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• Cristhian Garcia Lopez

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Universidad Autónoma del Estado de México

Facultad de Ingeniería Ingeniería Mecánica CONTROL2

PRÁCTICA 1: Automatización de transporte de maletas.

Integrantes: García López Cristhian Mondragón Ocampo Jorge Alberto Zenón Ortiz Elton José Luis

JUNIO 2019.

ÍNDICE

Introducción……………………………………………………………………1 Objetivo…………………………………………………………………………1 Arquitectura del PLC………………………………………………………….2 Introducción al lenguaje Ladder……………………………………………..5 Sensores……………………………………………………………………….6 Temporizadores y contadores ………………………………………………7 Planteamiento del problema…………………………………………………8 Materiales……………………………………………………………………...10 Descripción detallada del proceso de transporte………………………….11 Entradas y salidas…………………………………………………………….14 Diagrama escalera……………………………………………………………15 Modelo físico…………………………………………………………………..19 Conclusiones………………………………………………………………….21 Referencias bibliográficas…………………………………………………...21 Anexo 1: Conexión PLC-PC Anexo 2: Conexión puente H

INTRODUCCIÓN La automatización consiste en la aplicación de máquinas o de procedimientos automáticos en la realización de un proceso o en una industria [1]. Para que un proceso sea totalmente automático necesita ser controlado por el operador, para esto se usan botones de marcha, ciclo, paro de ciclo y paro de emergencia con sus diferentes indicadores que comúnmente suelen ser luminosos. El automatismo realizado en este reporte es el transporte de maletas. El proceso se realiza en diferentes etapas: en una primera dos cintas trasladan las maletas, en la segunda el transportador se posiciona en alguna de las cintas siguiendo una secuencia, a continuación, las maletas son traspasadas al transportador, estas etapas del proceso se repiten hasta que el transportador se llene, cuando sucede esto el transportador traslada las maletas al muelle donde una camioneta las recibe. En este trabajo se explicarán todas las entradas y salidas del problema asignado de acuerdo con la configuración y distribución del PLC S7 1200 SIEEMENS 1. También se explicará brevemente cada uno de los elementos usados en la práctica: sensores, contadores, temporizadores. Para la solución del problema se usará el diagrama de escalera o contactos como también es conocido. Para un mejor entendimiento se necesita conocer la simbología y analogías entre ellas, cabe mencionar que el diagrama de escalera hace referencia a la programación del PLC, es decir, este diagrama es el que se introduce en el programa. Para la comunicación de un ordenador y el PLC se usará el programa TIA Portal en su versión 14 por su facilidad de conexión y de uso.

Objetivo 1Controlador Lógico Programable, maquina electrónica para automatización.

1

Automatizar, programar y simular el proceso de transporte de maletas con las condiciones del problema planteado.

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Arquitectura del PLC En las presentes prácticas que se desarrollarán, se hará uso de un autómata programable. Un autómata programable (PLC) es una máquina electrónica que consta de partes elementales que se ilustran en la figura 1.0.

Fi g. 1.0 Arquitectura de Autómata Programable

Como se observa en la figura, un autómata tiene tres partes: unidad de control, unidad de memoria y entradas y salidas. La unidad de control o también conocida como CPU es aquella;   

Ejecuta el programa de usuario y ordena la transferencia de información entre E/S Gestiona la comunicación con periféricos externos (Consola de programación, monitores, teclados, otros autómatas u otros, ordenadores). Basada en un microprocesador (gama baja), y en sistemas de alta performance (gama alta) pueden utilizarse circuitos integrados de aplicación específica (ASIC).

La unidad de memoria es una parte muy esencial para el autómata porque es el encargado de varias funciones:  

Se almacena el estado de las variables que s, contadores, relés o miento de las señales. Maneja el autómata por programa usuario: o Imagen de entradas/salida internos, etc. Ciclo de trata través de las memorias imagen. 3

Las señales de entrada son necesarias para que la unidad de control pueda ejecutar una orden y mandar un pulso de salida, y realizar el proceso. La arquitectura del PLC SIMACTIC S-7 1200 (SIEMENS) se muestra en la Figura 1.1 se muestra el PLC.

Fig.

1.1 PLC SIEMENS

Este PLC trabaja con un valor de voltaje fijo de entrada y entrega un valor fijo de salida 24 Volts, consta de 14 entradas de 24 volts, 3 entradas digitales, y 10 salidas, como se muestran en la figura 1.2.

