2.9 ARRANQUE DE MOTOR AC CON DOS PASOS DE ACELERACION

El arranque de un motor AC con pasos de aceleración, consiste en colocar resistencias en serie con los devanados, ésto evita que al energizar el motor todo el voltaje de la red quede aplicado directamente sobre ellos.

Una vez dada la orden de arranque las resistencias deben ir saliendo una a una a medida que transcurre el tiempo y hasta dejar los devanados conectados directamente a la fuente de alimentación AC.

En el circuito de potencia de la figura 2.9.a se emplean sólo dos pasos de aceleración, manejados por contactos normalmente abiertos y pertenecientes a contactores AC, ubicados éstos en el circuito de control y manejados por relés temporizados en dicho circuito.

A continuación se presenta el circuito de potencia para todos los casos y se plantean circuitos de control con las posibles combinaciones de temporizados ON y OFF.

(40)

Figura 2.9.b Diseño utilizando relés temporizados tipo ON para el manejo de los dos pasos de aceleración

Figura 2.9.c Diseño utilizando temporizado ON para el manejo del primer paso de aceleración y temporizado OFF para el segundo

Figura 2.9.d Diseño utilizando temporizado tipo OFF para el manejo del primer paso de aceleración y tipo ON para el segundo

(41)

Figura 2.9.e Diseño utilizando temporizados tipo OFF para el manejo de los dos pasos de aceleración

R1 y R2 representan los reóstatos del tablero de elementos AC.

2.10 ARRANQUE Y-∆∆∆∆ TRANSICION ABIERTA DE UN MOTOR TRIFASICO,

UTILIZANDO PROGRAMADOR DE LEVAS

El arranque de un motor en posición Y-∆, consiste en energizar inicialmente los devanados del motor en posición en Y, y transcurrido un tiempo determinado lograr que éstos se conecten automáticamente en ∆.

En el circuito de la figura 2.10.a cuando la conexión de los devanados pasa de Y a

∆ existe un instante en el cual los devanados quedan desenergizados, por ello este método de arranque se conoce como transición abierta. En la figura 2.10.b se presenta el circuito de control para realizar el arranque utilizando como controlador un programador de levas.

(42)

Figura 2.10.b Circuito de control

Figura 2.10.c Diagrama de ajuste de las levas

Una vez dada la orden de arranque pulsando P1, el funcionamiento de los microsuiches de la 2.10.b y según el diagrama de la figura 2.10.c es el siguiente : MS1 : Energiza el contactor N y después de un tiempo determinado por el ajuste de la leva que lo maneja, éste sale e ingresa el Contactor D.

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MS2 : Energiza el contactor Y y coloca la alimentación.

MS3 : Para el motor del programador cuando ya se ha hecho el arranque.

MS4 : Su efecto se ve en el momento de paro y sirve para llevar el motor y sus levas a la posición inicial y dejar las levas listas para una nueva orden de arranque Como cada microsuiche del programador de levas maneja un contacto instantáneo normalmente abierto y uno normalmente cerrado, MS1 en el diagrama Ladder _{de la} figura 2.10.b representa el contacto normalmente cerrado. MS2, MS3 y MS4 representan los contactos normalmente abiertos.

(44)

3. CONCEPTOS BASICOS DE LOGICA PROGRAMADA

3.1 QUE ES LOGICA PROGRAMADA ?

Lógica programada es la forma básica de trabajo de los PLCs, en los cuales los diseños eléctricos realizados para controlar procesos automáticos industriales son introducidos y almacenados en su memoria mediante un programa codificado en un lenguaje particular, o graficado en pantalla de acuerdo al terminal usuario de programación y al software disponible. Por tal motivo a los PLCs también se les conoce como autómatas programables.

3.2 QUE ES Y COMO FUNCIONA UN PLC ?

Un PLC, Programmable Logic Controller, o controlador lógico programable, es un equipo electrónico diseñado para controlar secuencias automáticas, está conformado por cuatro bloques o módulos fundamentales.

