2. Análisis de fundamentos.
2.1. Propuesta del proyecto.
Para llevar a cabo el proyecto se diseñó el mecanismo que hará bajar la navaja, siendo controlado por el circuito de potencia alimentado con 440 V, que llegarán al botón de arranque y paro del sistema.
Las salidas del botón de arranque y paro del sistema se conectan a los contactos principales de un contactor, el cual se encargará de proteger el motor.
Para el circuito de mando se utilizará el PLC, que se alimentará con 110 V de corriente alterna.
Para iniciar con el desarrollo del proyecto es necesario mencionar algunos aspectos importantes sobre los PLC y sobre los contactores.
2.2. PLC (Controlador Lógico Programable).
Los PLC (Programmable Logic Controller) fueron inventados en respuesta a las necesidades de la automatización de la industria automotriz norteamericana. Antes de los PLC, el control, la secuenciación y la lógica para la manufactura de automóviles era realizada utilizando relevadores, contadores y controladores, además, el proceso para actualizar dichas instalaciones era muy costoso y consumía mucho tiempo.
La ventaja en la implementación de los PLC es que es posible ahorrar tiempo en la elaboración de proyectos, pudiendo realizar modificaciones sin costos adicionales. Por otra parte, son de tamaño reducido y es posible controlar más de una máquina con el mismo equipo.
Algunas de las marcas de PLC’s de mayor prestigio son ABB Ltd., Honeywell, Siemens, Trend Controls, Allen-Bradley, General Electric, Panasonic, Mitsubishi e Isi Matrix Machines.
2.2.1. Estructura general.
Las partes fundamentales del PLC u autómata programable son la unidad central de proceso (CPU), la memoria y el sistema de entradas y salidas (E/S).
El 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.
Fig. 2.1. Módulos de entradas y salidas.
La memoria se divide en dos bloques, la memoria de solo lectura o ROM donde se almacenan programas para el correcto funcionamiento del sistema, como el programa de comprobación de la puesta en marcha, y la memoria de lectura y escritura o RAM, que a su vez se divide en dos áreas:
Memoria de datos, en la que se almacena la información de los estados de las entradas y salidas y de variables internas.
Memoria de usuario, en la que se almacena el programa con el que trabajará el autómata.
El sistema de entradas y salidas recoge la información del proceso controlado (entradas) y envía las acciones de control del mismo (salidas). Los dispositivos de entrada pueden ser pulsadores, interruptores, finales de carrera, termostatos, detectores de nivel, detectores de proximidad, etc. Por su parte los dispositivos de salida pueden ser pilotos indicadores, relevadores, contactores, arrancadores de motores, válvulas, etc.
En general, las entradas y salidas (E/S) de un autómata pueden ser discretas, analógicas, numéricas o especiales.
Las E/S discretas se caracterizan por presentar dos estados diferenciados: presencia o ausencia de tensión y su estado se puede visualizar mediante indicadores tipo led que se iluminan cuando hay señal en la entrada o cuando se activa la salida. Los niveles de tensión de las entradas más comunes son 5 V cc, 24 V cc/ca, 48 V cc/ca y 220 V ca.
Las E/S analógicas tienen como función la conversión de una magnitud analógica (tensión o corriente) equivalente a una magnitud física (temperatura, presión, grado de acidez, etc.) en una expresión binaria de 11, 12 o más bits, dependiendo de la precisión deseada.
2.2.2. Programación.
Dependiendo del fabricante, los lenguajes de programación son muy diversos, sin embargo, suelen tener alguna relación más o menos directa con los lenguajes Ladder o GRAFCET.
Los elementos importantes en un programa para PLC son:
Contactos normalmente abiertos y cerrados.
Bobinas.
Temporizadores (Timers).
Contadores.
2.2.3 Software STEP 7 para autómatas programables.
Los fabricantes de la marca Siemens utilizan el software STEP 7 para la programación de autómatas.
Dicho software está formado por dos tipos de lenguajes diferentes:
· Lenguajes literales. Las instrucciones de este tipo de lenguaje están formadas por letras, números y símbolos especiales. Son lenguajes de este tipo: El lenguaje de lista de instrucciones que en STEP 7 se denomina STL (Statement List), siendo el lenguaje ensamblador, y el lenguaje de texto estructurado o SCL (Structured Control Lenguage), que es un lenguaje de alto nivel, similar al Pascal. Se utiliza para la programación de tareas complejas en las que es necesario realizar un procesamiento de gran cantidad de datos.
· Lenguajes gráficos. Son lenguajes en los que las instrucciones se representan mediante figuras geométricas. Son lenguajes de este tipo: El lenguaje de esquema de contactos que en STEP 7 se denomina LAD (Ladder Diagram), el lenguaje de diagrama de funciones o FBD (Function Block Diagram) y el diagrama funcional de secuencias (Sequential Function Chart) que en STEP 7 se denomina S7-GRAPH.
2.2.3.1 Lenguaje de esquema de contactos (KOP) de STEP7.
Este lenguaje está especialmente indicado para:
· Facilitar el cambio de un sistema de control realizado con elevadores por un autómata programable.