Fig. 1.2 Entradas y alimentación

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En la Figura 1.2 se muestran las entradas enumeradas de I0.0a hasta I0.7a, estas corresponden a la terminación a. Después continua la numeración de I1.0b hasta I1.5b. Estas están identificadas con las flechas de color negro, las entradas se nombrarán en cada practica de automatización. La flecha de color rojo muestra la alimentación del PLC, como se mencionó antes es alimentado con una fuente de corriente continua a 24 volts, en la imagen se puede observar el cátodo y el ánodo. Por último, la flecha color verde que se muestra en la figura 1.2 indican las salidas de voltaje que entrega el PLC, y también entrega 24 volts. Mismos que alimentaran a todos los componentes que se usen durante el proceso, desde sensores, relevadores, motores AC, paso a paso, entre otros. Para identificar las salidas véase la figura 1.3. Como ya se mencionó, todas las salidas entregan un voltaje de 24 volts, por lo que, si se requiere menos de 24 para un elemento de salida, este tendrá que ser reducido por elementos externos.

Fig . 1.3 Salidas de PLC

Las flecas color negro de la Figura 1.3, muestran la enumeración antes mencionada de salidas y la flecha color rojo muestra la conexión de PLC – Computadora. Esta se realiza por medio de cable ethernet, y por este medio se puede programar al autómata. Finalmente se muestra en la Figura 1.4 las conexiones físicas que se usaran.

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Fig . 1.4 Conexiones físicas PLC

Introducción al lenguaje de programación escalera “Ladder” Los autómatas programables (PLC) necesitan comunicarse a través de un lenguaje que sea entendido por el usuario y el PLC. Por tal motivo surgen los lenguajes de programación: estos a su vez se pueden clasificar en dos clases, alto nivel y bajo nivel. Básicamente los lenguajes de bajo nivel son la base para el desarrollo de lenguajes de alto nivel, como: Diagrama escalera y Diagrama de bloques. La ventaja principal de lenguaje de alto nivel es su capacidad gráfica, por ejemplo, en el diagrama escalera se puede visualizar como un diagrama de relevadores. Según el departamento de ingeniería eléctrica, electrónica y de control (DIEEC), “El lenguaje de programación escalera se utiliza para la mayoría de las señales Booleanas y porque es fácil de usar por su semejanza con los circuitos de relevadores” que eran usados con anterioridad. Por lo antes mencionado se describirán los elementos básicos Fig. 0.1 en Ladder que se usarán en los presentes reportes.

Figura 1.5 Simbología de contactos Ladder.

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Conceptos básicos Sensores Un sensor en la industria es un objeto capaz de variar una propiedad ante magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas con un transductor en variables eléctricas [2]. Para está practica solo se usaron 3 tipos de sensores inductivos, capacitivos y de fin de carrera, a continuación, se dará una breve descripción de cada uno de ellos. Fin de carrera: Funcionan como un interruptor, abren y cierran un contacto. • Debe producirse contacto físico entre el objeto y el sensor. • Diferentes configuraciones. • Coste reducido. • Problema: desgaste de los elementos electromecánicos.

Inductivos: • Se basa en la alteración de la inductancia en una bobina al acercar un objeto metálico. • El objeto a detectar debe ser de metal.

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Capacitivos: • Se basa en la alteración del dieléctrico de un condensador producida por la presencia de un objeto. • La variación del dieléctrico produce una variación de la capacidad del condensador.

Contadores y temporizadores Existen 3 tipos de temporizadores: TP, TON, TOFF. En esta práctica se usaron los dos últimos para lo que se definen a continuación. Temporizador con retardo a la conexión (TON): Los contactos del temporizador se activan una vez que el tiempo programado llega a su fin. La señal de entrada debe mantenerse hasta que se cumpla el tiempo programado. Cuando desaparece la señal de activación los contactos del temporizador regresan a su condición de apagado “off” (Rosano, 2013). Figura 1.6 Representación de pulsos en temporizador TON.

Temporizador con retardo a la desconexión (TOFF): Se activa el temporizador al inicio de la señal de entrada y comienza la temporización una vez que la señal (entrada) cambia a apagado (Off), el pulso dura el tiempo programado como se observa en la Figura 1.7(Rosano, 2013).

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Figura 1.7 Representación de pulso en temporizador TOFF.