3.2.1 módulo de alimentación : Suministra la tensión a los diferentes módulos a partir de una red externa, generalmente puede ser conectado a 120 ó 220 V AC. 3.2.2 Módulo de entradas : Es el encargado de recibir las señales eléctricas normalizadas provenientes de captadores o transductores instalados en máquinas y equipos, dichas señales pueden ser :

1. Digitales, si provienen de sensores como fotoceldas, electroválvulas, pulsadores, interruptores y microsuiches. Para este tipo de señales se requiere de un módulo de entradas digitales.

2. Análogas, si provienen de sensores de presión, nivel, flujo y temperatura. El módulo en este caso debe ser para entradas análogas.

En ambos casos las señales son convertidas finalmente en información binaria "0" ó "1" lógico y enviada a una unidad central de procesos, la cual prueba periódicamente el estado de las entradas y copia esa información en una memoria de datos RAM, Random Access Memory.

Todos los PLCs del laboratorio tienen módulos de entradas digitales y trabajan a un nivel de +24 voltios DC provisto por ellos mismos mediante una fuente interna DC. Si se desea ingresar una orden al PLC, este voltaje se debe aplicar a una de sus entradas. Figura 3.2.2.

(45)

Figura 3.2.2 Conexión de pulsadores en un módulo de entradas digitales

3.2.3 Unidad central de procesos o CPU : La CPU, Central Process Unit , consta de una unidad de tratamiento a base de un microprocesador y de una memoria RAM, en ésta memoria se puede leer y escribir, ésta es una memoria volátil, es decir, su contenido se pierde en caso de corte en la tensión de alimentación. Para salvaguardar la información de la memoria RAM los PLCs utilizan dos opciones basadas en las memorias ROM, Read Only Memory.

1. Utilizan una memoria EPROM o ROM programable eléctricamente y borrable mediante el uso de rayos ultravioleta, su información se mantiene ante la falta de corriente.

2. Utilizan una memoria EEPROM o ROM programable y borrable eléctricamente. Su contenido se mantiene ante la falta de energía, en este caso la transferencia de un nuevo contenido borra la información anterior.

Las principales funciones de la unidad de tratamiento de las señales a base de microprocesador son :

1. Leer sus instrucciones en la zona de memoria de la RAM, donde el programa está ordenado en forma de una serie de instrucciones codificadas en binario. 2. Escribir en la memoria de datos RAM.

3. Probar el estado de las entradas.

4. Definir y actualizar el estado de las salidas en función del programa que se ejecuta.

5. Generar una información binaria hacia el módulo de salidas. 6. Efectuar operaciones lógicas.

EL microprocesador puede ejecutar varios cientos de miles de operaciones por segundo.

3.2.4 Módulo de salidas : Este módulo elabora una señal eléctrica basándose en la información binaria provista por la unidad de tratamiento y con ella hace operar las salidas correspondientes. Existen módulos de salidas análogas, los cuales

(46)

generan una señal pequeña de voltaje o corriente AC y módulos de salidas digitales que generan una señal DC, éstas últimas pueden ser para manejar relés, triacs o transistores, la descripción es la siguiente :

1. Salidas digitales a relés: Se utilizan cuando el consumo de la carga que manejada es de pocos amperios y donde las conmutaciones no son demasiado rápidas, como en bobinas de contactores, electroválvulas, solenoides, lámparas y pilotos. Se pueden utilizar en corriente alterna y corriente continua

2. Salidas digitales a triacs: Se utilizan cuando hay conmutaciones muy rápidas y las salidas a relé no son capaces de responder o su vida útil se ve comprometida. Los triacs son muy utilizados en la industria y tienen una vida útil mayor que los contactores. Sirven para corriente alterna y corriente continua. 3. Salidas digitales a transistores: Se utilizan cuando hay cargas de poco consumo,

pero gran volumen de operaciones y gran velocidad de conmutación, por ejemplo en telecomunicaciones. Generalmente se utilizan para corriente continua.

En el laboratorio los PLCs tienen módulos con salidas digitales a relé, figura 3.2.4.

Figura 3.2.4 Contactos internos y conexión externa de cargas en un módulo de salidas digitales a relé, dichas cargas pueden ser bombillos pilotos o bobinas de contactores.