· Hacer más fácil el diseño de sistemas sencillos de control.
Se caracteriza por representar las variables lógicas mediante relevadores y los contactos asociados a ellos. Dichos contactos pueden ser normalmente abiertos o normalmente cerrados.
Memoria de datos, en la que se almacena la información de los estados de las entradas y salidas y de variables internas.
Memoria de usuario, en la que se almacena el programa con el que trabajará el autómata.
El sistema de entradas y salidas recoge la información del proceso controlado (entradas) y envía las acciones de control del mismo (salidas). Los dispositivos de entrada pueden ser pulsadores, interruptores, finales de carrera, termostatos, detectores de nivel, detectores de proximidad, etc. Por su parte los dispositivos de salida pueden ser pilotos indicadores, relevadores, contactores, arrancadores de motores, válvulas, etc.
En general, las entradas y salidas (E/S) de un autómata pueden ser discretas, analógicas, numéricas o especiales.
Las E/S discretas se caracterizan por presentar dos estados diferenciados: presencia o ausencia de tensión y su estado se puede visualizar mediante indicadores tipo led que se iluminan cuando hay señal en la entrada o cuando se activa la salida. Los niveles de tensión de las entradas más comunes son 5 V cc, 24 V cc/ca, 48 V cc/ca y 220 V ca.
Las E/S analógicas tienen como función la conversión de una magnitud analógica (tensión o corriente) equivalente a una magnitud física (temperatura, presión, grado de acidez, etc.) en una expresión binaria de 11, 12 o más bits, dependiendo de la precisión deseada.
2.2.2. Programación.
Dependiendo del fabricante, los lenguajes de programación son muy diversos, sin embargo, suelen tener alguna relación más o menos directa con los lenguajes Ladder o GRAFCET.
Los elementos importantes en un programa para PLC son:
Contactos normalmente abiertos y cerrados.
Bobinas.
Temporizadores (Timers).
Contadores.
2.2.3 Software STEP 7 para autómatas programables.
Los fabricantes de la marca Siemens utilizan el software STEP 7 para la programación de autómatas.
Dicho software está formado por dos tipos de lenguajes diferentes:
· Lenguajes literales. Las instrucciones de este tipo de lenguaje están formadas por letras, números y símbolos especiales. Son lenguajes de este tipo: El lenguaje de lista de instrucciones que en STEP 7 se denomina STL (Statement List), siendo el lenguaje ensamblador, y el lenguaje de texto estructurado o SCL (Structured Control Lenguage), que es un lenguaje de alto nivel, similar al Pascal. Se utiliza para la programación de tareas complejas en las que es necesario realizar un procesamiento de gran cantidad de datos.
· Lenguajes gráficos. Son lenguajes en los que las instrucciones se representan mediante figuras geométricas. Son lenguajes de este tipo: El lenguaje de esquema de contactos que en STEP 7 se denomina LAD (Ladder Diagram), el lenguaje de diagrama de funciones o FBD (Function Block Diagram) y el diagrama funcional de secuencias (Sequential Function Chart) que en STEP 7 se denomina S7-GRAPH.
2.2.3.1 Lenguaje de esquema de contactos (KOP) de STEP7.
Este lenguaje está especialmente indicado para:
· Facilitar el cambio de un sistema de control realizado con elevadores por un autómata programable.
· Hacer más fácil el diseño de sistemas sencillos de control.
Se caracteriza por representar las variables lógicas mediante relevadores y los contactos asociados a ellos. Dichos contactos pueden ser normalmente abiertos o normalmente cerrados.
Fig. 2.2. a) Simbolo del relevador, b) esquema de contactos que emula el relevador.
2.2.3.2. Identificación de variables.
A cada contacto se le asigna una variable cuya identificación es igual a la utilizada en el lenguaje de lista de instrucciones.
Las variables de salida externa o interna, generadas mediante una combinación de variables binarias, se indican mediante los símbolos de la figura 2.3 que corresponden a la variable interna M0.7 (memoria) y Q0.3 a la variable de salida.
A cada contacto se le asigna una variable cuya identificación es igual a la utilizada en el lenguaje de lista de instrucciones.
Las variables de salida externa o interna, generadas mediante una combinación de variables binarias, se indican mediante los símbolos de la figura 2.3 que corresponden a la variable interna M0.7 (memoria) y Q0.3 a la variable de salida.
En este lenguaje se siguen las reglas del lenguaje de contactos. Las funciones lógicas se representan mediante un circuito de contactos conectado en serie con la variable de salida generada por él, tal como se indica en la figura 2.3. El cierre de dicho circuito de contactos hace que se active la variable de salida correspondiente.
Una conexión de contactos en serie equivale a la operación lógica Y (AND). En esta operación todos los eventos deben estar activados para que la bobina se active.
Fig. 2.5. Operación lógica AND
La conexión de contactos en paralelo equivale a la operación lógica O (OR). Cualquier evento que suceda hará que se active o desactive la bobina.
Fig. 2.6. Operación lógica OR.
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