Planteamiento del problema La empresa UAEMEX ha recibido el encargo de automatizar el sistema de transporte de maletas que se muestra en la figura de abajo. Éste consta de dos cintas (C1 y C2) donde depositan los pasajeros sus maletas, un transportador (T) con cinta (CT) que apila las maletas y un muelle donde se pasan las maletas desde el transportador a una camioneta. El funcionamiento en automático del sistema es el siguiente:  Los pasajeros dejan las maletas de una en una en la zona señalada de las cintas. Los sensores C1E y C2E son los encargados de detectar que el pasajero ha dejado una maleta. Las cintas arrastran las maletas hacia la cabecera para ser transferidas al transportador cuando llegue. Siempre hay una separación mínima entre maletas para que los sensores actúen correctamente.  El transportador comienza su trabajo por la cinta 2 y sigue la siguiente lógica:  Siempre atiende en la secuencia cinta 2-cinta 1-cinta 2-cinta 1cinta2...  Cuando no hay ninguna maleta esperando en la cabecera de las cintas, el transportador espera 30 segundos en la cinta en la que está y a continuación pasa a la cinta siguiente siguiendo la secuencia. Si alguna maleta llega a la cabecera de algunas de las cintas, la espera se interrumpe y el transportador comienza a moverse siguiendo la secuencia hasta llegar a la cinta que tiene maleta (si ya no está en ella). 9

 Para transferir una maleta al transportador, la cinta del transportador se mueve hasta que el sensor CTE detecta que la maleta ya está dentro. Por supuesto, la cinta de pasajeros también se mueve.  Cuando el sensor CTC se activa indica que ya está lleno el transportador. A continuación, el transportador se dirige al muelle y espera a que llegue la camioneta. El sensor CP indica que la camioneta está en la posición correcta. La camioneta tiene dos compartimentos con capacidad igual a la del transportador. Primero se llena el compartimiento correspondiente al sensor S1, y a continuación, después de una segunda recogida de maletas, el segundo compartimiento. Para descargar el transportador sobre el compartimiento de la camioneta, la cinta se mueve durante 10 segundos. NOTA: Hay dos pulsadores PA y PP para arrancar y parar en modo automático. Cuando se da la orden de parar, el transportador termina de introducir la última maleta (si lo estaba haciendo) y a continuación se dirige al muelle a descargarla sobre la camioneta si la hay y tiene espacio. A continuación, se para. Si no se puede descargar, el transportador también se para. En modo automático el funcionamiento arranca a partir de cualquiera de las dos posiciones en el muelle (S1 o S2).

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Figura 1.8 Sistema de transporte de maletas.

MATERIALES CANTIDA D 1

1

DESCRIPCIÓN PLC siemens S7 12000

Cable etheret

11

IMAGEN

1

Fuente de voltaje 24 V

1

Cable AC

Varios

Cable CC

1

Computadora

6

sensor capacitivo

6

Sensor inductivo

12

1

Caja de réles

1

Caja de lámparas y botoneras

Tabla 1. Lista de materiales.

DESARROLLO Descripción del proceso Para iniciar con la automatización del proceso de transporte de maletas es necesario definir los elementos y la secuencia a seguir. 1. Se identificaron las tres partes importantes del sistema que son: las 2 cintas de entrada, el transportador, y la cinta del transportador mostradas en la figura 1.9. Estos elementos son los que se activan o desactivan de acuerdo con las condiciones del sistema.

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Transportador

Cintas del transportador Cintas de entrada

Figura 1.9. Elementos importantes del sistema de transporte de maletas.

2. El sistema inicia con la entrada de las maletas en las dos cintas, los sensores C1E y C2E son los encargados de detectar la presencia de las maletas al inicio, además de mandarles la señal al motor M1 y M2, para que arranquen y trasladen las maletas al final de las cintas (Figura 1.10).

Figura 1.10. Entrada de maletas.

3. Al llegar al final de la cinta los sensores C1S y C2S detectan la presencia de las maletas y detienen los motores de las cintas, también le dan la señal al

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transportador para que se traslade a la cinta en donde se encuentra la maleta, los motores de las cintas se vuelven a activar para traspasar las maletas cuando se detecta al transportador en cualquiera de las 2 posiciones, si está en la posición P1 se activa el motor M1 y si se encuentra en la posición P2 se activa M2. 4. La cinta del transportador se activa cuando CTE detecta la presencia de algún objeto, y se detiene al momento de mover el objeto como se muestra en la figura 1.11.

Detección de maletas

Figura 1.11. Movimiento de maletas en el transportador.