En este tipo de módulos, cada salida es un contacto normalmente abierto que opera de acuerdo al programa almacenado en el PLC. Un terminal del contacto es interno, se encuentra unido a todos los terminales internos de los demás contactos y a un punto común en el extremo del módulo. En este punto se conecta el neutro de la red cuando las salidas son para manejar bombillos pilotos a 120V AC o una de las fases cuando los elementos a conectar directamente en ellas operan a 220 V AC. Sólo en los PLCs de marca ABB los extremos internos de los contactos de salidas no están unidos y es necesario realizar la conexión externamente.

El otro extremo del contacto cuenta con un terminal externo identificado con el número de la salida, es allí donde se conectan los preaccionadores que amplifican las señales de control y actúan sobre los accionadores para el respectivo manejo de potencia.

(47)

3.3 COMO SE PROGRAMA UN PLC ?

Existen varios lenguajes de programación en los autómatas programables y aunque no se pueden utilizar en todos los PLCs, el fabricante indica en las características generales de su equipo el lenguaje requerido. Los más usados son aquellos que transfieren en forma gráfica o en forma de listado de instrucciones los diagramas Ladder descritos ampliamente en el capítulo primero, o diagramas de flujo, llamados en este texto diagramas secuenciales y cíclicos, descritos más adelante. 3.3.1 Programación basada en diagramas Ladder : La mayoría de los fabricantes incorporan este lenguaje debido a la semejanza con los relés utilizados en los automatismos eléctricos de lógica cableada.

En la representación gráfica se dibuja el diagrama Ladder en la pantalla del terminal de programación o computador utilizado para ello. Los pulsadores y microsuiches normalmente abiertos o normalmente cerrados se reemplazan por contactos de la misma naturaleza. Las bobinas internas, bobinas que representan salidas, los contactos abiertos y los contactos cerrados se dibujan igual que en los diagramas. En todos los PLCs se utiliza una nomenclatura diferente para identificar cada elemento, lo cual hace posible asignarles una dirección real en la memoria RAM. En forma de listado de instrucciones se describe literalmente el diagrama Ladder , de arriba a abajo y de izquierda a derecha, utilizando códigos alfanuméricos para representar los elementos. La forma como se encuentran distribuidos en el diagrama se transcribe al PLC mediante instrucciones basadas en las definiciones del álgebra de Boole.

3.3.2 Programación basada en diagramas secuenciales y cíclicos : En forma gráfica o mediante listado de instrucciones se describen las especificaciones de cualquier automatismo basado en diagramas de flujo llamados secuenciales y cíclicos. Estos están conformados por una serie de etapas con acciones asociadas, y condiciones llamadas transiciones.

Un diseño en secuencial y cíclico puede contener uno o varios diagramas relacionados entre sí, de los cuales cada uno está compuesto de una etapa especial de inicio, representada por un doble cuadro, y cualquier número de etapas normales siguientes representadas por un cuadro sencillo, figura 3.3.2.a.

(48)

Figura 3.3.2.a Diagrama general secuencial y cíclico

Una acción asociada puede ser encender una salida, cerrar uno o varios contactos, activar un temporizado, activar una bobina interna, activar otra etapa, etc. Se representan por flechas saliendo de las etapas donde se debe realizar la acción. En una transición se encuentran las condiciones necesarias para pasar de una etapa a otra. Las condiciones cumplen la función de los contactos utilizados en lógica cableada y son controlados por las acciones asociadas o por órdenes externas. Se representan por rayas ubicadas perpendicularmente sobre las líneas que unen las etapas.

Al correr un programa basado en diagramas secuenciales y cíclicos no habrá más de una etapa activada a la vez y el cumplirse la transición activa la etapa siguiente, desactivando la actual con sus acciones asociadas.

Cada fabricante de PLCs le ha dado un nombre diferente a la programación basada en estos diagramas, es así como en los PLCs Telemecanique se le llama Grafcet o Gráfico de Orden Etapa-Transición y en los Direct de Koyo se le denomina RLL PLUS Programming.