5. Las tareas del transportador son:  Trasladarse de una posición a otra, la espera de cada movimiento será de 30 s por posición, en caso de que se detecte una maleta en otra posición y el tiempo aun no termine, el transportador deberá cambiar de posición inmediatamente.  Al llenarse la cinta de transportador, el sensor CTC dará la orden para que el transportador se traslade hasta el muelle para la próxima descarga, y el sensor S1 lo detiene (Figura 1.12).

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Muelle

Figura 1.12. Movimientos del transportador.

6. Para finalizar se realiza la descarga en el muelle, si el sensor CP que indica la presencia del camión en le muelle, esta activado la cinta del transportador se activará de igual forma para traspasar las maletas al transportador. Esta actividad la debe realizar en 10 segundos y al terminar el transportador regresara a la posición 1. Modelo físico y diagrama escalera Para iniciar con la programación se creo un nuevo proyecto en Tia Portal y se definieron las variables de la Tabla 2 y Tabla 3. Entradas Núm. 1 2 3 4 5

Nombre

6 7

S1 CP

descripción Tipo Puesta en marcha Pulsador Paro Pulsador Sensor de cinta 1 Sensor de presencia Sensor de cinta 2 Sensor de presencia Sensor de Sensor de presencia transportador Sensor muelle 1 Sensor de presencia Sensor camioneta Sensor de presencia

8

C1S

Final cinta 1

9

C2S

Final cinta 2

10

CTE

Final transportador

Paro C1E C2E CT

Sensor carrera Sensor carrera cinta Sensor carrera

de

fin

de

de

fin

de

de

fin

de

Tabla 2. Variables de entrada para el sistema de transporte.

Salidas 16

Nombre M1 M2 MTI MTD MT

Descripción Mover cinta 1 Mover cinta 2 Mover transportador a la izquierda Mover transportador a la derecha Mover cintatransportador

Tipo Motor A (24 V) Motor B (24 V) Motor C (24 V) Motor C (24 V) Motor D (24 V)

Tabla 3. Variables de salida para el sistema de transporte.

Diagrama escalera El programa de automatización de maletas inicia como la mayoria de sistemas de control, con un boton de arranque, en este casa ON, y un boton de paro mostrados en la Figura 1.13. También en esta figura aparece la primer etapa del proceso que es el traslado de las maletas por la cintas de entrada. Para que la cinta 2 avance se necesita activar el sensor C2E en una primera etapa, y en una segunda es necesario que el transportador se encuentre en la posición 2 y que se detecte una maleta en la salida de lacinta por medio del sensor C2E.

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Figura 1.13. Arranque y paro del programa.

En la Figura 1.14 se observa la parte del programa correspondiente a la cinta 1 que realiza los mismos movimientos, pero con diferentes sensores.

Figura 1.14. Temporizador de transportador.

La programación del movimiento del transportador se hace con un temporizador del tipo TON, es decir, si el transportador se encuentra en cualquiera de las dos 18

posiciones y no se detectan maletas en alguna de las dos cintas, el temporizador se activará hasta que termine el tiempo programado que en el problema era de 30s, pero que se coloco de 10s para no esperar mucho tiempo. Cuando pase el tiempo de 10 s, el transportador cambiará de posición, pero si detecta una maleta antes que el tiempo se cumpla, el transportador deberá moverse a la otra posición inmediatamente. Esto ultimo se logra desactivando el timer antes de que se cumpla el tiempo por medio de los sensores C1S y C2S. Para el sistema transportador se tiene la siguiente sección de programa, está se divide en 2 partes, según el movimiento deseado del transportador. El primer parte es cuando el transportador se mueve hacia la derecha y esto sucede cuando están activadas las configuraciones mostradas en la Figura 1.15.

Configuración 1 Configuración 2

Configuración 3

Figura 1.15. Giro de motor de transportador en sentido horario.

La salida se enclava con el ST4 y se desactiva cuando el transportador llega a la posición 2 o cuando llega al muelle activándose S1. En la configuración 3, con ayuda del sensor CTE, se indica al sistema que el transportador esta lleno, por lo que es necesario moverse hasta el muelle para la siguiente etapa. En una segunda etapa el transportado tiene que moverse en sentido contrario, esto se logra cambiando el giro del motor MT. Para realizar esta etapa físicamente es

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necesario realizar un puente H para invertir el giro, se puede encontrar el circuito del puente H en el Anexo 2 de esta práctica. La secuencia de y activación de la salida MTI es similar a la anterior como se muestra en la Figura 1.16.