En la figura 3.3.2.b. se muestra el diagrama secuencial y cíclico para que un PLC active una salida en forma de tren de pulsos con dos temporizados.

(49)

Figura 3.3.2.b Tren de pulsos en secuencial y cíclico.

La interpretación del diagrama es la siguiente : La etapa 1 por tener doble cuadro inicia activada al momento de colocar en Run el PLC, la condición para pasar a la etapa 2 es la orden de arranque P1, una vez dada esta orden, se pasa a la segunda etapa; se enciende la salida Ay el temporizado TR1 comienza su temporización. Al transcurrir el tiempo asignado a TR1el contacto normalmente abierto TR1se cierra, cumpliéndose así la condición para pasar a la etapa 3 y desactivando automáticamente la salida A. La etapa tres coloca a temporizar a TR2 y al transcurrir el tiempo asignado a éste, se cierra el contacto abierto TR2 y se cumple la condición para ir a la etapa 2 iniciándose el ciclo nuevamente.

El pulsar P0 en algún momento hace que el programa pase a la etapa inicial 1 a esperar nuevamente el pulso P1.

A continuación se describen las principales características y la metodología de programación para los PLCs existentes en el laboratorio.

3.4 DESCRIPCION GENERAL DEL PLC TELEMECANIQUE TSX 17-10

En el laboratorio se cuenta con dos PLCs TSX 17-10 o Telemecanique Booleano, los cuales pueden ser conectados a 120 ó 220 V AC y a redes de 50 ó 60 Hz.

Las principales instrucciones con la nomenclatura utilizada por el PLC se describen a continuación.

3.4.1 Entradas : Se identifican en el programa como I j,k, donde j es el número del módulo y k el de cada entrada. Para nuestro caso se cuenta con un módulo denominado 0 y doce entradas numeradas desde I0,0hasta I0,11.

3.4.2 Salidas : Se identifican como O j,k donde j y k tienen el mismo significado que para las entradas, tendremos ocho entradas referenciadas desde O0,0 hasta O0,7. Estas pueden manejar contactos abiertos y/o cerrados designados en el programa con el mismo nombre de la salida que los hace accionar.

(50)

3.4.3 Bobinas internas : Se identifican con la letra B y se designan Bi donde i puede variar entre 0 y 127, tienen contactos abiertos y cerrados designados con el mismo nombre de la bobina.

3.4.4 Temporizados : Se identifican con la letra T y se designan como Ti, donde i puede variar entre 0 y 31, es decir, se cuenta con 32 temporizados tipo ON-Delay . El valor del retardo se obtiene del producto de los parámetros propios del elemento; Ti,B *Ti,P, donde :

Ti,B : Base de tiempo que puede ser 1 minuto, 1 segundo, 0.1 segundo ó 0,01 segundo.

Ti,P : Valor Preset , es una constante comprendida entre 1 y 9999.

Los contactos abiertos y cerrados manejados por el temporizado se designan con el nombre Ti dado.

3.4.5 Metodología de programación : La programación se hace en forma de listado de instrucciones con base en diagramas Ladder o en diagramas secuenciales y cíclicos. Para ello el PLC cuenta con un cartucho llamado PL 7-1, que es un lenguaje Booleano, es decir, los diagramas se transfieren en forma de listado de instrucciones equivalentes mediante un terminal llamado TSX 317.

Si el programa se realiza basado en diagramas Ladder , se asignan a las entradas, salidas, relés internos, temporizados y demás elementos del diagrama, la nomenclatura utilizada por el PLC y la disposición o interconexión que tienen los elementos, se transfiere utilizando las instrucciones de la tabla 3.4.5.