Ilustración 1.16 Giro de motor de transportador en sentido antihorario.

Cuando se detecta una maleta en el transportador por medio del sensor CTC el motor MTC se activa para mover la maleta a través del transportador. Además este mismo motor se ocupa para la descarga de las maletas en el muelle, activándose con la salida del temporizador TEMP1 y con la detección de del transportador en el muelle por S1.

Figura 1.17. Giro de motor-cinta-transportador.

Para controlar el tiempo de descarga se utiliza la secuencia mostrada en la Figura 1.18, con 2 temporizadores sincronizados a un tiempo de 10 para la correcta ejecución del programa.

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Figura 1.18. Temporizadores para la descarga de maletas.

Modelo físico Se usaron 4 sensores de inducción para simular el sistema de entrada de maleta como se puede observar en la siguiente imagen. El recorrido de las maletas se hace en la dirección mostrada.

Figura 1.19. Montaje del sistema de entrada de maletas.

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El transportador se simuló con una banda transportadora, la banda gira en dos direcciones izquierda-derecha como se ilustra en la Figura 1.20, de acuerdo con las órdenes del sistema. La posición del transportador se define por P1 y P2.

Figura 1.20. Montaje del transportador

El sistema en conjunto se muestra a continuación con las partes que lo conforma, cabe resaltar que el giro del motor se controlo través de un circuito puente H con relevadores.

Figura 1.21. Representación de las etapas del proceso de transporte de maletas.

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Conclusiones Se deduce que el objetivo planteado al inicio se logra en su totalidad, que el modelo físico empleado muestra con claridad el proceso de transporte de maletas de la practica presente. La automatización de procesos en una industria requiere seguir una secuencia de pasos que se activan con la ayuda de sensores, y también dichos sensores desactivan etapas del proceso. Para realizar la programación de un autómata es necesario conocer algún lenguaje como el lenguaje escalera usado en esta práctica que nos facilitó la automatización y el entendimiento del problema.

Referencias bibliográficas [1] UC3M Dep. de Ing. de Sistemas y Automática. [2] https://www.uc3m.es

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ANEXO 1 Conexión PLC-PC 1.Se instalo el programa TIA Portal V14 para el desarrollo de está practica. 2. Se le asigna una dirección IP al PLC, este paso es importante para establecer la comunicación del PLC-PC, esto se realiza en las propiedades de red como se muestra en la Figura 1.5.

Figura 1.5. Asignación de IP a PLC.

3. Se crea un nuevo proyecto agregándole un nombre y a continuación seleccionando el botón crear como se observa en la Figura 1.6.

nombre crear

Figura 1.6. Creación de nuevo proyecto en Tia Portal V14.

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4. Se selecciona la opción configurar un dispositivo como se muestra en la Figura 1.7.

Figura 1.7. Configuración de nuevo dispositivo.

5.Segun el modelo del PLC se realizan la configuración, identificando la seriación del PLC en la ficha técnica, o en el propio PLC, además de elegir la versión apropiada para esté.

Figura 1.8. Selección de nuevo dispositivo en Tia Portal.

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6. Se verifica que la dirección IP y la máscara de subred sean las mismas del PLC abriendo la vista general del dispositivo como se muestra a continuación.

Figura 1.9 Vista general de dispositivo.

6. Para finalizar se crea un nuevo programa seleccionando el PLC, después bloques de programa y por último main, al hacer esta secuencia se abrirá una pantalla en donde se podrá escribir el programar con un lenguaje escalera o de contactos, el entorno de programación de Tia Portal muestra en la Figura 1.10.

Figura 1.10. Entorno de programación Tia Portal V14.

ANEXO 2 26

Puente H A continuación, se muestra el diagrama con relevadores para realizar un puente H.

Figura 1.13. Circuito puente H con relevadores.

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Fig. 1.14 “Puente H” con relevadores

En la figura 1.14 se muestran las conexiones de un puente H, los círculos rojos indican que deberán de ser alimentados con 24 volts, por consiguiente, los círculos de color azul deben ir a neutro. Cabe menciona que las conexiones se realizaron siguiendo el diagrama mostrado en la Figura 1.13 Las flechas de color anaranjado indican las entradas que activaran el relevador, cada una con una letra: Para el giro a ala derecha “D” y para el giro a la izquierda “I” y los círculos de color verde son conectados a cada polo del motor de corriente directa.

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