INSTRUCCIÓN SIGNIFICADO FUNCIÓN DESCRIPCIÓN

L Load Inicia una línea con un contacto

N.O

LN Load Not Inicia una línea con un contacto

N.C

A And Conexión serie de un contacto

N.O

AN And Not Conexión serie de un contacto

N.C

O Or Conexión paralelo de un

contacto N.O

ON Or Not Conexión paralelo de un

contacto N.C A I M And (Memoria

intermedia) Conexión serie de dos ramas

O I M Or (Memoria intermedia)

(51)

E P

E P End ProgramEnd Program Instrucción Instrucción obligatoria obligatoria al al final delfinal del todo programa

todo programa

Tabla 3.4.5. Instrucciones

Tabla 3.4.5. Instrucciones Ladder Ladder para programar el PLCpara programar el PLC TelemecaniqueTelemecaniqueTSX 17-10TSX 17-10 Si la

Si la programacprogramación ión se se realiza basándose realiza basándose en en diagramas secuenciales y diagramas secuenciales y cíclicos, cíclicos, sese llama programación

llama programación Grafcet Grafcet en forma de listado de instrucciones y contiene lasen forma de listado de instrucciones y contiene las siguientes tres zonas de tratamiento:

siguientes tres zonas de tratamiento: 3.4.5.1

3.4.5.1 Zona dZona de tratamiee tratamiento prelimnto preliminar inar :: Es utilizada para inicializar elEs utilizada para inicializar el Grafcet Grafcet oo activar las etapas iniciales, es obligatoria y tiene la misma estructura para cualquier activar las etapas iniciales, es obligatoria y tiene la misma estructura para cualquier aplicación. Se realiza mediante los

aplicación. Se realiza mediante los bitsbits de sistemade sistema SYSY0,0, SYSY1 1 yy SYSY21. Dichos21. Dichos bitsbits son

son herramientherramientas as del lenguaje del lenguaje para asegurar el para asegurar el funcionamifuncionamiento del ento del programprograma.a. La figura 3.4.5.1 se

La figura 3.4.5.1 se muestra muestra la zona la zona prelimipreliminar utilizada en nar utilizada en el capítulo cuarto el capítulo cuarto para lapara la codificaci

codificación de ón de los programas en los programas en el el PLC TSX PLC TSX 17-10.17-10.

Figura 3.4.5.1

Figura 3.4.5.1 Estructura típica de zEstructura típica de zona preliminar para PLC TSX 17-10ona preliminar para PLC TSX 17-10

3.4.5.2

3.4.5.2 Zona de Zona de tratamiento stratamiento secuencial ecuencial :: Contiene las instruccionesContiene las instrucciones Grafcet Grafcet parapara describir el “cuerpo” o estructura del diagrama, para ello la información de etapas describir el “cuerpo” o estructura del diagrama, para ello la información de etapas iniciales y normales se transfiere utilizando las instrucciones de la figura 3.4.5.2 y la iniciales y normales se transfiere utilizando las instrucciones de la figura 3.4.5.2 y la información correspondiente a las transiciones de acuerdo a las instrucciones información correspondiente a las transiciones de acuerdo a las instrucciones Ladder

Ladder de la tabla 3.4.5.de la tabla 3.4.5.

Figura

Figura 3.4.5.2 3.4.5.2 InstruccionesInstruccionesGrafcet Grafcet paraparaTelemecaniqueTelemecaniqueTSX 17-10TSX 17-10 Para identificar las etapas, el programa emplea la letra

Para identificar las etapas, el programa emplea la letra XX y se designan comoy se designan como XXii,, donde i puede variar desde 1 hasta 16 para las iniciales y desde 1 hasta 62 para donde i puede variar desde 1 hasta 16 para las iniciales y desde 1 hasta 62 para normales.

normales. 3.4.5.3

3.4.5.3 Zona de Zona de tratamiento tratamiento posterior posterior :: Contiene las acciones asociadas a cadaContiene las acciones asociadas a cada etapa, como el tratamiento de salidas, temporizados y bloques especiales.

etapa, como el tratamiento de salidas, temporizados y bloques especiales.

3.5

3.5 DESCRIPCION GENERAL DESCRIPCION GENERAL DEL DEL PLCPLC TELEMECANIQUE TELEMECANIQUE TSX 17-20TSX 17-20 En el laboratorio se

En el laboratorio se cuenta con cuenta con un un PLCs TSX 17-20 PLCs TSX 17-20 oo TelemecaniqueTelemecanique Gráfico elGráfico el cual puede ser conectado a